基于LabVIEW的2PSK系統的仿真設計與實現

吉淑嬌，姜 利

(長春大學 電子信息工程學院，長春 130022)

0 引言

數字頻帶傳輸系統是較為常用的通信系統。利用鍵控法即利用數字信號取值離散的特點，通過開關鍵控載波，能實現數字系統的調制。對載波相位進行鍵控可獲得相移鍵控(Phase Shift Keying，PSK)［1］。本文主要通過NI公司開發的LabVIEW軟件，實現2PSK的調制解調仿真過程。LabVIEW是圖形化編程環境，具有直觀易學，編程效率高等特點。本設計主要采用模塊化設計思想，整個2PSK系統主要由信號調制，信道，信號解調等幾個模塊組成，系統框圖如圖1所示。

圖1 2PSK系統組成框圖

1 二進制頻移鍵控(2PSK)調制

系統采用模塊化設計思想，下面以信號調制模塊為例，詳細說明系統設計與實現過程，首先介紹原理，再詳述LabVIEW實現過程。

1.1 2PSK調制原理

PSK系統是利用載波的相位變化來傳遞數字信息，而振幅和頻率保持不變。它是一種用載波相位表示輸入信號信息的調制技術。在典型的2PSK中，通常用初始相位0和π分別表示二進制“1”和“0”。

由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK信號可以表述為一個雙極性全占空矩形脈沖序列與一個正弦載波的相乘:

式中:

這里，g(t)是脈寬為Ts的單個矩形脈沖，即發送二進制符號“1”時(an取+1)，S2PSK(t)取0相位;發送二進制符號“0”時(an取-1)，S2PSK(t)取π相位。調制框圖如圖2所示。

圖2 2PSK調制框圖

1.2 2PSK 調制過程的LabVIEW設計與實現

本系統采用LabVIEW 8.6作為開發環境，使用LabVIEW這種語言編程時，基本上只要編寫程序流程圖即可，界面很形象直觀。LabVIEW設計的程序通常包括前面板和程序面板兩部分。

1.2.1 前面板設計：

(1)新建一VI，將輸入序列設置成“一維數組”輸入控件，用戶可以任意輸入長度不等的序列，圖3顯示輸入序列為:101010011

(2)轉碼后序列為“一維數組”顯示控件，用來顯示轉碼后的序列

(3)放置“波形圖”顯示控件，顯示轉碼后序列的雙極性碼，采樣率、碼速及一周期點數設置為數值輸入控件，根據需要設置其值大小。如圖3所示。

圖3 2PSK信號的產生前面板

1.2.2 程序面板設計：

2 總體仿真界面設計與實現

根據2PSK的調制解調原理，仿真出2PSK的序列波形、變碼后波形以及調制解調后的波形。將整體界面按照模塊化設計，將幾個模塊設計成子VI，在總體系統中進行調用，這樣使整個設計思路清晰，并利于程序調試。

2.1 2PSK系統前面板設計

整體界面的前面板，將前述各子模塊的前面板整合在一起即可，但整體界面考慮PSK通信系統的流程，從界面的左上角作為“輸入序列”，按照通信過程依次顯示“轉碼后序列”、“2PSK”波形一直到抽樣判決后的右下角的“輸出序列”。整個過程盡量使數組的數值顯示和波形顯示每個格對齊，所有和通信有關的信息放在整個界面的最上方，方便輸入。

圖5為整體界面顯示:當輸入序列為01010100時，設置各輸入控件的值，如正弦波信號采樣率為1000，碼速率RB為10，采樣點數N為1000，載波頻率為100，相位輸入為0，噪聲標準差為0.2，一個碼周期內的點數為100等。在解調過程中，經過帶通濾波的信號在相乘器中與本地載波相乘，然后用低通濾波器濾除高頻分量，再進行抽樣判決，判決門限設置為0，如圖中“濾波后波形”中的黃線所示［5］。

2.2 2PSK系統程序面板設計

在總體程序面板中，添加while循環，for循環以及case等結構模塊，再調用前面所設計的“2PSK調制”、“信道”以及“2PSK解調”等子模塊，使用局部變量等模塊，根據調制解調原理實現整體的2PSK系統的仿真，具體實現過程如圖6所示。

圖5 2PSK調制解調總體界面

圖6 2PSK調制解調程序面板

3 結語

本設計在LabVIEW8.6的仿真平臺下，實現了2PSK調制解調仿真設計。通過對整體界面中輸入序列和輸出序列的對比得知，仿真合理，結果正確，可廣泛應用于通信實驗及科研中。設計充分運用了虛擬儀器的“軟件即儀器”思想，比用硬件進行通信系統實驗節省資金。LabVIEW具有開放性和可擴展性，可以根據用戶需要，對界面進行調整和添加新的功能，這是傳統儀器無法比擬的。

［1］尹曉琦.基于虛擬儀器的QDPSK調制系統的模塊化設計［J］.電測與儀表，2010(12):57-60.

［2］梁芳，楊光.基于LabVIEW的虛擬數字調制解調系統設計［J］.電子測試，2010(2):43-49.

［3］程學慶，房曉溪，韓薪莘，等.LabVIEW圖形化編程與實例應用［M］.中國鐵道出版社，2005.

［4］邵琦，楊絮，呂剛.基于LabVIEW的FSK調制解調仿真設計［J］.科技創新導報，2010(18):45-46.

［5］侯國屏，王坤，葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設計［M］.清華大學出版社，2005.

［6］居滋培，董大偉，凌奕楓，等，調制信號的解調算法與基于LABVIEW的實現［J］.電子測量技術，2008(12):54-57.