基于system view的差分相干解調性能仿真分析

靳殿苛

渤海大學工學院

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基于system view的差分相干解調性能仿真分析

靳殿苛

渤海大學工學院

本文主要針對2DPSK，介紹了其相應的調制解調原理，并建立了解調的模型，通過仿真軟件對產生的結果進行了進一步的分析。數字調制作為通信系統中一個重要的部分，有時域上的也有頻域上的，通過仿真軟件System View我們可以看到存在于調制解調過程中每個階段的波形，并對每個階段的調制解調性能進行跟蹤。

2DPSK System View 性能

通信的原理就是跨越距離存在的因素將消息從一個地方傳送到另外一個地方，這里的消息來源于信息源。消息作為信息的一種物理表現方式，比如我們日常生活中所接觸的文字、數據、語音等，都是可以稱為消息。我們可以對消息進一步分類：數字消息和模擬消息。這里的數字消息包括了文字和數據之類，而類似圖像和語音之類則可以稱為模擬信息。通信系統中傳遞的形式都是以信號的形式存在的，所以接收到的消息需要經過轉化，從而變成電信號，信號才是通信信道中傳輸的媒介。

通信的主要宗旨是為了實現消息的傳送，信息中包括了有用和無用的內容，而有用的內容則歸為信息。消息的存在是具體的，實實在在的，而信息的存在是抽象、虛幻的，通常用信息量這個詞來表示消息中信息的內容數量。從客觀上來講通信主要負責信息的傳遞，傳遞的過程要盡量做到不失真和高效率傳遞，而且要盡量消除一些沒用的信息，甚至是一些有害的信息。

1　數字調制的意義

當用到的測量儀器沒電的時候，關于那些非電量的信號而言，其頻譜比較低，而且變化的范圍常常是從0化到20，甚至8，90kHz。當遇到的信號很弱的時候，尤其在信號的傳輸階段很容易受到相同頻率信號的影響，比如那些低頻噪聲，工頻或者是直流漂移的時候，采用放大的方式是行不通的，所以為了解決這個困境，調制解調的方法得到了廣泛的應用。調制解調對于減少在電路中受到的干擾有很大的促進作用，而且在信噪比方面也可以起到提高的效果。

當在調制某個方法的時候引入調制解調的相關技術可以實現對頻譜的遷移，比如可以把低頻的遷移到高頻的頻譜上，然后低頻信號在經過調制后就會產生高頻的調制波，這個形成后的高頻波包括了初始輸入信號的所有信息，接著在放大交流之后，被調波的信號就自動加強了，此時就需要進行解調的技術了，把經過調制的波重新恢復成最初的原始信號，這個過程就是解調，經過解調后生成的信號與最初的信號對比，放大了。因此這個調制解調的過程可以實現信號的放大，可以實現低頻信號向高頻信號轉化，這對于低頻干擾有很大的制約作用。

借用數字基帶信號對相應的載波進行參數上的控制，這個過程就是數字調制，當數字基帶信號發生改變的時候，載波中的參數也會相應發生改變，其中數字調制可以按照載波參數的定義不同而有著不同的調制方式，比如調頻，調相和調幅等幾種調制方式，另外在這幾個基礎上又可以進一步的發生演變。基帶信號不適合長距離的傳輸，因為長距離的傳送過程中存在著損耗，失真等因素的影響。如果需要克服距離帶來的障礙，那么可以在傳輸的過程中引入調制的技術，在數字系統中數字調制處于很重要的角色，而且對通信技術的發展具有很大的理論與研究意義。對調制的系統進行仿真便于我們理解影響調制系統性能的一些因素，而且也有利于改進傳輸的性能。調制作為數字通信技術中的一個十分重要的知識點，通信系統中性能方面需要改進的話那么就必須引入數字調制的相關知識，數字調制對于系統性能的改善有著很大的意義。

2　數字調制解調的概述

所謂的數字相位的調制，我們也可以把其稱之移相鍵控，2DPSK就是作為數字相位調制中的一種，改變載波的相位然后再傳遞數字信號，這個就是數字相位的調制過程。數字相位如果再一次細分的話就是有相對的移相與絕對的移相。

在數字通信的系統中，要想在信道中進行數字基帶信號的傳輸，就需要保證信道中的傳輸特性是以低通帶為主的，但是現實的信道中，并不是這么回事，很多的信道都是有著帶傳通的性質，沒有經過調制處理的基帶信號是不可以在信道中進行傳輸的，將基帶信號進行調制處理，從而產生已調的數字信號。

要想實現二進制的相位調制方式有兩種，分別是相位調制和MZM推免調制，其中的相位調制的主要優勢就是有著簡單的結構，功率的輸出是一定的，但是該調制也有缺點就是對于π相移對電壓的話，那么對其穩定性方面的要求也就比較嚴格。運用MZM的推挽方式，那么最大的優勢就是相位的狀態只有0與π，解調運用的是相位的方法，但是存在的缺點就是有著比較復雜的發射機結構，對于電壓方面的要求是要時刻保持穩定性。

3　2DPSK的調制模塊

在對相位進行調制的時候，一般采用的比較多是進行差分解調，邏輯的信號的表示采用的是前碼元和后碼元的差值，這樣的設置是為了避免在判決絕對相位中存在著模糊的現象。關于2DPSK信號的解調可以分為兩種形式，分別是相干的解調和差分的相干解調。

調制的模塊中分別是由開關電路和差分編碼模塊共同組成的，由于在這個調制的期間用引入相位碼的知識，所以就需要將絕對碼變成相對碼，接著把絕對碼進行調相，最后產生的信號就是所謂的二進制差分相移鍵控信號了。

相干解調的部件主要包括相乘器，抽樣判決器，碼反變換器等等組成，對于在抽樣變換的器件中常常將正弦波的信號轉為二進制的電平信號，前提是這個正弦信號要先通過低通的濾波器，最后生成的就是相對碼。每個不同過程都可以通過示波器的手段進行查看具體的波形。

要想實現二進制的相位調制方式有兩種，分別是相位調制和MZM推免調制，其中的相位調制的主要優勢就是有著簡單的結構，功率的輸出是一定的，但是該調制也有缺點就是對于如果是π的相移對電壓的話，那么對其穩定性方面的要求也就比較嚴格。運用MZM的推挽方式，那么最大的優勢就是相位的狀態只有0與π，解調運用的是相位的方法，但是存在的缺點就是有著比較復雜的發射機結構，對于電壓方面的要求是要時刻保持穩定性。

4　差分相干解調原理

從圖1-1中比較容易看出，2DPSK的解調可以選擇同步的檢測法，然而如果一定要選擇同步的檢測法，那么需要將輸出的序列進行改變，生成絕對碼序列。如果采用相位比較法，也就是所謂的差分相干法，就不需要添加碼變換器了，而且差分相干解調中不需要特定的相干載波，屬于一種比較好的解調方法，雖然從上圖中可以看出，差分相干解調增加了延遲電路，這種成本投資上增大了壓力，但是帶來的效益是降低了誤碼率。

跟相干解調對比的話，差分相關解調實現起來就簡單些，這部分的設計可以不用碼反變換器的這個部分，其中的差分相干解調的調制部分可以直接套用相干解調的調制部分，兩者就是指解調方面有些許的出入。

5　差分相干解調的仿真

2DPSK跟其他的信號有所不同，因為其不存在載波的分量，所以該信號的解調采用的必須是相干解調。

如果信噪比是處于小的情況下，那么噪聲的干擾對解調接收機的影響就會差些，相反，對于非相干的解調的影響效果卻要好些，但是如果信噪比是大于-8dB的時候，噪聲對相干解調和非相干解調的影響就會反過來。

圖1-1　 2DPSK的差分相干解調的原理圖

數字通信系統中誤碼率是評價該系統性能好壞的標尺之一。雖然2DPSK的解調可以分為相干和差分相干，但是本文中主要是以差分相干解調為主，對差分相干解調的性能進行了分析，2DPSK系統對于噪聲性能的研究本文主要是通過仿真軟件System View進行的測試的。System View作為一個在電子過程中充當的角色是仿真軟件，System View涉及的領域很廣，遍布了數學模型建立，信號處理，以及濾波器的設計等等，System View軟件功能強大，界面友好，基本庫豐富，里面包括了乘法器，加法器以及各種各樣的信號源，除此之外System View中還可以與Matlab仿真軟件甚至VC++編程軟件進行接口的兼容。隨著信息技術的不斷發展，無線通信的不斷進步，引用System View軟件進行仿真效果顯著。

圖1-2　 差分相干解調法的仿真模型

最后通過圖1-2我們可以看出雖然相干解調的過程跟差分的解調是有不一樣的，但是示波器中顯示的最終的結果圖是一樣的，其次還可以再將信號進行改變的時候，輸入信號保持不一樣，這樣依然也能夠獲得相應的調制的信號。

6　結語

通過仿真軟件的使用對2DPSK的認識進一步加強了，另外在仿真的過程中遇到了一些關于基帶信號的差分難題，而且對于這個差分知識的認識剛好存在著誤解，經過仿真軟件從示波器中觀察到了時域波形和頻域上波形的變化。

［1］武曉霞.基于的新型調制格式在高速光纖傳輸系統中的應用.北京郵電大學，2006

［2］張建立.通信干擾效果試驗評估系統材料匯編.2000.2

［3］徐穆洵.現代通信對抗研究.通信對抗編輯部.1995.7