基于LabVIEW的2PSK系統(tǒng)仿真

劉剛 王立香 柳兆軍

摘 要：根據(jù)2PSK調(diào)制與解調(diào)的原理和數(shù)學(xué)模型，基于LabVIEW對2PSK系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過調(diào)整載波頻率、碼率等參數(shù)，觀察不同參數(shù)設(shè)置時(shí)，2PSK系統(tǒng)的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)較好的實(shí)現(xiàn)了2PSK信號的調(diào)制和解調(diào)過程，有助于加深對2PSK系統(tǒng)的理解。

關(guān)鍵詞：2PSK；調(diào)制；解調(diào)；仿真

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0023-02

Abstract： According to the principle and mathematical model of 2PSK modulation and demodulation， the 2PSK system is simulated based on LabVIEW. By adjusting the parameters of carrier frequency and code rate， the simulation results of 2PSK system with different parameters are observed. Simulation results show that the design of 2PSK signal modulation and demodulation process is better to help deepen the understanding of the 2PSK system.

Keywords： 2PSK； modulation； demodulation； simulation1 概述

數(shù)字無線電又稱數(shù)字頻帶傳輸，其任務(wù)是在兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間，傳送經(jīng)過數(shù)字調(diào)制的模擬載波信號，是一種廣泛應(yīng)用的通信系統(tǒng)[1]。系統(tǒng)中傳送的消息信號，即調(diào)制信號為數(shù)字信號，接收端解調(diào)得到的也是數(shù)字信號。如果需要傳送的消息信號為二進(jìn)制序列碼元信號，這時(shí)的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。類似于模擬系統(tǒng)的調(diào)制，數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字信號控制載波的幅度、頻率或相位。如果控制的參數(shù)是載波的相位，則稱為二進(jìn)制相移鍵控信號（2PSK）。也就是利用載波的相位變換來承載需要傳遞的數(shù)字信息。

LabVIEW是美國NI公司研發(fā)的一種虛擬儀器開發(fā)工具，采用面向?qū)ο蟮膱D形化程序設(shè)計(jì)語言，在通信仿真、數(shù)字信號分析、儀器設(shè)備等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用[2]。本文利用LabVIEW對2PSK系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，設(shè)置不同的碼率和載波頻率等參數(shù)。觀察2PSK系統(tǒng)的仿真過程，通過觀察不同階段的結(jié)果，可以加深對2PSK信號的理解和應(yīng)用。

2 2PSK系統(tǒng)原理

2PSK系統(tǒng)主要由三部分組成，如圖1所示，分別是信號調(diào)制部分、信道和信號解調(diào)部分。

2PSK系統(tǒng)通過載波的相位變化來進(jìn)行數(shù)字信息的傳遞。在信號的傳遞過程中，載波幅度和頻率不隨數(shù)字信號變化。在典型的2PSK系統(tǒng)中，信號的輸出有兩個(gè)相移，通常用初始相位0和相位π來分別表示二級制邏輯“1”和“0”。2PSK可以描述為

（1）

式中，ωc是載波頻率，g（t）是要傳送的數(shù)字信號碼元波形，脈沖寬度為Ts，當(dāng)發(fā)送的二級制數(shù)字為碼元“0”時(shí)，an=-1，當(dāng)發(fā)送的二級制數(shù)字為碼元“1”時(shí)，an=1。因此，2PSK信號可以通過要傳送的二級制碼元的雙極性碼乘以載波得到。

接收端接收到2PSK信號后，需要從中恢復(fù)出原始的二進(jìn)制碼元序列，通常采用相干解調(diào)的方法。相干解調(diào)的過程如下式所示：

（2）

通過相干解調(diào)原理可見，其關(guān)鍵是要用到一個(gè)與發(fā)送端載波同頻同相的相干載波信號。2PSK解調(diào)的基本原理框圖如圖2所示[3]。

3 2PSK系統(tǒng)仿真

LabVIEW是一種圖形化程序設(shè)計(jì)的虛擬儀器開發(fā)軟件，軟件集成了信號采集、信號處理等眾多應(yīng)用模塊，在通信系統(tǒng)仿真等方面有著廣泛的應(yīng)用。本文利用LabVIEW 2017虛擬開發(fā)軟件，根據(jù)2PSK系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)原理，對2PSK系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。其中2PSK的調(diào)制程序設(shè)計(jì)如圖3所示。

通過仿真程序應(yīng)用界面，用戶可以設(shè)置載波頻率、二進(jìn)制碼元速率等參數(shù)。本文對碼元速率為10bps的二進(jìn)制碼元序列“0100011001”進(jìn)行了2PSK調(diào)制和解調(diào)仿真。仿真過程如圖4所示，為了方便觀察結(jié)果，系統(tǒng)的其它參數(shù)設(shè)置如圖4所示。

相干解調(diào)的關(guān)鍵是恢復(fù)的相干載波與調(diào)制原載波信號同頻同相，如果恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生π的相位差時(shí)，解調(diào)出的消息二進(jìn)制碼元信號將與發(fā)送的二進(jìn)制碼元信號正好相反，這就是通常所說的“倒π”現(xiàn)象。為此，人們提出了二進(jìn)制差分相位鍵控（2DPSK）調(diào)制來解決這個(gè)問題。

4 結(jié)束語

本文用虛擬儀器開發(fā)軟件對2PSK系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，通過系統(tǒng)仿真，用戶可以詳細(xì)觀察不同階段的信號仿真結(jié)果。這對理解2PSK系統(tǒng)有著較大的幫助作用。相比于實(shí)際的硬件系統(tǒng)，仿真可以方便的調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，觀察不同參數(shù)設(shè)置時(shí)，系統(tǒng)的輸入輸出結(jié)果。通過建立實(shí)際的系統(tǒng)模型，利用建立的虛擬系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，對于研究、設(shè)計(jì)和決策等具有重要的意義，可以有效的提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)國萍.通信電子線路（第二版）[M].科學(xué)出版社，2016.

[2]高侃坷，周軍.基于LabVIEW的通信仿真[J].今日電子，2005（4）：61-63.

[3]李鵬飛，等.基于Matlab與DSP Builder的2PSK調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)與仿真[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2012（39）：10.