（毕业论文 字数：12810 页数：32）摘 要:在数字通信系统的设计中，为了克服2PSK方式中的“倒 ”现象，在实际的设计与应用中一般不采用2PSK方式，而采用差分移相键控方式，即2DPSK方式。本文介绍了2DPSK数字通信系统的原理，分析了系统的抗噪性能，并采用常见的74系列芯片设计了2DPSK通信系统的调制器与解调器，同时研究并设计了系统的时钟电路。本设计的电路采用了中小规模集成电路，具有容易实现、方便维护、和造价低等优点。

关键词：差分移相键控,调制器,解调器,数字通信

Abstract :In the designing of the system of the digital correspondence, in order to avoid the phenomenon of the‘π’s Inversion ’in the 2PSK,we do not usually adopt the 2PSK in the actual designing and application, what we use is the 2Differential Phase-Shift Keying(2DPSK).The principle and faction of the correspondence system is introduced in this thesis,of which the modulator and the demodulator is designed with Chips of the 74series.The system clock is also contained in this thesis. All of the circuses in the bellowing design adopt the ICs (integrated circuits) of the small-sized or middle-sized, because they are easy to realize and maintain, further more the construction cost is low.

Key words: Differential Phase-Shift Keying; Modulator; Demodulator; Digital correspondence

目 录
第一章 绪 论 1
1.1 通信系统的发展历史 1
1.2 通信系统的组成 2
1.2.1 通信系统模型 2
1.2.2 模拟通信与数字通信系统模型 3
第二章 DPSK通信系统的原理框图 6
2.1 二进制移相键控 6
2.1.1 2PSK的调制 6
2.1.2 2PSK的解调 7
2.2 二进制差分移相键控（2DPSK） 8
2.2.1 2DPSK的调制 8
2.2.2 2DPSK的解调 9
第三章 2DPSK通信系统性能研究 10
第四章 2DPSK调制器的设计 16
4.1 调制原理 16
4.2 调制器电路图 17
4.2.1 绝／相变换电路 17
4.2.2 0/π相载波产生电路 17
4.2.3 相位调制电路 17
第五章 2DPSK解调器的设计 20
5.1 原理 20
5.2 解调器电路图 20
5.2.1 畸变电路，带通滤波器 20
5.2.2 模拟相乘器 21
5.2.3 低通滤波器 22
5.2.4 电压比较器 22
5.2.5 相绝变换电路 22
第六章 2DPSK通信系统时钟电路 24
第七章 总结与探讨 26
参考文献 27
致 谢 28

第一章 绪 论
1.1 通信系统的发展历史
通信是通过某种媒体进行的信息传递。在古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行信息传递。到了今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电，固定电话，移动电话，互联网甚至可视电话等各种通信方式。通信技术拉近了人与人之间的距离，提高了经济的效率，深刻的改变了人类的生活方式和社会面貌。在当今信息社会，通信则与传感、计算技术紧密结合，成为整个社会的高级“神经中枢”。没有通信，人类社会是不可想象的。一般来说，社会生产力水平与之相适应。若通信的水平跟不上，社会成员的合作程度就会受到限制，社会生产力的发展也必然最终会受到限制。可见，通信是十分重要的。
电信始于1837年由Wheatstone和Morse独立发明的电报。通信的发展经历了和经历着由模拟到数字、由系统到网络、由窄带到宽带、由人工到智能、由单业务到多业务的过程。在过去的半个世纪，电信领域发生了翻天覆地的变化，取得了前所未有的惊人成就。下面按年代顺序列举其中的一些具有重大意义的成果：
1837年Wheatstone和Morse发明了有线电报，打开了人类社会通信的领域。
1863年麦克斯韦预言电磁波的存在，为通信领域的蓬勃发展奠定了基础。
1876年贝尔发明了有线电话。
1887年赫兹用实验证明电磁波的存在。
1893年史端乔发明步进式电话交换机。
1897年马可尼发明无线电报通信。
1918年调幅无线电广播商用。
1928年乃奎斯特提出抽样定理。
1936年发明调频技术。
1937年Alec Reeves提出PCM。
1938年黑白电视广播系统商用。
1938年——1945年，第二次世界大战雷达和微波系统研制成功；FM广泛应用于军事。
1944年——1947年统计通信理论形成。
1948年——1950年信息论语编码：Shannon发表信息轮的奠定基文；Hamming和Golay设计出纠错码。
1948年——1951年发明晶体管器件。
1950年贝尔实验室研制出PCM数字通信设备；TDM应用于电话。
1953年彩色电视在美国研制成功。
1956年第一条跨洋电缆提供36个话路，1960年发明激光器。
1961年集成电路开始商业生产；立体声FM广播在美国开播。
1962年发射第一颗通信卫星Telstar I。
1962年——1966年高速数字通信：数据传输业务商用；按键电话业务开始发展。
1964年程控交换机No.1ESS投入运营。
1966年——1975年快带通信系统：电缆TV系统；商用卫星中继业务开通；使用激光器和光线的光链路。
1972年Motorola开发蜂窝电话；地刺跨大西洋的卫星TV实况广播。
1977年光线通信系统投入商用。
1978年模拟蜂窝移动通信系统投入商用。
1988年——1989年安装跨太平洋和大西洋的光缆用于光通信。
1991年GSM移动通信投入商用，1995年窄带CDMA移动通信系统在香港投入商用。
1998年美国开通数字电视业务。
1990年——2000年数字通信系统迅速发展：数字式调谐接收机；直接序列扩频系统；ISDN；HDTV；数字寻呼；掌上电脑；数字蜂窝。
1999年ITU决定下一代通信系统（如W-CDMA,CDMA2000,TD-SCDMA）。
1.2 通信系统的组成
1.2.1 通信系统模型
通信的目的就是传递消息。消息具有不同的形式，例如：符号、文字、话音、音乐、数据、图片、活动图像等等。因而，根据所传递消息的不同，目前通信业务可分为电报、电话、传真、数据传输及可视电话等。若从广义的角度看，则广播、电视、雷达、导航、遥测、遥控等也可列入通信的范畴。
实际上，基本的点对点通信，均是把发送端的消息通过某种信道传递到接收端。因而，这种通信系统可由图1-1中模型加以概括。图中，在发送端信息源（也称发终端）的作用是把各种可能消息转换成原始电信号。为了使这个原始信号适合在信道中传输，由发送设备对原始信号完成某种变换，然后再送入信道。信道是指信号传输的通道。在接收端，接收设备的功能与发送设备的相反，它能从接收信号中回复出相应的原始信号，而受信者（也称信息宿或收终端）是将复原的原始信号转换成相应的消息。图中的噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。
上述模型概括地反映了通信系统的共性。根据我们的研究对象及所关心的问题不同将会使用不同形式的较具体的通信系统模型。通信原理的讨论就是围绕通信系统的模型而展开的。
1.2.2 模拟通信与数字通信系统模型
如上所述，通信传输的消息是多种多样的，可以是符号文字、话音、数据图像等等。各种不同的消息可以分成两类：一类称作离散消息；另一类称作连续消息。离散消息是指消息的状态是可数的或离散型的，比如符号、文字或数据等。离散消息也称数字消息。而连续消息则是其状态连续变化的消息，例如，连续变化的语言、图像等连续消息也称模拟消息。
为了传递消息，各种消息需要转换成电信号。由图1-1的通信过程可知消息与电信号之间必须建立单一的对应关系，否则在接收端就无法恢复出原来的消息。通常，消息被载荷在电信号的某一参量上，如果电信号的该参量携带者离散消息，则该参量必将是离散取值的。这样的信号就称作数字信号。例如，电传机输出的信号就是数字信号。如果电信号的参量连续取值，则这样的信号为模拟信号，可以相应的把通信系统分成两类：模拟通信系统和数字通信系统。
应当指出，我们也可以先把模拟信号变成数字信号（这种变换称作模拟数字变换），经数字通信方式传输后，在接收端再进行相反的变换（即数字——模拟变换），从而还原出模拟信号。
自1844年5月24日摩尔斯（Morse）在华盛顿和巴尔的摩之间发送世界上第一份电报以来，电报通讯已经历了150多年。但是长久以来，由于电报通信没有电话通信方便，作为数字通信主要形式的电报却比1876年贝尔（Bell）发明的电话发展缓慢。直到20世纪60年代以后，数字通信才日益兴旺起来，甚至目前出现了数字通信代替模拟通信的趋势。除了计算机的广泛应用需要传输大量的数字信息的客观要求外，数字通信迅速发展的根本原因是它与模拟通信相比，更能适应对通信技术越来越高的要求。第一，数字传输抗干扰能力强，尤其在中继时，数字信号可以在生而消除噪声的积累；第二，传输差错可以控制，从而改善了传输质量；第三，便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理；第四，数字信息易于做高保密性的加密处理；第五，数字通信可以综合传递各种消息，使通信系统功能增强。
模拟通信系统正如图1-1标明的那样，需要两种变换。首先，发送短的连续消息要变换成原始电信号，接收端收到的信号要反变换成原连续消息。这里所说的原始电信号，由于它通常具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输。因此，模拟通信系统里需要第二种变换：将原始电信号变换成频带适合信道传输的信号，并在接收端进行反变换。这种变换和反变换通常称为调制和解调。经过调制后的信号成为已调信号，它应有两个基本特征：一是携带有消息，二是适应在信道中传输。通常，我们将发送端调制前和接收端解调后的信号称为基带信号。因此原是电信号又称为基带信号，而已调信号则常称为频带信号。消息从发送端传递到接收端并非仅经过以上两种变换，系统里可能还有滤波、放大、变频、辐射等等过程。在本论文中着重研究以上两种变换，其余过程认为是足够理想的。于是，一般的模拟通信系统模型如图1-2所示。这里的调制器与解调器代表图1-1中的发送设备与接收设备。
下面介绍数字通信系统模型。如前所述，数字通信的基本特征是：它传输的信号是“离散”或数字的，从而使数字通信有许多特点。比如，对于上面提到的第二个变换来说，在模拟通信中强调变换的线性特性，即强调已调参量与基带信号成正比例；而在数字通信中，则强调已调参量与基带信号之间的一一对应。
此外，数字通信还有以下突出的问题。第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上都是可以控制的。这是通过差错控制编码等手段来实现的。为此，在发送端需要增加一个编码器，而在接收端相应的需要一个解码器；第二，当需要保密时，可以有效的对基带信号人为“揽乱”，即加上密码，这叫加密，此时再接收端就需要解密；第三，由于数字通信传输的是一个接一个节拍传送的数字信号单元，即码元，因而接收端必须按与发送端相同的节拍接收。不然会因收发节拍不一致而造成混乱，是接收性能变坏。另外，为了表述消息内容，系带信号都是按消息内容进行编组的（相当于写文章要有标点符号那样）。因此，编组的规律在收发之间也必须一致，否则接收时消息的正确内容就无法恢复。在数字通信中，通常称节拍一致为“位同步”或“码元同步”，而称编组一致为“群同步”、“帧同步”、 “句同步”或“码组同步”。可见，数字通信还必须有一个同步问题。
综上所述，点对点的数字通信系统模型，一般可用图1-3（a）表示。图中，同步环节没有出示，因它的位置往往是不固定的。当然，实际上的数字通信系统并非一定要如图1-3（a）所示的那样包括所有的环节。比如，调制与解调、加密与解密、编码与解码等环节究竟采用与否，还取决于具体设计方法及要求。例如，本论文所讨论的利用2 DPSK方法设计的通信系统，我们只具体讨论其跳至于解调环节，其他环节设为理想状态。