基于SystemView的数字通信系统的仿真设计.doc

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1、目录引言 2第1章 课程设计目与要求及原理 2 1.1 本课程设计目 2 1.2课程设计任务及要求 2 1.3课程设计原理 3第2章SystemView软件基本介绍 3第3章 二进制振幅键控（2ASK） 5 3.1 2ASK调制及解调原理 5 3.2 仿真模型及结果波形图 6第4章 二进制频移键控（2FSK） 11 4.1 2FSK调制及解调原理 11 4.2仿真模型及结果波形图 12第5章 二进制相移键控（2PSK） 16 5.1 2PSK调制及解调原理 16 5.2 仿真模型及结果波形图 17第6章 二进制差分相移键控（2DPSK）21 6.1 2DPSK调制及解调原理 21 6.2 仿真

2、模型及结果波形图 23第7章 多进制振幅键控（4ASK） 27 7.1 4ASK调制及解调原理 27 7.2 仿真模型及结果波形图 27总结 31参考文献 32引言 通信根本任务是远距离传输信息，准确地传输数字通信中一个重要环节。设计数字传输系统基本考虑是选择一组有限离散波形来表示数字信息。这些离散波形可以是未经调制不同电平信号，也可以是调制后信号形式。由于未经调制脉冲电信号所占据频带通常从直流与低频开始，因而称为数字基带信号。在某些有线信道中，数字基带信号可以直接传输，这种传输方式称为数字信号基带传输；而在另外一些信道想，数字基带信号必须经过调制，将信号频谱搬移到高频段才能在信道中传输，然后

3、在收端用解调器把信道中传输已调信号还原成基带信号，这种传输方式称为数字信号频带传输（或载波传输）。基带传输包含着数字通信技术许多问题，频带传输是基带信号调制后再传输，因此频带传输也存在基带问题，基带传输许多问题，频带传输同样需考虑。如果把调制及解调过程看做是广义信道一部分，则任何数字传输系统均可等效为基带传输系统。理论上还可证明，任何一个采用线性调制频带传输系统，总可以由一个等效基带传输系统来代替。下面我们将介绍一些解决数字通信系统中实际问题一些方法。第1章 课程设计目与要求及原理1.1 本课程设计目（1）使学生掌握系统各功能模块基本工作原理；（2）培养学生掌握电路设计基本思路与方法；（3）能

4、提高学生对所学理论知识理解能力；（4）能提高与挖掘学生对所学知识实际应用能力与创新能力；（5）提高学生科技论文写作能力。1.2 课程设计任务及要求1）基本要求： （1）学习SystemView仿真软件； （2）对需要仿真通信系统各功能模块工作原理进行分析； （3）提出系统设计方案，选择合适模块； （4）对所设计系统进行仿真； （5）并对仿真结果进行分析。2）创新要求： 在基本要求达到后，可进行创新设计，完善系统性能。3）课程设计论文编写要求： （1）要按照书稿规格打印誊写课程设计论文； （2）论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等； （3）课程设计论文装订按学校统一要求完成。

5、数字信号传输方式可以分为基带传输与带通传输。为了使信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号及信道特性相匹配。在这个过程中就要用到数字调制。 在通信系统中，利用数字信号离散取值特点通过开关键控载波，来实现数字调制，这种方法通常称为键控法，主要对载波振幅，频率，与相位进行键控。键控主要分为：振幅键控，频移键控，相移键控三种基本数字调制方式。第2章SystemView 软件基本介绍SystemView是一个用于现代科学及科学系统设计及仿真打动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统打设计及仿真，到一般打系统数字模型建立等各个领域，SystemView在友好而功能齐

6、全打窗口环境下，为用户提供啦一个精密嵌入式分析工具。进入SystemView后，屏幕上首先出现该工具系统视窗，系统视窗最上边一行为主菜单栏，包括：文件（File）、编辑（Edit）、参数优选（Preferences）、视窗观察（View）、便笺（NotePads）、连接（Connetions）、编译器（Compiler）、系统（System）、图符块（Tokens）、工具（Tools）与帮助（Help）共11项功能菜单。如下图所示。 系统视窗左侧竖排为图符库选择区。图符块（Token）是构造系统基本单元模块，相当于系统组成框图中一个子框图，用户在屏幕上所能看到仅仅是代表某一数学模型图形标志（图

7、符块），图符块传递特性由该图符块所具有仿真数学模型决定。创建一个仿真系统基本操作是，按照需要调出相应图符块，将图符块之间用带有传输方向连线连接起来。这样一来，用户进行系统输入完全是图形操作，不涉及语言编程问题，使用十分方便。进入系统后，在图符库选择区排列着8个图符选择按钮创建系统首要工作就是按照系统设计方案从图符库中调用图符块，作为仿真系统基本单元模块。可用鼠标左键双击图符库选择区内选择按钮。 当需要对系统中各测试点或某一图符块输出进行观察时，通常应放置一个信宿（Sink）图符块，一般将其设置为“Analysis”属性。Analysis块相当于示波器或频谱仪等仪器作用，它是最常使用分析型图符块

8、之一。 在SystemView系统窗中完成系统创建输入操作（包括调出图符块、设置参数、连线等）后，首先应对输入系统仿真运行参数进行设置，因为计算机只能采用数值计算方式，起始点与终止点究竟为何值？究竟需要计算多少个离散样值？这些信息必须告知计算机。假如被分析信号是时间函数，则从起始时间到终止时间样值数目就及系统采样率或者采样时间间隔有关。实际上，各类系统或电路仿真工具几乎都有这一关键操作步骤，SystemView也不例外。如果这类参数设置不合理，仿真运行后结果往往不能令人满意，甚至根本得不到预期结果。有时，在创建仿真系统前就需要设置系统定时参数。 时域波形是最为常用系统仿真分析结果表达形式。进入

9、分析窗后，单击“工具栏”内绘制新图按钮（按钮1），可直接顺序显示出放置信宿图符块时域波形，对于码间干扰与噪声同时存在数字传输系统，给出系统传输性能定量分析是非常繁杂事请，而利用“观察眼图”这种实验手段可以非常方便地估计系统传输性能。实际观察眼图具体实验方法是：用示波器接在系统接收滤波器输出端，调整示波器水平扫描周期Ts，使扫描周期及码元周期Tc同步（即TsnTc，n为正整数），此时示波器显示波形就是眼图。由于传输码序列随机性与示波器荧光屏余辉作用，使若干个码元波形相互重叠，波形酷似一个个“眼睛”，故称为“眼图”。“眼睛”挣得越大，表明判决误码率越低，反之，误码率上升。SystemView具有“

10、眼图”这种重要分析功能。 当需要观察信号功率谱时，可在分析窗下单击信宿计算器图标按钮，出现“SystemView信宿计算器”对话框，单击分类设置开关按钮spectrum，完成功率谱观察。 第3章 二进制振幅键控（2ASK）3.1 2ASK调制及解调原理 振幅键控是利用载波幅度变化来传递数字信息，而其频率与初始相位保持不 变。在二进制振幅键控中，载波幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信 息“0”或“1”。一种常用、也是最简单二进制振幅键控方式称为通-断键 控（OOK）。 二进制振幅键控信号产生通常有两种方法：模拟调制法与键控法，相应调 制器如图3-1所示。图（a)就是一般模拟幅度调制方法，用相

11、乘器实现； 图（b）是一种数字键控法，其中开关电路受s（t）控制。本次课设用是 数字键控法。coswct乘法器l e2ASK(t)电子开关 s（t） e2ASK(t)coswct （a）模拟相乘法 （b）数字键控法 图3-1 2ASK/OOK信号调制器原理框图 3.1.2 解调原理 及AM信号解调方法一样。2ASK/OOK信号也有两种基本解调方法：非相干 解调（包络检波法）与相干解调（同步检测法），相应接收系统组成方框图如 图3-2所示。及模拟信号接收系统相比，这里增加了一个“抽样判决器”方 框，这对提高数字信号接收性能是必要。本次课设用是相干解调。抽样判决器全波整流器低通滤波器带通滤波器e2

12、ASK(t) a b c d 输出定时 脉冲（a）非相干解调方式抽样判决器全波整流器低通滤波器带通滤波器e2ASK(t) a b c d 输出 coswct定时 脉冲 （b）相干解调方式图3-2 2ASK/OOK信号接收系统组成方框图 3.2.1 系统调制部分波形图如下：波形图如下：3.2.3 波形分析 参数设置： 1）载波频率设置为20HZ，调制信号为10HZ； 2）低通滤波器截至频率为10HZ，如下图：波形说明：1） 载波波形： 2）调制波形：3）已调波形：4）解调波形：第4章 二进制频移键控（2FSK）4.1 2FSK调制及解调原理 4.1.1 调制原理 频移键控是利用载波频率变化来传递

13、数字信息。在2FSK中，载波频率随二 进制基带信号在f1与f2两个频率点间变化。故其表达式为： 2FSK信号产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种 可以采用键控法实现，即在二进制基带矩形脉冲序列控制下通过开关电路对 两个不同独立频率源进行选通，使其在每一个码元Ts期间输出f1或f2两个 载波之一，如图4-1所示。本次课设用是键控法实现。震荡器1 f1选通开关相加器选通开关振荡器 f2反相器 基带信号 e2FSK(t)图4-1 键控法产生2FSK信号原理图 4.1.2 解调原理 2FSK信号常用解调方法是采用如图4-2所示非相干解调（包络检波）与相 干解调。其解调原理是将2F

14、SK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调， 然后进行判决。这里抽样判决时直接比较两路信号抽样值得大小，可以不专 门设置门限。判决规则应及调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波 频率f1，则接收时上支路样值较大，应判为“1”；反之则判为“0”。本次课 设采用相干解调。包络检波器带通滤波器w1包络检波器带通滤波器w2 抽样判决器e2FSK(t) 定时脉冲 输出 （a）非相干解调 （b）相干解调 波形图如下波形图如下4.2.3 波形分析 参数设置： 1）载波频率设置为20HZ，调制信号为10HZ； 2）低通滤波器截至频率为10HZ，如下图： 波形说明：1）载波波形： 2）调制波形：3）

15、已调波形：4）解调波形：第5章 二进制相移键控（2PSK）5.1 2PSK调制及解调原理 5.1.1 调制原理 相移键控是利用载波相位变化来传递数字信息，而振幅与频率保持不变。在 2PSK中，通常用初始相位0与 分别表示二进制“1”与“0”。因此，2PSK信 号时域表达式为： 2PSK信号调制原理框图如图5-1所示。及2ASK信号产生方法相比较，只是对s(t) 要求不同，在2ASK中s(t)是单极性，而在2PSK中s(t)是双极性基带信号。 图5-1 2PSK信号调制原理框图 5.1.2 解调原理 2PSK信号解调通常采用相干解调法：解调器原理框图如图5-2所示。在相干 解调中，如何得到及接收

16、2PSK信号同频同相相干载波是个关键问题。 图5-2 2PSK信号解调原理框图 波形图如下波形图如下5.2.3 波形分析 参数设置： 1）载波频率设置为20HZ，调制信号为10HZ； 2）低通滤波器截至频率为10HZ，如下图： 波形说明：1）载波波形： 2）调制波形：3）已调波形：4）解调波形：第6章 二进制差分相移键控（2DPSK）6.1 2DPSK调制及解调原理 6.1.1 调制原理 2DPSK是利用前后相邻码元载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对 相移键控。 2DPSK信号产生方法：先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把数字信 息序列绝对码变换成相对码（差分码），然后再根据相对码

17、进行绝对调相，从 而产生二进制差分相移键控信号。2DPSK信号调制器原理框图如图6-1所示。差分编码S（t） 相对码 e2DPSK（t）绝对码 图6-1 2DPSK信号调制原理框图 6.1.2 解调原理 2DPSK信号解调方法之一是相干解调（极性比较法）加码反变换法。其原理 是：对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对 码，从而恢复出发送二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位迷糊性 影响，使得解调出相对码也可能是“1”与“0”倒置，但经差分译码（码 反变换）得到绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位迷糊性 带来问题。2DPSK相干解调器原理框图如图6-2

18、所示。低通滤波器相乘器带通滤波器 e2DPSK(t) a c d b coswct 定时脉冲码反变换器抽样判决器e f输出 图6-2 2DPSK信号解调原理框图 2DPSK信号另一种解调方法是差分相干解调（相位比较法），其原理框图如图6-3所示。 用这种方法解调时不需要专门相干载波，只需要由收到2DPSK信号延时一个码元间 隔T，然后及2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比较作用，相乘结果反映了前后码 元相位差，经低通滤波器后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不 需要码反变换器。本次课设采用差分相干解调方法。抽样判决器低通滤波器带通滤波器 a c d e相乘器e2DPSK(t

19、) 输出 b 定时脉冲延迟Ts 图6-3 2DPSK差分相干解调器原理框图 波形图如下波形图如下6.2.3 波形分析 参数设置： 1）载波频率设置为100HZ，调制信号为50HZ； 2）低通滤波器截至频率为50HZ，带通滤波器频率为100HZ1000HZ如下 图： 波形说明：1）载波波形： 2）调制波形：3）已调波形：4）解调波形：第7章 多进制振幅键控（4ASK）7.1 4ASK调制及解调原理 7.1.1 调制原理 振幅键控是利用载波幅度变化传递数字信号，而其频率与初始相位保持不变。在4ASK中，载波幅度只有四种变化状态，分别对应四进制信息“0”或“1”或“2”或“3”。4ASK信号一般表达

20、式为： 4ASK信号产生及2ASK信号产生一样。本次课设用 是模拟调制法。 7.1.2 解调原理 4ASK信号解调方法也及2ASK信号解调放法一样。本次课设用是相干解 调。7.2仿真模型及结果波形图 波形图如下波形图如下7.2.3 波形分析 参数设置： 1）载波频率设置为10HZ，调制信号为10HZ； 2）低通滤波器截至频率为10HZ，如下图： 波形说明：1）载波波形： 2）调制波形：3）已调波形：4）解调波形： 总结通过这次课程设计，不仅对System View操作系统基本知识有了初步认识，而且在实践中对所学习基本知识与原理方法有了进一步深化，与形象具体理解。本次课设我选择了数字通信系统2A

21、SK、2FSK、2PSK、2DPSK、4ASK五个，通过对它们调制及解调过程实践达到课设目。在这次课程设计过程中，让我发现了很多问题，特别是理论及实际差别。虽然在理论方面，能够很好理解这个知识点，并且在做过程中也是按照这一思路去做，但最后却还是做不出来。后来咨询同学后才知道虽然思路是对，但是在参数给值时不一定是按照书本来，得靠自己再看图后去修正来使得解调后图形能够及调制信号波形相同。尽管如此，最后解调出来波形还是会及调制信号波形有点差别，可能还是在滤波器滤波时候没有滤干净，滤波器参数没有达到最好值。这次课程设计，我自我感觉收获很大，不仅仅让我掌握了Systemview使用，还让我发现了有时候不是仅仅你知道就能证明你最后能完成任务，而是要在实践中去验证自己想法。 参考文献1 通信原理 樊昌信 曹丽娜 国防工业出版社2 SystemView系统设计及仿真入门及应用 李东生 电子工业出版社 第 16 页