854611223數字通信系統(tǒng)的仿真與原理分析

1、武漢xx大學課程設計（論文）任務書課題名稱： 數字通信系統(tǒng)的仿真與原理分析 完成期限：2009年 12月25日至2010年1 月3日院系名稱 電子信息工程學院 指導教師 xxx 專業(yè)班級 電信xx 指導教師職稱 xxx 學生姓名 xxx 學號xxx一、 課題訓練內容： (1)利用simulink(cad軟件、systemview)等仿真軟件對數字通信的原理進行仿真，并結合通信原理實驗箱進行的實驗較分析討論；掌握系統(tǒng)各功能模塊的基本工作原理.(2)培養(yǎng)并掌握通信系統(tǒng)設計的基本思路和方法：(3)能提高學生對所學理論知識的理解能力；(4)能提高和挖掘學生對所學知識的實際應用能力即創(chuàng)新力；(5)提高學

2、生的科技論文寫作能力。二、課程設計的任務及要求1)基本要求：(1)學習simulink(或systemview)仿真軟件：驗證實驗結果(2)對需要仿真的通信系統(tǒng)各功能模塊的工作原理進行分析；(3)提出系統(tǒng)的設計方案，選用合適的模塊；(4)對所設計系統(tǒng)進行仿真，并對仿真過程進行屏幕錄像(5)結合實驗箱的試驗對仿真結果進行分析，并將仿真過程錄像發(fā)到82112496。2)課程設計論文編寫要求(1)要按照設計報告的規(guī)格打印(2)課程設計包括目錄、緒論、正文(3)裝訂按學校的統(tǒng)一要求完成(4)論文中如果有框圖或原理圖直接copy的按不及格處理；論文雷同的成績?yōu)椴患案?)答辯標準：(1)完成原理分析(20

3、分)(2)系統(tǒng)方案選擇(30分)(3)結合實驗箱仿真結果分析(30分)(4)課程設計論文寫作（20）三、主要參考資料：樊昌信，曹麗娜通信原理（第六版），國防工業(yè)出版社2006年摘要本文首先介紹了一種常用的仿真軟件system view，即它是一個信號級的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設計、仿真，是一個強有力的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數字信號處理、濾波器設計、直到復雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設計、仿真要求。然后詳細介紹了system view的安裝及操作方法，對軟件中各菜單進行了闡述。其次介紹了數字通信系統(tǒng)中常見的2ask、2fsk調制原理，調制方法，給出它的計算公式，原理框圖。對2as

4、k信號用相干解調法進行了解調，對2fsk用非相干解調法進行了解調。最后并用system view對2ask調制系統(tǒng)和解調系統(tǒng)，2fsk調制系統(tǒng)和解調系統(tǒng)分別進行了仿真，做出實驗總結。 目錄一、 概述1二、 學習system view仿真軟件1 2.1system view軟件概述.12.2system view的操作 .1三、二進制振幅鍵控系統(tǒng)設計.33.1 2ask調制方法.33.2 2ask的解調方法.4 3.3 2ask仿真.5四、二進制頻移鍵控74.1 2fsk調制方法.74.2 2fsk信號的解調方法8 4.3 2fsk的仿真.11五、總結.14一、概述數字信號的傳輸方式分為基帶傳輸

5、和帶通傳輸。為了使數字信號在帶通信 道中傳輸，必須用數字系帶信號對載波進行調制，以使信號與信道的特性相匹配。這種把數字基帶信號變換為數字帶通信號（已調信號）的過程叫做數字調制，在接收端通常把包括調制和解調過程的數字傳輸系統(tǒng)叫做數字帶通傳輸系統(tǒng)。數字調制技術有兩種方法：利用模擬調制的方法去實現(xiàn)數字式調制；通過開關鍵控載波，通常稱為鍵控法。其基本鍵控方式：振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控 system view是美國elanix公司推出的，基于windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(token)描述程序。利用system view，可以構造各種復雜的模擬、數字、數模

6、混合系統(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設計時，只需從system view配置的圖標庫中調出有關圖標并進行參數設置，完成圖標間的連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結果。 二、 學習system view仿真軟件2.1 system view軟件概述隨著計算機技術的發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術在電子工程領域的應用已越來越廣泛，信號級系統(tǒng)仿真軟件systemview的出現(xiàn)標志著仿真技術在通信領域的應用達到了一個新的水平。systemview是一個信號級的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設計、仿真，是一個強有

7、力的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數字信號處理、濾波器設計、直到復雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設計、仿真要求。systemview以模塊化和交互式的界面，在大家熟悉的windows窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個嵌入式的分析引擎。使用systemview你只需要關心項目的設計思想和過程，而不必花費大量的時間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。用戶只需使用鼠標器點擊圖標即可完成復雜系統(tǒng)的建模、設計和測試，而不必學習復雜的計算機程序編制，也不必擔心程序中是否存在編程錯誤。systemview提供一種可視化、動態(tài)的系統(tǒng)模式。利用功能元件庫中的token來代表某一種處理過程,在systemview系統(tǒng)窗口中完成系統(tǒng)或子系統(tǒng)的

8、設計。設計的過程便是在系統(tǒng)窗口中從不同的元件庫中選擇token并在設計區(qū)域域中連接同時設置每一個token的參數,控制系統(tǒng)的起始時間、中止時間、采樣頻率,最后從分析窗中分析結果,從而達到設計系統(tǒng)、分析系統(tǒng)的目的。2.2 system view的操作啟動systemview后就會出現(xiàn)如圖2.21所示的系統(tǒng)設計窗口。它包括標題欄、菜單欄、工具條、滾動條、提示欄、圖符庫和設計窗工作區(qū)。其中設計窗口工作區(qū)是用于設置、連接各種圖符以創(chuàng)建系統(tǒng)，進行系統(tǒng)仿真等操作；提示欄用于顯示系統(tǒng)仿真的狀態(tài)信息、功能快捷鍵的功能信息提示和圖符的參數顯示；滾動條用于移動觀察當前的工作區(qū)域。當鼠標器位于功能圖符上時，則該圖符

9、的具體參數就會自動彈出顯示。 systemview提供了9個基本的圖符庫和6個擴展的圖符庫。使用這些圖符時只需用鼠標器拖動放入設計工作區(qū)即可，也可直接在該圖符圖標上雙擊鼠標器。在設計工作區(qū)內雙擊圖符，則可以定義該圖符的具體功能和參數。下面簡單介紹一下這些圖符的作用。如下圖2.22圖2.22分析窗口是用戶觀察systemview數據輸出的基本工具。有多種選項可以增強顯示的靈活性和用途。這些功能可以通過單擊分析窗工具條上的快捷按鈕或通過下拉菜單來激活。在系統(tǒng)設計窗口中單擊分析窗口按鈕，即可訪問分析窗口。在分析窗口中單擊系統(tǒng)按鈕即可返回系統(tǒng)設計窗口。分析窗口包括標題欄、菜單欄、工具條、滾動條、活動圖

10、形窗口和提示信息區(qū)。同設計窗口一樣，滾動條包括用于左右滾動的水平滾動條和用于上下滾動的垂直滾動條；提示信息區(qū)顯示分析窗口的狀態(tài)信息、坐標信息和分析的進度指示；活動圖形窗顯示輸出的各種圖形，如波形圖、功率譜、眼圖等。三、二進制振幅鍵控系統(tǒng)設計3.1 2ask調制方法1.基本原理調頻移鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數字信息，而其頻率和初始相位保持不變。在2ask中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對應二進制信息“0”或“1”。一種常用的也是最簡單的二進制振幅鍵控方式稱為通斷鍵控（ook），其表達式為： （3-1）典型波形如圖3-1所示： 圖3-12ask信號的一般表達式為： （3-2） （3-4）

11、時鐘： 碼元持續(xù)時間； g(t) 持續(xù)時間為的基帶脈沖波形，通常假設是高 度為1，寬度等于的矩形脈沖； 第n個符號的電平取值，若取則相應的2ask信號就是ook信號。2ask/ook信號的產生方法通常有兩種：模擬調制法（相乘器法）和鍵控法，相應的調制器如圖3.2。圖（a）就是一般的模擬幅度調制的方法，用乘法器實現(xiàn)；圖（吧）是一種數字鍵控法，其中的開關電路受s(t)控制。乘法器二進制 不歸零信號s(t)（a）模擬相乘法s(t) (b)數字鍵控法 圖3.2 3.2 2ask的解調方法與am信號的解調方法一樣。2ask/ook有兩種基本的解調方法：非相干解調（包絡檢波法）和相干解調（同步檢測法），相

12、應的接收系統(tǒng)方框圖如圖：帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器abcd輸出定時脈沖（a）非相干解調（包絡檢波）帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器輸出定時脈 沖(b)相干解調圖3.3 2ask/ook調制框圖3.3 2ask的仿真1、2ask信號的調制仿真如圖3.4所示。token5輸出頻率為20hz,幅值為500e-3的矩形波作為調制電路輸入信號，token7輸出頻率80hz,幅值為1v的正弦波，token6為乘法器，矩形波與正弦波經乘法器相乘輸出2ask/ook信號。token8、token9為分析觀察點。 圖3.4 2ask調制圖token8顯示波形（隨機數字信號）：token9顯示波

13、形（2ask調制信號）2、2ask信號的解調仿真token0，token2,token9,token17,token18 組成2ask調制電路token10,token11,token12,token13,token14,token15組成2ask相干解調電路， token10、13為抽樣判決器；token11、17為相乘器；token10、13為抽樣判決器；token7為邏輯緩沖器；token18，19,20為分析觀察點.2ask調制信號波形token18：輸入隨機數字序列：2ask相干解調輸出波形：相干解調法輸出波形，可見與上面的基本相同，相比于調制信號在時間上有一定延遲，但基本上是相同的

14、。四、二進制頻移鍵控4.1 2fsk調制方法1.基本原理調頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數字信息，而其振幅保持不變。在2fsk中，載波的頻率隨二進制基帶信號在和兩個頻率點之間變化。其表達式為： （4-1）： 圖4.1 2fsk信號時間波形由圖可見，2fsk信號的波形（a）可以分解為波形（b）和波形（c）,也就是說，一個2fsk信號可以看成是兩個不同載頻的2ask信號的疊加。因此，2fsk信號的時域表達式也可寫成：e2fskt=nangt-ntscos1+n+nangt-ntscos(2+n)式中：g(t) 為單個矩形脈沖，寬度等于ts 是的反碼。4.2 2fsk信號的解調方法2fsk信號的

15、產生方法通常有兩種：模擬調制法（相乘器法）和鍵控法，相應的調制器如圖4.2。圖（a）就是一般的模擬幅度調制的方法，用乘法器實現(xiàn)；圖（b）是一種數字鍵控法，其中的開關電路受s(t)控制。振蕩器1選通開關相加器反相器振蕩器2選通開關基帶信號 （b）數字鍵控法 圖4.2 2fsk調制框圖 2fsk信號有兩種基本的解調方法：非相干解調（包絡檢波法）和相干解調（同步檢測法），相應的接收系統(tǒng)方框圖如圖：帶通濾波器包絡檢波器抽樣判決器輸出定時脈沖帶通濾波器包絡檢波器cos （a）非相干解調（包絡檢波）帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器cos輸出定時脈 沖帶通濾波器相乘器cos低通 濾波器 （b）相干解調（

16、同步檢測） 圖4.3 2fsk信號的接收系統(tǒng)組成方框圖下圖為2fsk信號非相干解調過程的時間波形： 圖4.4 2fsk信號非相干解調過程的時間波形4.3 2fsk的仿真1、2fsk信號調制圖如圖3.1所示 圖3.1 2fsk調制圖token8為隨機數字信號，f=30hz,a=500e-3,token9為延遲，token7,12為載波信號，頻率和幅度分別為：75hz,1v;150hz,1v，token10,13,14,15為觀測點，且token 14輸出為2fsk調制信號；token10輸出：token13輸出：token15:2fsk調制信號（token14輸出）: 22fsk信號解調的仿真如

17、圖3.1為2fsk信號的非相干解調電路，輸入隨機數字信號頻率為10hz,載波分別為90hz和120hz,token0,1,3,15,20,32組成2fsk調制電路，token4,5,24,25,12,27,28,29,14,10組成2fsk信號非相干解調電路。token4為加法器，token24,27帶通濾波器，25，28為全流整波器，12，29為低通濾波器，14為抽樣判決器，10和32為觀測分析點。token32:2fsk非相干解調輸出：上圖為非相干解調法得到的輸出波形，可見其與輸入波形出入不大。五、總結通過實驗，基本掌握了systemview的基本功能和使用方法，對數字基帶傳輸系統(tǒng)有了一定的了解，加深了對2ask和2fsk信號的調制原理的認識，理解了如何對他們進行解調，掌握了2ask信號相干解調法和2fsk非相干解調法，通過使用system view仿真，對個調制和解調電路中各元件的特性有了較為全面的理解。對于2ask信號，由調制時通過仿