通信原理課程設計連續(xù)波2DPSK調制器通信系統(tǒng)的設計與仿真

1、題目 連續(xù)波2dpsk調制器通信系統(tǒng)的設計與仿真_班級_ _學號_姓名_ _時間_2011-1-1_景德鎮(zhèn)陶瓷學院通信原理課程設計任務書姓名 班級 指導老師 設計課題：連續(xù)波2dpsk調制器通信系統(tǒng)的設計與仿真設計任務與要求設計任務與要求：一、基本要求：1、自行尋找一個通信傳輸系統(tǒng)，畫出該系統(tǒng)的組成框圖，說明工作原理；2、說明通信仿真的意義，學會利用常用通信仿真軟件仿真通信系統(tǒng)；3、給出系統(tǒng)的仿真圖與仿真波形，并進行簡單的波形與圖形分析；4、編寫課程設計說明書，要求字數不少于5000字。二、發(fā)揮部分：1、利用信道加擾法分析系統(tǒng)的抗噪性能；2、給出相應系統(tǒng)的整體或部分電路。設計步驟1、 調研并查

2、閱相關的資料；2、 熟悉仿真軟件的基本使用；3、 畫出通信系統(tǒng)的總體框圖，并調整好系統(tǒng)各參數；4、 根據系統(tǒng)框圖設計仿真圖并進行仿真；5、 調整系統(tǒng)參數，觀察仿真圖形的變化，分析系統(tǒng)的性能；6、 撰寫設計說明書（字數不得少于5000字）；7、列出設計時的參考文獻。參考文獻1、 樊昌信,張甫翊,徐炳祥,吳成柯；通信原理（第5版）；國防工業(yè)大學出版社；20012、 羅衛(wèi)兵,孫樺,張捷.systemview動態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設計m.西安電子科技大學出版社,20023、 杜武林.高頻電路原理與分析m.西安:西安電子科技大學出版社,2000-13-154、 金光狼.通信原理課程指導書.景德鎮(zhèn)陶瓷

3、學院，2010-12-26目錄1、設計要求12、2dpsk基本原理12.1 2dpsk信號原理12.2 2dpsk信號的調制原理22.3 2dpsk信號的解調原理32.3.1 2dpsk信號解調的極性比較法32.3.2 2dpsk信號解調的差分相干解調法33、建立模型43.1 差分和逆差分變換模型43.2 帶通濾波器和低通濾波器的模型43.3 抽樣判決器模型44.模型框圖65 systemview元件簡介76 模塊功能分析86.1 信號源source library86.2 差分器86.3 調制和加噪模塊96.4 解調模塊97調試過程及結論117.1 極性比較法118心得體會149.參考文獻1

4、51、設計要求1、 整體框圖設計：應完成整體構圖的思想、設計與信號流程分析；2、 單元電路設計：應標注元件符號、序號，主要元件應標注型號、參數，說明 選用的理由，分析單元電路工作原理； 3、 整體電路設計：應實現各單元電路的銜接，完成整體電路原理圖，列出整體 電路的元件清單或者列出所需元素參數的清單；4、 用matlab或systemview 實現該數字通信系統(tǒng)。2、 2dpsk基本原理2.1、 2dpsk信號原理2dpsk方式即是利用前后相鄰碼元的相對相位值去表示數字信息的一種方式?，F假設用表示本碼元初相與前一碼元初相之差，并規(guī)定：0表示0碼，表示1碼。則數字信息序列與2dpsk信號的碼元相

5、位關系可舉例表示如2psk信號是用載波的不同相位直接去表示相應的數字信號而得出的，在接收端只能采用相干解調，它的時域波形圖如圖2.1所示。圖2.1 2dpsk信號在這種絕對移相方式中，發(fā)送端是采用某一個相位作為基準，所以在系統(tǒng)接收端也必須采用相同的基準相位。如果基準相位發(fā)生變化，則在接收端回復的信號將與發(fā)送的數字信息完全相反。所以在實際過程中一般不采用絕對移相方式，而采用相對移相方式。定義 df為本碼元初相與前一碼元初相之差，假設：df=0數字信息“0”；df=p數字信息“1”。則數字信息序列與2dpsk信號的碼元相位關系可舉例表示如下：數字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 12dp

6、sk信號相位：0 p p 0 p p 0 p 0 0 p或：p 0 0 p 0 0 p 0 p p 0對于2dpsk，令數字信息“”數字信息“”2.2、 2dpsk信號的調制原理一般來說，2dpsk信號有兩種調試方法，即模擬調制法和鍵控法。2dpsk信號的的模擬調制法框圖如圖2.2.1所示，其中碼變換的過程為將輸入的單極性不歸零碼轉換為雙極性不歸零碼。碼變換相乘載波s(t)eo(t)圖2 模擬調制法2dpsk信號的的鍵控調制法框圖如圖2.2.2所示，其中碼變換的過程為將輸入的基帶信號差分，即變?yōu)樗南鄬Υa。選相開關作用為當輸入為數字信息“0” 時接相位0，當輸入數字信息為“1”時接pi。圖2.

7、2. 2 鍵控法調制原理圖2.3 、2dpsk信號的解調原理2dpsk信號最常用的解調方法有兩種，一種是極性比較和碼變換法，另一種是差分相干解調法。2.3.1 、2dpsk信號解調的極性比較法它的原理是2dpsk信號先經過帶通濾波器，去除調制信號頻帶以外的在信道中混入的噪聲，再與本地載波相乘，去掉調制信號中的載波成分，再經過低通濾波器去除高頻成分，得到包含基帶信號的低頻信號，將其送入抽樣判決器中進行抽樣判決的到基帶信號的差分碼，再經過逆差分器，就得到了基帶信號。它的原理框圖如圖2.3.1所示。延遲t相乘器低通濾波器抽樣判決器2dpsk帶通濾波器圖 2.3 1 極性比較解調原理圖2.3.2 、2

8、dpsk信號解調的差分相干解調法差分相干解調的原理是2dpsk信號先經過帶通濾波器，去除調制信號頻帶以外的在信道中混入的噪聲，此后該信號分為兩路，一路延時一個碼元的時間后與另一路的信號相乘，再經過低通濾波器去除高頻成分，得到包含基帶信號的低頻信號，將其送入抽樣判決器中進行抽樣判決，抽樣判決器的輸出即為原基帶信號。它的原理框圖如圖2.3.2所示。帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器逆碼變換本地載波2dpsk圖 2.3.2 差分相干解調原理圖3、建立模型3.1 、差分和逆差分變換模型差分變換模型的功能是將輸入的基帶信號變?yōu)樗牟罘执a。用到的systemview模塊有延時器delay,異或門。由于求

9、差分碼的過程就是將基帶信號與差分碼前一個碼元求異或，所以異或門的輸出經單位延時后與基帶信號分別接到異或門的兩個輸入端，異或門的輸出就是基帶信號的差分碼。3.2 、帶通濾波器和低通濾波器的模型帶通濾波器模型的作用是只允許通過（fl，fh）范圍內的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平。低通濾波器模型的作用是只允許通過（0，fh）范圍內的頻率分量，并且將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平。在matlab中帶通濾波器和低通濾波器的模型可以用編寫程序來模擬。3.3 、抽樣判決器模型抽樣判決器的功能是根據位同步信號和設置的判決電平來還原基帶信號。在matlab中抽樣判決器可以用simulink中的

10、模塊來模擬。它的模型框圖如圖所示，它的內部結構圖如圖3.3所示。圖 3.3 抽樣判決器4、模型框圖2dpsk模擬調制和差分相干解調法仿真，如圖4 所示。 圖4 dpsk模擬調制和差分相干解調法仿真圖5 、systemview元件簡介 ：原始基帶信號產生器，產生一個按設定速率，由不同電平幅度脈沖組成的偽隨機數列（pn）信號。 ：正弦波信號發(fā)生器，在調制部分作為載波輸入。 ：延時器，使原信號產生一個碼元的延遲。 ：乘法器。完成基帶信號和載波信號的乘法運算以及延時信號與原信號相乘。 ：加法器。完成2ask信號和噪聲的加法運算。 ：帶通濾波器。主要功能是濾除雜波，使頻率在最高和最低截止頻率之間的信號通

11、過。 ：低通濾波器。濾除和原始載波相乘后信號的高頻成分，保留低頻信號。 ：抽樣判決器。主要作用是對經過低通后的信號進行抽樣判決，高于門限電壓的判為1，低于門限電壓的判為0，從而還原原始基帶信號。 ：異或門電路。 ：單刀雙擲開關。在本設計中，主要實現2dpsk信號的調制。 ：反向器。 ：的基本信號接收器。該接收器平時無顯示，必須進入系統(tǒng)分析窗口才能觀察和分析輸出結果。 ：systemview標準觀察窗口，可在系統(tǒng)運行結束后于系統(tǒng)窗口中顯示輸出波形。6 、模塊功能分析下面我們以2dpsk鍵控調制調制和差分相干解調法仿真為例來說明各個模塊的功能和主要參數。6.1、 信號源source library

12、systemview 軟件本身提供了很多產生二進制信號的模塊，在這次的設計中我們采用的信號源是pn seq，它的模型圖如圖2所示，可以設置的參數是amplitude和rate。我們設置為amplitude 1v, rate 1e+3 圖 2信號源6.2、 差分器 由于2dpsk信號的鍵控調制法中需要用到相對碼，我們需要對信號源出來的基帶信號進行差分處理。差分器的框圖如圖3所示。它是由二個模塊組成的子系統(tǒng)。其中異或門有兩個參數需要設置gate delay為0，threshold為100e-3,true output為800e-3。圖 3 差分變換模塊6.3、 調制和加噪模塊該模塊的功能是2dps

13、k的調制和添加高斯白噪聲，其中參數設置有正弦波：幅度（amplitude）：這里采用默認值1。頻率（frequency）：單位是hz,在仿真中設置為2000。相位（phase）：單位是rad，在產生正弦波是設置為0，余弦波時設置為pi鍵控開關switch :鍵控開關采用systemview中的logic模塊，其參數設置為gate delay為0s,ctrl thresh為100e-3v。噪聲模塊不需要設置參數。其調制框圖如下所示： 圖 4 調制和加噪模塊6.4、 解調模塊 在2dpsk系統(tǒng)的設計中可以用兩種方法實現解調：差分相干法解調和極性比較法解調。如下圖所示，其中的參數設置主要是濾波器的設

14、置，濾波器用system -view中的operator library模塊。輸入濾波器設計參數，即可通過該模型來實現濾波器。他的主要參數有：濾波器設計方法：有巴特沃斯(butterworth)切比雪夫1型(chebyshev i)切比雪夫2型(chebyshev ii)以及橢圓型（elliptic）。濾波器類型：低通（lowpass）高通（highpass）帶通（bandpass）和帶阻(bandstop)。通帶下邊頻率：單位是rad/s，是帶通和帶阻濾波器的設計參數。通帶下邊頻率：單位是rad/s，是帶通和帶阻濾波器的設計參數。除此之外還有相乘器，延時器和抽樣判決器。它的功能是將輸入的兩個

15、信號相乘后輸出。延時器采用systemview中的operator library模塊。它的功能是將輸入的信號值延時一個預先設置的時間后輸出。抽樣判決器由systemview中的已經存在的operator library模塊組裝成子系統(tǒng)。抽樣判決器由d觸發(fā)器，脈沖發(fā)生器和繼電器組成。d觸發(fā)器的功能是在脈沖發(fā)生器的電平發(fā)生跳變是將輸入端的電平輸出，在不跳變時輸出不發(fā)生改變，繼電器（relay）的功能是將輸入的電平轉換為嚴格的0電平和1電平形式。圖5 差分相干法解調7、調試過程及結論7.1、 差分相干法圖6 信號源波形圖信號源為頻率為1000hz的nrz信號。圖 7 差分變換波形圖基帶信號變?yōu)椴罘?/p>

16、碼就是將基帶信號與差分碼的前一個碼元求異或圖8 鍵控法調制框圖當輸入信號為數字信息“0”時，接相位“0”。輸入為數字信息“1”時，接相位“pi”。 圖9 加噪經過帶通濾波器的波形圖調制過后加入高斯白噪聲，連接到帶通濾波器，去除調制信號以外的在信道中混入的噪聲，再連接到相乘器。此相乘器是一路延時一個碼元時間后與另一路信號相乘。作用是去除調制信號中的載波成分。圖10 經低通濾波器波形圖信號經過低通濾波器后，去除高頻成分，得到包含基帶信號的低頻信號。圖11 抽樣判決波形圖信號經過抽樣判決，便還原原始信號。比較信號源與抽樣判決之后的信號，圖形基本一致，不過有點延遲。8、心得體會這次的課程設計需要使用s

17、ystemview軟件進行仿真，我以前對這軟件一無所知，在開始的時候覺得十分困難，通過查閱相關書籍，和上網查閱有關systemview的使用，下載教程學習systemview軟件的使用方法，最后終于完成了設計要求。這次的連續(xù)波2dpsk調制器設計設計與systemview仿真使我加強了對2dpsk信號的認識，并且使我了解到利用systemview軟件進行仿真的基本方法。在仿真的過程中遇到了許多的問題，比如基帶信號的產生方法，對基帶信號的差分方法以及最后抽樣判決還原基帶信號的方法都曾使我感到困惑。在仿真中遇到的一個難題是基帶碼差分的問題，由于對差分的過程及其表達式理解不清，使我在這個問題上耽擱了

18、很長的時間。最后在同學的提醒下才完成了差分模塊的設計。2dpsk系統(tǒng)的設計可以用兩種軟件仿真，一種是matlab/simulink;另一種就是我使用的systemview。通過在互聯網上查詢和查看相關的書籍得知基帶信號的產生有兩種方法。一種是自己使用matlab編程產生相應的信號，在利用simulink中的from workplace模塊從工作空間引入，這種方法的有優(yōu)點是可以產生自己定義的信號，缺點是加大了系統(tǒng)的復雜程度。另一種方法是使用simulink中bernoulli binary generator模塊，它是系統(tǒng)變得簡單，但它產生的信號不受控制。而systemview直接添加相應的模塊，在模塊中設置參數即可。權衡之下，決定用systemview進行這次課設的設計?？傊?，這次課程設計對我的意義十分重大。9、參考文獻1、 樊昌信,張甫翊,徐炳祥,吳成柯.通信原理（第5版）.國