現(xiàn)代通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告-基于Systemview的數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的仿真

1、華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告所屬課程名稱： 現(xiàn)代通信原理 課程設(shè)計(jì)標(biāo)題： 基于Systemview的數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的仿真 分院： 專業(yè)班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 目錄課程設(shè)計(jì)目的3課程設(shè)計(jì)器材3課程設(shè)計(jì)原理3Systemview的基本介紹3課程設(shè)計(jì)過程4 1 二進(jìn)制振幅鍵控 2ASK4 2 二進(jìn)制頻移鍵控 2FSK9 3 二進(jìn)制移相鍵控 2PSK14 4 二進(jìn)制差分移相鍵控 2PSK18課程設(shè)計(jì)總結(jié)22參考文獻(xiàn)22謝辭23課程設(shè)計(jì)目的：1、熟練掌握Systemview的用法，在該軟件的配合下完成各個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，還有調(diào)試結(jié)果圖2、深入了解2ASK，2FSK，2PSK，2DPSK的

2、調(diào)制解調(diào)原理課程設(shè)計(jì)器材：PC機(jī)，Systemview軟件課程設(shè)計(jì)原理： 數(shù)字信號(hào)的傳輸方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。為了使信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號(hào)與信道特性相匹配。在這個(gè)過程中就要用到數(shù)字調(diào)制。 在通信系統(tǒng)中，利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過開關(guān)鍵控載波，來實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，這種方法通常稱為鍵控法，主要對(duì)載波的振幅，頻率，和相位進(jìn)行鍵控。鍵控主要分為：振幅鍵控，頻移鍵控，相移鍵控三種基本的數(shù)字調(diào)制方式。Systemview的基本介紹：SystemView是一個(gè)用于現(xiàn)代科學(xué)與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真打動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析平臺(tái)。從濾波器設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、完整通信系統(tǒng)打設(shè)計(jì)與仿

3、真，到一般打系統(tǒng)數(shù)字模型建立等各個(gè)領(lǐng)域，SystemView在友好而功能齊全打窗口環(huán)境下，為用戶提供啦一個(gè)精密的嵌入式分析工具。進(jìn)入SystemView后，屏幕上首先出現(xiàn)該工具的系統(tǒng)視窗，系統(tǒng)視窗最上邊一行為主菜單欄，包括：文件（File）、編輯（Edit）、參數(shù)優(yōu)選（Preferences）、視窗觀察（View）、便箋（NotePads）、連接（Connetions）、編譯器（Compiler）、系統(tǒng)（System）、圖符塊（Tokens）、工具（Tools）和幫助（Help）共11項(xiàng)功能菜單。如下圖所示。 系統(tǒng)視窗左側(cè)豎排為圖符庫選擇區(qū)。圖符塊（Token）是構(gòu)造系統(tǒng)的基本單元模塊，相當(dāng)于

4、系統(tǒng)組成框圖中的一個(gè)子框圖，用戶在屏幕上所能看到的僅僅是代表某一數(shù)學(xué)模型的圖形標(biāo)志（圖符塊），圖符塊的傳遞特性由該圖符塊所具有的仿真數(shù)學(xué)模型決定。創(chuàng)建一個(gè)仿真系統(tǒng)的基本操作是，按照需要調(diào)出相應(yīng)的圖符塊，將圖符塊之間用帶有傳輸方向的連線連接起來。這樣一來，用戶進(jìn)行的系統(tǒng)輸入完全是圖形操作，不涉及語言編程問題，使用十分方便。進(jìn)入系統(tǒng)后，在圖符庫選擇區(qū)排列著8個(gè)圖符選擇按鈕創(chuàng)建系統(tǒng)的首要工作就是按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案從圖符庫中調(diào)用圖符塊，作為仿真系統(tǒng)的基本單元模塊。可用鼠標(biāo)左鍵雙擊圖符庫選擇區(qū)內(nèi)的選擇按鈕。 當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)中各測(cè)試點(diǎn)或某一圖符塊輸出進(jìn)行觀察時(shí)，通常應(yīng)放置一個(gè)信宿（Sink）圖符塊，一般將其設(shè)

5、置為“Analysis”屬性。Analysis塊相當(dāng)于示波器或頻譜儀等儀器的作用，它是最常使用的分析型圖符塊之一。 在SystemView系統(tǒng)窗中完成系統(tǒng)創(chuàng)建輸入操作（包括調(diào)出圖符塊、設(shè)置參數(shù)、連線等）后，首先應(yīng)對(duì)輸入系統(tǒng)的仿真運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能采用數(shù)值計(jì)算方式，起始點(diǎn)和終止點(diǎn)究竟為何值？究竟需要計(jì)算多少個(gè)離散樣值？這些信息必須告知計(jì)算機(jī)。假如被分析的信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)，則從起始時(shí)間到終止時(shí)間的樣值數(shù)目就與系統(tǒng)的采樣率或者采樣時(shí)間間隔有關(guān)。實(shí)際上，各類系統(tǒng)或電路仿真工具幾乎都有這一關(guān)鍵的操作步驟，SystemView也不例外。如果這類參數(shù)設(shè)置不合理，仿真運(yùn)行后的結(jié)果往往不能令人滿意

6、，甚至根本得不到預(yù)期的結(jié)果。有時(shí)，在創(chuàng)建仿真系統(tǒng)前就需要設(shè)置系統(tǒng)定時(shí)參數(shù)。 時(shí)域波形是最為常用的系統(tǒng)仿真分析結(jié)果表達(dá)形式。進(jìn)入分析窗后，單擊“工具欄”內(nèi)的繪制新圖按鈕（按鈕1），可直接順序顯示出放置信宿圖符塊的時(shí)域波形，對(duì)于碼間干擾和噪聲同時(shí)存在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，給出系統(tǒng)傳輸性能的定量分析是非常繁雜的事請(qǐng)，而利用“觀察眼圖”這種實(shí)驗(yàn)手段可以非常方便地估計(jì)系統(tǒng)傳輸性能。實(shí)際觀察眼圖的具體實(shí)驗(yàn)方法是：用示波器接在系統(tǒng)接收濾波器輸出端，調(diào)整示波器水平掃描周期Ts，使掃描周期與碼元周期Tc同步（即TsnTc，n為正整數(shù)），此時(shí)示波器顯示的波形就是眼圖。由于傳輸碼序列的隨機(jī)性和示波器熒光屏的余輝作用，使若

7、干個(gè)碼元波形相互重疊，波形酷似一個(gè)個(gè)“眼睛”，故稱為“眼圖”。“眼睛”掙得越大，表明判決的誤碼率越低，反之，誤碼率上升。SystemView具有“眼圖”這種重要的分析功能。 當(dāng)需要觀察信號(hào)功率譜時(shí)，可在分析窗下單擊信宿計(jì)算器圖標(biāo)按鈕，出現(xiàn)“SystemView信宿計(jì)算器”對(duì)話框，單擊分類設(shè)置開關(guān)按鈕spectrum，完成功率譜的觀察。課程設(shè)計(jì)過程1 二進(jìn)制振幅鍵控 2ASK 2ASK的實(shí)現(xiàn)：模擬調(diào)制法 鍵控法 在幅移鍵控中，載波幅度是隨著調(diào)制信號(hào)而變化的。一種是最簡單的形式是載波在 二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)1或0控制下通或斷，這種二進(jìn)制幅度鍵控方式稱為通斷鍵控（OOK）。二進(jìn)制振幅鍵控方式是數(shù)字調(diào)制中出

8、現(xiàn)最早的，也是最簡單的。這種方法最初用于電報(bào)系統(tǒng)，但由于它在抗噪聲的能力上較差，故在數(shù)字通信中用的不多。但二進(jìn)制振幅鍵控常作為研究其他數(shù)字調(diào)制方式的基礎(chǔ)。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的基本解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和非相干解調(diào)，即包絡(luò)檢波和同步檢測(cè)。非相干解調(diào)系統(tǒng)設(shè)備簡單，但信噪比小市，相干解調(diào)系統(tǒng)的性能優(yōu)于相干解調(diào)系統(tǒng)。用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號(hào)：Amplitude=1 vFrequency=100 HzPhase=0 deg基帶信號(hào)：Amplitude=1 vOffset=0 vFrequency=20 HzPhase=0 degPulse Width=0.03 sec系統(tǒng)時(shí)間

9、指定：No. of Sample=5000Sample Rate=49800 Hz波形如下：載波信號(hào)：基帶信號(hào)：已調(diào)信號(hào)：2ASK解調(diào)系統(tǒng)：相干解調(diào)與非相干解調(diào)原理框圖：用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號(hào)：Amplitude=1 vFrequency=100 HzPhase=0 deg基帶信號(hào)：Amplitude=1 vOffset=0 vFrequency=20 HzPhase=0 degPulse Width=0.03 sec模擬低通濾波器：Low cuttoff=225 HzNo. Of Poles= 3波形如下：原始信號(hào)：解調(diào)后的信號(hào)：已調(diào)信號(hào)：結(jié)果分析：調(diào)制信號(hào)的圖形

10、與解調(diào)后的信號(hào)圖形基本一致，在每段的起始因?yàn)樾盘?hào)不穩(wěn)定，所以出現(xiàn)了微小的波動(dòng)。這與濾波器濾波誤差也相關(guān)。相干解調(diào)需要插入相干載波，而非相干解調(diào)不需要載波，因此包絡(luò)檢波時(shí)設(shè)備較簡單。對(duì)于2ASK系統(tǒng)，大信噪比條件下使用包絡(luò)檢波，而小信噪比條件下使用相干解調(diào)。2 二進(jìn)制頻移鍵控 2FSK數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的原理圖： 采用鍵控法產(chǎn)生的二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)，即利用矩形脈沖序列控制的開關(guān)電力對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。頻移鍵控FSK是用數(shù)字基帶信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。因?yàn)閿?shù)字信號(hào)的電平是離散的，所以載波頻率的變化也是離散的。在實(shí)驗(yàn)中，二進(jìn)制基帶信號(hào)是用正負(fù)電平表示的，載波頻率隨著調(diào)制信號(hào)為

11、1或-1而變化，其中1對(duì)應(yīng)于載波頻率f1，-1對(duì)應(yīng)于載波頻率f2。用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號(hào)：Amplitude=1 vFrequency=100 HzPhase=0 deg另一個(gè)載波信號(hào)：Amplitude=1 vFrequency=40 HzPhase=0 deg基帶信號(hào)：Amplitude=1 vOffset=0 vFrequency=10 HzPhase=0 degPulse Width=0.05 sec反相器：Threshold=0.5 v波形如下：基帶信號(hào)：經(jīng)過反相后：已調(diào)信號(hào)的一部分：已調(diào)信號(hào)的另一部分：已調(diào)信號(hào)：2FSK解調(diào)系統(tǒng)：2FSK信號(hào)的解調(diào)非相干

12、解調(diào)：2FSK信號(hào)的解調(diào)相干解調(diào)：用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號(hào)：Amplitude=1 vFrequency=500 HzPhase=0 deg另一個(gè)載波信號(hào)：Amplitude=1 vFrequency=1000 HzPhase=0 deg基帶信號(hào)：Amplitude=1 vOffset=0 vFrequency=50 HzPhase=0 degPulse Width=0.05 sec模擬低通濾波器：Low cuttoff=225 HzNo. Of Poles= 7原始信號(hào)：解調(diào)后的信號(hào)：調(diào)制后的信號(hào)：結(jié)果分析：輸入為調(diào)制信號(hào)，輸出為解調(diào)后信號(hào)，兩信號(hào)基本一致，但解調(diào)信

13、號(hào)每段的起始點(diǎn)有波動(dòng)，主要是濾波器濾波誤差造成的，這無礙仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。由于載波頻率相當(dāng)大，已調(diào)信號(hào)的波形觀察不是很清楚，這就不如低頻處理清楚，直觀。相干解調(diào)需要插入兩個(gè)相干載波，而非相干解調(diào)不需要載波，因此包絡(luò)檢波時(shí)設(shè)備較簡單。對(duì)于2FSK系統(tǒng)，大信噪比條件下使用包絡(luò)檢波，而小信噪比條件下使用相干解調(diào)。3 二進(jìn)制移相鍵控 2PSK 二進(jìn)制相移鍵控中，載波的振幅和頻率都是不變的，只有載波的相位隨基帶脈沖的變化而取相應(yīng)的離散值。通常用相位0和180來分別表示1或0.這種PSK波形在抗噪聲性能方面比ASK和FSK都好，而且頻帶利用率也高，所以在中高速數(shù)傳中得到廣泛的應(yīng)用。這種以載波的不同相位去直

14、接表示相應(yīng)的數(shù)字信息的相位鍵控通常被稱為絕對(duì)移相方式。調(diào)制部分：將信號(hào)源產(chǎn)生的雙極性不歸零信號(hào)直接同正弦載波相乘便可以得到2PSK調(diào)制信號(hào)。用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號(hào)：Amplitude=1 vFrequency=100 HzPhase=0 deg基帶信號(hào)：Amplitude=1 vOffset=0 vRate=100 HzPhase=0 deg波形如下：基帶信號(hào)：載波信號(hào)：已調(diào)信號(hào)：2PSK信號(hào)解調(diào)：原理框圖：用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號(hào)：Amplitude=1 vFrequency=600 HzPhase=0 deg基帶信號(hào)：Amplitude

15、=1 vOffset=0 vRate=30 HzPhase=0 deg模擬低通濾波器：Low cuttoff=225 HzNo. Of Poles= 3波形如下：調(diào)制信號(hào)：解調(diào)后的調(diào)制信號(hào)：已調(diào)信號(hào)：結(jié)果分析： 調(diào)制信號(hào)與解調(diào)信號(hào)的波形整體一致，但是每段的起點(diǎn)處存在一定的波動(dòng)誤差，造成的主要原因是調(diào)制系統(tǒng)的誤差。仿真結(jié)果準(zhǔn)確。同樣已調(diào)信號(hào)不是很清楚，因?yàn)檩d波頻率太高的緣故。相干解調(diào)錯(cuò)一位，碼變換錯(cuò)兩位；相干解調(diào)錯(cuò)連續(xù)兩位，碼變換也錯(cuò)兩位；相干解調(diào)錯(cuò)連續(xù)n位，碼變換也錯(cuò)兩位。4 二進(jìn)制差分移相鍵控 2DPSK在2PSK系統(tǒng)中，由于本地參考載波有0，180模糊度，因而解調(diào)得到的數(shù)字信號(hào)可能極性完全

16、相反，從而造成1和0倒置。這對(duì)于數(shù)字傳輸來說當(dāng)然是不能允許的。克服相位模糊度對(duì)相干解調(diào)影響的最常用而又有效的辦法是在調(diào)制器輸入的數(shù)字基帶信號(hào)中采用差分編碼，即相對(duì)調(diào)相，也稱為二進(jìn)制差分相移鍵控。它不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對(duì)相位變化傳遞數(shù)字信息。2DPSK信號(hào)的產(chǎn)生：2DPSK信號(hào)解調(diào)：用systemview仿真如下：載波信號(hào)：Amplitude=1 vFrequency=1000 HzPhase=0 deg基帶信號(hào)：Amplitude=1 vOffset=0 vRate=100 HzPhase=0 deg邏輯異或：Threshold=1 vTrue Outpu

17、t=1 vFalse Output=-1 v模擬低通濾波器：Low cuttoff=225 HzNo. Of Poles= 3保持器：Gain=1比較器：Select Comparison：ab波形如下：調(diào)制信號(hào)：相對(duì)碼：濾波后的信號(hào)：解調(diào)后的信號(hào)：調(diào)制信號(hào)與解調(diào)信號(hào)圖對(duì)比：結(jié)果分析：調(diào)制解調(diào)信號(hào)圖像一致，說明該調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的準(zhǔn)確。濾波后的信號(hào)，存在一定的波動(dòng)誤差。相干解調(diào)錯(cuò)一位，碼變換錯(cuò)兩位；相干解調(diào)錯(cuò)連續(xù)兩位，碼變換也錯(cuò)兩位；相干解調(diào)錯(cuò)連續(xù)n位，碼變換也錯(cuò)兩位。課程設(shè)計(jì)總結(jié)： 此次課程設(shè)計(jì)的主要是實(shí)現(xiàn)：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK四個(gè)通信調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真： 2ASK調(diào)制模擬調(diào)

18、制法用乘法器來實(shí)現(xiàn)，解調(diào)為非相干解調(diào)信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器，相乘器，低通濾波器，抽樣判決器，然后輸出。 2FSK是使得載波頻率在二進(jìn)制基帶信號(hào)f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，可以看成是兩個(gè)不同載波頻率的2ASK信號(hào)的疊加。此處是通過鍵控法來實(shí)現(xiàn)的。解調(diào)是通過兩個(gè)帶通濾波器與相乘器相乘，在經(jīng)過低通濾波器，然后抽樣判決輸出。 2PSK是利用載波相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變，用絕對(duì)相移方式即以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，此處通過模擬調(diào)制的方法調(diào)制。解調(diào)則是讓信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器，然后相乘器與載波相乘，最后是帶通濾波器和抽樣判決輸出。 2DPSK是避免0和180相位模糊性產(chǎn)生的調(diào)制系統(tǒng)。通過相對(duì)相移鍵控實(shí)現(xiàn)0干擾。相干解調(diào)器原理為信號(hào)相對(duì)變換，經(jīng)過帶通濾波器相乘器低通濾波器，抽樣判決器，碼反變換器。 對(duì)同一調(diào)制方式，采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率。若采用相同的解調(diào)方式，在誤碼率相同的情況下，所需要的信噪比2ASK比2FSK高3DB，2FSK比2PSK高3DB,由此，在抗加性高斯白噪聲方面，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。對(duì)調(diào)制和調(diào)制方式的選擇要作全面考慮，如果抗噪聲性能是最主要的