基于SystemView的通信系統(tǒng)的仿真(自己用軟件仿真出來

1、 華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計報告書所屬課程:通信原理設(shè)計題目:基于SystemView的通信系統(tǒng)的仿真分院:電信分院班級:通信工程 2008級 2班姓名:駱玉春學(xué)號:20080210420224指導(dǎo)教師:胡保安實驗地點:三教五樓(機房機82010 年 6 月 28 日華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè):08通信工程班級: 2班姓名:駱玉春一、課程設(shè)計題目基于SystemView的通信系統(tǒng)的仿真二、課程設(shè)計工作:自 2011年 6月 26日起至 2011 年 6 月30日止。三、課程設(shè)計的內(nèi)容要求:1、學(xué)會如何使用SystemView軟件。2、識別各種SystemView軟件中各模塊及其圖

2、形表示和文字符號。3、掌握通信系統(tǒng)的設(shè)計思想以及常見的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。4、熟練掌握2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK系統(tǒng)的工作原理和仿真波形規(guī)律。5、學(xué)會怎樣建立通信系統(tǒng)的基本數(shù)學(xué)模型。6、學(xué)會分析仿真波形圖。學(xué)生簽名:2011年 6月 28日課程設(shè)計評閱意見 評閱人職稱2011 年月日目錄課程設(shè)計任務(wù)書 (1課程設(shè)計評閱意見 (2目錄 (3第1章序言 (4第2章課程設(shè)計任務(wù) (52.1 設(shè)計要求 (52.2 設(shè)計內(nèi)容 (5第三章 SystemView軟件基本介紹 (5第四章二進制振幅鍵控2ASK (74.1 2ASK 調(diào)制系統(tǒng) (74.2 2ASK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) (54.3 2ASK

3、 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 (11第五章二進制頻移鍵控2FSK (115.1 2FSK 調(diào)制系統(tǒng) (115.2 2FSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) (145.3 2FSK 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 (17第六章二進制移相鍵控2PSK (176.1 2PSK 調(diào)制系統(tǒng) (176.2 2PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) (196.3 2PSK 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 (21第七章二進制差分移相鍵控2DPSK (227.1 2DPSK 調(diào)制系統(tǒng) (227.2 2DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) (227.3 2DPSK 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 (25第八章課程設(shè)計總結(jié) (26第九章課程設(shè)計心得 (27第十章參考文獻 (28華東交通大學(xué)理工學(xué)院通信原理課設(shè)報告第

4、1章序言我們這次課設(shè)的目的就是要對數(shù)字調(diào)制解調(diào)的通信系統(tǒng)進行仿真研究。數(shù)字通信系統(tǒng)的模型如下: 圖1-2 數(shù)字通信體統(tǒng)的一般模型數(shù)字信號的傳輸方式可以分為基帶傳輸和頻帶傳輸。為了使信號在頻帶信道中傳輸,必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制,以使信號與信道特性相匹配。在這個過程中就要用到數(shù)字調(diào)制和解調(diào)。數(shù)字調(diào)制與解調(diào)模塊是我們這次課程設(shè)計的內(nèi)容,課程設(shè)計是一次綜合實驗的檢測,是對整個通信系統(tǒng)的更好的實際性的理解。數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處,形成合適的在信道中傳輸帶通信號?；镜臄?shù)字調(diào)制有振幅調(diào)制(ASK、頻移鍵控(FSK、絕對相移鍵控(PSK、相對相移鍵控(DPSK。在接收端可以采

5、用相關(guān)解調(diào)和非相干解調(diào)還原數(shù)字基帶信號。數(shù)字解調(diào)就是還原基帶信號。本次課程設(shè)計的目的是在學(xué)習(xí)以上三種調(diào)制的基礎(chǔ)上,通過Systemview仿真軟件,實現(xiàn)對AM,2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK等數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真,同時對以上系統(tǒng)有深入的了解。Systemview是美國ELANIX公司于1995年開始推出的軟件工具,它為用戶提供了一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、仿真與分析的可視化軟件環(huán)境,能進行模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)、線性和非線性系統(tǒng)的分析設(shè)計,可對線性系統(tǒng)進行拉氏變換和Z變換分析。此次課程設(shè)計,學(xué)會熟練掌握Systemview的用法,在該軟件的配合下完成各個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,還有調(diào)試結(jié)果圖。4第

6、2章課程設(shè)計任務(wù)2.1 設(shè)計要求1、建立通信系統(tǒng)的基本數(shù)學(xué)模型要根據(jù)通信系統(tǒng)的基本原理,確定總的系統(tǒng)功能,將各部分功能模塊化,并找出個部分之間的關(guān)系,畫出系統(tǒng)框圖。2、從各種功能庫中選取、雙擊或拖動可視化圖符,組建通信系統(tǒng)在信號源(source圖符庫、算子(operator圖符庫、函數(shù)(function圖符庫、信號接收器(sink圖符庫中選取滿足需要的功能模塊,將其雙擊或拖動到設(shè)計窗口,按設(shè)計的系統(tǒng)框圖組建系統(tǒng)。3、根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo),設(shè)置和調(diào)整各模塊參數(shù)。4、設(shè)置系統(tǒng)定時參數(shù)5、實現(xiàn)系統(tǒng)運行仿真,觀察分析結(jié)果(分析窗口、動態(tài)探針、實時顯示。2.2 設(shè)計內(nèi)容1、2ASK、2FSK、2PSK、2D

7、PSK的工作原理2、畫結(jié)構(gòu)框圖3、按照系統(tǒng)框圖進行設(shè)計仿真4、觀察輸入序列、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信號、帶通輸出、低通輸出和解調(diào)輸出的波形是否正確和特點,并仿真輸出波形。第3章 SystemView 軟件基本介紹SystemView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去描述程序,無需與復(fù)雜的程序語言打交道,不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計與仿真,快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調(diào)整參數(shù),方便地加入注釋。利用System View,可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng),各種多速率系統(tǒng),它可

8、用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時,只需從System View 配置的圖標(biāo)庫中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進行參數(shù)設(shè)置,完成圖標(biāo)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(jié)果。SystemView的庫資源十分豐富,包括含若干圖標(biāo)的基本庫(Main Library及專業(yè)庫(Optional Library,基本庫中包括多種信號源、接收器、加法器、乘法器,各種函數(shù)運算器等;專業(yè)庫有通訊(Communication、邏輯(Logic、數(shù)字信號處理(DSP、射頻/模擬(RF/Analog等;它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證,尤其適合

9、于無線電話、無繩電話、尋呼機、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng);并可進行各種系統(tǒng)時域和頻域分析、譜分析,及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC電路、運放電路等進行理論分析和失真分析。SystemView是一個用于現(xiàn)代科學(xué)與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及仿真打動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)打設(shè)計與仿真,到一般打系統(tǒng)數(shù)字模型建立等各個領(lǐng)域,SystemView在友好而功能齊全打窗口環(huán)境下,為用戶提供啦一個精密的嵌入式分析工具。進入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(Prefer

10、ences、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項功能菜單。如下圖3-1所示。 圖3-1 進入systemview的界面第4章二進制振幅鍵控 2ASK4.1 2ASK調(diào)制系統(tǒng)2ASK信號的產(chǎn)生方法有兩種,如圖4-1所示 圖4-1(a圖4-1(b圖(a是通過二進制基帶信號序列與載波直接相乘而產(chǎn)生的2ASK信號的模擬調(diào)制方法;圖(b是一種鍵控方法,這里的電子開關(guān)受調(diào)制信號的控制。調(diào)制系統(tǒng)框圖如圖4-2所示,仿真后結(jié)果如圖4-3所示。 圖4-2 2ASK系統(tǒng)調(diào)

11、制框圖 圖4-3 2ASK調(diào)制系統(tǒng)仿真結(jié)果圖1、基帶偽隨機符號序列:(振幅Amplitude=1,偏移量為Offset=1,rate =10 (Sink 8 2、載波信號:(振幅amplitu=1,頻率Frequency=15Hz,初相Phase(deg=0(Sink 1 3、2ASK調(diào)制信號:(Sink 7 4.2 2ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)二進制振幅鍵控信號的基本解調(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。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)。其解調(diào)框圖如圖4-4,圖4-5所示。 圖4-4 2ASK的非相干解調(diào)框圖 圖4-5 2ASK的相干解調(diào)

12、框圖2ASK的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(相干解調(diào)框圖如圖4-6所示,仿真后結(jié)果如圖4-7所示。 圖4-6 2ASK相干解調(diào)系統(tǒng)框圖 圖4-7 2ASK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真結(jié)果圖1、輸入的隨機序列:(振幅Amplitude=1000,偏移量為Offset=1000,rate =100 (Sink1 2、經(jīng)過2ASK調(diào)制后的信號:(載波頻率為1000Hz(Sink 17 3、經(jīng)過低通濾波器產(chǎn)生的信號:(Sink 16 4、通過該抽樣判決后的解調(diào)波形如下(Sink 19、Sink 20 4.3 2ASK系統(tǒng)仿真結(jié)果分析如圖所示調(diào)制信號Sink 1的圖形與解調(diào)后的信號Sink 20圖形基本一致,在每段的起始因為信號不

13、穩(wěn)定,所以出現(xiàn)了微小的波動。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)檢波時設(shè)備較簡單。對于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)。第5章二進制頻移鍵控2FSK5.1 2FSK調(diào)制系統(tǒng)2FSK信號的產(chǎn)生方法有兩種,如圖5-1所示 圖5-1(a模擬調(diào)頻法圖5-1(b鍵控法圖(a是通過二進制基帶信號序列與載波直接相乘而產(chǎn)生的2FSK信號的模擬調(diào)制方法;圖(b是一種鍵控方法,即利用矩形脈沖序列控制的開關(guān)電力對兩個不同的獨立頻率源進行選通。頻移鍵控FSK是用數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的頻率。調(diào)制系統(tǒng)框圖如圖5-2所示,仿真后結(jié)果如圖

14、5-3所示。 圖5-2 2FSK系統(tǒng)調(diào)制框圖 圖5-3 2FSK調(diào)制系統(tǒng)仿真結(jié)果圖1、基帶偽隨機符號序列:(振幅Amplitude=1,偏移量為Offset=1,rate =5,No.Levels=2(Sink 10 2、經(jīng)過方向器輸出的輸入序列:(Sink 11 3、反向器對應(yīng)的的已調(diào)信號經(jīng)相乘器與載波相乘后的信號:(Sink 9 4、基帶信號對應(yīng)的的已調(diào)信號經(jīng)相乘器與載波相乘后的信號:(Sink 8 5、Sink 8 與Sink9信號相加后的最終的2FSK調(diào)制信號(Sink 7 5.2 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)二進制頻移鍵控信號的基本解調(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。

15、其解調(diào)框圖如圖5-4,圖5-5所示。 圖5-4 2FSK的非相干解調(diào)框圖 圖5-5 2FSK的相干解調(diào)框圖2FSK的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(相干解調(diào)框圖如圖5-6所示,仿真后結(jié)果如圖5-7所示。 圖5-6 2FSK相干解調(diào)系統(tǒng)框圖 圖5-7 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真結(jié)果圖1、輸入的隨機序列:(振幅Amplitude=1,偏移量為Offset=0,rate =50,No.Levels=2(Sink17 2、2FSK已調(diào)信號:載波頻率為1000Hz(Sink 18 3、兩輸入已調(diào)信號經(jīng)低通濾波器后的信號如下(Sink 21 Sink 22 4、解調(diào)信號(Sink 20 5.3 2FSK系統(tǒng)仿真結(jié)果分析如圖S

16、ink 17、Sink 20分別為系統(tǒng)的輸入和輸出,輸入為調(diào)制信號,輸出為解調(diào)后信號,兩信號基本一致,但解調(diào)信號每段的起始點有波動,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)信號不是很清楚,因為載波頻率太高的緣故。對于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)。相干解調(diào)錯一位,碼變換錯兩位;相干解調(diào)錯連續(xù)兩位,碼變換也錯兩位;相干解調(diào)錯連續(xù)n位,碼變換也錯兩位。第6章二進制移相鍵控2PSK6.1 2PSK調(diào)制系統(tǒng)2PSK信號的產(chǎn)生方法有兩種,如圖6-1所示。 圖6-1(a模擬調(diào)頻法圖6-1(b鍵控法2PSK信號可以采用兩種方法實現(xiàn)。一種是如圖6-1(a所

17、示的模擬調(diào)制法,二進制數(shù)字序列經(jīng)碼型變換,由單極性碼形成幅度為的雙極性不歸零碼,與載波相乘而產(chǎn)生2PSK信號。另一種是如圖6-1(b所示的鍵控法。調(diào)制系統(tǒng)框圖如圖6-2所示,仿真后結(jié)果如圖6-3所示。 圖6-2 2PSK系統(tǒng)調(diào)制框圖 圖6-3 2PSK調(diào)制系統(tǒng)仿真結(jié)果圖1、基帶偽隨機符號序列:(振幅Amplitude=2,偏移量為Offset=0,rate =5, No.Levels=2(Sink 3 2、2PSK已調(diào)信號(Sink 5 6.2 2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)2PSK信號的解調(diào)一般采用相干解調(diào),如圖6-4所示。 圖6-4 2PSK的相干解調(diào)框圖2PSK的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)(相干解調(diào)框圖如圖6-

18、6所示,仿真后結(jié)果如圖6-7所示。 圖6-5 2FSK相干解調(diào)系統(tǒng)框圖 圖6-6 2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真結(jié)果圖1、輸入的隨機序列:(振幅Amplitude=1,偏移量為Offset=0,rate =10, No.Levels=2(Sink1 2、2PSK已調(diào)信號(Sink 2 3、與載波相乘后的結(jié)果(Sink 17 4、經(jīng)過低通濾波器后的輸出信號(Sink 10 5、經(jīng)抽樣判決器后輸出的解調(diào)信號(Sink 15 6.3 2PSK系統(tǒng)仿真結(jié)果分析如圖Sink 1、Sink 15分別為系統(tǒng)的輸入和輸出,輸入為調(diào)制信號,輸出為解調(diào)后信號,兩信號基本一致,但解調(diào)信號每段的起始點有波動,造成的主要原因

19、是調(diào)制系統(tǒng)的誤差。仿真結(jié)果準(zhǔn)確。同樣已調(diào)信號不是很清楚,因為載波頻率太高的緣故。相干解調(diào)錯一位,碼變換錯兩位;相干解調(diào)錯連續(xù)兩位,碼變換也錯兩位;相干解調(diào)錯連續(xù)n位,碼變換也錯兩位。第7章二進制差分移相鍵控2DPSK7.1 2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)2DPSK信號的產(chǎn)生方法有兩種,如圖7-1所示。 圖7-1(a模擬調(diào)頻法圖7-1(b相移鍵控法2DPSK信號的產(chǎn)生基本類似于2PSK,只是調(diào)制信號需要經(jīng)過碼型變換,將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa,可以采用兩種方法實現(xiàn)。一種是如圖7-1(a所示的模擬調(diào)制法,二進制數(shù)字序列經(jīng)碼型變換,由單極性碼形成幅度為的雙極性不歸零碼,與載波相乘而產(chǎn)生2DPSK信號。另一種是如圖7

20、-1(b所示的鍵控法。但是這兩種方法我始終沒有成功調(diào)試出來,故搜索了一些資料,按照科斯塔斯鎖相環(huán)解調(diào)2DPSK系統(tǒng)的框圖進行仿真,調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)框圖如圖7-3所示,仿真后結(jié)果如圖7-4所示。7.2 2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)2DPSK信號的解調(diào)可以采用相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方法,本次仿真采用的是相干解調(diào)方法,解調(diào)框圖如圖7-2所示。 圖7-2 2DPSK的相干解調(diào)框圖但是這兩種方法我始終沒有成功調(diào)試出來,故搜索了一些資料,按照科斯塔斯鎖相環(huán)解調(diào)2DPSK系統(tǒng)的框圖進行仿真,調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)框圖如圖7-3所示,仿真后結(jié)果如圖7-4所示。 圖7-3 2DPSK系統(tǒng)調(diào)制框圖 圖7-4 2DPSK調(diào)制系統(tǒng)仿真

21、結(jié)果圖1、基帶信號序列:(振幅Amplitude=1,偏移量為Offset=0,rate =10,No.Symbols=2,Frequency=50Hz,Phase=30(Sink 13 2、延時后的信號(Sink11 3、環(huán)路濾波器的輸出信號(Sink 6 華東交通大學(xué)理工學(xué)院通信原理課設(shè)報告 4、2DPSK 輸出信號（Sink 8） 5、2DPSK 信號比較 7.3 2DPSK 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 如圖 Sink 1、Sink 15 分別為系統(tǒng)的輸入和輸出，輸入為調(diào)制信號，輸出為 解調(diào)后信號，本課設(shè)中，2DPSK 部分的仿真我沒能完成，改動一些參數(shù)后，仍然 不能發(fā)現(xiàn)問題之所在，但調(diào)制解調(diào)過程

22、中的信號每段的有波動，造成的主要原因 是調(diào)制系統(tǒng)的誤差。仿真過程較為準(zhǔn)確。 相干解調(diào)錯一位，碼變換錯兩位；相干解調(diào)錯連續(xù)兩位，碼變換也錯兩位； 相干解調(diào)錯連續(xù) n 位，碼變換也錯兩位。 25 華東交通大學(xué)理工學(xué)院通信原理課設(shè)報告 第 8 章 課程設(shè)計總結(jié) 此次課程設(shè)計的主要是實現(xiàn)：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK 四個通信調(diào)制解調(diào) 系統(tǒng)的仿真： 2ASK 調(diào)制模擬調(diào)制法用乘法器來實現(xiàn)，解調(diào)為相干解調(diào)信號經(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制基帶信號 f1 和 f2 兩個頻率點間變化，可以 看成是兩個不同載波頻率的 2ASK 信號的

23、疊加。此處是通過鍵控法來實現(xiàn)的。解 調(diào)是通過兩個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 對相移方式即以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進制數(shù)字信號， 此處通過模擬調(diào) 制的方法調(diào)制。解調(diào)則是讓信號經(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)。通過相對相移鍵控 實現(xiàn) 0 干擾。相干解調(diào)器原理為信號相對變換，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，則應(yīng) 考慮相干 2PSK 和 2DPSK，而 2ASK 最不可取；如果要求較高的頻帶利用率，則應(yīng) 選擇相干 2PSK、2D