ASK通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告

1、- 0 - / 17 文檔可自由編輯打印通信原理課程設(shè)計報告 題 目 2ASK 數(shù)字傳輸系統(tǒng)仿真及設(shè)計 學院(部) 電子信息工程學院 專 業(yè) 電子信息工程（本） 學生姓名 周 先 明 學 號 2 年級 2008 指導教師 石琳 職稱 副教授 二二 O O 一一 0 0 年年 十二十二 月月- 1 - / 17 文檔可自由編輯打印目目 錄錄序 言2一 緒 論3二 SYSTEMVIEW 軟件簡介42.1 SYSTEMVIEW 軟件特點5三 二進制振幅鍵控（2ASK）83.1 二進制振幅鍵控的基本原理83.2 用 SYSTEMVIEW 軟件對 2ASK 系統(tǒng)進行仿真及結(jié)果分析103.2.1 2ASK

2、 系統(tǒng)（無噪聲）103.2.22ASK 系統(tǒng)（帶噪聲）12四 心得體會15參考文獻16- 2 - / 17 文檔可自由編輯打印序 言數(shù)字基帶信號的功率譜從零頻開始而且集中在低頻段，因此只適合在低通型信道中傳輸。但常見的實際信道是帶通型的，不能直接傳送基帶信號，因此必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，使基帶信號的功率譜搬移到較高的載波頻率上。從原理上來說，受調(diào)載波的波形可以是任意的，只要已調(diào)信號適合于信道傳輸就可以了。但實際上，在大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中，都選擇正弦信號作為載波。這是因為正弦信號形式簡單，便于產(chǎn)生及接收。數(shù)字調(diào)制的種類比較多，而且還會根據(jù)需要發(fā)展出新的方式來。它們都是以基帶數(shù)字信號直接

3、控制載波的某一參量（幅度、頻率或相位）來實現(xiàn)的，形成振幅鍵控（ASK）、頻率鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。數(shù)字基帶信號可以是二進制的，也可以是多進制的，因此就有二進制數(shù)字調(diào)制和多進制數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制都是用載波信號的某些離散狀態(tài)來表征所傳送的信息，在接收端也只要對載波信號的離散調(diào)制參量進行檢測。本次課程設(shè)計就是基于 Systemview 的通信系統(tǒng)的仿真，也就是 Systemview軟件環(huán)境下進行二進制振幅鍵控（2ASK）系統(tǒng)的設(shè)計，具體 Systemview 軟件的應(yīng)用和通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真下面會具體介紹。- 3 - / 17 文檔可自由編輯打印一一、緒緒 論論數(shù)字通信系統(tǒng), 按調(diào)制方

4、式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。數(shù)字基帶信號的功率一般處于從零開始到某一頻率（如06M）低頻段，因而在很多實際的通信（如無線信道）中就不能直接進行傳輸，需要借助載波調(diào)制進行頻譜搬移，將數(shù)字基帶信號變換成適合信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號進行傳輸，這種傳輸方式，稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸或調(diào)制傳輸、載波傳輸。所謂調(diào)制，是用基帶信號對載波波形的某參量進行控制，使該參量隨基帶信號的規(guī)律變化從而攜帶消息。對數(shù)字信號進行調(diào)制可以便于信號的傳輸；實現(xiàn)信道復用；改變信號占據(jù)的帶寬；改善系統(tǒng)的性能。和模擬調(diào)制不同的是，由于數(shù)字基帶信號具有離散取值的特點，所以調(diào)制后的載波參量只有有限的幾個數(shù)值，因而數(shù)字調(diào)制在實現(xiàn)的過程中常采

5、用鍵控的方法，就像用數(shù)字信息去控制開關(guān)一樣，從幾個不同參量的獨立振蕩源中選參量，由此產(chǎn)生的三種基本調(diào)制方式分別稱為振幅鍵控（ASK,Amplitude-Shift keying）、移頻鍵控（FSK,Frequency-Shift keying）和移相鍵(PSK,Phase-Shift keying )或差分移相鍵（DPSK,DifferentPhase-Shift keying）。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖：圖 1.1在數(shù)字調(diào)制中，數(shù)字基帶信號可以是二進制的，也可以是多進制的，對應(yīng)的就有二進制數(shù)字調(diào)制和多進制數(shù)字調(diào)制兩種不同的數(shù)字調(diào)制，最簡單的情況即是以二進制數(shù)字基帶信號作為調(diào)制信號的二進制數(shù)

6、字調(diào)制，本次課程設(shè)計主要針對就是最常用的二進制數(shù)字調(diào)制方式即二進制振幅鍵控、移頻鍵控和移相鍵控三進行系統(tǒng)仿真分析，通過學習Systemview仿真軟件，對對三種系統(tǒng)進行仿真，熟悉2ASK、2FSK和2DPSK的原理、已調(diào)信號的頻譜特點和各系統(tǒng)的抗噪聲- 4 - / 17 文檔可自由編輯打印性能。二二、S Sy ys st te em mv vi ie ew w 軟軟件件簡簡介介2.1 Systemview 軟件特點Elanix 公司的 SystemView 是一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、仿真和分析的可視化環(huán)境，是一個適合多種操作系統(tǒng)的單機和網(wǎng)絡(luò)平臺。 在 SystemView 環(huán)境下，可以構(gòu)造各種

7、復雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)和各種速率的系統(tǒng)，可用于線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。SystemView 包括基本庫和專業(yè)庫?；編彀ㄐ盘栐?、接收器、加法器、乘法器，函數(shù)庫和算子庫等。利用基本庫可以進行一般的系統(tǒng)設(shè)計和仿真，例如：用不同方式設(shè)計多種形式的濾波器，可以自動完成濾波器幅頻特性(波特圖)、傳遞函數(shù)和根軌跡圖等模型之間轉(zhuǎn)換。專業(yè)庫包括通信(Communication)、邏輯(Logic)、數(shù)字信號處理(DSP)庫、射頻/模擬(RF/Analog)、支持高級語言的用戶代碼庫(Custom Library)、自動程序生成庫(APG)、Matlab 連接庫(M-link)、Xilinx

8、 FPGA 庫、CDMA/PCS 庫、數(shù)字視頻廣播(DVB)、自適應(yīng)濾波器庫(Adaptive Filter Library)、實時 DSP 代碼生成庫(與 TI Code Composer Studio 協(xié)同仿真)、符合第三代移動通信的 3G 庫、TurboCode Libary(TPC)庫和 XDSL 庫和ANSI C 代碼產(chǎn)生器等，與 Xpedion 公司 Golden Gate RF 設(shè)計工具聯(lián)合構(gòu)成新的更加全面的仿真方式。SystemView 可以實時仿真各種 DSP 結(jié)構(gòu)，并進行各種系統(tǒng)時域和頻域分析、譜分析，對各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC 電路和運放電路)

9、等進行理論分析和失真分析。SystemView 的各種專業(yè)庫特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信系統(tǒng)越來越復雜，設(shè)計和仿真難度也隨之加大，利用 SystemView 可以十分方便地完成相應(yīng)的通信系統(tǒng)設(shè)計和仿真。SystemView 是目前國際上最優(yōu)秀的系統(tǒng)設(shè)計和仿真軟件之一，其主要特點有：1. 直觀在 SystemView 的設(shè)計窗口中，各功能模塊用形象直觀的圖符表示，和方框圖一樣一目了然。SystemView 能自動執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯誤信息或懸空的待連接端信息，用戶按照提示修改系統(tǒng)。在編譯時，系統(tǒng)狀態(tài)欄顯示仿真運行的時間進度，方便調(diào)試。另外，系

10、統(tǒng)還提供了一個靈活的動態(tài)系統(tǒng)棒功能，仿真實際的示波器或頻譜分析儀的工作界面。利用系統(tǒng)分析窗口直觀顯示二維分析結(jié)果，圖形放大、縮小、滾動等均可通過鼠標方便地實現(xiàn)。分析窗口中的“接收計算器()”功能強大，可以完成對仿真運行結(jié)果的各種運算分析，諸如譜分析、相關(guān)和卷積等各種基本的信號分析。2. 簡單只要通過鼠標從 SystemView 庫中選擇圖符并將其拖動到設(shè)計窗口中即可創(chuàng)建線性和非線性、離散和連續(xù)、模擬和數(shù)字，以及混合模式的系統(tǒng)，并且- 5 - / 17 文檔可自由編輯打印SystemView 的所有圖符都有相似的參數(shù)定義窗口。設(shè)計者所要做的只是修改各個圖符的參數(shù)，而不需要編寫源代碼即可完成各種系

11、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)，并方便地加入注釋。3. 易用可以方便快捷地在設(shè)計窗口和分析窗口之間切換，使得調(diào)試設(shè)計系統(tǒng)易如反掌，其簡單的操作界面和直觀的圖標使得初學者特別容易上手。4. 支持多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)SystemView 允許合并多種數(shù)據(jù)速率輸入系統(tǒng)，簡化 FIR 濾波器的執(zhí)行，并能支持多系統(tǒng)同時執(zhí)行，這樣可以在一次執(zhí)行中快速方便地比較系統(tǒng)各種變換的不同效果。5. 無限制分層結(jié)構(gòu)通過使用 MetaSystem 對象創(chuàng)建子系統(tǒng)，SystemView 能夠很容易地建立大而復雜的系統(tǒng)。理論上，只要計算機具有足夠的資源，設(shè)計的系統(tǒng)復雜度是無限的。6. 豐富的功能塊Sy

12、stemView 包含數(shù)百種信號源、接收端、操作符和功能塊，提供了從DSP、通信信號處理、控制到構(gòu)造通用數(shù)學模型的應(yīng)用，并能處理各種文件格式的輸入輸出數(shù)據(jù)，可以很方便地調(diào)用函數(shù)。它可以與外部文件接口，直接獲得并處理從外部采集來的一些物理數(shù)據(jù)。除了一般的方案論證外，SystemView 還提供了與硬件設(shè)計的接口，與 Xilinx 公司的軟件 Core Generator 配套，可以將 SystemView 系統(tǒng)中的部分器件生成下載 FPGA 芯片所需的數(shù)據(jù)文件。另外，SystemView 還有與 DSP 芯片設(shè)計的接口，可以將其 DSP 庫中的部分器件生成DSP 芯片編程的 C 語言源代碼。7.

13、 廣泛的濾波和線性系統(tǒng)設(shè)計SystemView 包含一個功能強大容易使用圖形模板設(shè)計的模擬和數(shù)字、離散和連續(xù)時間系統(tǒng)的設(shè)計環(huán)境，并有大量的 FIR/IIR 濾波器類型。8. 可擴展性SystemView 允許用戶插入使用高級語言編寫的用戶代碼庫，插入的用戶庫自動集成到 SystemView 中，能夠和內(nèi)建庫一樣使用，并提供了與編程語言VC+或仿真工具 Matlab 的接口。其中的 APG 功能可以利用 VC 環(huán)境，將系統(tǒng)編譯為可脫離 SystemView 獨立運行的可執(zhí)行文件。同時大大提高了運行速度，在內(nèi)存較大時效果尤為明顯。2.2 使用使用Systemview進行系統(tǒng)仿真的步驟進行系統(tǒng)仿真的

14、步驟(1)建立系統(tǒng)的數(shù)學模型 根據(jù)系統(tǒng)的基本工作原理，確定總的系統(tǒng)功能，并將各部分功能模塊化，找出各部分的關(guān)系，畫出系統(tǒng)框圖。(2)從各種功能庫中選取、拖動可視化圖符，組建系統(tǒng)在信號源圖符庫、算子圖符庫、函數(shù)圖符庫、信號接受器圖符庫中選取滿足需要的功能模塊，將其圖符拖到設(shè)計窗口，按設(shè)計的系統(tǒng)框圖組建系統(tǒng)。(3)設(shè)置、調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)模擬參數(shù)設(shè)置包括運行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置(系統(tǒng)模擬- 6 - / 17 文檔可自由編輯打印時間，采樣速率等)和功能模塊運行參數(shù)(正弦信號源的頻率、幅度、初相，低通濾波器的截止頻率、通帶增益、阻帶衰減等)。(4)設(shè)置觀察窗口， 分析模擬數(shù)據(jù)和波形 在系統(tǒng)的關(guān)鍵點處設(shè)置觀察窗

15、口，用于檢查、監(jiān)測模擬系統(tǒng)的運行情況，以便及時調(diào)整參數(shù)，分析結(jié)果。啟動 SystemView 后就會出現(xiàn)如圖 2.21 所示的系統(tǒng)設(shè)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(shè)計窗工作區(qū)。其中設(shè)計窗口工作區(qū)是用于設(shè)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(shù)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，則該圖符的具體參數(shù)就會自動彈出顯示。圖 2.21SystemView 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(shè)計工作區(qū)即可，也可直接在該

16、圖符圖標上雙擊鼠標器。在設(shè)計工作區(qū)內(nèi)雙擊圖符，則可以定義該圖符的具體功能和參數(shù)。下面簡單介紹一下這些圖符的作用。如下圖 2.22- 7 - / 17 文檔可自由編輯打印圖 2.22分析窗口是用戶觀察 SystemView 數(shù)據(jù)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(shè)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(shè)計窗口。分析窗口包括標題欄、菜單欄、工具條、滾動條、活動圖形窗口和提示信息區(qū)。同設(shè)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

17、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。- 8 - / 17 文檔可自由編輯打印三三、 二二進進制制振振幅幅鍵鍵控控（ 2 2A AS SK K）2ASK 系統(tǒng)仿真設(shè)計要求（a）輸入 PN 序列：單極性信號，速率 100Hz；載波頻率：Fc=1000Hz，幅度=1V；高斯噪聲：均值=0.1，功率譜密度=0.001W/Hz。（b）首先不加入噪聲，根據(jù)給定參數(shù)設(shè)置圖符參數(shù)，進行仿真，實時觀察輸入序列、ASK信號、BPF 輸出、LPF 輸出和解調(diào)輸出的波形和功率譜是否正確和特點，并畫出各點波形。（c）再加入噪聲，進行仿真，觀察和分析

18、輸入序列、ASK 信號、BPF 輸出、LPF 輸出和解調(diào)輸出的波形特點。3.1、二進制振幅鍵控的基本原理頻移鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)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(yīng)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）)(teOOK時發(fā)送“以概率”時發(fā)送“以概率01, 01,cosPPtAc典型波形如圖 3-1 所示：圖 3-1（1）2ASK信號的產(chǎn)生方法通常有兩種，如下圖：- 9 - / 17 文檔可自由編輯打印2AS 信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法（相乘器

19、法）和鍵控法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖 3.2。圖（a）就是一般的模擬幅度調(diào)制的方法，用乘法器實現(xiàn)；圖（b）是一種數(shù)字鍵控法，其中的開關(guān)電路受 s(t)控制。乘法器二進制 不歸零信號s(t)(2teASKtccos（a）模擬相乘法tccoss(t)eASK2 (b)數(shù)字鍵控法圖 3.2（1）與 AM 信號的解調(diào)方法一樣。2ASK/OOK 有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法） ，相應(yīng)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)(2teASK（a）非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器eASK2tccos輸出定時

20、脈 沖(b)相干解調(diào))(2teASK- 10 - / 17 文檔可自由編輯打印圖3.33.2 用用 SystemviewSystemview 軟件對軟件對 2ASK2ASK 系統(tǒng)進行仿真系統(tǒng)進行仿真及結(jié)果分析及結(jié)果分析 3.2.13.2.1 2ASK2ASK 系統(tǒng)系統(tǒng)（無噪聲）（無噪聲） 1 2ASK2ASK系統(tǒng)（無噪聲）框圖如下： 圖3.2.1-1 2ASK系統(tǒng)（無噪聲）2 參數(shù)設(shè)計：1、5為乘法器， 2、6為載波，載波頻率=1000HZ， 8為濾波器； 11為模擬低通濾波器，設(shè)置濾波器極點數(shù)目：No.of Poles=5（5階） ，設(shè)置濾波器截止頻率：LoCuttoff=200 Hz。0為

21、基帶信號，頻率=50HZ，電平=0.5，偏移=0.5。3 仿真分析：基帶信號- 11 - / 17 文檔可自由編輯打印基帶信號與載波相乘得到的調(diào)制信號經(jīng)過帶通濾波器后的信號經(jīng)過帶通濾波器后再與載波相乘的信號經(jīng)過帶通濾波器后再與載波相乘的信號取包絡(luò)- 12 - / 17 文檔可自由編輯打印經(jīng)過抽樣判決后得到的解調(diào)信號3.2.2 2ASK2ASK 系統(tǒng)（帶噪聲）系統(tǒng)（帶噪聲）1 2ASK2ASK 系統(tǒng)（帶噪聲）框圖如下：圖3.2.2-1 2ASK系統(tǒng)（帶噪聲）2 參數(shù)設(shè)計：系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計如下：1、5為乘法器， 2、6為載波，載波頻率=1000HZ， 8為Adder為濾波器； 11為模擬低通濾波器，

22、設(shè)置濾波器極點數(shù)目：No.of Poles=5（5階） ，設(shè)置濾波器截止頻率：LoCuttoff=200 Hz。0為基帶信號，頻率=50HZ，電平=0.5，偏移=0.5。3 仿真分析：基帶信號- 13 - / 17 文檔可自由編輯打印經(jīng)過帶通濾波器后再與載波相乘的信號經(jīng)過帶通濾波器后的信號基帶信號與載波相乘得到的調(diào)制信號基帶信號與載波相乘得到的調(diào)制信號取包絡(luò)- 14 - / 17 文檔可自由編輯打印經(jīng)過抽樣判決后得到的解調(diào)信號- 15 - / 17 文檔可自由編輯打印四四、 心心得得體體會會通信原理課程設(shè)計結(jié)束了。我對 Systemview 軟件有了一定的了解，也加深了自己對 2ASK 的理解。在課程設(shè)計的過程中遇到了很多問題，但通過自己的學習、查閱資料以及老師的指導，所有的問題都已解決。經(jīng)過大三這一個學期通信原理的學習，我對通信系統(tǒng)有了更進一步的認識，開始學習設(shè)計 2ASK 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。仔細看了下設(shè)計要求我就開始查找相關(guān)的資料，然后動手設(shè)計起來，事實卻不是想象中的那樣。用基于二進制數(shù)字鍵控信號的產(chǎn)生方