2PSK通信系統(tǒng)設計與仿真(共24頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄1 技術要求12 基本原理12.1 2PSK調(diào)制的基本原理12.2 SystemView原理介紹22.3 SIMULINK原理簡介33 建立模型描述33.1 方案一33.2 方案二54 模塊功能分析或源程序代碼64.1 SIMULINK實現(xiàn)2PSK的調(diào)制與解調(diào)64.2 SysteamView實現(xiàn)2PSK的調(diào)制與解調(diào)115 調(diào)試過程及結論135.1 使用SIMULINK實現(xiàn)的調(diào)制解調(diào)結果135.2 使用SystemView實現(xiàn)的調(diào)制解調(diào)結果175.3 結論226 心得體會227 參考文獻23專心-專注-專業(yè)2PSK通信系統(tǒng)設計1 技術要求設計一個2PSK通信系統(tǒng)，要

2、求：（1）設計出2PSK通信系統(tǒng)的結構； （2）根據(jù)通信原理，設計出各個模塊的參數(shù)（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）； （3）用Matlab或SystemView 實現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)； （4）觀察仿真并進行波形分析； （5）系統(tǒng)的性能評價2 基本原理2.1 2PSK調(diào)制的基本原理2PSK,二進制移相鍵控方式，是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式。就是根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平(或符號)使載波相位在兩個不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。兩個載波相位通常相差180度，此時稱為反向鍵控(PSK),也稱為絕對相移方式。2PSK信號的解調(diào),不再能采用包絡檢測的方法,只能進行相

3、干解調(diào)。調(diào)制框圖如圖1、圖2所示，解調(diào)框圖如圖3所示。圖1 模擬相乘法圖2 鍵控法圖3 2PSK解調(diào)原理框圖2.2 SystemView原理介紹SystemView 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 SystemView，可以構造各種復雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)，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 SystemView 配置的圖

4、標庫中調(diào)出有關圖標并進行參數(shù)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。2.3 SIMULINK原理簡介Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具，也是目前在動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應用最廣泛的工具之一 。確切的說，Simulink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，連續(xù)、離散時間模型，或者是兩者的混合。系統(tǒng)還可以使多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進程的。它的主要特點在于：1、建模方便、快捷；2、易于進行模型分析；3、優(yōu)越的仿真性能。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相

5、比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點。Simulink 模塊庫（或函數(shù)庫）包含有 Sinks（輸出方式）、Sources（輸入源）、Linear（線性環(huán)節(jié)）、Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、Connection（連接與接口）和 Extra（其他環(huán)節(jié)）等具有不同功能或函數(shù)運算的 Simulink 庫模塊（或庫函數(shù)），而且每個子模型庫中包含有相應的功能模塊，用戶還可以根據(jù)需要定制和創(chuàng)建自己的模塊。3 建立模型描述3.1 方案一使用SIMULINK進行仿真，采用鍵控法進行調(diào)制，相干解調(diào)法進行解調(diào)。信號源生成二進制NRZ碼，兩個波形發(fā)生器產(chǎn)生相位相反的兩個載波。當NRZ碼為1時，接入載波1；NRZ碼為0

6、時，接入載波2。通過加法器將高斯噪聲與已調(diào)信號相加，得到帶有噪聲額已調(diào)信號。通過低通濾波器濾除相乘檢波引入的高頻分量，把濾波輸出的信號進行抽樣，根據(jù)輸出信號情況對判決部分進行設計，得到解調(diào)輸出。2PSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)模型如圖4所示。圖4 SIMULINK 2PSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)模型圖示波器所顯示的系統(tǒng)各點波形如圖5所示，自上而下依次為原始信號，調(diào)制輸出，相乘輸出，濾波輸出，解調(diào)輸出。圖5 各示波器波形圖3.2 方案二使用SystemView進行仿真，采用模擬調(diào)制法產(chǎn)生2PSK信號，相干解調(diào)法進行解調(diào)。解調(diào)原理與方案一基本相同。2PSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)模型如圖6所示。圖6 SystemView 2

7、PSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)模型圖示波器所顯示的系統(tǒng)各點波形如圖7所示，自上而下、自左向右依次為原始信號，調(diào)制信號，帶通濾波器輸出，相乘輸出，濾波輸出，解調(diào)輸出。圖7 各示波器波形4 模塊功能分析或源程序代碼4.1 SIMULINK實現(xiàn)2PSK的調(diào)制與解調(diào)4.1.1調(diào)制模塊在二進制數(shù)字調(diào)制中,當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時,則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2PSK)信號. 在此用已調(diào)信號載波的 0和 180分別表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 和 0.用兩個反相的載波信號進行調(diào)制。調(diào)制模塊模型如圖8所示。圖8 調(diào)制模塊模型圖Sine Wave：功能：提供正弦波信號；模塊如圖9所示。圖9 Sine W

8、ave模塊Random Integer Generator：功能：提供隨機整數(shù)序列，即原始信號；模塊如圖10所示。圖10 Random IntegerGenerator模塊 Switch；功能：根據(jù)信號的不同選擇相應的載波；模塊如圖11所示。圖11 Switch模塊4.1.2噪聲模塊噪聲模塊模型如圖12示。圖12噪聲模塊Gaussian Noise Generator：功能：加入高斯噪聲；模塊如圖13示。圖13高斯噪聲產(chǎn)生器Sum：功能：進行加法運算；模塊如圖14示圖14sum模塊4.1.3解調(diào)模塊解調(diào)模塊模型如圖15示。圖15調(diào)模塊Analog Filter Design：功能：帶通濾波器，

9、濾除有效信道以外的噪聲；模塊如圖16所示。圖16 Analog Filter Design乘法器：功能：進行乘運算；模塊如圖17所示。圖17 乘法器Analog Filter Design：功能：除掉相乘檢波引入的高頻分量；模塊如圖18所示。圖18 低通濾波器抽樣判決模塊：功能：對濾波輸出的信號進行抽樣判決；模塊如圖19所示。圖19 抽樣判決模塊4.1.4誤碼率模塊誤碼率模塊如圖20所示。圖20 誤碼率模塊Error Rate Calculation：功能：計算誤碼率；模塊如圖21所示。圖21 誤碼率計算器4.2 SysteamView實現(xiàn)2PSK的調(diào)制與解調(diào)4.2.1調(diào)制模塊模擬相乘法即通過

10、載波和雙極性非歸零碼的相乘得到2psk信號，解調(diào)方法和方案一基本相同。調(diào)制模塊模型如圖22所示。圖22 解調(diào)模塊Token0：功能：產(chǎn)生隨機序列；Token3、Token4：功能：示波器Token1：功能：乘法器Token2：功能：提供正弦信號4.2.2噪聲模塊噪聲模塊模型如圖23所示。圖23 噪音模塊Token5：功能：加法器Token16：功能：提供高斯噪聲4.2.3解調(diào)模塊解調(diào)模塊如圖24所示。圖24 解調(diào)模塊Token17：功能：帶通濾波器，濾除有效信道以外的噪聲Token10：功能：乘法器Token5：功能：低通濾波器，濾除相乘檢波引入的高頻成分Token6：功能：比較器，進行判決T

11、oken8、Token13、Token18：功能：示波器Token7、Token12：功能：提供和載波一樣的正弦信號5 調(diào)試過程及結論5.1 使用SIMULINK實現(xiàn)的調(diào)制解調(diào)結果根據(jù)原理設計2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)模型如圖25所示。圖25 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)模型對各個模塊進行參數(shù)設置。Random Integer Generator參數(shù)設置如圖26所示。圖26 Random Integer Generator參數(shù)Sine Wave參數(shù)設置如圖27所示。圖27 Sine Wave參數(shù)Gaussian Noise Generator參數(shù)設置如圖28所示。圖28 Gaussian Noise Generat

12、or參數(shù)Analog Filter Design1參數(shù)設置如圖29所示。圖29 Analog Filter Design1參數(shù)Analog Filter Design參數(shù)設置如圖30所示。圖30 Analog Filter Design參數(shù)Pulse Generator參數(shù)設置如圖31所示。圖31 Pulse Generator參數(shù)Relay參數(shù)設置如圖32所示。圖32 Relay參數(shù)將參數(shù)設置好后，進行仿真，得到各部分輸出的波形圖如圖33所示。圖33 各部分輸出波形系統(tǒng)的誤碼率如圖34所示。圖34 誤碼率5.2 使用SystemView實現(xiàn)的調(diào)制解調(diào)結果兩種方案的調(diào)試過程類似，均為按照原理框

13、圖設計系統(tǒng)模型圖，然后進行參數(shù)設置，最后進行仿真。SystemView實現(xiàn)2PSK的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)模型如圖35所示。圖35 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)模型各部分參數(shù)設置如下。Token0參數(shù)設置如圖36所示。圖36 Token0參數(shù)Token2參數(shù)設置如圖37所示。圖37 Token2參數(shù)Token16參數(shù)設置如圖38所示。圖38 Token36參數(shù)Token17參數(shù)設置如圖39所示。圖39 Token17參數(shù)Token12參數(shù)設置如圖40所示。圖40 Token12參數(shù)Token5參數(shù)設置如圖41所示。圖41 Token5參數(shù)Token6參數(shù)設置如圖42所示。圖42 Token6參數(shù)Token7參數(shù)設置如圖

14、43所示。圖43 Token7參數(shù)Token3、4、8、13、14、18參數(shù)設置如圖44所示。圖44 Token3、4、8、13、14、18參數(shù)參數(shù)設置完成后進行仿真，各部分輸出波形如圖45所示。圖45 各部分輸出波形眼圖如圖46所示。圖46 眼圖功率譜如圖47所示。圖47 功率譜5.3 結論最終調(diào)試過后，2PSK通信系統(tǒng)的各個模塊工作正常，解調(diào)后的波形與初始信號波形完全相同，但是會有時延。而且可以觀察功率譜、眼圖和誤碼率。說明該方案可以滿足任務要求的功能。但是使用SystemView進行仿真實現(xiàn)的方案，眼圖偶爾會出現(xiàn)很奇怪的圖案，使用matlab實現(xiàn)的方案無法觀察眼圖和功率譜。這是本次實驗的

15、遺憾。6 心得體會這次課程設計過程中，既使用了以前學習過基本使用方法的SIMULINK，也使用了通過查找資料，自學使用方法的SystemView。開始設計時，我根據(jù)原理框圖設想了模擬相乘法和鍵控法兩種模型。方案一是用 SIMULINK 軟件進行設計，因為以前曾經(jīng)使用過，所以在搭建的過程中比較順利，很快就搭建好了。按照我設想的參數(shù)設置好參數(shù)后，仿真后的結果和我預計的結果有些差距，波形非常的丑，而且解調(diào)輸出后與原始波形不是完全一樣。于是我開始調(diào)整參數(shù)，參數(shù)的調(diào)整是最費時的部分。經(jīng)過很多次調(diào)試，解調(diào)波形和原始波形終于一樣了，但是會出現(xiàn)時延的現(xiàn)象。這是本次課設中的一個遺憾。有了方案一的經(jīng)驗，設計仿真方案二就快了很多。方案二使用SystemView軟件進行仿真。SystemView由于以前沒有接觸過，所以上網(wǎng)查閱有關資料花費了較多時間。了解了使用方法后，發(fā)現(xiàn)事實上比SIMULINK還要簡單，因為他的原件不像SIMULINK那么多。但是在參數(shù)設置上與SIMULINK的參數(shù)設置感覺上有所差別，所以選擇了不同的參數(shù)。而且SystemView比SIMULINK使用方便，波形輸出后，可以直接查看眼圖和功率譜，沒有找到查看誤碼率的方法，這也是本次課設中的一個遺憾。 通過這次課設，我不僅加深了對課堂知識的理解，增加了實踐