通信原理課程設(shè)計(jì)_SystemView通信系統(tǒng)仿真

1、 目 錄一 引言1二 軟件SystemView的介紹2三 模擬調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析43.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理43.1.1 AM調(diào)制與解調(diào)原理43.1.2 DSB調(diào)制與解調(diào)原理53.1.3 SSB調(diào)制與解調(diào)原理5 3.1.4 FM調(diào)制與解調(diào)原理.63.2 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的仿真與分析83.2.1 AM調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析83.2.2 DSB調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析113.2.3 SSB調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析12 3.2.4 FM調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析.14四 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析174.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)原理184.1.1 2ASK調(diào)制與解調(diào)原理184.1.2 2FSK調(diào)

2、制與解調(diào)原理194.1.3 2PSK調(diào)制與解調(diào)原理19 4.1.4 2DPSK調(diào)制與解調(diào)原理.204.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析214.2.1 2ASK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析214.2.2 2FSK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析244.2.3 2PSK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析29 4.2.4 2DPSK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析.33 五 總結(jié)37參考文獻(xiàn)38課程設(shè)計(jì)說明書一 引言通信的按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸，信息的傳輸離不開它的傳輸工具，通信系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在當(dāng)今高度信息化的社會(huì)，信息和通信已成為現(xiàn)代社會(huì)的“命脈”。通信的目的是傳遞消息中所包含的信息。通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字

3、信號(hào)，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)；數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息的。根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘?hào)是否經(jīng)過調(diào)制，將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和帶通傳輸系統(tǒng)，其中帶通傳輸系統(tǒng)是對(duì)各種信號(hào)調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q，調(diào)制方式有很多，本次課程設(shè)計(jì)主要研究的是：模擬調(diào)制有常規(guī)雙邊帶調(diào)幅AM，雙邊帶調(diào)幅DSB，單邊帶調(diào)幅SSB；數(shù)字調(diào)制有二進(jìn)制振幅鍵控2ASK，二進(jìn)制頻移鍵控2FSK，二進(jìn)制相位鍵控2PSK；脈沖數(shù)字調(diào)制有增量調(diào)制DM（M）。經(jīng)過調(diào)制不僅可以進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸或便于信道

4、多路復(fù)用的已調(diào)信號(hào)，而且它對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊?。調(diào)制方式往往決定著一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，通信系統(tǒng)的軟件仿真已成為必不可少的一部分。為了使復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程更加便捷高效，使得分析與設(shè)計(jì)所需的時(shí)間和費(fèi)用降低。SystemView是美國ELANIX公司于1995年開始推出的基于PC機(jī)Windows平臺(tái)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件工具，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、能滿足從信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)，到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等要求。它為用戶提供了一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真與分析的可視化軟件環(huán)境，能進(jìn)行模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)、線性和非線性系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)，可對(duì)線性系統(tǒng)進(jìn)行

5、拉氏變換和Z變換分析。SystemView借助大家熟悉的Windows窗口環(huán)境，以模塊化和交互式的界面，為用戶提供一個(gè)嵌入式的分析引擎。SystemView仿真系統(tǒng)能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)，能快速方便地進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真，在本文中可以方便地加入SystemView的結(jié)果，完備的濾波和線性設(shè)計(jì)，先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理，完善的自我診斷功能等。這次課程，要求了解SystemView的運(yùn)行環(huán)境及應(yīng)用領(lǐng)域，逐步熟悉各種通信系統(tǒng)的仿真，由簡(jiǎn)到難，運(yùn)用所學(xué)對(duì)幾個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的仿真進(jìn)行分析和比較，熟悉SystemView的運(yùn)行環(huán)境，掌握SystemView系統(tǒng)的基本操作，并對(duì)簡(jiǎn)單通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真。這次課程設(shè)計(jì)要

6、求掌握仿真的簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)有：模擬調(diào)制方式AM、 DSB、SSB調(diào)制解調(diào)，數(shù)字調(diào)制方式仿真2ASK、2FSK、2PSK調(diào)制解調(diào)，抽樣定理、增量調(diào)制。二 軟件SystemView的介紹SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、能滿足從信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)，到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等要求。SystemView借助大家熟悉的Windows窗口環(huán)境，以模塊化和交互式的界面，為用戶提供一個(gè)嵌入式的分析引擎。使用SystemView,我們不用關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過程，而不用花費(fèi)大量的時(shí)間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。我們只用鼠標(biāo)點(diǎn)擊器圖標(biāo)即可完成系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測(cè)試，而不用學(xué)

7、習(xí)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序編制，也不必?fù)?dān)心程序中是否存在編程錯(cuò)誤。SystemView由兩個(gè)窗口組成，分別是系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口的分析窗口。系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口，包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、滾動(dòng)條、提示欄、圖符庫和設(shè)計(jì)工作區(qū)。所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建等基本操作，都是在設(shè)計(jì)窗口內(nèi)完成。分析窗口包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、流動(dòng)條、活動(dòng)圖形窗口和提示信息欄。提示信息欄顯示分析窗口的狀態(tài)信息、坐標(biāo)信息和指示分析的進(jìn)度；活動(dòng)圖形窗口顯示輸出的各種圖形，如波形等。分析窗口是用戶觀察SystemView數(shù)據(jù)輸出的基本工具，在窗口界面中，有多種選項(xiàng)可以增強(qiáng)顯示的靈活性和系統(tǒng)的用途等功能。在分析窗口最為重要的是接收計(jì)算器，利用這個(gè)工具我們

8、可以獲得輸出的各種數(shù)據(jù)和頻域參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行分析、處理、比較，或進(jìn)一步的組合運(yùn)算。例如信號(hào)的頻譜圖就可以很方便的在此窗口觀察到。SystemView仿真系統(tǒng)具有許多的優(yōu)點(diǎn)。1 能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)。能在DSP、通訊和控制系統(tǒng)應(yīng)用中構(gòu)造復(fù)雜的模擬、數(shù)字、混合和多速率系統(tǒng)。具有大量的可選擇的庫，允許用戶有選擇地增加通訊、邏輯、DSP和射頻/模擬功能模塊。特別適合于無線電話、無繩電話、調(diào)制解調(diào)器以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)；課進(jìn)行各種系統(tǒng)是與/頻域分析和譜分析；對(duì)射頻/模擬電路進(jìn)行理論分析和失真分析。2 快速方便的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。SystemView圖標(biāo)庫包括幾百種信號(hào)源、接收端、操作符合功能塊，提

9、供從DSP、通信、信號(hào)處理、自動(dòng)控制、直到構(gòu)造通用數(shù)學(xué)模型等應(yīng)用。信號(hào)源和接收端圖標(biāo)允許在SystemView內(nèi)部生成和分析信號(hào)，并提供可外部處理的各種文件格式和輸入/輸出數(shù)據(jù)接口。3 在報(bào)告中方便地加入SystemView的結(jié)論。SystemView通過Notes(注釋)很容易在屏幕上描述系統(tǒng)；生成的SystemView系統(tǒng)餓輸出的波形圖可以很方便地使用復(fù)制和粘貼命令插入微軟word等文字處理器。4 提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(jì)。 通過利用SystemView中的圖符和MetaSystem(子系統(tǒng))對(duì)象的無限制分層結(jié)構(gòu)功能，SystemView能很容易地建立復(fù)雜的系統(tǒng)。5 多速率系統(tǒng)和并行系

10、統(tǒng)。 SystemView允許合并多種數(shù)據(jù)采樣率輸入的系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化FIR濾波器的執(zhí)行。這種特性尤其適合于同時(shí)具有低頻和高頻部分的痛ixnxitongd而設(shè)計(jì)于仿真，有利于提供整個(gè)系統(tǒng)的仿真速度，而在局部又不會(huì)降低仿真的精度。同時(shí)還可以降低對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置的要求。6 完備的濾波器和線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 SystemView包含一個(gè)功能強(qiáng)大的、很容易使用的圖形模板設(shè)計(jì)模擬和數(shù)字以及離散和連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的環(huán)境，還包含大量的FIR/IIR濾波類型和FFT類型，并提供易于用DSP實(shí)現(xiàn)濾波器或線性系統(tǒng)的參數(shù)。7 先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)塊處理。 SystemView提供的分析窗口是一個(gè)能夠提供系統(tǒng)波形詳細(xì)檢查的交互式

11、可視環(huán)境。分析窗口還提供一個(gè)能歲仿真生成數(shù)據(jù)進(jìn)行先進(jìn)的塊處理操作的接受計(jì)算器。 SystemView還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查系統(tǒng)波形。內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動(dòng)、譜分析、標(biāo)尺以及濾波等，全部都是通過敲擊鼠標(biāo)器實(shí)現(xiàn)的。8 課擴(kuò)展性。 SystemView允許用戶插入自己用C/C+編寫的用戶代碼庫，插入的用戶庫自動(dòng)集成到SystemView中，如同系統(tǒng)內(nèi)建的庫一樣使用。9 完善的自我診斷功能。 SystemView能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，通知用戶連接出錯(cuò)并通過顯示指出出錯(cuò)的圖符。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)用戶系統(tǒng)的診斷是十分有效的?？傊?，SystemView的設(shè)計(jì)者希望它成為一種強(qiáng)大有力的基于個(gè)人

12、計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)的通信系統(tǒng)仿真工具，以實(shí)現(xiàn)在不具備先進(jìn)儀器的條件下同樣也能完成復(fù)雜的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。三 模擬調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析3.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理模擬調(diào)制系統(tǒng)可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制，本課程設(shè)計(jì)只研究線性調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。線性調(diào)制系統(tǒng)中，常用的方法有AM調(diào)制，DSB調(diào)制，SSB調(diào)制。線性調(diào)制的一般原理：設(shè)正線性載波：式中：A為載波幅度，為載波角頻率，為正載波初相位。幅度信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）一般表示為：式中：為基帶調(diào)制信號(hào)。模擬系統(tǒng)的調(diào)制模型如圖3-1。圖 3-1模擬系統(tǒng)的調(diào)制模型圖 3-2解調(diào)器抗噪聲性能的分析模型模擬系統(tǒng)的解調(diào)器抗噪聲性能的分析模型如圖3-2。3.1.1 A

13、M調(diào)制與解調(diào)原理標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅就是常規(guī)雙邊帶調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)幅（AM）。假設(shè)調(diào)制信號(hào)的平均值為0，將其疊加一個(gè)直流分量后與載波相乘，即可形成調(diào)幅信號(hào)。其時(shí)域表達(dá)式為：式中：為外加的直流分量；可以是確知信號(hào)，也可以是隨機(jī)信號(hào)。當(dāng)滿足條件：時(shí)，AM包絡(luò)檢波與調(diào)制信號(hào)的波形完全一樣，則用包絡(luò)檢波很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號(hào)。圖 3-3 AM的調(diào)制框圖設(shè)計(jì)的AM的調(diào)制與相干解調(diào)框圖分別為圖3-3和3-4。圖 3-4 AM的相干解調(diào)框圖AM的非相干解調(diào)就用一個(gè)包絡(luò)檢波器即可，所以AM的非相干解調(diào)框圖省略了。3.1.2 DSB調(diào)制與解調(diào)原理在圖3-3中如果輸入的基帶信號(hào)沒有直流分量，則得到的輸出信號(hào)便是無載波分量的雙邊

14、帶信號(hào)，或稱雙邊帶抑制載波(DSB-SC)信號(hào)，簡(jiǎn)稱DSB信號(hào)，其時(shí)域表示式為式中：是調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）。設(shè)計(jì)的DSB調(diào)制及解調(diào)框圖如圖3-5。圖 3-5 DSB的調(diào)制及相干解調(diào)框圖3.1.3 SSB調(diào)制與解調(diào)原理雙邊帶已調(diào)信號(hào)包含有兩個(gè)邊帶，即上、下邊帶。由于這兩個(gè)邊帶包含的信息相同，因而，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，傳輸一個(gè)邊帶就夠了。所謂單邊帶調(diào)制，就是只產(chǎn)生一個(gè)邊帶的調(diào)制方式。利用調(diào)制器一般模型，同樣可以產(chǎn)生單邊帶信號(hào)。若加高通濾波器，能產(chǎn)生上邊帶信號(hào)；若加低通濾波器，則產(chǎn)生下邊帶信號(hào)。上邊帶時(shí)域表達(dá)式為：上邊帶時(shí)域表達(dá)式為：圖 3-6 相移法產(chǎn)生SSB信號(hào)的框圖根據(jù)上下邊帶的時(shí)域表達(dá)式

15、，我們還可以可以利用利用相移法產(chǎn)生SSB的上下邊帶。SSB的解調(diào)也是相干解調(diào)，和AM和DSB的相干解調(diào)相同，所以省略了SSB的相干解調(diào)框圖。 3.1.4 FM調(diào)制與解調(diào)原理 1）調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生直接調(diào)頻法信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源通信系統(tǒng)的一般模型調(diào)頻就是用調(diào)制信號(hào)控制載波的頻率變化1。所謂頻率調(diào)制（FM），是指瞬時(shí)頻率偏移隨限制信號(hào)嗎m(t)成比例變化，即調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率可以表示為： 其中為載波角頻率，為調(diào)制信號(hào)，為頻偏常數(shù)（調(diào)制常數(shù)），表示調(diào)頻器的調(diào)制靈敏度，此時(shí)調(diào)頻信號(hào)的相位為：將上式代入得調(diào)頻信號(hào)為：調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生這里主要介紹了直接調(diào)頻法。直接調(diào)頻就是用調(diào)制信號(hào)直接去控制

16、載波振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律線性地變化。可以由外部電壓控制振蕩器頻率的叫做壓控振蕩器（VCO）。每個(gè)壓控振蕩器自身就是一個(gè)FM調(diào)制器，因?yàn)樗恼袷庮l率正比于輸入控制電壓，即若用調(diào)制信號(hào)作控制電壓信號(hào)，就能產(chǎn)生FM波，如圖2.1：圖2.1 調(diào)頻器若被控制的振蕩器是LC振蕩器，則只需控制振蕩回路的某個(gè)電抗元件（L或C），使其參數(shù)隨調(diào)制信號(hào)變化。目前常用的電抗元件是變?nèi)荻O管。用變?nèi)荻O管實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻，由于電路簡(jiǎn)單，性能良好，已成為目前最廣泛采用的調(diào)頻電路之一。在直接調(diào)頻法中，振蕩器與調(diào)制器合二為一。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得較大的頻偏；其主要缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度不高

17、。2）調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)相干解調(diào)由于調(diào)頻信號(hào)可以分解成同相分量與正交分量之和，因而可以采用線性調(diào)制中的相干解調(diào)法來進(jìn)行解調(diào)，如圖2.2：圖2.2 FM信號(hào)相干解調(diào)根據(jù)公式可以設(shè)調(diào)頻信號(hào)并設(shè)相干載波則相乘器的輸出為經(jīng)過低通濾波器取出其低頻分量再經(jīng)微分器，即得解調(diào)輸出可見，相干解調(diào)可以恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。這種解調(diào)方法需要本地載波與調(diào)制載波同步，否則將使解調(diào)信號(hào)失真。3.2 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的仿真與分析3.2.1 AM調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析1) 根據(jù)AM調(diào)制與解調(diào)原理，用System View軟件建立一個(gè)仿真電路，如下圖所示：圖 2-3 AM調(diào)幅的System View仿真圖2)參數(shù)設(shè)置：載波頻率設(shè)置為

18、100Hz，調(diào)制信號(hào)為18Hz；增益參數(shù)為2；低通濾波器：Design: Analog; Lowpass, Butterworth Low Cuttoff=20Hz; No.of Poles=3Filter input sample rate:1e+33)波形說明及分析：圖 2-4 AM調(diào)幅各信號(hào)波形總圖載波波形圖 調(diào)制波形圖 已調(diào)波形圖解調(diào)波形圖綜上所述，可以看出，采用常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制傳輸信息的好處是解調(diào)電路簡(jiǎn)單，可采用包絡(luò)檢波法。缺點(diǎn)是調(diào)制效率低，載波分量不攜帶信息，但卻占據(jù)了大部分功率，白白浪費(fèi)掉。如果抑制載波分量的傳送，則可演變出另一種調(diào)制方式，即抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（SC-DSB）

19、。 AM調(diào)制與解調(diào)仿真結(jié)果分析：AM調(diào)制為線性調(diào)制的一種，由圖3-8可以看出，在波形上，已調(diào)信號(hào)的幅值隨基帶信號(hào)變化而呈正比地變化，已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形相同。由圖3-9可以看出，在頻譜結(jié)構(gòu)上，已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)完全是基帶信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移到載波的頻率之上。恢復(fù)出來的信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)基本一致，頻譜都集中在500Hz。本系統(tǒng)采用的是相干解調(diào)法，恢復(fù)出來的信號(hào)與基帶信號(hào)基本一致，實(shí)現(xiàn)了無失真?zhèn)鬏敗?.2.2 DSB調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析1) 根據(jù)DSB調(diào)制與解調(diào)原理，用System View軟件建立一個(gè)仿真電路，如下圖所示: DSB調(diào)幅的System View仿

20、真圖2)參數(shù)設(shè)置： 載波頻率為100HZ； 調(diào)制信號(hào)頻率為10HZ； 低通濾波器的截止頻率為30HZ.3)波形說明:各波形的名稱如波形圖示（載波，調(diào)制波，已調(diào)波，解調(diào)波）。 DSB調(diào)幅各信號(hào)波形總圖綜上所述，可以看出，抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高；調(diào)制電路簡(jiǎn)單，僅用一個(gè)乘法器就可實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是占用頻帶寬度比較寬，為基帶信號(hào)的2倍。3.2.3 SSB調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析1) 根據(jù)SSB調(diào)制與解調(diào)原理，用System View軟件建立一個(gè)仿真電路，如下圖所示： SSB調(diào)幅的System View仿真圖2)波形圖如下： SSB調(diào)幅各信號(hào)波形總圖 上邊帶和下邊帶頻譜

21、圖3)參數(shù)設(shè)置：系統(tǒng)時(shí)間：采樣點(diǎn)數(shù)256，采樣率10000Hz表2-1 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的各圖符的參數(shù)設(shè)置表圖符序號(hào)庫/圖符名稱參數(shù)0Source: SinusoidAmp=0.5v, Freq=300Hz,Phase=0deg1Source: SinusoidAmp=1v, Freq=2000Hz,Phase=0deg10Source: SinusoidAmp=1v, Freq=2000Hz,Phase=0deg12Operator: Filter/SystemDesign:Analog;Lowpass,Butterworth,Low Cuttoff=300Hz;No.of Poles=6

22、 綜上所述，單邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高；頻帶寬度只有雙邊帶的一半，頻帶利用率提高一倍。缺點(diǎn)是單邊帶濾波器實(shí)現(xiàn)難度大。3.2.4 FM調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析1）根據(jù)FM調(diào)制與解調(diào)原理，用System View 軟件建立一個(gè)仿真電路，如下圖所示： FM調(diào)幅的System View仿真圖2)參數(shù)設(shè)置：系統(tǒng)時(shí)間：為了使對(duì)調(diào)頻信號(hào)的FFT計(jì)算能夠更加準(zhǔn)確，時(shí)間設(shè)置的采樣率和采樣時(shí)間都比較大。采樣點(diǎn)數(shù)：1024；采樣率：2000Hz表3-1FM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的各圖符的參數(shù)設(shè)置表圖符 序號(hào)庫/圖符名稱參數(shù)0Source:SinusoidAmp=1v.Freq=10Hz,Phase=

23、0deg2Operator:Gain/Scale:GainGain Units=Linear,Gain=35Source:SinusoidAmp=3v,Freq=100Hz,Phase=0deg7Operator:Filter/Systems:Linear Sys FiltersDesign:Analog;Bandpass,Chebyshev,Low Cuttoff=80Hz,Hi Cuttoff=120Hz,No.of Poles=58Source:SinusidAmp=1v,Freq=100Hz,Phase=0deg11Operator:Filters/Systems:Linear Sys

24、 FiltersDesign:Analog;Lowpass,Chebyshev,Low Cuttoff=25Hz,No.of Poles=53)波形說明： FM調(diào)幅的System View仿真圖 載波信號(hào)圖 調(diào)制信號(hào)圖圖3-20 窄帶調(diào)頻信號(hào)圖四 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘?hào)是否經(jīng)過調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分析為基帶傳輸系統(tǒng)和帶通傳輸系統(tǒng)。然而，實(shí)際中的大多數(shù)信道因具有帶通特性而不能直接傳送基帶信號(hào)，這是因?yàn)閿?shù)字基帶信號(hào)往往具有豐富的低頻分量。為了使數(shù)字信號(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)與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為

25、數(shù)字帶通信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：(1)利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制，即把數(shù)字調(diào)制看成是模擬調(diào)制的一個(gè)特例，把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)做模擬信號(hào)的特殊情況處理；(2)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，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種方法通常稱為鍵控法。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸對(duì)象主要是二進(jìn)制數(shù)字信息。當(dāng)調(diào)制信號(hào)是二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)，對(duì)載波的幅度進(jìn)行鍵控得到二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）信號(hào)；對(duì)載波的頻率進(jìn)行鍵控得到二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)信號(hào)；對(duì)載波的相位進(jìn)行鍵控得到二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)信號(hào)。4.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)原理4.1.1 2ASK調(diào)制與解調(diào)原理在幅度鍵控載

26、波幅度是隨著調(diào)制信號(hào)而變化的。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法（調(diào)制方法）有兩種。如圖4-1，圖（a）就是一般的模擬幅度調(diào)制方法，不過基帶信號(hào)是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；圖（b）就是最簡(jiǎn)單的形式，載波在二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)是1或0的鍵控下通或斷，這種二進(jìn)制幅度鍵控方式又叫通斷鍵控（OOK）。圖 4-1 2ASK的調(diào)制框圖(a)調(diào)幅法(b)鍵控法二進(jìn)制振幅基本解調(diào)有兩種方法：相干解調(diào)和非相干解調(diào)。相干解調(diào)也叫同步檢測(cè)法，非相干解調(diào)通常用包絡(luò)檢波法。其各有優(yōu)點(diǎn)，在信噪比小時(shí)，包絡(luò)檢波法具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠錂z波設(shè)備簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，而在信噪比相對(duì)較大時(shí)，非相干解調(diào)會(huì)有門限效應(yīng)，但是相干解調(diào)具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@種解調(diào)方法導(dǎo)致最終的

27、誤碼率低。所以對(duì)于的2ASK的接收系統(tǒng)框圖如圖4-2，其中圖（a）是相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）的框圖；圖（b）是非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）的框圖。與模擬系統(tǒng)的解調(diào)框圖相比，多了一個(gè)抽樣判決器，這對(duì)于提高數(shù)字信號(hào)的接收性能是十分必要的。(a)非相干解調(diào) (b)相干解調(diào) 圖 4-2 2ASK的解調(diào)框圖4.1.2 2FSK調(diào)制與解調(diào)原理頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。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)

28、是用正負(fù)電平表示的，載波頻率隨著調(diào)制信號(hào)為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。二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)產(chǎn)生的方框圖如圖4-3。圖 4-3 2FSK的調(diào)制框圖2FSK常用的解調(diào)方法有兩種，即相干解調(diào)法和非相干解調(diào)法。相干解調(diào)法是利用載波與已調(diào)信號(hào)進(jìn)行相乘后濾波輸出得到，在上面的2FSK中要兩個(gè)載波，所以解調(diào)也要兩個(gè)載波，分別與已調(diào)信號(hào)相乘后利用低通，最后相加即可得到我們的濾波輸出，最后判壓輸出得到解調(diào)信號(hào)。非相干解調(diào)是利用包絡(luò)檢波法檢測(cè)得到的。這次課設(shè)只用到了相干解調(diào)，所以二進(jìn)制頻移鍵控的相干解調(diào)的方框圖如圖4-4。圖 4-4 2ASK的解調(diào)框圖4.1.3 2PSK調(diào)制與

29、解調(diào)原理相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。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。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)。解調(diào)部分只能用相干解調(diào)，不可以用包絡(luò)檢波法等非相干解調(diào)的方法，因?yàn)槠漕l譜和抑制載波雙邊帶的頻譜一樣，因此不能采用包絡(luò)檢波，而采用相干解調(diào)。 4.1.4 2DPSK調(diào)制與解調(diào)原理 前一個(gè)實(shí)驗(yàn)

30、講述了絕對(duì)調(diào)相2PSK的仿真系統(tǒng)，但在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：圖372DPSK信號(hào)解調(diào)：4.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析4.2.1 2ASK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)：基帶信號(hào)amplitu=0.5，offs

31、et=-0.5，rate=10。輸入的調(diào)制信號(hào)：已調(diào)信號(hào)：3.2調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)：系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)： 基帶信號(hào)頻率=50HZ，電平=2，偏移=1，載波頻率=1000HZ模擬低通頻率=225HZ,極點(diǎn)數(shù)為3.系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為0.3S，采樣頻率=20000HZ。模塊3為原始信號(hào)：模塊8為解調(diào)后信號(hào)：模塊4為已調(diào)信號(hào)：功率譜圖：Sink3輸入信號(hào)Sink8輸出信號(hào)：2ASK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)圖對(duì)比：3.3系統(tǒng)仿真結(jié)果分析:如圖所示調(diào)制信號(hào)Sink3的圖形與解調(diào)后的信號(hào)Sink8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，

32、因此包絡(luò)檢波時(shí)設(shè)備較簡(jiǎn)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)。4.2.2 2FSK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)：基帶信號(hào)：AMPLITUDE=0.5，offset=-0.5，rate=10HZ，反相器：THRESHOLD=0.5，載波頻率=10HZ?；鶐盘?hào)：經(jīng)反相器后的信號(hào)：已調(diào)信號(hào)一部分：已調(diào)信號(hào)另一部分：已調(diào)信號(hào)：調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)： 系統(tǒng)基本參數(shù)：基帶信號(hào)頻率=50HZ，電平=2，偏移=0，半波整流器門限為0，sink8、sink14頻率=500HZ，sink9、sink15頻率=1000HZ。模擬低通濾波器頻率=225HZ，極點(diǎn)個(gè)數(shù)為7，運(yùn)行時(shí)

33、間=0.3S，采樣頻率=10000HZ。模塊7為原始信號(hào)：模塊19為解調(diào)后的信號(hào)模塊11為調(diào)制后的信號(hào)功率譜圖:Sink7輸入信號(hào)： Sink19輸出信號(hào)：2FSK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)圖對(duì)比： 4.3仿真結(jié)果分析：如圖sink7、sink19分別為系統(tǒng)的輸入和輸出，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(jiǎn)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

34、噪比條件下使用相干解調(diào)。4.2.3 2PSK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)： 基帶信號(hào)頻率=10HZ，載波頻率=10HZ。將雙極性不歸零信號(hào)同載波相乘得到2PSK信號(hào)。圖25信源：（發(fā)送0的概率幅度為1，發(fā)送1的概率幅度為-1）已調(diào)信號(hào)：調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)： 系統(tǒng)基本參數(shù)：基帶信號(hào)頻率=30HZ，電平=2，偏移=0，載波頻率=600HZ，模擬低通濾波器頻率=225，極點(diǎn)個(gè)數(shù)為3。 模塊1為調(diào)制信號(hào)： 模塊10為解調(diào)后的調(diào)制信號(hào) 模塊2為已調(diào)信號(hào)功率譜圖：Sink1輸入信號(hào)： Sink10輸出信號(hào)：2PSK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)圖對(duì)比：仿真結(jié)果分析： Sink1、sink10分別為調(diào)制信號(hào)、解調(diào)信號(hào)。它們波

35、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。 4.2.4 2DPSK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析 系統(tǒng)基本參數(shù)：基帶信號(hào)頻率=100HZ，電平=2，偏移=0，邏輯異或threshold=1，tureoutput=1，F(xiàn)ALSEoutput=-1，延遲塊delay=100，selectoutput為1。載波頻率=1000HZ，模擬低通濾波器頻率=225HZ，極點(diǎn)個(gè)數(shù)為3，保持器gain=1，比較器a>b，運(yùn)行時(shí)間=0.5S，采樣頻