基于Systemview的2PSK調(diào)制與解調(diào)課程設計畢業(yè)畢業(yè)設計

1、 PAGE16 / NUMPAGES16工程學院基于System View的2PSK調(diào)制與解調(diào)課程設計說明書題 目 基于System view的2PSK調(diào)制與解調(diào) 課 程 名 稱 基于System view的2PSK調(diào)制與解調(diào) 系 院 信息工程學院 專 業(yè) 班 級 學 生 姓 名 學 號 設 計 地 點 指 導 教 師 設計起止時間： 2012年 6月 7日 至 2012年 6月 1日目 錄 TOC o 1-1 h z u HYPERLINK l _Toc243281925一、需求分析*HYPERLINK l _Toc243281926二、系統(tǒng)總體設計*HYPERLINK l _Toc2432

2、81927三、系統(tǒng)詳細設計*HYPERLINK l _Toc243281928四、調(diào)試與維護*HYPERLINK l _Toc243281929五、結(jié)束語*HYPERLINK l _Toc243281930六、參考文獻*HYPERLINK l _Toc243281931七、指導教師評閱*一、需求分析數(shù)字通信系統(tǒng), 按調(diào)制方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)

3、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-S

4、hift 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)如圖所示： 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖二、系統(tǒng)總體設計在數(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)字調(diào)制，本次課程設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2PSK的原理、已調(diào)信號的頻譜特點和各系統(tǒng)的抗噪聲性能。所謂2

5、PSK就是根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平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，而2PSK的解調(diào)只能采用相干解調(diào)方法。三、系統(tǒng)詳細設計一、SystemView的基本介紹SystemView是一個用于現(xiàn)代科學與科學系統(tǒng)設計與仿真打動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設計、信號處理、完整通信系統(tǒng)打設計與仿真，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（Preferences）、視

6、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（1）所示。圖1使用Systemview進行系統(tǒng)仿真，一般要經(jīng)過以下幾個步驟：(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，將其圖符拖到設計窗口，按設計的系統(tǒng)框圖組建系統(tǒng)。(3)設置

7、、調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)模擬參數(shù)設置包括運行系統(tǒng)參數(shù)設置(系統(tǒng)模擬時間，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)鍵點處設置觀察窗口，用于檢查、監(jiān)測模擬系統(tǒng)的運行情況，以便與時調(diào)整參數(shù)，分析結(jié)果。System View的工具欄設計窗口中工具欄，如下圖2所示，由十六個常用快捷功能按鈕組成動作條，如圖所示。當鼠標移動到每個圖標時，系統(tǒng)會自動顯示該按鈕的作用。圖2 工具欄從左到右依次為切換按鈕、打開文件按鈕、保存按鈕、打印按鈕、清除按鈕、刪除按鈕、斷開連接按鈕、連接按鈕、復制按鈕、反轉(zhuǎn)按鈕

8、、便箋按鈕、創(chuàng)建嵌套系統(tǒng)按鈕、觀察嵌套系統(tǒng)按鈕、根軌跡按鈕、波特圖按鈕、重繪按鈕、取消操作按鈕、開始仿真按鈕、系統(tǒng)定時按鈕、分析窗口按鈕。System View的圖標庫圖標是System View仿真運算,處理的基本單元,共分為三大類;第一類包括信號源庫,它只有輸出端沒有輸入端;第二個類包括觀察窗庫,它只有輸入端沒有輸出端;第三類包括其他所有圖表庫,這類圖標都有一定個數(shù)的輸入端和輸出端. 在設計窗口的左邊有一個圖標庫區(qū)，一組是基本庫（Main Libraries），共8個。另一組是可選擇的專業(yè)庫（Optional Libraries）,如通信庫、數(shù)字信號處理庫、邏輯庫、射頻/模擬庫等，支持用戶

9、自己用C/C+語言編寫源代碼定義圖標以完成所需自定義功能的用戶自定義庫（Custom），與可調(diào)用、訪問Matlab的函數(shù)的M-Link庫，以與CDMA、DVB、自適應濾波器庫等。圖3 基本庫圖標在上述八個圖符中，除雙擊加法器和乘法器圖符按鈕可直接使用外，雙擊其他按鈕會出現(xiàn)相應的對話框，應進一步設置圖符塊的操作參數(shù)。單擊圖符庫選擇區(qū)最上面的主庫開關(guān)按鈕“Main”，將出現(xiàn)選擇開關(guān)按鈕“Option”下的庫（user）、通信庫（comm）、DSP庫、邏輯庫(LOGIC)、射頻/模擬庫(RF/ANALOG)和數(shù)學庫（MATALAB）選擇按鈕，可分別雙擊他們選擇調(diào)用。在設計窗口中間的大片區(qū)域就是工作區(qū)

10、域，用戶可以在這里放置、定義和連接各種圖符，建立新的系統(tǒng)。 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，相當于系統(tǒng)組成框圖中的一個子框圖，用戶在屏幕上所能看到的僅僅是代表某一數(shù)學模型的圖形標志（圖符塊），圖符塊的傳遞特性由該圖符塊所具有的仿真數(shù)學模型決定。創(chuàng)建一個仿真系統(tǒng)的基本操作是，按照需要調(diào)出相應的圖符塊，將圖符塊之間用帶有傳輸方向的連線連接起來。這樣一來，用戶進行的系統(tǒng)輸入完全是圖形操作，不涉與語言編程問題，使用十分方便。進入系統(tǒng)后，在圖符庫選擇區(qū)排列著8個圖符選擇按鈕創(chuàng)建系統(tǒng)的首要工作就是按照系統(tǒng)設計方案從圖符庫中調(diào)用圖符塊，作為仿真系統(tǒng)的基本單元模塊

11、?？捎檬髽俗箧I雙擊圖符庫選擇區(qū)的選擇按鈕。 當需要對系統(tǒng)中各測試點或某一圖符塊輸出進行觀察時，通常應放置一個信宿（Sink）圖符塊，一般將其設置為“Analysis”屬性。Analysis塊相當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、設置參數(shù)、連線等）后，首先應對輸入系統(tǒng)的仿真運行參數(shù)進行設置，因為計算機只能采用數(shù)值計算方式，起始點和終止點究竟為何值？究竟需要計算多少個離散樣值？這些信息必須告知計算機。假如被分析的信號是時間的函數(shù)，則從起始時間到終止時間的樣值數(shù)目就與系統(tǒng)的采樣率或者采樣時間間隔有關(guān)。實

12、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)設置不合理，仿真運行后的結(jié)果往往不能令人滿意，甚至根本得不到預期的結(jié)果。有時，在創(chuàng)建仿真系統(tǒng)前就需要設置系統(tǒng)定時參數(shù)。 時域波形是最為常用的系統(tǒng)仿真分析結(jié)果表達形式。進入分析窗后，單擊“工具欄”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域波形，對于碼間干擾和噪聲同時存在的數(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，而利用“觀察眼圖”這種實驗手段可以非常方便地估計系統(tǒng)傳輸性能。實際觀察眼圖的具體實驗方法是：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，

13、使掃描周期與碼元周期Tc同步（即TsnTc，n為正整數(shù)），此時示波器顯示的波形就是眼圖。由于傳輸碼序列的隨機性和示波器熒光屏的余輝作用，使若干個碼元波形相互重疊，波形酷似一個個“眼睛”，故稱為“眼圖”?！把劬Α睊甑迷酱螅砻髋袥Q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。當需要觀察信號功率譜時，可在分析窗下單擊信宿計算器圖標按鈕，出現(xiàn)“SystemView信宿計算器”對話框，單擊分類設置開關(guān)按鈕spectrum，完成功率譜的觀察。二、 二進制相移鍵控（2PSK）的調(diào)制2.1. 2PSK的調(diào)制原理2PSK是利用載波的不同相位去直接傳送數(shù)字信息的一種方式，若

14、用相位代表“0” 碼， 相位0代 表“1” 碼， 即規(guī)定數(shù)字基帶信號為“0” 碼時， 已調(diào)信號相對于載波的相位為；數(shù)字基帶信號為“1”碼時 ，已調(diào)信號相對載波相位為同相。2PSK已調(diào)信號的時域表達式為： 2psk= A ang(t-nTs)coswt (an=1或-1) e2psk=Acos（wt+n）這種以載波的不同相位直接去表示二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進制絕對方式。 數(shù)字相位調(diào)制是用數(shù)字基帶信號控制載波的相位， 使載波的相位發(fā)生跳變的一種調(diào)制方式，2PSK( 二進制相位鍵控) 調(diào)制可采用直接調(diào)相法即雙極性數(shù)字基帶信號與載波直接相乘的方法，也可采用相位選擇法即由振蕩器和反相器電路來實

15、現(xiàn)調(diào)制的方法。其原理框圖如圖4，其中。圖（a）就是一般的模擬相乘法，用乘法器實現(xiàn)；圖（b）是一種數(shù)字鍵控法。 圖（a）模擬相乘法 圖（b）數(shù)字鍵控法圖4 2PSK調(diào)制器原理框圖2.2. 2PSK的調(diào)制的仿真設計根據(jù)模擬相頻法原理圖，利用System View軟件進行仿真設計，得到圖5圖5 2PSK調(diào)制仿真設計圖參數(shù)設置：Token 0：基帶信號-PN碼序列將參數(shù)設置為Rate=10HZ,Amp(幅度)= 0.5v, Offset(偏移)= 0.5v；Token 7、8：相乘器Token 3: 載波，載波頻率為10HzToken 2：延時器，delay=0.5sToken 6：反相器Token

16、9：加法器Token 1、4、5、10: 分析觀察窗口檢查仿真電路圖和參數(shù)設置無誤后，進行仿真運行，運行時間設置為：Start Time: 0秒； Stop Time: 1秒；采樣頻率：Sample Rate：10000Hz。如圖6所示：圖6運行時間設置窗口運行后可以很直觀地觀察到各點的波形如圖7、8、9所示圖7二進制不歸零信號圖8載波波形圖9調(diào)制輸出波形基帶信號頻率=10HZ，載波頻率=10HZ。將雙極性不歸零信號同載波相乘得到2PSK信號。圖10信源：（發(fā)送0的概率幅度為1，發(fā)送1的概率幅度為-1）圖11已調(diào)信號：圖12三、二進制相移鍵控（2PSK）的解調(diào)3.1 2PSK的解調(diào)原理2PSK

17、信號有多種解調(diào)方法，如非相干解調(diào)（包絡檢波法）、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法與差分檢波法等，這里給出相干解調(diào)法的接收系統(tǒng)組成方框圖如圖13所示。 圖13 2PSK解調(diào)器原理框圖3.2 2PSK的解調(diào)的仿真設計根據(jù)相干解調(diào)法原理圖，利用System View軟件進行仿真設計，得到圖14圖14 2PSK解調(diào)仿真設計圖參數(shù)設置：Token 0：基帶信號-PN碼序列將參數(shù)設置Rate=10Hz,Amp(幅度)= 1v, Offset(偏移)= 0v；Token 2、9: 乘法器Token 3、6: 載波，載波頻率為100HzToken 5：加法器Token 11：IIR Butterworth低通濾

18、波器，截止頻率60Hz，No.of Poles=3；Token 13：比較器Token 14：保持器Token 1、4、7、10、12、15: 分析觀察窗口檢查仿真電路圖和參數(shù)設置無誤后，進行仿真運行，運行時間設置為：Start Time: 0秒； Stop Time: 1秒；采樣頻率：Sample Rate：10000Hz。如圖15所示：圖15運行時間設置窗口運行后可以很直觀地觀察到各點的波形如圖16、17、22、23、24、25所示。圖16原始信號圖17 2PSK調(diào)制信號基帶信號頻率=30HZ，電平=2，偏移=0，載波頻率=600HZ，模擬低通濾波器頻率=225，極點個數(shù)為3。圖18模塊1為調(diào)制信號：圖19模塊2為解調(diào)后的調(diào)制信號圖20模塊3為已調(diào)信號圖21圖22加入高斯白噪聲的波形圖23調(diào)制信號加入噪聲經(jīng)過相乘器后的波形圖24經(jīng)過低通濾波器后的波形圖25解調(diào)輸出的波形四、調(diào)試與維護2PSK調(diào)制相對2FSK、2ASK具有帶寬窄、頻帶利用率高 、抗干擾性強等優(yōu)點，因此被廣泛地運用于中、高速通信系統(tǒng)中。但在更高速的通信系統(tǒng)中，2PSK調(diào)制已不能滿足頻帶利用率和系統(tǒng)的有效性等要求，故基本采用多進制系統(tǒng)。此外，絕對調(diào)相系統(tǒng)會產(chǎn)生倒相現(xiàn)象，因此應考慮采用相對相位調(diào)相系統(tǒng)。產(chǎn)生倒相現(xiàn)象的原因是在2PSK信號的載波恢復過程中存在180相位模糊，既恢復的本