基于System-view的2PSK調(diào)制與解調(diào)課程設(shè)計(jì)

南昌工程學(xué)院《基于SystemView的2PSK調(diào)制與解調(diào)》課程設(shè)計(jì)說明書題目基于Systemview的2PSK調(diào)制與解調(diào)課程名稱基于Systemview的2PSK調(diào)制與解調(diào)系院信息工程學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)號設(shè)計(jì)地點(diǎn)指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)起止時間：2023年6月7日至2023年6月1日目錄TOC\o"1-1"\h\z\u一、需求分析*二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)*三、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)*四、調(diào)試與維護(hù)*五、結(jié)束語*六、參考文獻(xiàn)*七、指導(dǎo)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0～6M〕低頻段，因而在很多實(shí)際的通信〔如無線信道〕中就不能直接進(jìn)行傳輸，需要借助載波調(diào)制進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行調(diào)制可以便于信號的傳輸；實(shí)現(xiàn)信道復(fù)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(diǎn)，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(shí)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(dú)立振蕩源中選參量，由此產(chǎn)生的三種根本調(diào)制方式分別稱為振幅鍵控〔ASK,Amplitude-Shiftkeying〕、移頻鍵控〔FSK,Frequency-Shiftkeying〕和移相鍵(PSK,Phase-Shiftkeying)或差分移相鍵〔DPSK,DifferentPhase-Shiftkeying〕。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)如下圖：數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)圖二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)在數(shù)字調(diào)制中，數(shù)字基帶信號可以是二進(jìn)制的，也可以是多進(jìn)制的，對應(yīng)的就有二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制和多進(jìn)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(jìn)制數(shù)字基帶信號作為調(diào)制信號的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，本次課程設(shè)計(jì)主要針對就是最常用的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式即二進(jìn)制振幅鍵控、移頻鍵控和移相鍵控三進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析，通過學(xué)習(xí)Systemview仿真軟件，對對三種系統(tǒng)進(jìn)行仿真，熟悉2PSK的原理、已調(diào)信號的頻譜特點(diǎn)和各系統(tǒng)的抗噪聲性能。所謂2PSK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(xì)設(shè)計(jì)一、SystemView的根本介紹SystemView是一個用于現(xiàn)代科學(xué)與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真打動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計(jì)、信號處理、完整通信系統(tǒng)打設(shè)計(jì)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(jìn)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(xiàng)功能菜單。如下列圖〔1〕所示。圖1使用Systemview進(jìn)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(xué)模型根據(jù)系統(tǒng)的根本工作原理，確定總的系統(tǒng)功能，并將各局部功能模塊化，找出各局部的關(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(jì)窗口，按設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖組建系統(tǒng)。(3)設(shè)置、調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模擬參數(shù)設(shè)置包括運(yùn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置(系統(tǒng)模擬時間，采樣速率等)和功能模塊運(yùn)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(diǎn)處設(shè)置觀察窗口，用于檢查、監(jiān)測模擬系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以便及時調(diào)整參數(shù)，分析結(jié)果。SystemView的工具欄設(shè)計(jì)窗口中工具欄，如下列圖2所示，由十六個常用快捷功能按鈕組成動作條，如下圖。當(dāng)鼠標(biāo)移動到每個圖標(biāo)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、翻開文件按鈕、保存按鈕、打印按鈕、去除按鈕、刪除按鈕、斷開連接按鈕、連接按鈕、復(fù)制按鈕、反轉(zhuǎn)按鈕、便箋按鈕、創(chuàng)立嵌套系統(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。SystemView的圖標(biāo)庫圖標(biāo)是SystemView仿真運(yùn)算,處理的根本單元,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(biāo)都有一定個數(shù)的輸入端和輸出端.在設(shè)計(jì)窗口的左邊有一個圖標(biāo)庫區(qū)，一組是根本庫〔MainLibraries〕，共8個。另一組是可選擇的專業(yè)庫〔OptionalLibraries〕,如通信庫、數(shù)字信號處理庫、邏輯庫、射頻/模擬庫等，支持用戶自己用C/C++語言編寫源代碼定義圖標(biāo)以完成所需自定義功能的用戶自定義庫〔Custom〕，及可調(diào)用、訪問Matlab的函數(shù)的M-Link庫，以及CDMA、DVB、自適應(yīng)濾波器庫等。圖3根本庫圖標(biāo)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(yīng)的對話框，應(yīng)進(jìn)一步設(shè)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(xué)庫〔MATALAB〕選擇按鈕，可分別雙擊他們選擇調(diào)用。在設(shè)計(jì)窗口中間的大片區(qū)域就是工作區(qū)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)的根本單元模塊，相當(dāng)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(xué)模型的圖形標(biāo)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(xué)模型決定。創(chuàng)立一個仿真系統(tǒng)的根本操作是，按照需要調(diào)出相應(yīng)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(jìn)行的系統(tǒng)輸入完全是圖形操作，不涉及語言編程問題，使用十分方便。進(jìn)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)立系統(tǒng)的首要工作就是按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案從圖符庫中調(diào)用圖符塊，作為仿真系統(tǒng)的根本單元模塊?？捎檬髽?biāo)左鍵雙擊圖符庫選擇區(qū)內(nèi)的選擇按鈕。當(dāng)需要對系統(tǒng)中各測試點(diǎn)或某一圖符塊輸出進(jìn)行觀察時，通常應(yīng)放置一個信宿〔Sink〕圖符塊，一般將其設(shè)置為“Analysis〞屬性。Analysis塊相當(dāng)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)立輸入操作〔包括調(diào)出圖符塊、設(shè)置參數(shù)、連線等〕后，首先應(yīng)對輸入系統(tǒng)的仿真運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能采用數(shù)值計(jì)算方式，起始點(diǎn)和終止點(diǎn)究竟為何值？究竟需要計(jì)算多少個離散樣值？這些信息必須告知計(jì)算機(jī)。假設(shè)被分析的信號是時間的函數(shù)，那么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(shí)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(shè)置不合理，仿真運(yùn)行后的結(jié)果往往不能令人滿意，甚至根本得不到預(yù)期的結(jié)果。有時，在創(chuàng)立仿真系統(tǒng)前就需要設(shè)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(dá)形式。進(jìn)入分析窗后，單擊“工具欄〞內(nèi)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(shí)驗(yàn)手段可以非常方便地估計(jì)系統(tǒng)傳輸性能。實(shí)際觀察眼圖的具體實(shí)驗(yàn)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，使掃描周期與碼元周期Tc同步〔即Ts＝nTc，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(jī)性和示波器熒光屏的余輝作用，使假設(shè)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Θ晵甑迷酱螅f明判決的誤碼率越低，反之，誤碼率上升。SystemView具有“眼圖〞這種重要的分析功能。當(dāng)需要觀察信號功率譜時，可在分析窗下單擊信宿計(jì)算器圖標(biāo)按鈕，出現(xiàn)“SystemView信宿計(jì)算器〞對話框，單擊分類設(shè)置開關(guān)按鈕spectrum，完成功率譜的觀察。二、二進(jìn)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，假設(shè)用相位π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π；數(shù)字基帶信號為2PSK已調(diào)信號的時域表達(dá)式為：μ2psk=A[Σang(t-nTs)]coswt(an=1或-1)e2psk=Acos〔wt+φn〕這種以載波的不同相位直接去表示二進(jìn)制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)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(jìn)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(shí)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(shí)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42PSK調(diào)制器原理框圖2.2.2PSK的調(diào)制的仿真設(shè)計(jì)根據(jù)模擬相頻法原理圖，利用SystemView軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，得到圖5圖52PSK調(diào)制仿真設(shè)計(jì)圖參數(shù)設(shè)置：Token0：基帶信號--PN碼序列將參數(shù)設(shè)置為Rate=10HZ,Amp(幅度)=0.5v,Offset(偏移)=0.5v；Token7、8：相乘器Token3:載波，載波頻率為10HzToken2：延時器，delay=0.5sToken6：反相器Token9：加法器Token1、4、5、10:分析觀察窗口檢查仿真電路圖和參數(shù)設(shè)置無誤后，進(jìn)行仿真運(yùn)行，運(yùn)行時間設(shè)置為：StartTime:0秒；StopTime:1秒；采樣頻率：SampleRate：10000Hz。如圖6所示：圖6運(yùn)行時間設(shè)置窗口運(yùn)行后可以很直觀地觀察到各點(diǎn)的波形如圖7、8、9所示圖7二進(jìn)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(jìn)制相移鍵控〔2PSK〕的解調(diào)3.12PSK的解調(diào)原理2PSK信號有多種解調(diào)方法，如非相干解調(diào)〔包絡(luò)檢波法〕、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法及差分檢波法等，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132PSK解調(diào)器原理框圖3.22PSK的解調(diào)的仿真設(shè)計(jì)根據(jù)相干解調(diào)法原理圖，利用SystemView軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，得到圖14圖142PSK解調(diào)仿真設(shè)計(jì)圖參數(shù)設(shè)置：Token0：基帶信號--PN碼序列將參數(shù)設(shè)置Rate=10Hz,Amp(幅度)=1v,Offset(偏移)=0v；Token2、9:乘法器Token3、6:載波，載波頻率為100HzToken5：加法器Token11：IIRButterworth低通濾波器，截止頻率60Hz，No.ofPoles=3；Token13：比擬器Token14：保持器Token1、4、7、10、12、15:分析觀察窗口檢查仿真電路圖和參數(shù)設(shè)置無誤后，進(jìn)行仿真運(yùn)行，運(yùn)行時間設(shè)置為：StartTime:0秒；StopTime:1秒；采樣頻率：SampleRate：10000Hz。如圖15所示：圖15運(yùn)行時間設(shè)置窗口運(yùn)行后可以很直觀地觀察到各點(diǎn)的波形如圖16、17、22、23、24、25所示。圖16原始信號圖172PSK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(diǎn)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22參加高斯白噪聲的波形圖23調(diào)制信號參加噪聲經(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(hù)2PSK調(diào)制相對2FSK、2ASK具有帶寬窄、頻帶利用率高、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地運(yùn)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，故根本采用多進(jìn)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(yīng)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(fù)過程中存在180°相位模糊，既恢復(fù)的本地載波與所需的相干載波可能同相，也可能反相，這種相位關(guān)系的不確定性將會造成解