課程設(shè)計(jì)_用SystemView實(shí)現(xiàn)通信FSK系統(tǒng)的仿真與分析通信原理課程設(shè)計(jì).doc

通信原理課程設(shè)計(jì)課題名稱:用SystemView實(shí)現(xiàn)通信FSK系統(tǒng)的仿真與分析 系別:電子科學(xué)與技術(shù)姓名:王志強(qiáng) 學(xué)號(hào):200710330114班級(jí):電子一班指導(dǎo)老師:付莉 2009年12月29號(hào)摘要闡述了用SystemView軟件實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)仿真的方法,并以二進(jìn)制移頻鍵控(2FSK)為例,詳細(xì)論述了仿真過程、仿真結(jié)果表明，通過用SystemView軟件仿真，可以很方便得到所設(shè)計(jì)電路的輸出結(jié)果與分析波形。關(guān)鍵詞：SystemView；通信系統(tǒng)；仿真1 引言 近二十年來,隨著通信技術(shù)的發(fā)展,許多高校都開設(shè)了通信原理課程。伴隨著高校擴(kuò)招帶來的學(xué)生人數(shù)激增，使傳統(tǒng)的通信原理實(shí)驗(yàn)箱類硬件實(shí)驗(yàn)方法受到挑戰(zhàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)的通信仿真軟件受到越來越多的的關(guān)注。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件SystemView有教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討和研究，并給出的實(shí)際仿真電路和有關(guān)波形圖。2 SystemView的特點(diǎn)SystemView是美國(guó)Elanix公司推出的基于Windows平臺(tái)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件。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。SystemView仿真系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：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。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(kù)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。3 通信系統(tǒng)FSK仿真設(shè)計(jì)與分析 FSK是在數(shù)字信號(hào)調(diào)制中使用較典型的一種調(diào)制方式，其利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息0或1。由于其實(shí)現(xiàn)起來較容易、抗噪聲與抗衰減的性能較好。因此，在中低速數(shù)據(jù)傳輸（傳輸速率在1200bit/s 以下）中得到了廣泛的應(yīng)用。 在二進(jìn)制FSK中載波頻率隨著調(diào)制信號(hào)1或0而變，1對(duì)應(yīng)載波頻率f1，0對(duì)應(yīng)于載波頻率f2.二進(jìn)制FSK已調(diào)信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 二進(jìn)制FSK的調(diào)制器可以采用調(diào)頻電路實(shí)現(xiàn)，也可以用鍵控法實(shí)現(xiàn)。解調(diào)器有相干解調(diào)和非相干解調(diào)，以下仿真的方法實(shí)現(xiàn)其過程。4 FSK仿真設(shè)計(jì)與分析41 調(diào)制器仿真設(shè)計(jì)與分析 調(diào)制器仿真設(shè)計(jì)原理，如圖1所示圖1 2FSK調(diào)制器SystemView仿真電路圖具體參數(shù)為:信號(hào)源碼f1為正弦波,幅度為1V,頻率為50HZ,相位為0.信號(hào)源碼f2為正弦波,幅度為1V,頻率為100HZ,相位為0.隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器為PN序列,幅度為500e-3V,偏值為500e-3V,頻率為10HZ,電平數(shù)為2,相位為0.調(diào)頻模塊為FM頻率調(diào)制,載波幅度為1V,頻率為50HZ,相位為0,調(diào)制增益為50HZ/V.鍵控開關(guān)為單刀雙擲開關(guān),輸出延時(shí)為0S閥值為100e-3V.調(diào)頻法:在SystemView中二進(jìn)制數(shù)據(jù)用偽隨機(jī)序列PN Seq仿真出隨機(jī)的0,1二進(jìn)制數(shù)字信號(hào),通過調(diào)頻器FM調(diào)制,0對(duì)應(yīng)50HZ,1對(duì)應(yīng)100HZ.幅度A均為1V. 鍵控法:在SystemView中二進(jìn)制數(shù)據(jù)用偽隨楊序列PN Seq仿真出出隨機(jī)的0,1二進(jìn)制數(shù)字信號(hào),作為鍵控開關(guān)的控制信號(hào), 0對(duì)應(yīng)50HZ,1對(duì)應(yīng)100HZ.幅度A均為1V.仿真后的波形見圖2.(a)模擬調(diào)頻法2FSK仿真輸出波形(b)鍵控法2FSK仿真輸出波形(c)輸入的隨機(jī)信號(hào)圖2 2FSK調(diào)制輸出波形一般說來,鍵控法得到了兩個(gè)鍵控頻率的相位是與二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列無關(guān)的,反映在輸出波形上，僅表現(xiàn)出f1與f2的相位是不連續(xù)的；而用模擬調(diào)頻法時(shí),f1與f2的相位是連續(xù)的。由圖中可見,模擬調(diào)頻法2FSK輸出波形是連續(xù)的;鍵控法輸出波形是不連續(xù)的,這與理論分析結(jié)果相吻合.4.2 解調(diào)器仿真設(shè)計(jì)與分析4.2.1 非相干解調(diào)實(shí)現(xiàn)2FSK非相干解調(diào)器仿真設(shè)計(jì)原理如圖3所示.設(shè)計(jì)解調(diào)電路時(shí),先將調(diào)制后帶有高斯噪聲的信號(hào)分別送入帶通濾波器,由帶通濾波器將100HZ和150HZ信號(hào)分開,其帶通濾波通帶寬度分別設(shè)計(jì)為80-130HZ和120-170HZ;然后送入半波整流器、低通濾波器，再經(jīng)過比較器比較、整形，信號(hào)就解調(diào)還原成傳輸?shù)膫坞S機(jī)信號(hào)。選用合適的器件實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波器的功能，2FSK信號(hào)用包絡(luò)檢波法解調(diào)，包絡(luò)檢波器可由半波整流器與低通濾波器串聯(lián)實(shí)現(xiàn)其功能。半波整流器的功能描述為選用的模擬濾波器為低通濾波器，截止頻率設(shè)置為5HZ。這樣設(shè)置后通過包絡(luò)檢波的兩路信號(hào)波形如圖4所示。圖3 2FSK非相干解調(diào)器SystemView仿真電路圖具體參數(shù)為:信號(hào)源碼f1為正弦波,幅度為1V,頻率為100HZ,相位為0.信號(hào)源碼f2為正弦波,幅度為1V,頻率為150HZ,相位為0.隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器為PN序列,幅度為500e-3V,偏值為500e-3V,頻率為10HZ,電平數(shù)為2,相位為0.高斯噪聲標(biāo)準(zhǔn)差為0.15V,均值為0V.延時(shí)時(shí)間為150e-3切比鍥夫帶通濾波器1下限頻率為80HZ,上限頻率為130HZ.切比鍥夫帶通濾波器2下限頻率為120HZ,上限頻率為170HZ.切比鍥夫低通濾波器1截至頻率為5HZ.切比鍥夫低通濾波器2截至頻率為5HZ.(a) 半波整流器1輸出波形(b) 半波整流器2輸出波形圖4 包絡(luò)檢波的兩路信號(hào)波形(a) 輸入的偽隨機(jī)序列(c)調(diào)制波形(b) 解調(diào)后的波形圖5 輸入信號(hào)波形與2FSK非相關(guān)解調(diào)輸出波形4.2.2 相干解調(diào)實(shí)現(xiàn) 相干解調(diào)實(shí)現(xiàn)圖與圖3基本相同,只要將半波整流器位置分別換為相干解調(diào)器即可,但相干解調(diào)器的解調(diào)源要的載波源對(duì)應(yīng)相同,其輸出結(jié)果同圖5.運(yùn)行上述系統(tǒng)后,在分析窗口中得到的結(jié)果可以看出,解調(diào)后的信號(hào)與輸入的偽隨機(jī)序列相仿.5 結(jié)束語 通過輸入輸出波形的對(duì)比,可知SystemView仿真電路圖設(shè)計(jì)是否正確.使用SystemView可方便、快捷地實(shí)現(xiàn)各種通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)各模塊的對(duì)話窗口依照設(shè)計(jì)需要設(shè)置合理參數(shù),通過分析窗口觀測(cè)相應(yīng)波形,同時(shí)可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析調(diào)試,并驗(yàn)證系統(tǒng)的正確性.比用硬件進(jìn)行通信工程實(shí)驗(yàn)節(jié)省經(jīng)費(fèi)、易改變實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在高校中采用此種實(shí)驗(yàn)，可讓學(xué)生發(fā)揮想像力設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可方便糾正錯(cuò)誤。不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。6 參考文獻(xiàn)：1羅衛(wèi)兵,孫樺,張捷. SystemView動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2001:3-5.2樊昌信.通信原理教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2004:127-128.3曹志