現(xiàn)代通信原理課程設(shè)計報告基于Systemview的數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的仿真

1、華東交通大學(xué)理工學(xué)院課程設(shè)計報告所屬課程名稱： 現(xiàn)代通信原理 課程設(shè)計標題： 基于systemview的數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的仿真 分院： 專業(yè)班級： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 目錄課程設(shè)計目的3課程設(shè)計器材3課程設(shè)計原理3systemview的基本介紹3課程設(shè)計過程4 1 二進制振幅鍵控 2ask4 2 二進制頻移鍵控 2fsk9 3 二進制移相鍵控 2psk14 4 二進制差分移相鍵控 2psk18課程設(shè)計總結(jié)22參考文獻22謝辭23課程設(shè)計目的：1、熟練掌握systemview的用法，在該軟件的配合下完成各個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，還有調(diào)試結(jié)果圖2、深入了解2ask，2fsk，2psk，2dpsk的

2、調(diào)制解調(diào)原理課程設(shè)計器材：pc機，systemview軟件課程設(shè)計原理： 數(shù)字信號的傳輸方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。為了使信號在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調(diào)制，以使信號與信道特性相匹配。在這個過程中就要用到數(shù)字調(diào)制。 在通信系統(tǒng)中，利用數(shù)字信號的離散取值特點通過開關(guān)鍵控載波，來實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，這種方法通常稱為鍵控法，主要對載波的振幅，頻率，和相位進行鍵控。鍵控主要分為：振幅鍵控，頻移鍵控，相移鍵控三種基本的數(shù)字調(diào)制方式。systemview的基本介紹：systemview是一個用于現(xiàn)代科學(xué)與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及仿真打動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)打設(shè)計與仿

3、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。如下圖所示。 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

4、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)建一個仿真系統(tǒng)的基本操作是，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(shè)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?？捎檬髽俗箧I雙擊圖符庫選擇區(qū)內(nèi)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(yīng)放置一個信宿（sink）圖符塊，一般將其設(shè)

5、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(shè)置參數(shù)、連線等）后，首先應(yīng)對輸入系統(tǒng)的仿真運行參數(shù)進行設(shè)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，仿真運行后的結(jié)果往往不能令人滿意

6、，甚至根本得不到預(yù)期的結(jié)果。有時，在創(chuàng)建仿真系統(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)果表達形式。進入分析窗后，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，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

7、干個碼元波形相互重疊，波形酷似一個個“眼睛”，故稱為“眼圖”。“眼睛”掙得越大，表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(shè)置開關(guān)按鈕spectrum，完成功率譜的觀察。課程設(shè)計過程1 二進制振幅鍵控 2ask 2ask的實現(xiàn)：模擬調(diào)制法 鍵控法 在幅移鍵控中，載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的。一種是最簡單的形式是載波在 二進制調(diào)制信號1或0控制下通或斷，這種二進制幅度鍵控方式稱為通斷鍵控（ook）。二進制振幅鍵控方式是數(shù)字調(diào)制中出

8、現(xiàn)最早的，也是最簡單的。這種方法最初用于電報系統(tǒng)，但由于它在抗噪聲的能力上較差，故在數(shù)字通信中用的不多。但二進制振幅鍵控常作為研究其他數(shù)字調(diào)制方式的基礎(chǔ)。二進制振幅鍵控信號的基本解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和非相干解調(diào)，即包絡(luò)檢波和同步檢測。非相干解調(diào)系統(tǒng)設(shè)備簡單，但信噪比小市，相干解調(diào)系統(tǒng)的性能優(yōu)于相干解調(diào)系統(tǒng)。用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號：amplitude=1 vfrequency=100 hzphase=0 deg基帶信號：amplitude=1 voffset=0 vfrequency=20 hzphase=0 degpulse width=0.03 sec系統(tǒng)時間

9、指定：no. of sample=5000sample rate=49800 hz波形如下：載波信號：基帶信號：已調(diào)信號：2ask解調(diào)系統(tǒng)：相干解調(diào)與非相干解調(diào)原理框圖：用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號：amplitude=1 vfrequency=100 hzphase=0 deg基帶信號：amplitude=1 voffset=0 vfrequency=20 hzphase=0 degpulse width=0.03 sec模擬低通濾波器：low cuttoff=225 hzno. of poles= 3波形如下：原始信號：解調(diào)后的信號：已調(diào)信號：結(jié)果分析：調(diào)制信號的圖形

10、與解調(diào)后的信號圖形基本一致，在每段的起始因為信號不穩(wěn)定，所以出現(xiàn)了微小的波動。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，因此包絡(luò)檢波時設(shè)備較簡單。對于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)。2 二進制頻移鍵控 2fsk數(shù)字鍵控法實現(xiàn)二進制移頻鍵控信號的原理圖： 采用鍵控法產(chǎn)生的二進制頻移鍵控信號，即利用矩形脈沖序列控制的開關(guān)電力對兩個不同的獨立頻率源進行選通。頻移鍵控fsk是用數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的頻率。因為數(shù)字信號的電平是離散的，所以載波頻率的變化也是離散的。在實驗中，二進制基帶信號是用正負電平表示的，載波頻率隨著調(diào)制信號為

11、1或-1而變化，其中1對應(yīng)于載波頻率f1，-1對應(yīng)于載波頻率f2。用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號：amplitude=1 vfrequency=100 hzphase=0 deg另一個載波信號：amplitude=1 vfrequency=40 hzphase=0 deg基帶信號：amplitude=1 voffset=0 vfrequency=10 hzphase=0 degpulse width=0.05 sec反相器：threshold=0.5 v波形如下：基帶信號：經(jīng)過反相后：已調(diào)信號的一部分：已調(diào)信號的另一部分：已調(diào)信號：2fsk解調(diào)系統(tǒng)：2fsk信號的解調(diào)非相干

12、解調(diào)：2fsk信號的解調(diào)相干解調(diào)：用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號：amplitude=1 vfrequency=500 hzphase=0 deg另一個載波信號：amplitude=1 vfrequency=1000 hzphase=0 deg基帶信號：amplitude=1 voffset=0 vfrequency=50 hzphase=0 degpulse width=0.05 sec模擬低通濾波器：low cuttoff=225 hzno. of poles= 7原始信號：解調(diào)后的信號：調(diào)制后的信號：結(jié)果分析：輸入為調(diào)制信號，輸出為解調(diào)后信號，兩信號基本一致，但解調(diào)信

13、號每段的起始點有波動，主要是濾波器濾波誤差造成的，這無礙仿真結(jié)果的準確性。由于載波頻率相當大，已調(diào)信號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)需要插入兩個相干載波，而非相干解調(diào)不需要載波，因此包絡(luò)檢波時設(shè)備較簡單。對于2fsk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)。3 二進制移相鍵控 2psk 二進制相移鍵控中，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。這種以載波的不同相位去直

14、接表示相應(yīng)的數(shù)字信息的相位鍵控通常被稱為絕對移相方式。調(diào)制部分：將信號源產(chǎn)生的雙極性不歸零信號直接同正弦載波相乘便可以得到2psk調(diào)制信號。用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號：amplitude=1 vfrequency=100 hzphase=0 deg基帶信號：amplitude=1 voffset=0 vrate=100 hzphase=0 deg波形如下：基帶信號：載波信號：已調(diào)信號：2psk信號解調(diào)：原理框圖：用systemview仿真如下：參數(shù)設(shè)置：載波信號：amplitude=1 vfrequency=600 hzphase=0 deg基帶信號：amplitude

15、=1 voffset=0 vrate=30 hzphase=0 deg模擬低通濾波器：low cuttoff=225 hzno. of poles= 3波形如下：調(diào)制信號：解調(diào)后的調(diào)制信號：已調(diào)信號：結(jié)果分析： 調(diào)制信號與解調(diào)信號的波形整體一致，但是每段的起點處存在一定的波動誤差，造成的主要原因是調(diào)制系統(tǒng)的誤差。仿真結(jié)果準確。同樣已調(diào)信號不是很清楚，因為載波頻率太高的緣故。相干解調(diào)錯一位，碼變換錯兩位；相干解調(diào)錯連續(xù)兩位，碼變換也錯兩位；相干解調(diào)錯連續(xù)n位，碼變換也錯兩位。4 二進制差分移相鍵控 2dpsk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)字信號可能極性完全

16、相反，從而造成1和0倒置。這對于數(shù)字傳輸來說當然是不能允許的?？朔辔荒：葘ο喔山庹{(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)字基帶信號中采用差分編碼，即相對調(diào)相，也稱為二進制差分相移鍵控。它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對相位變化傳遞數(shù)字信息。2dpsk信號的產(chǎn)生：2dpsk信號解調(diào)：用systemview仿真如下：載波信號：amplitude=1 vfrequency=1000 hzphase=0 deg基帶信號：amplitude=1 voffset=0 vrate=100 hzphase=0 deg邏輯異或：threshold=1 vtrue outpu

17、t=1 vfalse output=-1 v模擬低通濾波器：low cuttoff=225 hzno. of poles= 3保持器：gain=1比較器：select comparison：ab波形如下：調(diào)制信號：相對碼：濾波后的信號：解調(diào)后的信號：調(diào)制信號與解調(diào)信號圖對比：結(jié)果分析：調(diào)制解調(diào)信號圖像一致，說明該調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的準確。濾波后的信號，存在一定的波動誤差。相干解調(diào)錯一位，碼變換錯兩位；相干解調(diào)錯連續(xù)兩位，碼變換也錯兩位；相干解調(diào)錯連續(xù)n位，碼變換也錯兩位。課程設(shè)計總結(jié)： 此次課程設(shè)計的主要是實現(xiàn)：2ask、2fsk、2psk、2dpsk四個通信調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真： 2ask調(diào)制模擬調(diào)

18、制法用乘法器來實現(xiàn)，解調(diào)為非相干解調(diào)信號經(jīng)過帶通濾波器，相乘器，低通濾波器，抽樣判決器，然后輸出。 2fsk是使得載波頻率在二進制基帶信號f1和f2兩個頻率點間變化，可以看成是兩個不同載波頻率的2ask信號的疊加。此處是通過鍵控法來實現(xiàn)的。解調(diào)是通過兩個帶通濾波器與相乘器相乘，在經(jīng)過低通濾波器，然后抽樣判決輸出。 2psk是利用載波相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變，用絕對相移方式即以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進制數(shù)字信號，此處通過模擬調(diào)制的方法調(diào)制。解調(diào)則是讓信號經(jīng)過帶通濾波器，然后相乘器與載波相乘，最后是帶通濾波器和抽樣判決輸出。 2dpsk是避免0和180相位模糊性產(chǎn)生的調(diào)制系統(tǒng)。通過相對相移鍵控實現(xiàn)0干擾。相干解調(diào)器原理為信號相對變換，經(jīng)過帶通濾波器相乘器低通濾波器，抽樣判決器，碼反變換器。 對同一調(diào)制方式，采用相干解調(diào)方式的誤碼率低于采用非相干解調(diào)方式的誤碼率。若采用相同的解調(diào)方式，在誤碼率相同的情況下，所需要的信噪比2ask比2fsk高3db，2fsk比2psk高3db,由此，在抗加性高斯白噪聲方面，相干2psk性能最好，2fsk次之，2ask最差。對調(diào)制和調(diào)制方式的選擇要作全面考慮，如果抗噪聲性能是最主要的