system設(shè)計報告

1、 基于Systemview的二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計2PSK系統(tǒng)0；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）

2、、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 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(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)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(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

3、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。可用鼠標(biāo)擇區(qū)內(nèi)的選擇按鈕。當(dāng)需要對系統(tǒng)中各測試點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)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(jìn)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

4、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，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(dá)形式。進(jìn)入分析窗后，單擊“工具內(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

5、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(dāng)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(biāo)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。1、技術(shù)指標(biāo)：（1）設(shè)計出規(guī)定的2PSK數(shù)字通

6、信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)； （2）根據(jù)通信原理，設(shè)計出各個模塊的參數(shù)（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）； （3）用Matlab或SystemView 實現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)； （4）觀察仿真并進(jìn)行波形分析； （5）系統(tǒng)的性能評價。2、基本原理；二進(jìn)制移相鍵控（2PSK）的基本原理：2PSK,二進(jìn)制移相鍵控方式，是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式。就是根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平(或符號)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。兩個載波相位通常相差180度，此時稱為反向鍵控(PSK),也稱為絕對相移方式。3、建立模型描述；（1）2PSK信號的產(chǎn)生2PSK的產(chǎn)生：模擬法和數(shù)字

7、鍵控法，就模擬調(diào)制法而言，與產(chǎn)生2ASK信號的方法比較，只是對s(t)要求不同，因此2PSK信號可以看作是雙極性基帶信號作用下的DSB調(diào)幅信號。而就鍵控法來說，用數(shù)字基帶信號s(t)控制開關(guān)電路，選擇不同相位的載波輸出，這時s(t)為單極性NRZ或雙極性NRZ脈沖序列信號均可。 2PSK信號與2ASK信號的時域表達(dá)式在形式上是完全相同的，所不同的只是兩者基帶信號s(t)的構(gòu)成，一個由雙極性NRZ碼組成，另一個由單極性NRZ碼組成。因此，求2PSK信號的功率譜密度時，也可采用與求2ASK信號功率譜密度相同的方法。（2）2PSK信號的功率譜 2PSK信號的功率譜密度及其功率譜示意圖如下: 

8、;  分析2PSK信號的功率譜：（1）當(dāng)雙極性基帶信號以相等的概率（p=1/2）出現(xiàn)時，2PSK信號的功率譜僅由連續(xù)譜組成。而一般情況下，2PSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。其中，連續(xù)譜取決于基帶信號經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜，而離散譜則由載波分量確定（2）2PSK的連續(xù)譜部分與2ASK信號的連續(xù)譜基本相同因此，2PSK信號的帶寬、頻帶利用率也與2ASK信號的相同    其中，數(shù)字基帶信號帶寬。這就表明，在數(shù)字調(diào)制中，2PSK的頻譜特性與2ASK相似。相位調(diào)制和頻率調(diào)制一樣，本質(zhì)上是一種非線性調(diào)制，但在數(shù)字調(diào)相中，由于表征信息的相位變化

9、只有有限的離散取值，因此，可以把相位變化歸結(jié)為幅度變化。這樣一來，數(shù)字調(diào)相同線性調(diào)制的數(shù)字調(diào)幅就聯(lián)系起來了，為此可以把數(shù)字調(diào)相信號當(dāng)作線性調(diào)制信號來處理了。（3）2PSK的解調(diào)系統(tǒng)2PSK信號屬于DSB信號,它的解調(diào),不再能采用包絡(luò)檢測的方法,只能進(jìn)行相干解調(diào)。2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)框圖及個測試行波形如下：5.1-1 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)框圖及各個測試點波形利用Costas環(huán)對2PSK信號進(jìn)行解調(diào)2PSK 調(diào)制和Costas環(huán)解調(diào)系統(tǒng)組成如下圖所示：圖2 2PSK 調(diào)制和Costas環(huán)解調(diào)系統(tǒng)組成4、模型組成模塊功能描述（或程序注釋）Systemview軟件對2PSK系統(tǒng)進(jìn)行仿真4.1 2PSK

10、信號的產(chǎn)生5.2.1-1 鍵控法產(chǎn)生2PSK信號框圖其中：Token0：PN碼源，參數(shù)：Amp1v、Offset0v、Rate10Hz、No.of levels2；Token1：乘法器；Token2：正弦載波信號源，參數(shù)：Amp1v、Offset0v、Rate10Hz；Token3：Systemview觀察窗；Token4：Realtime觀察窗；分析：鍵控法產(chǎn)生2PSK信號，用數(shù)字基帶信號s(t)控制開關(guān)電路，選擇不同相位的載波輸出，我選用的s(t)為雙極性NRZ脈沖序列信號。 仿真結(jié)果如下：4.2.1-2 2PSK信號的波形分析：2PSK信號與2ASK信號的時域表達(dá)式在形式上是完全相同的，

11、所不同的只是兩者基帶信號的構(gòu)成，一個由雙極性NRZ碼組成，另一個由單極性NRZ碼組成。4.2 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng) 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)框圖其中：Token1，2，14，3，4:Realtime觀察窗；Token0：PN碼源，參數(shù)：Amp1v、Offset0v、Rate10Hz、No.of levels2；Token5,10：乘法器；Token9：加法器；Token11：巴特沃斯低通濾波器，截止頻率為15Hz（因為原始調(diào)制信號為10Hz）；Token12：抽樣判決器；Token6：高斯噪聲源；Token7，8，13：正弦載波信號源，Amp1v、Offset0v、Rate50Hz（因不是實際工程

12、應(yīng)用，所以取低頻率以便于仿真觀察），其中Token13因需要作為抽樣判決器的判決門限應(yīng)將其Amp設(shè)為0分析：2PSK信號相干解調(diào)的過程實際上是輸入已調(diào)信號與本地載波信號進(jìn)行極性比較的過程，故常稱為極性比較法解調(diào)。由于2PSK信號實際上是以一個固定初相的末調(diào)載波為參考的，因此，解調(diào)時必須有與此同頻同相的同步載波。如果同步載波的相位發(fā)生變化，如0相位變?yōu)橄辔换蛳辔蛔優(yōu)?相位，則恢復(fù)的數(shù)字信息就會發(fā)生“0”變“1”或“1”變“0”，從而造成錯誤的恢復(fù)。這種因為本地參考載波倒相，而在接收端發(fā)生錯誤恢復(fù)的現(xiàn)象稱為“倒”現(xiàn)象或“反向工作”現(xiàn)象。絕對移相的主要缺點是容易產(chǎn)生相位模糊，造成反向工作。這也是它實

13、際應(yīng)用較少的主要原因。仿真結(jié)果如下： 圖5.2.2-2 2PSK相干解調(diào)系統(tǒng)框圖分析：以上波形從上到下依次是調(diào)制信號波形、2PSK波形、相乘輸出波形、濾波后的波形、抽樣判決后輸出波形。2PSK信號的頻譜和功率譜：圖5.2.4 2PSK信號的頻譜和功率譜分析：2PSK信號的功率譜特點：（1）當(dāng)雙極性基帶信號以相等的概率（p=1/2）出現(xiàn)時，2PSK信號的功率譜僅由連續(xù)譜組成。而一般情況下，2PSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。其中，連續(xù)譜取決于數(shù)字基帶信號s(t)經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜，而離散譜則由載波分量確定。 （2）2PSK的連續(xù)譜部分與2ASK信號的連續(xù)譜基本相同（僅差一個常數(shù)因

14、子）。因此，2PSK信號的帶寬、頻帶利用率也與2ASK信號的相同 5.2.5 誤比特率BER分析（1）原理：誤比特率（BER：Bit Error Rate）是指二進(jìn)制傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)碼傳輸錯誤的概率，也就是二進(jìn)制系統(tǒng)的誤碼率，它是衡量二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，誤比特率越低說明抗干擾性能越強。對于多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，一般用誤符號率（Symble Error Rate）表示，誤符號率和誤比特率之間可以進(jìn)行換算，例如采用格雷編碼的MPSK系統(tǒng)，其誤比特率和誤符號率之間的換算關(guān)系近似為： 其中，M為進(jìn)制數(shù)，且誤比特率小于誤符號率。（2）2PSK系統(tǒng)BER分析的仿真分析系統(tǒng)圖5.2.5-1

15、 2PSK系統(tǒng)BER分析的仿真分析系統(tǒng)其中各圖符的名稱和參數(shù)如下表所示：編號圖符塊屬性（Attribute）類型（Type）參數(shù)設(shè)置（Parameters）0SourcePN SeqAmp=1v, Offset=0v, Rate=50Hz, Level=23,6SourceSinusoidAmp=1v, Freq=1000Hz, Phase= 0 deg4SourceGauss NoisePwr Density=0.007W/Hz, Mean=0v, System=50 ohms10OperatorGainGain Unit=dB Power, Gain=-30dB5OperatorLinea

16、r SysButterworth, Lowpass IIR, 5 Poles, Fc=200Hz1OperatorSamplerInterpolating, Rate=50Hz16CommBER RateNo.Trials=3 bits, Threshoid=0v, Offset=1 Sec25OperatorSmpl DelayFill Last register, Delay=1 samples15，1OperatorSamplerInterpolating, Rate=50Hz11SinkAnalysisStop Sink（停止接收計數(shù)器）24SinkNumericFinal Value

17、(終值接收計數(shù)器)26SinkGraphicSystemView（觀察疊加的高斯噪聲每次循環(huán)的強度變化）3030,SinkGraphic SystemView（觀察原始調(diào)制信號的50Hz采樣波形）27SinkGraphicSystemView（觀察通過高斯噪聲信道后相干解調(diào)得出的解調(diào)信號波形）對其中關(guān)鍵模塊的功能和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置說明如下：此測試系統(tǒng)目的在于研究比特誤碼率（BER）與信號信噪比（SNR）之間的關(guān)系，信噪比是自變量，所以，仿真時鐘應(yīng)設(shè)置為循環(huán)模式，如下圖所示：系統(tǒng)時鐘設(shè)置其中循環(huán)次數(shù)設(shè)置為5，每次循環(huán)之前重置系統(tǒng)參數(shù)（必須）。模塊4為高斯噪聲源，和模塊10，7一起構(gòu)成一個有噪信道，模

18、塊10為增益模塊，受控的增益模塊需要在系統(tǒng)菜單中設(shè)置全局關(guān)聯(lián)變量，以便每個測試循環(huán)完成后將系統(tǒng)參數(shù)改變到下一個信噪比值。具體關(guān)聯(lián)全局變量的操作如下圖所示：全局變量關(guān)聯(lián)菜單選擇在“Tools”菜單中選擇“Global Parameter Links”后出現(xiàn)如參數(shù)設(shè)置欄。在“Select Sysytem Token”中選擇Token10（增益圖符），在算術(shù)運算關(guān)系定義欄“Define Algebraic Relationship FGi,Vi”內(nèi)將FGi,Vi的值設(shè)為-3*cl，cl為“Current Sysytem Loop”系統(tǒng)變量。設(shè)置完成之后結(jié)果如下圖所示：全局變量設(shè)置模塊10為BER計數(shù)

19、器，用以比較兩路輸入信號的誤差，當(dāng)誤差超過“Threshold”參數(shù)中設(shè)置的門限時錯誤bit數(shù)加一。其輸出有3種，本實驗中選擇1：Cummulative Avg（EBR的累積均值）模塊11為停止接收計數(shù)器，與BER計數(shù)器錯誤總數(shù)輸出相連，它的作用是當(dāng)錯誤總數(shù)超過預(yù)定值時停止本次循環(huán)的仿真進(jìn)入下一循環(huán)，其參數(shù)設(shè)置中“Threshold”用設(shè)置成預(yù)定的錯誤總數(shù)?！癝elect Action”選項應(yīng)選擇“Go To Next Loop”。設(shè)置完成之后如下圖所示：仿真分析圖5.2.5-2 疊加高斯噪聲強度隨循環(huán)每次減小3dB變化圖5.2.5-3 隨解調(diào)信號SNR改變的BER曲線分析：輸入的2PSK信號

20、功率保持不變，而疊加的高斯噪聲功率逐次（-3db）衰減，即SNR不斷增加。系統(tǒng)的誤信率一直在下降。5、調(diào)試過程及結(jié)論；調(diào)試中出的最大的紕漏便是將終值接收計算器圖符弄錯成 6、心得體會；經(jīng)過本次課程設(shè)計，自己對Systemview軟件有了一定的了解，并且又加深了自己對2ASK、2PSK的理解。在做課程設(shè)計的過程中出現(xiàn)了很多問題，但通過自己對Systemview軟件的學(xué)習(xí)，問題被一一解決。比如在設(shè)計過程中,我開始把載波類型選擇為余弦。這在原理上是沒有問題的，但是如果這里選擇余弦會有/2 的相位差, 由于余弦也為正弦類信號, 所以載波類型選擇為正弦。在設(shè)計濾波器時, 要注意帶通濾波器的帶寬等于已調(diào)信

21、號的帶寬, 在做2FSK時我隨便選的帶寬，電路雖然對，但是結(jié)果不對。自己找了好久才發(fā)現(xiàn)原因。比如: 基帶頻率選擇10Hz,載波頻率選擇100Hz, 則帶通濾波器的低頻選90 Hz,高頻選110 Hz。低通濾波器的帶寬等于調(diào)制信號的帶寬。如果基帶頻率選擇10Hz, 低通濾波器的最高截至頻率選10 Hz, 同時還要注意時延的計算等于脈沖寬度, 比如基帶頻率選擇10Hz,時延為0.1ms.理論上完全正確, 但是如果選0.1ms, 仿真時會有毛刺和誤碼, 考慮到這一點, 時延的選擇在0.1ms 的基礎(chǔ)上偏移一點, 選0.099ms 再仿真就解決了毛刺和誤碼問題。2、2ASK、2PSK、2FSK、2DP

22、SK系統(tǒng)比較若傳輸?shù)拇a元時間寬度為Ts，則2ASK系統(tǒng)和2PSK(2DPSK)系統(tǒng)的頻帶寬度近似為2/Ts，即 ；2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度近似為 ；2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度大于2ASK系統(tǒng)或2PSK系統(tǒng)的頻帶寬度。因此，從頻帶利用率上看，2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率最低。如果要求較高的頻帶利用率，則應(yīng)選擇相干2PSK和2DPSK，而2FSK最不可取。在2FSK系統(tǒng)中，判決器是根據(jù)上下兩個支路解調(diào)輸出樣值的大小來作出判決，不需要人為地設(shè)置判決門限，因而對信道的變化不敏感。在2PSK系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送符號概率相等時，判決器的最佳判決門限為零，與接收機輸入信號的幅度無關(guān)。因此判決門限不隨信道特性的變化而變化，接收機總能保持工作在最佳判決門限狀態(tài)。對于2ASK系統(tǒng)，判決器的最佳判決門限為a/2(當(dāng)P(1)=P(0)時)，它與接