成都理工大學(xué)通信原理課設(shè)基于labview的數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)設(shè)計

1、摘要在當(dāng)今高度信息化時代，通信對人們的生活方式、經(jīng)濟發(fā)展、政治、軍事等方面產(chǎn)生了重要而深遠的影響。通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)。與模擬通信系統(tǒng)相比, 數(shù)字通信系統(tǒng)具有抗干擾能力強、 差錯可控、數(shù)字處理靈活等優(yōu)點，并且得到了廣泛應(yīng)用。本文基于LabVIEW軟件強大的信號處理功能對數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)中的二進制振幅鍵控（2ASK、二進制頻移鍵控（2FSK調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)進行模擬仿真,簡單介紹二進制振幅鍵 控（2ASK、二進制頻移鍵控（2FSK調(diào)制解調(diào)原理,詳細說明基于LabVIEW軟件設(shè)計二進 制振幅鍵控（2ASK、二進制頻移鍵控（2FSK調(diào)制解調(diào)的過程,并給出程序框圖和運行結(jié) 果,最后對二進

2、制振幅鍵控（2ASK、二進制頻移鍵控（2FSK的抗噪聲性能進行比較。關(guān)鍵詞：通信；LabVIEW；數(shù)字通信系統(tǒng)；模擬仿真;目錄第1章導(dǎo)論1.1研究背景 1.2研究內(nèi)容第2章LabVIEW概述2.1 LabVIEW 簡介2.2 LabVIEW 的特點第3章二進制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)3.1二進制振幅鍵控（2ASK ） 3.2二進制頻移鍵控（2FSK）第4章基于LabVIEW 的2ASK仿真4.1仿真設(shè)計內(nèi)容4.2 2ASK 仿真 4.3總體界面第5章 基于LabVIEW 的2FSK仿真5.1仿真設(shè)計內(nèi)容5.2 2FSK 仿真 5.3總體界面第6章2ASK與2FSK仿真結(jié)果比較 參考文獻第1章導(dǎo)論1.1

3、研究背景通信技術(shù)的發(fā)展推動了人類社會的飛速進步， 隨著通信系統(tǒng)性能越來越強，其構(gòu)成也越來越復(fù)雜，成本也隨之上升。為了滿足縮短開發(fā)周期、降低成本的要求，需要通過 強大的計算機輔助分析設(shè)計技術(shù)和工具來實現(xiàn)通信系統(tǒng)強大性能。這些功能強大的仿真軟件，使得通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計與分析過程變得相對直觀和便捷，由此也使得通信系統(tǒng)仿真技術(shù)得到了更快的發(fā)展。通信系統(tǒng)仿真具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性，有助于我們更好的研究通信系統(tǒng)性能。LabVIEW是分析通信系統(tǒng)常用的工具之一。LabVIEW有可以完成任何編程的龐大函 數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲等。本文主要采用基

4、于LabVIEW的套完整的通信系統(tǒng)常用模塊化子程序，設(shè)計了數(shù)字頻帶 傳輸系統(tǒng)，并進行了相關(guān)仿真。1.2研究內(nèi)容本文主要研究二進制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)，利用LabVIEW仿真了 2ASK與 2FSK的信號 時間波形和功率譜密度，分析了頻譜特性和帶寬，并根據(jù)設(shè)計的調(diào)制解調(diào)原理框圖仿真了它們的調(diào)制解調(diào)波形，最后對2ASK與2FSK的抗噪聲性能進行了比較，分析了影響數(shù) 字頻帶傳輸系統(tǒng)性能的因素。第2章LabVIEW概述2.1LabVIEW 簡介LabVIEW是 一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受,被視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。 利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器,其

5、圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。圖形化的程序語言，又稱為“ G'語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念。因此, 向最終用戶的工具。LabVIEW是 一個面利用LabVIEW可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了 Windows UNIX的多種版本。32位編譯器。像許與其他常見的編程語言相比，它最大的特點就在于它是一種圖形化編程語言。也就是說，我們在用LabVIEW編程時，面對的不是高度抽象的文本語言， 而是圖形化的方式。而文本語言和圖形化語言也就

6、相當(dāng)于DOS系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)。2.2 LabVIEW 的特點(1)直觀、易學(xué)易用用G語言編寫程序，產(chǎn)生的程序時框圖形式，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。(2)通用的編程系統(tǒng)LabVIEW有 一個可完成任何編程任務(wù)的龐大的函數(shù)庫。該函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等。 LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè) 置斷點、單步執(zhí)行等，便于程序的調(diào)試。LabVIEW的動態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情況，比其他語言開發(fā)環(huán)境更方便、有效。(3)模塊化LabVIEW中使用的基本節(jié)點和函數(shù)等就是一個個小的模塊，可以直接使用；另外,由LabVIEWS寫

7、的程序即虛擬儀器模塊(Virtrual INSTRUMENTVI)，除了作為獨立程序運行外，還可作為另一個虛擬儀器模塊的子模塊(即子VI)供其他模塊程序使用。第3章二進制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)3.1二進制振幅鍵控(2ASK)3.1.1 2ASK 原理振幅鍵控是利用二進制信號來對載波幅度進行調(diào)制，而其頻率和初始相位保持不變。在2ASK中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對應(yīng)二進制信息“0”和“ 1”。一種 常用的也是最簡單的二進制振幅鍵控方式稱為通 -斷鍵控(00K, 2ASK信號的一般表達 式為:(1)Ts高度為1?2?) = s(t)cos?其中s(t) = £?(? ?Ts為碼元持續(xù)時

8、間；式中K?(? ?為二進制序列，g(t)為持續(xù)時間為的矩形脈沖。由于?= 10概率為P概率1-P故2ASK信號可以表示為_ ?概率為 P?2?= 0 概率為1-P信號的時間波形如圖31所示。3.1.2 2ASK2ASK分為模擬調(diào)法。利用模擬調(diào)制2ASK二進制信號載波的調(diào)制方法制法和鍵控圖3-1 2ASK信號的時間波形法如圖調(diào)制原理3-2所示：用乘法器實現(xiàn)二進制數(shù)字信號與載波信號的結(jié)合，最后得到調(diào)制信號。2ASK二進制序列s(t)乘法器?2?)圖 3-2 2ASK 模擬相乘法原理框圖的另一種調(diào)制方式稱為鍵控法，主要是利用開OS電踏 S (t)控制開關(guān)“閉”“合”從而實現(xiàn)載 波的“有” “無”。

9、具體實現(xiàn)方式如圖3-3所示。開關(guān)電路cos?圖 3-33.1.3 2ASK調(diào)制原2ASK的基本解調(diào)方法有兩種非相干解調(diào)(?)”理也絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測法)，非相干解調(diào)避免了調(diào)制器與解調(diào)器之間需要同步的問題，而相干解調(diào)需要產(chǎn)生一 個與載波同頻同相的波形。非相干解調(diào)方式系統(tǒng)組成方框圖如圖 34所示。二進制頻移鍵控(2FSK利用載波的頻率來傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，載波頻率隨二進制基帶信號在f1和f2兩個頻率點間變化。_ ?:os(?+ ? e2?= ?:os(w2 + ?)發(fā)送發(fā)送“時“0時若二進制基帶信號的“ 1”符號對應(yīng)于載波頻率f1，“0”符號對應(yīng)于載波頻率f2，則二進制頻移鍵控

10、信號的表達式為:?2?t)=刀?(? ?*? cos(?+ ? + 刀?(? COS(W2 + ?)? ?其中g(shù)(t)是持續(xù)時間為？?高度為1的矩形脈沖，？?與？?互為反碼。當(dāng)?為1時?為0,當(dāng)？?為0時? 1。1?= 0概率為P概率為1-P(7)?= 10概率為P概率為1-P(8)?與 ?分別為第n個信號的初始相位,在2FSK中?與?不攜帶任何信息，通常情況下可令其為零。其波形如圖3-6所示。3.2.2 2FSK調(diào)制原理2FSK信號的產(chǎn)生方法主要有兩種。一種可以用模擬調(diào)頻電路來實現(xiàn)；另一種可以 用鍵控法來實現(xiàn)。鍵控法主要是由二進制序列控制開關(guān)電路對兩個不同頻率的載波進行 選通，使之達到在一個

11、碼元？?時間內(nèi)輸出頻率為f1或者f2的載波。如圖3-7所示，這個過程也可以看做是不同載波頻率的 2ASK信號的相加。圖3-7鍵控法產(chǎn)生2FSK信號的原理框3.2.3 2FSK解調(diào)原理由于2FSK可以看成是兩個不同頻率的 2ASK的疊加，于是2FSK的解調(diào)方式與2ASK 相似，即2FSK解調(diào)方式有：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法）。其 原理就是將2FSK信號分解成兩路信號分別通過不同頻率的帶通濾波器，再經(jīng)過包絡(luò)檢 波或者相干解調(diào)、抽樣判決來恢復(fù)原有的二進制信號。其相干解調(diào)原理圖如圖3-8所示, 相干解調(diào)如圖3-9所示。除了這兩種解調(diào)方式，2FSK還有鑒頻法、過零檢測法等。圖3-8

12、 2FSK非相干解調(diào)原理框圖?2?)圖3-9 2FSK相干解調(diào)原理?)第4章 基于LabVIEW的2ASK仿真在2ASK信號的仿真過程中，先將調(diào)制解調(diào)過程分為一個個小模塊，再將各個模塊整合為一個整體。各個模塊分別為信號調(diào)制模塊（含二進制信號產(chǎn)生模塊、信號調(diào)制模塊、載波信號產(chǎn)生模塊）、信道加噪模塊、信號解調(diào)模塊、輸出。利用LabVIEW設(shè)計這 些模塊，最后產(chǎn)生2ASK調(diào)制解調(diào)波形圖。4.2 2ASK 仿真4.2.1產(chǎn)生輸入信號與調(diào)制信號此過程主要完成二進制序列、載波的產(chǎn)生，以及形成 2ASK信號。首先，創(chuàng)建二進 制序列，命名為“產(chǎn)生子序列 VI”。其程序圖如圖4-1所示，前面板如圖4-2所示.圖

13、4-1產(chǎn)生子序列原理框圖圖4-2產(chǎn)生子序列前面板其次，還需要產(chǎn)生載波。載波產(chǎn)生程序圖如下圖4-3所示，前面板如圖4-4所示。圖4-3載波子序列原理框圖圖4-4載波子序列前面板4.2.2信道加噪實際通信傳輸系統(tǒng)中存在噪聲，為了更好的模擬仿真 2ASK信號，需要在信道中加 入高斯白噪聲。原理圖如圖4-5所示。圖4-5信道加噪原理圖4.2.3信號解調(diào)本次仿真采用相干解調(diào)法，通過信道加噪后2ASK信號與載波相乘，再經(jīng)由低通濾 波器濾除高頻噪聲。為使基帶信號通過低通濾波器，低通濾波器的截止頻率應(yīng)大于等于 基帶信號帶寬。 最后通過抽樣判決恢復(fù)出原有信號。原理圖如圖 4-6所示。圖4-6信號解調(diào)原理框圖4.

14、3總體界面4.3.1程序框圖2ASK總體程序框圖如圖4-7所示。圖中包括了 2ASK調(diào)制解調(diào)全過程。圖4-7 2ASK解調(diào)與調(diào)制程序框圖4.3.2前面板前面板設(shè)計如下圖4-8所示。云 Bll廠鼠倍 f :z f JO. J 小 :F i f 序iiax至trSTCVFQ沖財1W « m 劇 «n=二：7n羽r:* LU r» m M ?K' KC帖 :iClD4iJ:2-CJ-【", H n i I j IF昭旳E程報覷?x煩:EI2 drk師誡削喩頃剛fitw圖4-8 2ASK調(diào)制與解調(diào)前面板第5章基于LabVIEW的2FSK仿真由于2FSK可

15、以看成是兩個不同2ASK的疊加，故2FSK調(diào)制解調(diào)與2ASK相似。但是2FSK系統(tǒng)擁有兩路載波，所以要將 2FSK信號分為兩路，“0”、“1”分別對應(yīng)兩路不同頻率的載波后再進行與2ASK相同的調(diào)制解調(diào)的過程。與2ASK仿真不同的是，2FSK多了轉(zhuǎn)置模塊。5.2 2FSK仿真在前面板添加數(shù)值輸入控件和數(shù)組控件，將數(shù)值輸入控件拖入數(shù)組控件中，作為為 輸入序列數(shù)組。將輸入序列連接“產(chǎn)生序列”子 VI并為該子VI連接碼速率、采樣率等輸入控件，經(jīng)“產(chǎn)生序列”子VI得到輸入序列波形后再將此信號與載波 1相乘，然后再將輸入序列波形信號經(jīng)轉(zhuǎn)置子 VI取反后與載波2相乘，兩信號相加所得便為2FSK信號，連接波形

16、圖控件得到2FSK波形。程序框圖如圖5-1所示。圖5-1 2FSK程序框圖由于在2ASK仿真時,已經(jīng)產(chǎn)生二進制序列以及載波，故在進行2FSK仿真時，只需再添加一個轉(zhuǎn)置模塊即可。序列為“ T時對應(yīng)頻率為2FSK調(diào)制過程中需要用到兩種不同頻率的載波，即二進制 fi的載波，為“ 0”時對應(yīng)頻率為f2的載波，由于“ 0”與任何數(shù)相乘都為零，所以需要用到轉(zhuǎn)置模塊使二進制序列“ 0”、“ 1”互換再與載波相乘便可得到序列數(shù)值為“ 0”時所對應(yīng)的載波波形。轉(zhuǎn)置子VI如圖5-2，運用FOR循環(huán)將二進制數(shù)組元素依次取出進入條件結(jié)構(gòu)判 斷是否為“ 0”，若為真輸出“1”，若為假輸出“ 0”。圖5-2轉(zhuǎn)置程序框圖轉(zhuǎn)

17、置VI前面板如圖5-3所示。圖5-3轉(zhuǎn)置程序前面板5.2.2信道加噪模塊圖1-4信道加噪原模塊5.2.3信號解調(diào)模塊本次2FSK仿真解調(diào)用的是相干解調(diào)法。將2FSK與頻率分別為f1和f2的載波相乘,再進行濾波，抽樣判決，得到原始二進制信號。其程序框圖如圖5-5所示。圖6-4 2FSK仿真結(jié)果5.3總體界面5.3.1總體程序圖2FSK總體程序圖如圖5-6所示。圖5-6 2FSK總體程序框圖5.3.2前面板前面板如圖5-7所示。圖5-7 2FSK總體程序框圖前面板第6章2ASK與 2FSK仿真結(jié)果比較輸入序列:01010100;碼速率：10；采樣點數(shù)：1000；載頻1:10 ;采樣率：10006-1與圖6-2所示。6-3、6-4。載頻2:50 ;噪聲標(biāo)準(zhǔn)差：0.1.2ASK與2FSK前面板分別如圖圖6-1 2ASK仿真結(jié)果圖6-2 2FSK仿真結(jié)果當(dāng)噪聲標(biāo)準(zhǔn)差為2時，2ASK與 2FSK仿真結(jié)果分別如圖圖6-3 2ASK仿真結(jié)果由上圖對比結(jié)果