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文檔簡介

1、畢 業(yè) 論 文 (設(shè) 計(jì)) 題目:數(shù)字頻帶調(diào)制的仿真姓 名 * 學(xué) 號(hào) * 院 系 * 專 業(yè) * 指導(dǎo)教師 * 2011年*月*日 摘 要隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的飛速發(fā)展, 出現(xiàn)了許多先進(jìn)的EDA ( Electronic Design Automatic) 技術(shù)。通過仿真軟件可對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行多種方案設(shè)計(jì)和參數(shù)實(shí)驗(yàn), 得到最佳設(shè)計(jì)方案。介紹通信系統(tǒng)原理用美國Elanix 公司系統(tǒng)仿真軟件Systemview仿真和分析的方法, 詳細(xì)闡述對(duì)通信系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真步驟。利用該軟件可直觀地了解通信系統(tǒng), 同時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性仿真是對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充。詳細(xì)闡述二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)、二進(jìn)制移頻鍵控(2FS

2、K)、二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)、二進(jìn)制差分相位鍵控(2DPSK)調(diào)制與解調(diào)及其仿真。幫助自己理解掌握抽象的知識(shí), 同時(shí)培養(yǎng)自己的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。關(guān)鍵字:Systemview;調(diào)制與解調(diào);2ASK;2FSK;2PSK;2DPSK。目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc291270535 第一章 緒 論 PAGEREF _Toc291270535 h 1 HYPERLINK l _Toc291270536 第二章 Systemview介紹 PAGEREF _Toc291270536 h 4 HYPERLINK l _Toc291270537 第三章 2ASK

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc291270537 h 5 HYPERLINK l _Toc291270538 3.1 2ASK調(diào)制與解調(diào)基本原理及其分析 PAGEREF _Toc291270538 h 5 HYPERLINK l _Toc291270539 3.2 2ASK系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc291270539 h 7 HYPERLINK l _Toc291270540 3.1.1 2ASK相干解調(diào) PAGEREF _Toc291270540 h 7 HYPERLINK l _Toc291270541 3.2.1 2ASK非相干解調(diào) PAGEREF _Toc291270541

4、 h 10 HYPERLINK l _Toc291270542 第四章 2FSK系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc291270542 h 13 HYPERLINK l _Toc291270543 4.1 2FSK調(diào)制與解調(diào)基本原理及其分析 PAGEREF _Toc291270543 h 13 HYPERLINK l _Toc291270544 4.2 2FSK系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc291270544 h 15 HYPERLINK l _Toc291270545 4.2.1 2FSK相干解調(diào) PAGEREF _Toc291270545 h 15 HYPERLINK l _Toc291

5、270546 2FSK非相干解調(diào) PAGEREF _Toc291270546 h 18 HYPERLINK l _Toc291270547 第五章2PSK系統(tǒng) PAGEREF _Toc291270547 h 22 HYPERLINK l _Toc291270548 5.1 2PSK調(diào)制與解調(diào)基本原理及分析 PAGEREF _Toc291270548 h 22 HYPERLINK l _Toc291270549 5.2 2PSK系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc291270549 h 22 HYPERLINK l _Toc291270550 5.2.1 2PSK相干解調(diào) PAGEREF _Toc

6、291270550 h 22 HYPERLINK l _Toc291270551 第六章 2DPSK系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc291270551 h 25 HYPERLINK l _Toc291270552 6.1 2DPSK調(diào)制與解調(diào)基本原理及其分析 PAGEREF _Toc291270552 h 25 HYPERLINK l _Toc291270553 6.2 2DPSK系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc291270553 h 26 HYPERLINK l _Toc291270554 6.2.1 2DPSK相干解調(diào) PAGEREF _Toc291270554 h 26 HYPERL

7、INK l _Toc291270555 第七章 總結(jié) PAGEREF _Toc291270555 h 30 HYPERLINK l _Toc291270557 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc291270557 h 34 HYPERLINK l _Toc291270558 附 錄 PAGEREF _Toc291270558 h 35 HYPERLINK l _Toc291270559 附錄A SystemView圖符功能表 PAGEREF _Toc291270559 h 35 HYPERLINK l _Toc291270560 附錄B SystemView信號(hào)源介紹 PAGEREF _Toc

8、291270560 h 37第一章 緒 論通信就是信息的傳輸,在當(dāng)今高度信息化的社會(huì),信息和通信已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)的“命脈”。信息作為一種資源,應(yīng)該得到很好地利用,因此我們必須對(duì)信息進(jìn)行有效地傳輸。通信的目的就是傳遞消息所包含的信息。1837年莫爾斯發(fā)明的有線電報(bào)開創(chuàng)了利用電傳輸信息的新時(shí)代,從此,人類的信息的共享越來越好的得到了利用也是對(duì)于通信系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)模型組成:信息源發(fā)送設(shè)備信 道接受設(shè)備信宿噪聲源模擬通信系統(tǒng)是用模擬信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng),數(shù)字通信系統(tǒng)式利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng),目前在無論是模擬通信還是數(shù)字通信,在現(xiàn)實(shí)中的通信業(yè)務(wù)都得到了廣泛的應(yīng)用,尤其是在通信系統(tǒng)的剛剛

9、開始啟蒙狀態(tài),模擬通信系統(tǒng)得到了比數(shù)字系統(tǒng)更為廣泛的應(yīng)用,但是在現(xiàn)在的數(shù)字通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展,數(shù)字通信系統(tǒng)發(fā)展速度很明顯超過模擬通信,成為數(shù)字當(dāng)代通信技術(shù)的主流。通信系統(tǒng)又具有很多的優(yōu)點(diǎn):抗干擾能力強(qiáng),噪聲不積累,傳輸差錯(cuò)可控,易于加密處理,保密性好等等。但是現(xiàn)實(shí)中存在的基本上都是模擬信號(hào),所以我們通信要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,裝換成數(shù)字信號(hào)后,我們就要對(duì)數(shù)字信號(hào)序列進(jìn)行數(shù)字傳輸。數(shù)字通信系統(tǒng)雖然有這么多的優(yōu)勢,但是,模擬通信系統(tǒng)仍然得到了很好的利用,這是由于在模擬通信在一些通信地方仍然具有其自己的特點(diǎn),如模擬通話,模擬通信系統(tǒng)占有的帶款展,在通信的路數(shù)不需要很多的情況下,我們的模擬通信系統(tǒng)就具有數(shù)字通

10、信系統(tǒng)的不具有的經(jīng)濟(jì)性。在通信中有兩大資源,一個(gè)是信道帶寬,另一個(gè)是送源功率,能很好的減少這兩種資源或者得到有效的利用,我們就認(rèn)為這個(gè)通信系統(tǒng)在這種情況下就是較好的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)的模型如下:信源編碼信息源加密信道編碼數(shù)字調(diào)制信道數(shù)字解調(diào)信道譯碼解密信源譯碼受信者噪聲源源數(shù)字調(diào)制與解調(diào)模塊是此論文設(shè)計(jì)的內(nèi)容,論文設(shè)計(jì)是一次綜合實(shí)驗(yàn)的檢測,是對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)的更好的實(shí)際性的理解,在設(shè)計(jì)時(shí)遇到的問題,得到解決的同時(shí),更好的理解了我們 通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的思路和對(duì)通信系統(tǒng)的印象的加深。數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處,形成合適的在信道中傳輸帶通信號(hào)?;镜臄?shù)字調(diào)制有振幅調(diào)制(ASK)、頻

11、移鍵控(FSK)、絕對(duì)相移鍵控(PSK)、相對(duì)相移鍵控(DPSK)。在接受端可以采用相關(guān)解調(diào)和非相干解調(diào)還原數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字解調(diào)就是還原基帶信號(hào)。本論文就是基于Systemview的通信系統(tǒng)的仿真,也就是在Systemview軟件環(huán)境下進(jìn)行二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、二進(jìn)制移頻鍵控(2FSK)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、二進(jìn)制差分相位鍵控(2DPSK)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),具體Systemview軟件的應(yīng)用和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真下面會(huì)具體介紹。第二章 Systemview介紹SystemView是美國ELANIX公司推出的,基于Windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析

12、的可視化軟件工具,它使用功能模塊(Token)去描述程序,無需與復(fù)雜的程序語言打交道,不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真,快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調(diào)整參數(shù),方便地加入注釋。利用System View,可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?;旌舷到y(tǒng),各種多速率系統(tǒng),因此,它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),只需從System View配置的圖標(biāo)庫中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,完成圖標(biāo)間的連線,然后運(yùn)行仿真操作,最終以時(shí)域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。SystemView的庫資源十分豐富,包括含若干圖標(biāo)的基本庫(Main Library)及

13、專業(yè)庫(Optional Library),基本庫中包括多種信號(hào)源、接收器、加法器、乘法器,各種函數(shù)運(yùn)算器等;專業(yè)庫有通訊(Communication)、邏輯(Logic)、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)、射頻/模擬(RF/Analog)等;它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證,尤其適合于無線 、無繩 、尋呼機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng);并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析、譜分析,及對(duì)各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC電路、運(yùn)放電路等)進(jìn)行理論分析和失真分析。詳細(xì)的SystemView功能庫介紹見附錄一。Systemview是用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析

14、平臺(tái)。從濾波器設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、完整通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真,到一般系統(tǒng)的數(shù)學(xué)系統(tǒng)的模型的建立等各個(gè)領(lǐng)域。第三章 2ASK系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 2ASK調(diào)制與解調(diào)基本原理及其分析振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息的,而其頻率和初始相位寶石不限,在2ASK中,載波的幅度只有兩種變化狀態(tài),分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的信息“0”和“1” 。其表達(dá)式為: F(t)= Acos wc t 當(dāng)發(fā)送1時(shí) 0 當(dāng)發(fā)送0時(shí)二進(jìn)制振幅基本解調(diào)有兩種方法:相干解調(diào)和非相干解調(diào)。相干解調(diào)也叫同步檢測法,分相干解調(diào)通常用包絡(luò)檢波法。其各有優(yōu)點(diǎn),在信噪比小時(shí),包絡(luò)檢波發(fā)具有優(yōu)勢,因?yàn)槠錂z波設(shè)備簡單,性價(jià)比高,而在信噪比相對(duì)較大時(shí),相干解調(diào)

15、具有優(yōu)勢,因?yàn)檫@種解調(diào)方法導(dǎo)致最終的誤碼率低。相干解調(diào)的原理圖如下:圖3.1 2ASK相干解調(diào)原理框圖非相干解調(diào)的原理圖如下: 圖3.2 2ASK非相干解調(diào)原理框圖觀察圖3.1中的2ASK相干解調(diào)原理,二進(jìn)制基帶信號(hào)與載波相乘后變成2ASK調(diào)制信號(hào),其中“1”出現(xiàn)的地方有正弦載波波形,其余都為0,在加入噪聲后基本一樣,只是在調(diào)制信號(hào)的幅度不一樣,若噪聲較大,則不能用非相干解調(diào),相干解調(diào)是包含噪聲的調(diào)制波,為了使后面的抽樣判決更準(zhǔn)確,應(yīng)該在接收之前通過一個(gè)帶通濾波器,若信噪比小,也可以不加。解調(diào)是利用載波信號(hào)區(qū)與已調(diào)信號(hào)相乘后,得出一個(gè)頻率更高的諧波分量和一個(gè)直流分量,我們只需要得到其中的直流分

16、量即可,因此加個(gè)低通濾波器可以實(shí)現(xiàn)低通濾波,濾除高頻成分,保留我們所需的直流成分,即原輸入基帶信號(hào),但是通常也還是不行,其波形不是矩形,我們要進(jìn)行電壓判決。判決的輸出即為原始信號(hào)。定時(shí)脈沖為抽樣判決的判決電平。設(shè)置判決電平的大小影響我們電壓判決輸出,我們在這里面最佳判決電平為0.25V電壓(因?yàn)榛鶐盘?hào)基帶信號(hào)設(shè)置的是單極性碼,且幅度設(shè)置為0.5V)。圖3.2中的2ASK非相干解調(diào)(即2ASK的包絡(luò)檢波)也是將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行全波整流器進(jìn)行整流,然后低通濾波,就可以得到不平滑的輸出波形,再抽樣判決,最終得出我們需要的原始基帶信號(hào)。需要注意的是,判決電平要設(shè)置準(zhǔn)確,不然會(huì)導(dǎo)致判決有誤碼現(xiàn)象。3.2

17、2ASK系統(tǒng)仿真3.1.1 2ASK相干解調(diào)1)2ASK相干解調(diào)波形仿真圖圖3.3 2ASK相干解調(diào)仿真波形圖符0: 信號(hào)源庫中的“偽隨機(jī)序列PN Seq”, 設(shè)基帶信號(hào)波特率為10bs, 即每秒10 個(gè)二進(jìn)制符號(hào), 調(diào)制載波為20Hz。圖符1: 乘法器圖符2: 乘法器圖符3: 低通濾波器。圖符4: 信號(hào)源庫中的“正弦波發(fā)生器”, 即本地載波, 頻率為20Hz圖符6 圖符8: 算子庫中的取負(fù)數(shù)N egate。圖符5:低通濾波器圖符6,7,8,11:接收器。圖符9: 單刀雙擲開關(guān)SPDT圖符10:信號(hào)源庫中的“矩形波”, 即本地從圖中可知在信噪比小時(shí),包絡(luò)檢波發(fā)具有優(yōu)勢,因?yàn)槠錂z波設(shè)備簡單,性價(jià)

18、比高,而在信噪比相對(duì)較大時(shí),相干解調(diào)具有優(yōu)勢,因?yàn)檫@種解調(diào)方法導(dǎo)致最終的誤碼率低。數(shù)字通信在近20年來得到了迅速的發(fā)展,其原因是: (1) 抗干擾能力強(qiáng) (2) 便于進(jìn)行各種數(shù)字信號(hào)處理 (3) 易于實(shí)現(xiàn)集成化 (4) 經(jīng)濟(jì)效益正趕上或超過模擬通信 (5) 傳輸與交換可結(jié)合起來,傳輸 與傳輸數(shù)據(jù)也可結(jié)合起來,成為一個(gè)統(tǒng)一整體,有利于實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)。本設(shè)計(jì)主要研究數(shù)字通信過程中的調(diào)制解調(diào)過程。 從原理上說受調(diào)載波可以是任意的, 只要已調(diào)信 號(hào)適合心動(dòng)的傳輸就可以了,但是實(shí)際上,大多數(shù)通信系統(tǒng)中,都選擇正弦信號(hào)作為載波。這是因?yàn)?正弦信號(hào)簡單,便于產(chǎn)生和接收。2) 觀察并分析“分析窗口”的波形

19、A)輸入的二進(jìn)制基帶波形: 圖3.4 2ASK相干解調(diào)輸入的基帶信號(hào) 輸入的基帶信號(hào)是二進(jìn)制單極性偽隨機(jī)碼(即PN序列),圖中可看出輸入的序列為“110110”。B)2ASK調(diào)制信號(hào)(即已調(diào)信號(hào)): 圖3.5 2ASK相干解調(diào)的已調(diào)信號(hào)圖3.5中可以看出2ASK調(diào)制的調(diào)制的結(jié)果,當(dāng)發(fā)送的基帶的碼元為“1”時(shí)有載波進(jìn)行調(diào)制,為“0”則沒有,相應(yīng)輸出地調(diào)制信號(hào)為“0”,因?yàn)?ASK是單極性碼。 C)2ASK相干解調(diào)的低通濾波輸出波形: 圖3.6 2ASK相干解調(diào)低通濾波輸出波形D)2ASK相干解調(diào)判決輸出波形: 圖3.7 2ASK相干解調(diào)判決輸出波形圖3.7可以看出2ASK相干解調(diào)出來的波形與輸入

20、的原基帶信號(hào)基本保持一致,有一點(diǎn)延遲,但在允許范圍內(nèi),仿真正確。3.2.1 2ASK非相干解調(diào)1)2ASK非相干解調(diào)波形仿真圖圖3.8 2ASK包絡(luò)檢波仿真波形圖符0: 信號(hào)源庫中的“偽隨機(jī)序列PN Seq”, 設(shè)基帶信號(hào)波特率為10bs, 即每秒10 個(gè)二進(jìn)制符號(hào), 調(diào)制載波為20Hz。圖符1: 乘法器圖符2: 信號(hào)源庫中的“正弦波發(fā)生器”, 即本地器載波, 頻率為20Hz圖符6 圖符8: 算子庫中的取負(fù)數(shù)N egate圖符4: 低通濾波器濾波圖符5,6,7,8,12:接收器。圖符11: 單刀雙擲開關(guān)SPDT圖符10:信號(hào)源庫中的“矩形波”, 即本地2) 觀察并分析“分析窗口”的波形A)輸入

21、的二進(jìn)制基帶波形: 圖3.9 2ASK包絡(luò)檢波輸入的基帶信號(hào) 輸入的基帶信號(hào)是二進(jìn)制單極性偽隨機(jī)碼(即PN序列),圖3.9中可看出輸入的序列為“10110”。B)2ASK調(diào)制信號(hào)(即已調(diào)信號(hào)): 圖3.10 2ASK包絡(luò)檢波的已調(diào)信號(hào)圖3.10中可以看出2ASK調(diào)制的調(diào)制的結(jié)果,當(dāng)發(fā)送的基帶的碼元為“1”時(shí)有載波進(jìn)行調(diào)制,為“0”則沒有,相應(yīng)輸出地調(diào)制信號(hào)為“0”,因?yàn)?ASK是單極性碼。C)2ASK包絡(luò)檢波的半波整流輸出波形: 圖3.11 2ASK包絡(luò)檢波的半波整流輸出波形 圖3.11中可以看出2ASK的半波整流輸出波形是對(duì)2ASK調(diào)制信號(hào)進(jìn)行整流,變成幅度全是正的正弦波。 D)2ASK包絡(luò)

22、檢波的低通濾波輸出波形: 圖3.12 2ASK包絡(luò)檢波的低通濾波輸出波形E)2ASK包絡(luò)檢波的判決輸出波形: 圖3.13 2ASK包絡(luò)檢波判決輸出波形圖3.13可以看出2ASK包絡(luò)檢波出來的波形與輸入的原基帶信號(hào)基本保持一致,有一點(diǎn)延遲,但在允許范圍內(nèi),仿真正確。2ASK的非相干解調(diào)的判決器在最后的輸出判決時(shí)起著非常重要的作用,最佳判決電壓是必須要考慮的,在仿真時(shí)我們?nèi)》逯档囊话刖褪桥袥Q電壓。判壓把不是矩形的波去掉,得到我們原始輸入的基帶信號(hào)。第四章 2FSK系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 2FSK調(diào)制與解調(diào)基本原理及其分析頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。在2FSK中,載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在

23、f1和 f2兩點(diǎn)間變化,其表達(dá)式為:Ffsk(t)=Acos(w1+o1)當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)Acos(w2+o2)當(dāng)發(fā)送“0”時(shí)2FSK解調(diào)方法有兩種,即相干解調(diào)法和非相干解調(diào)法。另外還有鑒頻法、過零檢測法、查分檢測法。相干解調(diào)法是利用載波與已調(diào)信號(hào)進(jìn)行相乘后濾波輸出得到,在上面的2FSK中要兩個(gè)載波,所以解調(diào)也要兩個(gè)載波,分別與已調(diào)信號(hào)相乘后利用低通,最后相加即可得到我們的濾波輸出,最后判壓輸出得到解調(diào)信號(hào)。非相干解調(diào)也是利用包絡(luò)檢波法檢測得到的。過零檢測法是基于2FSK信號(hào)的過零點(diǎn)數(shù)隨不同頻率而異,通過檢測零點(diǎn)數(shù)目多少,從而區(qū)分兩個(gè)頻率的碼元。原理框圖如下:帶通濾波器w1包絡(luò)檢波器帶通濾波器w

24、2包絡(luò)檢波器抽樣判決器輸入定時(shí)脈沖輸出圖4.1 2FSK非相干解調(diào)原理圖帶通濾波器w1相乘器帶通濾波器w2相乘器抽樣判決器輸出輸入定時(shí)脈沖 低通濾波器低通濾波器載波一載波二圖4.2 2FSK相干解調(diào)原理圖限幅微分整流脈沖展 寬低通輸入輸出 圖4.3 2FSK過零檢測法原理圖觀察圖4.1可知2FSK非相干解調(diào)就是分別對(duì)雙極性碼進(jìn)行,再對(duì)調(diào)制后的已調(diào)信號(hào)分別進(jìn)行帶通濾波,濾波完進(jìn)行包絡(luò)檢波,包絡(luò)檢波器與一個(gè)整流器和低通濾波器是等價(jià)的。然后抽樣判決,上面的大,則判“1”,下面的抽樣值大,則判“0”。下面的相干解調(diào)也差不多,分別帶通濾波之后進(jìn)行與載波相乘,然后低通濾波,把2倍頻的分量濾除掉。最后得到接

25、近直流的分量,在進(jìn)行抽樣判決,若上面的值大,則判“1”,下面的大,則判“0”。注意若信噪比大,則不能用包絡(luò)檢波法,要用相干解調(diào)法進(jìn)行解調(diào)。過零檢測器來解調(diào)就不一樣啦:先進(jìn)行限幅,把正弦波變成接方波的波形。然后微分,即可以得到跳變量,整流后把負(fù)的跳變量變成正的然后根據(jù)零點(diǎn)個(gè)數(shù)可以判斷出其基帶信號(hào)。最后低通,濾除高頻分量。判壓的零點(diǎn)個(gè)數(shù)原理就是把整流后的波進(jìn)行脈沖展寬。下面只對(duì)2FSK的相干解調(diào)和非相干解調(diào)進(jìn)行仿真。4.2 2FSK系統(tǒng)仿真4.2.1 2FSK相干解調(diào)1)2FSK相干解調(diào)波形仿真圖圖4.4 2FSK相干解調(diào)仿真波形圖符0: 信號(hào)源庫中的“偽隨機(jī)序列PN Seq”, 設(shè)基帶信號(hào)波特率

26、為10bs, 即每秒10 個(gè)二進(jìn)制符號(hào), 調(diào)制載波為20Hz。圖符5,4,5,9,10: 乘法器圖符8: 加法器圖符22: 雙刀雙擲。圖符5,7,11,12: 信號(hào)源庫中的“正弦波發(fā)生器”, 即本地載波, 頻率為20Hz圖符6 圖符8: 算子庫中的取負(fù)數(shù)N egate。圖符13,14:低通濾波器圖符18,19,20,21,23:接收器2FSK調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng),數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)的仿真圖.。2FSK數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)的仿真圖。數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)制仿真圖. 2FSK數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)制仿真圖。 2FSK調(diào)制就是使用兩個(gè)不同的頻率的載波信號(hào)來傳輸一個(gè)二進(jìn)制信息序列,可以用二進(jìn)制1 來對(duì)應(yīng)于載頻 f1,而0用來

27、對(duì)應(yīng)于另一相載頻 w2 的已調(diào)波形,而這個(gè)可以用受矩形脈沖序列控制 的開關(guān)電路對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立的頻率源 w1,f2 進(jìn)行選擇通。2) 觀察并分析“分析窗口”的波形A)輸入的二進(jìn)制基帶波形: 圖4.5 2FSK相干解調(diào)輸入的基帶信號(hào) 輸入的基帶信號(hào)是二進(jìn)制雙極性偽隨機(jī)碼(即PN序列),頻率為10Hz,圖4.5中可看出輸入的序列為“1-1111-1-1111”。B)2FSK調(diào)制信號(hào)(即已調(diào)信號(hào)): 圖4.6 2FSK相干解調(diào)的已調(diào)信號(hào)圖4.6中可以看出2FSK調(diào)制的調(diào)制的結(jié)果,當(dāng)發(fā)送的雙極性基帶的碼元為“1”時(shí)有頻率20Hz的載波為其進(jìn)行調(diào)制,當(dāng)發(fā)送的雙極性基帶的碼元為“-1”時(shí)有頻率40Hz的載

28、波為其進(jìn)行調(diào)制。C)2FSK相干解調(diào)的低通濾波輸出波形: 圖4.7 2FSK相干解調(diào)低通濾波輸出波形圖中的第一個(gè)圖是發(fā)送碼元“1”對(duì)應(yīng)的低通濾波輸出波形(對(duì)應(yīng)為a),第二個(gè)圖是發(fā)送碼元“-1”對(duì)應(yīng)的低通濾波輸出波形(對(duì)應(yīng)為b),判決(ab)時(shí)輸出下面的判決輸出波形。D)2FSK相干解調(diào)判決輸出波形: 圖4.8 2FSK相干解調(diào)判決輸出波形圖4.8可以看出2FSK相干解調(diào)出來的波形與輸入的原基帶信號(hào)基本保持一致,有一點(diǎn)延遲,但在允許范圍內(nèi),仿真正確。4.2.2 2FSK非相干解調(diào)1)2FSK非相干解調(diào)波形仿真圖圖4.9 2FSK非相干解調(diào)仿真波形圖符0: 信號(hào)源庫中的“偽隨機(jī)序列PN Seq”,

29、 設(shè)基帶信號(hào)波特率為10bs, 即每秒10 個(gè)二進(jìn)制符號(hào), 調(diào)制載波為20Hz。圖符2,3: 乘法器圖符5: 加法器圖符15: 雙刀雙擲。圖符4,5: 信號(hào)源庫中的“正弦波發(fā)生器”, 即本地載波, 頻率為20Hz圖符6 圖符8: 算子庫中的取負(fù)數(shù)N egate。圖符13,14:低通濾波器圖符1516,17,19,20:接收器非相干解調(diào)經(jīng)過調(diào)制后的。2FSK數(shù)字信號(hào)通過兩個(gè)頻率不同的帶通濾波器 f1,f2 濾出不需要的信號(hào),然后再將這兩種經(jīng)過濾波的信號(hào),分別通過包絡(luò)檢波器檢波,最后將兩種信號(hào)同時(shí)輸入到抽樣判決器同時(shí)外加抽樣脈沖,最后解調(diào)出來的信號(hào)就是調(diào)制前的輸入信號(hào).其原理圖如下圖所示: F1

30、帶通濾波器 包絡(luò)檢波器 輸 抽樣脈沖抽樣判決器輸出 F2 帶通濾波器 包絡(luò)檢波器 圖,非相干式解調(diào)仿真。數(shù)字調(diào)制的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)入 20 世紀(jì)以來,隨著晶體管,集成電路的出現(xiàn)與普及,無線通信迅速發(fā)展.特別是在 20 世紀(jì) 后半葉,隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射,大規(guī)模集成電路,電子計(jì)算機(jī)和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問世, 通信技術(shù)在以下幾個(gè)不同方向都取得了巨大的成功. 微波中繼通信使長距離,大容量的通信成為了現(xiàn)實(shí). 移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn),使人們隨時(shí)隨地可通信的愿望可以實(shí)現(xiàn)。 光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)更是將通信容量提高到了以前無法想象的地步,電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將通信技術(shù)推上了更高的層次,借助現(xiàn)代電信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)的

31、融合。2) 觀察并分析“分析窗口”的波形A)輸入的二進(jìn)制基帶波形: 圖4.10 2FSK非相干解調(diào)輸入的基帶信號(hào) 輸入的基帶信號(hào)是二進(jìn)制雙極性偽隨機(jī)碼(即PN序列),圖4.10中可看出輸入的序列為“1111-111-1-111-1”。B)2FSK調(diào)制信號(hào)(即已調(diào)信號(hào)): 圖4.11 2FSK非相干解調(diào)的已調(diào)信號(hào)圖4.11中可以看出2FSK調(diào)制的調(diào)制的結(jié)果,當(dāng)發(fā)送的基帶的碼元為“1”時(shí)有載波1進(jìn)行調(diào)制,發(fā)送碼元為“-1” 時(shí)有載波2進(jìn)行調(diào)制,因?yàn)?FSK是雙極性碼。C)2FSK非相干解調(diào)低通濾波輸出波形: 圖4.12 2FSK非相干解調(diào)的低通濾波輸出波形2FSK的調(diào)制信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器、半波整流

32、電路,低通濾波器后,得到低通濾波輸出波形(如圖4.12)。圖4.12中的第一個(gè)圖是發(fā)送碼元“1”對(duì)應(yīng)的低通濾波輸出波形(對(duì)應(yīng)為a),第二個(gè)圖是發(fā)送碼元“-1”對(duì)應(yīng)的低通濾波輸出波形(對(duì)應(yīng)為b),判決(ab)時(shí)輸出下面的判決輸出波形。D)2FSK非相干解調(diào)的判決輸出波形: 圖4.13 2FSK非相干解調(diào)判決輸出波形圖4.13可以看出2FSK非相干解調(diào)出來的波形與輸入的原基帶信號(hào)基本保持一致,有一點(diǎn)延遲,但在允許范圍內(nèi),仿真正確。2FSK的非相干解調(diào)的判決器在最后的輸出判決時(shí)起著非常重要的作用,最佳判決電壓是需要考慮的,在仿真時(shí)取峰值的一半為判決電壓。2FSK最大的特點(diǎn)就是輸入的基帶信號(hào)的“0”和

33、“1”是分別用2個(gè)不同頻率的載波進(jìn)行調(diào)制,因此在非相干解調(diào)(即包絡(luò)檢波)時(shí)也需要用與前面對(duì)應(yīng)的2個(gè)不同頻率的載波來乘以已調(diào)信號(hào).2PSK系統(tǒng)5.1 2PSK調(diào)制與解調(diào)基本原理及分析 二進(jìn)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。通常用相位零度和180度來分別表示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接表示相應(yīng)的數(shù)字信息的相位鍵控通常被稱為絕對(duì)相移方式。調(diào)制部分:將信號(hào)源產(chǎn)生的雙極性不歸零信號(hào)直接同正弦載波相乘便可以得到2PSK信號(hào)。acdeBPF相

34、乘器LPF抽樣判決器bcoswct定時(shí)脈沖e2psk(t)輸出 圖5.1 2PSK信號(hào)解調(diào)原理圖 2PSK信號(hào)的解調(diào)只能用相干解調(diào)這種方式。從圖中以及參考波形圖可看出,解調(diào)器中本地參考波的相位必須和發(fā)送端解調(diào)器的載波同頻同相。然而在實(shí)際通信中,參考載波的基準(zhǔn)相位很難固定,隨時(shí)都會(huì)出現(xiàn)跳變且不易考察,因此絕對(duì)相移鍵控很少采用。5.2 2PSK系統(tǒng)仿真5.2.1 2PSK相干解調(diào) 2PSK相干解調(diào)中已調(diào)信號(hào)與載波相乘輸出的波形中含有很多高頻成分,我們需要用低通濾波器將這些高頻成分濾除,得到需要的直流分量。A)2PSK相干解調(diào)的低通濾波輸出波形:圖5.2 2PSK相干解調(diào)低通濾波輸出波形圖5.2中可

35、以看出經(jīng)過低通濾波器后大部分高頻成分已經(jīng)濾除,這樣再進(jìn)行抽樣判決就可以解調(diào)出原始基帶信號(hào)。B)2PSK相干解調(diào)判決輸出波形: 圖5.3 2PSK相干解調(diào)判決輸出波形在仿真時(shí)我們?nèi)》逯档囊话刖褪桥袥Q電壓,從圖5.8可以看出2PSK相干解調(diào)出來的波形與輸入的原基帶信號(hào)基本保持一致,有一點(diǎn)延遲,但在允許范圍內(nèi),仿真正確。F)2PSK輸入基帶信號(hào)頻譜2PSK已調(diào)信號(hào)頻譜圖:圖5.4 2PSK輸入基帶信號(hào)頻譜圖5.5 2PSK已調(diào)信號(hào)頻譜圖從圖5.4和圖5.5可以看出,2PSK的調(diào)制信號(hào)不能在已調(diào)信的包絡(luò)中反映,驗(yàn)證了2PSK不能用非相干解調(diào)解調(diào)方法來解調(diào)。第六章 2DPSK系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1 2DPSK調(diào)

36、制與解調(diào)基本原理及其分析 在2PSK中存在“到”現(xiàn)象,使得可能解調(diào)的波形與原來的波形完全是相反的,為解決這一個(gè)到現(xiàn)象,我們引入了2DPSK,即相對(duì)相移鍵控,是相移鍵控的一種。2DPSK是利用碼元的相對(duì)相位變化來實(shí)現(xiàn)傳遞數(shù)字信息的。通常表示為: 若前后相位相對(duì)變化為0,則表示發(fā)送信息“0”,若前后相位變化為,則表示發(fā)送信息“1”。所以其必有參考相位。二進(jìn)制信息: 1 1 0 1 0 0 1 2DPSK信號(hào)相位:(0 ) 0 0 0 注:上述的參考相位為0,若為,則上述的相位的0和正好相反。 調(diào)制部分的實(shí)現(xiàn):通常利用差分編碼來實(shí)現(xiàn),即由絕對(duì)碼表,表示相對(duì)碼表,然后再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相。相移方式有兩種:A

37、方式和B方式。 解調(diào)部分,由于和2PSK具有共同的地方,所以解調(diào)的部分一樣,最后價(jià)格碼反變換器即可實(shí)現(xiàn)解調(diào)。 圖6.1 2DPSK調(diào)制解調(diào)原理圖從圖6.1中可以看出產(chǎn)生的二進(jìn)制信息碼元,經(jīng)過絕對(duì)碼變成相對(duì)碼后與載波相乘,即得到所需要的2DPSK已調(diào)信號(hào)。然后用2PSK解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào),具體是與載波信號(hào)相乘,得到我們需要的直流分量和2倍頻的正弦分量,然后低通濾波,濾除不需要的正弦分量,最后抽樣判決,即得到相對(duì)碼,解調(diào)出相對(duì)碼之后,再變成絕對(duì)碼,利用一個(gè)碼反變換器實(shí)現(xiàn)。具體在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)為:用個(gè)延遲單元,延遲一個(gè)碼元的寬度,然后與原來這時(shí)的碼元進(jìn)行異或即可得到。這個(gè)與剛剛開始產(chǎn)生相對(duì)碼是一樣的。6.

38、2 2DPSK系統(tǒng)仿真6.2.1 2DPSK相干解調(diào)1)2DPSK相干解調(diào)波形仿真圖圖6.2 2DPSK相干解調(diào)仿真波形圖符0: 信號(hào)源庫中的“偽隨機(jī)序列PN Seq”, 設(shè)基帶信號(hào)波特率為10bs, 即每秒10 個(gè)二進(jìn)制符號(hào), 調(diào)制載波為20Hz。圖符1: 算子庫中的延遲DELA Y。圖符2,4:乘法器,圖符5,6,14: 信號(hào)源庫中的“正弦波發(fā)生器”, 即本地載波, 頻率為20Hz。圖符7: 低通濾波器。圖符4: 邏輯庫中的異或門XOR。圖符4 和圖符1構(gòu)成“碼變換器”。圖符8,9,10,17: 接收器。圖符3,15:差分編碼器。2DPSK序列的波特率取10bs, 調(diào)制載波的頻率為20Hz

39、。在實(shí)際的通信系統(tǒng)中, 這樣的頻率是不合適的, 在話帶以內(nèi)以中速傳輸數(shù)據(jù)時(shí)2DPSK 是CC ITT建議的一種傳輸方式, 因此實(shí)際系統(tǒng)的波特率應(yīng)為kbs 數(shù)量級(jí)。仿真中調(diào)制信號(hào)的頻率是波特率的2 倍,主要是為了方便觀測波形, 在波形圖上可以明顯地觀察到一個(gè)碼元內(nèi)有2 個(gè)正弦波的波形。本模型沒有考慮噪聲的影響, 實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)在乘法器后加帶通濾波器, 目的是濾除帶外噪2) 觀察并分析“分析窗口”的波形A)輸入的二進(jìn)制基帶波形(絕對(duì)碼): 圖6.3 2DPSK相干解調(diào)輸入的基帶信號(hào) 輸入的基帶信號(hào)(絕對(duì)碼)是二進(jìn)制雙極性偽隨機(jī)碼(即PN序列),頻率為10Hz,圖6.3中可看出輸入的序列為“-11-1

40、-1111-1-111-1-1-1”。B)2DPSK調(diào)制中輸出的相對(duì)碼:圖6.4 2DPSK調(diào)制中輸出的相對(duì)碼 輸入的基帶絕對(duì)碼經(jīng)過差分編碼器轉(zhuǎn)換成絕對(duì)碼。C)2DPSK相干解調(diào)中已調(diào)信號(hào)與載波相乘的波形:圖6.5 2DPSK相干解調(diào)中已調(diào)信號(hào)與載波相乘輸出波形 從圖6.5中可以看出2DPSK相干解調(diào)中已調(diào)信號(hào)與載波相乘輸出的波形中含有很多高頻成分,我們需要用低通濾波器將這些高頻成分濾除,得到需要的直流分量。D)2DPSK相干解調(diào)輸出波形:圖6.6 2DPSK相干解調(diào)輸出波形在仿真時(shí)當(dāng)?shù)玫揭颜{(diào)信號(hào)與載波相乘的波形后,再經(jīng)過低通濾波器、采樣器、保持電路、抽樣判決器,得到解調(diào)出的相對(duì)碼。最后經(jīng)過差

41、分譯碼器,就可以得到解調(diào)出的絕對(duì)碼(即輸入的原始基帶信號(hào)),從圖6.6可以看出2DPSK相干解調(diào)出來的波形與輸入的原基帶信號(hào)基本保持一致,有一點(diǎn)延遲,但在允許范圍內(nèi),仿真正確。E)2DPSK輸入基帶信號(hào)頻譜2DPSK已調(diào)信號(hào)頻譜圖:圖6.7 2DPSK輸入信號(hào)頻譜圖圖6.8 2DPSK已調(diào)信號(hào)頻譜圖從圖6.7和圖6.8中可以看出2DPSK調(diào)制信號(hào)的波形不能反映在已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)中,所以驗(yàn)證了2DPSK和2PSK 一樣,不能采用非相干解調(diào)的方法來解調(diào)。 第七章 總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)方面收獲,以下全部都是在本次課程設(shè)計(jì)中的解決的問題和學(xué)到的東西:SystemView軟件的學(xué)習(xí)。以前沒有接觸

42、這個(gè)軟件,這個(gè)第一次接觸這個(gè)軟件,對(duì)于這個(gè)軟件的了解及其熟悉是一個(gè)非常重要的方面。SystemView在仿真軟件中也是具有分出重要的地位的,作為我們通信工程的專業(yè)的人來說,熟悉使用一款以上的電路仿真軟件是必須得。電路仿真時(shí)我們通信系統(tǒng)在檢測我們的設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的工具,當(dāng)我們設(shè)計(jì)的電路能夠在電路上實(shí)現(xiàn)時(shí),我們的設(shè)計(jì)的電路才有可能能夠在實(shí)際中實(shí)現(xiàn),也許實(shí)際更難實(shí)現(xiàn),有很多的環(huán)境等因素我們在仿真時(shí)時(shí)很難考慮到得。所以這次對(duì)于我來說是一個(gè)非常好的機(jī)會(huì)來學(xué)習(xí)這款軟件,通過自己把這些電路圖實(shí)現(xiàn),能夠基本掌握了其中一些常用的軟件的相關(guān)知識(shí)。對(duì)于以后進(jìn)一步去掌握這款軟件打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。提高了動(dòng)手能力。在這次課

43、程設(shè)計(jì)中,我通過由不熟悉這款軟件,到自學(xué)其中的知識(shí),并且在網(wǎng)絡(luò)上查找窗口中的界面的介紹,結(jié)合老師所給的參考的資料書目內(nèi)容,自學(xué)這款軟件,并獨(dú)立完成全部的仿真的內(nèi)容,仿真的結(jié)果與預(yù)想中的一樣,符合我們所學(xué)的內(nèi)容。提高了思維能力。在這次課程設(shè)計(jì)中,老師雖然提供了全部的仿真圖,但是通過自己的檢測和利用我這學(xué)期在這一章的數(shù)字通信系統(tǒng)的學(xué)習(xí)的掌握。我非常好的利用了課本的知識(shí),結(jié)合課本的知識(shí),把原來的電路做了很多的改進(jìn)。有些器件按照自己的設(shè)計(jì)的思維去做,最終實(shí)現(xiàn)了全部的結(jié)果的仿真。學(xué)以致用,這次的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)非常好的一門課程設(shè)計(jì),同時(shí),是對(duì)于課本的知識(shí)的更深的理解。改進(jìn)的地方有很多,下面我例舉改動(dòng)比較大

44、的地方,同時(shí)也證明原實(shí)驗(yàn)原理圖有些地方有錯(cuò)誤?!安荒芡耆嘈艜?,盡信書不如無書”。在2FSK的相干解調(diào)和非相干解調(diào)中,解調(diào)的下支路,原電路加了一個(gè)反相器,后面是兩個(gè)信號(hào)的相加。這個(gè)不能較好的解調(diào)出矩形波信號(hào),所以我進(jìn)行了改進(jìn),將下支路的電路的反相器不要,同時(shí),將后面的加法器改進(jìn)為抽樣判決,如上面的大則判為1,下面的大判為0。這個(gè)在書中得到了很好的解釋。在過零檢測法中,最后一個(gè)方向器不需要,我們直接可以得出解調(diào)波形正確,還可以省略后面的比較器,不過加上比較器精度更好。減少輸出誤碼率,如果在誤碼率范圍之內(nèi),就可以省略掉。那個(gè)反相器使得解調(diào)的波形與原來的基帶信號(hào)恰好相反。在2PSK中也加了抽樣判決器

45、,其判決電壓為0v,這是最佳判決電平。在這次仿真的時(shí)候,我考慮的仿真的系統(tǒng)的評(píng)價(jià),只是定性的分析了四種調(diào)制方式,而沒有非常具體分析這四種調(diào)制方式,因?yàn)樵谖覀兊姆抡娴臅r(shí)候也很難考慮到全部的系統(tǒng)系能的分析,一個(gè)是時(shí)間較短,二個(gè)是在這次仿真的時(shí)候很多東西都是生東西,需要一段時(shí)間適應(yīng)和學(xué)習(xí),這樣造成需要更多時(shí)間。這次報(bào)告除了參考了書本上些知識(shí)外,全部是獨(dú)立思考出來的,所以在總結(jié)知識(shí)的系統(tǒng)性方面有了提高,通過自己獨(dú)立思考,統(tǒng)籌全部,然后一步一步來著手,完成了全部的報(bào)告。對(duì)于以后獨(dú)立思考的能力還是有點(diǎn)進(jìn)步的,再好久沒有這么高強(qiáng)度的獨(dú)立思考,還是有了一定得好處。參考文獻(xiàn)1 李東生.SystemView系統(tǒng)設(shè)

46、計(jì)及仿真入門與應(yīng)用 電子工業(yè)出版社2 楊翠娥.高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)SystemView部分 哈爾濱工程大學(xué)出版社3 陳萍. 現(xiàn)代通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真國防工業(yè)出版社4 陳永芳. 職業(yè)技術(shù)教育專業(yè)教學(xué)論M. 北京: 清華大學(xué)出版社5 邢金龍. 高等職業(yè)教育的立法及配套政策J.太原大學(xué)學(xué)報(bào)6 謝勇旗. 高等職業(yè)教育專業(yè)設(shè)置研究D.天津大學(xué)碩士學(xué)位論文7 宋愛軍, 余環(huán)虎, 陳育興. SystemView 仿真軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng) 用J.中國計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào), 2003.8 吳怡, 陳俊. SystemView 仿真軟件在通信原理 課程教學(xué)中的應(yīng)用J .福建師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2OO4.9 曾捷, 滕建輔. SystemView 軟件在通信系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用J.天津通信技術(shù), 2000.10 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.附 錄附錄A SystemView圖符功能表基本庫SystemView的基本庫包括信源庫、算子庫、函數(shù)庫、信號(hào)接收器庫等,它為該系統(tǒng)仿真提供了最基本的工具。Source Syste

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