通信原理課設(shè)路基帶的FSK信號(hào)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

武漢理工大學(xué)《通信原理》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)緒論1.1任務(wù)要求1、設(shè)計(jì)復(fù)用信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)和幀同步碼；2、設(shè)計(jì)發(fā)送、傳輸（無(wú)ISI）、接收和同步電路（小組成員分工）；3、確定部件類型、參數(shù)（電路放大倍數(shù)、帶寬）等性能指標(biāo)；4、連接部件組成系統(tǒng)，調(diào)試；5、仿真驗(yàn)證，要求收發(fā)信號(hào)波形基本一致并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析；6、說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)嚴(yán)格執(zhí)行教務(wù)處文件。1.2FSK簡(jiǎn)述FSK（Frequency-shiftkeying）-中文全稱頻移鍵控，是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息。它是利用基帶數(shù)字信號(hào)離散取值特點(diǎn)去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)。1.3時(shí)分復(fù)用簡(jiǎn)介時(shí)分復(fù)用TDM是采用同一物理連接的不同時(shí)段來(lái)傳輸不同的信號(hào)，也能達(dá)到多路傳輸?shù)哪康?。時(shí)分多路復(fù)用以時(shí)間作為信號(hào)分割的參量，故必須使各路信號(hào)在時(shí)間軸上互不重疊。1.4頻分復(fù)用簡(jiǎn)介頻分復(fù)用(FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing)就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶（或稱子信道），每一個(gè)子信道傳輸1路信號(hào)。頻分復(fù)用要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道頻率之和，同時(shí)為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘?hào)互不干擾，應(yīng)在各子信道之間設(shè)立隔離帶，這樣就保證了各路信號(hào)互不干擾（條件之一）。頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是所有子信道傳輸?shù)男盘?hào)以并行的方式工作，每一路信號(hào)傳輸時(shí)可不考慮傳輸時(shí)延，因而頻分復(fù)用技術(shù)取得了非常廣泛的應(yīng)用。1.5systemview簡(jiǎn)介SystemView是一個(gè)用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析平臺(tái)。從濾波器設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立等各個(gè)領(lǐng)域，SystemView在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個(gè)精密的嵌入式分析工具。SystemView是美國(guó)ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)描述程序。利用SystemView，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)和各種多速率系統(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SystemView配置的圖標(biāo)庫(kù)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。

2實(shí)現(xiàn)方案2.1原理框圖圖1原理框圖2.2總體思想我做的是發(fā)送模塊，現(xiàn)在將整個(gè)發(fā)送模塊進(jìn)行論述。先將原始的1KHZ的基帶信號(hào)/幀同步信號(hào)通過(guò)提速模塊中的位移寄存器實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)鎖存器和8選1數(shù)選將其提速4倍，則其變成4KHZ的信號(hào)，再將提速后的信號(hào)分別送入時(shí)分復(fù)用模塊里4選1數(shù)選的通道，其中3通道接幀同步信號(hào)，2通道接第一路基帶信號(hào)，1通道接第二路基帶信號(hào)，0通道不傳信號(hào)，故將其接地，則由數(shù)選輸出的幀的格式為“幀同步信號(hào)（8bit）+第一路基帶信號(hào)（8bit）+第二路基帶信號(hào)（8bit）+00000000”。然后將幀送入2FSK調(diào)制模塊中的電子開(kāi)關(guān)作為開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)，在電子開(kāi)關(guān)的輸入端口分別接入頻率為f1和f2的正弦波，由電子開(kāi)關(guān)輸出的即為經(jīng)過(guò)2FSK調(diào)制后的信號(hào)。由于共有4路基帶信號(hào)，而上述的是將2路基帶信號(hào)通過(guò)時(shí)分復(fù)用成1路，故有另一個(gè)相同的電路將第三路基帶信號(hào)和第四路基帶信號(hào)也合成1路，其中的2FSK調(diào)制模塊中的電子開(kāi)關(guān)的輸入端口分別接入頻率為f3和f4的正弦波。f1和f2，f3和f4這四個(gè)頻率要實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間串?dāng)_，需要滿足|f1-f2|>=2Rb,|f3-f4|>=2Rb（Rb是碼元速率，為4KHZ）。而要是這2路信號(hào)能夠滿足頻分復(fù)用，要使（f1+f2）/2與（f3+f4）/2之間的頻率盡量大一些，這樣方便接受部分通過(guò)濾波器將2路信號(hào)分開(kāi)，結(jié)合以上條件，我們?cè)O(shè)定f1=56KHZ,f2=72KHZ,f3=122KHZ,f4=138KHZ。然后將2路信號(hào)通過(guò)加法器即可實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用，上述即為發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)思想。2.3仿真系統(tǒng)總圖圖2仿真系統(tǒng)總圖

3發(fā)送部分各模塊設(shè)計(jì)3.1基帶/幀同步信號(hào)產(chǎn)生模塊3.1.1基帶/幀同步信號(hào)產(chǎn)生模塊原理框圖圖3基帶/幀同步信號(hào)產(chǎn)生模塊原理框圖3.1.2基帶/幀同步信號(hào)產(chǎn)生模塊仿真圖圖4基帶/幀同步信號(hào)產(chǎn)生模塊仿真圖3.1.3基帶/幀同步信號(hào)產(chǎn)生模塊原理信號(hào)存放在定義信號(hào)custom（448）中，將信號(hào)輸入到8選1數(shù)選中，打開(kāi)數(shù)選使能，在數(shù)選的地址端分別接500HZ,250HZ,和125HZ的方波，則通道的掃描頻率為125HZ,這樣即可得輸出的基帶信號(hào)和幀同步信號(hào)速率為125*8=1000HZ。

1000101111010100 11010010 01010101 圖54種基帶信號(hào) 1011010000110101圖62種幀同步信號(hào)

3.2提速模塊3.2.1提速模塊原理框圖圖7提速模塊原理框圖3.2.2提速模塊仿真圖圖8提速模塊仿真圖3.2.3提速模塊原理將基帶信號(hào)/幀同步信號(hào)送入寄存器進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后，將并行數(shù)據(jù)送至鎖存器，由于鎖存器的使能端是高電平，故可以將頻率為125HZ的方波用移位寄存器延遲5ms后的125HZ方波經(jīng)過(guò)與門，輸出一個(gè)頻率為125HZ,占空比為12.5%的方波，將該方波接至8位鎖存器的使能端，（圖6中的sink599顯示的是125Hz方波波形，sink600顯示的是延遲后的方波波形，sink601顯示的是兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)與門后的波形）然后將鎖存器中的數(shù)據(jù)輸入8選1數(shù)選中，數(shù)選的地址端分別接2KHZ,1KHZ,和500HZ的方波，即可輸出4KHZ的基帶信號(hào)和幀同步信號(hào)。相比于最開(kāi)始的1KHZ的基帶信號(hào)/幀同步信號(hào)，經(jīng)過(guò)提速模塊后的信號(hào)平率提升了4倍。圖9原信號(hào)和提速后的信號(hào)

3.3時(shí)分復(fù)用模塊3.3.1時(shí)分復(fù)用模塊原理框圖圖10時(shí)分復(fù)用模塊原理框圖3.3.2時(shí)分復(fù)用模塊仿真圖圖11時(shí)分復(fù)用模塊仿真圖3.3.3時(shí)分復(fù)用模塊原理將幀同步信號(hào)和基帶信號(hào)分別接入到4選1數(shù)選的3，2，1通道，0通道接地，地址端分別接125HZ和250HZ的方波，即每個(gè)通道選通的時(shí)間是2ms，而基帶信號(hào)/幀同步信號(hào)的速率是4000bps,則在選中通道的時(shí)間內(nèi)傳輸了4000*0.002=8bit，剛好是一組需傳送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。地址端數(shù)據(jù)循環(huán)一次后，輸出的一幀信號(hào)里面的內(nèi)容為“幀同步信號(hào)（8bit）+基帶1信號(hào)（8bit）+基帶2信號(hào)（8bit）+00000000”。圖12經(jīng)時(shí)分復(fù)用模塊后輸出的幀（10110100）（01010101）（11010010）（00000000）

3.42fsk調(diào)制模塊3.4.12fsk調(diào)制模塊原理框圖圖132fsk調(diào)制模塊原理框圖3.4.22fsk調(diào)制模塊仿真圖圖142fsk調(diào)制模塊仿真圖3.4.32fsk調(diào)制模塊原理2fsk調(diào)制模塊原理：將時(shí)分復(fù)用模塊輸出的幀信號(hào)輸出至電子開(kāi)關(guān)作為控制信號(hào)，電子開(kāi)關(guān)的input0和input1分別接入頻率為f1和f2的正弦波,為了實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間串?dāng)_，應(yīng)滿足|f1-f2|>2Rb(8KHZ)。但為了接收端能通過(guò)帶通濾波器將該信號(hào)選出，f1，f2也不能相差遠(yuǎn)，我做的方案一個(gè)2fsk調(diào)制模塊中的兩個(gè)頻率為122KHZ和138KHZ,另一個(gè)2fsk調(diào)制模塊中的兩個(gè)頻率為56KHZ和72KHZ。這樣選的原因是122KHZ和138KHZ,56KHZ和72KHZ滿足|f1-f2|=16KHZ>2Rb(8KHZ),中間保留一定的保護(hù)帶，而且122KHZ和138KHZ,56KHZ和72KHZ的中心頻率分別為130KHZ和64KHZ，所以很容易用濾波器把這兩路信號(hào)分開(kāi)。

4調(diào)試結(jié)果及結(jié)果分析4.1調(diào)試結(jié)果圖15最終結(jié)果仿真圖4.2結(jié)果分析由圖15中的示波器可以看出，最終成功還原出了4路基帶信號(hào)，只是有一定的時(shí)延，這是由于有些模塊中運(yùn)用了以為寄存器造成的。

5基于信道編碼的基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1原理框圖圖16基于信道編碼的基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)原理框圖5.2仿真設(shè)計(jì)圖17基于信道編碼的基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)仿真圖5.3分析本設(shè)計(jì)存在的缺陷及修改方法:信號(hào)進(jìn)過(guò)信道后沒(méi)有衰減，這在實(shí)際情況中不合理，應(yīng)該在加法器后面接如衰減。本設(shè)計(jì)是用的采樣保持，這在實(shí)際中不可以，實(shí)際情況是要提取同步信號(hào)，然后根據(jù)同步信號(hào)去抽樣判決，故應(yīng)該加一個(gè)同步時(shí)鐘提取模塊去用于抽樣判決。

6心得體會(huì)經(jīng)過(guò)本次專業(yè)設(shè)計(jì)，自己對(duì)Systemview軟件有了進(jìn)一步的了解，并且又加深了自己對(duì)2FSK通信系統(tǒng)的理解。在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，但通過(guò)自己對(duì)Systemview軟件的學(xué)習(xí)，問(wèn)題大多數(shù)被解決了。時(shí)分多路復(fù)用是按傳輸信號(hào)的時(shí)間進(jìn)行分割的，它使不同的信號(hào)在不同的時(shí)間內(nèi)傳送，將整個(gè)傳輸時(shí)間分為多時(shí)間間隔，即時(shí)隙。每個(gè)時(shí)間片被一路信號(hào)占用，通過(guò)在時(shí)間上交叉發(fā)送每一路信號(hào)的一部分來(lái)實(shí)現(xiàn)一條電路傳送多路信號(hào)的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多困難。開(kāi)始以為不會(huì)很難，但是在自己實(shí)際去操作的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)，書(shū)本上對(duì)于時(shí)分復(fù)用部分只是簡(jiǎn)單的提了一下它一幀里面是分成怎么樣的，但是具體的要怎么將多路信號(hào)復(fù)用到一幀里面并沒(méi)有提及，所以只自己去找資料看如何實(shí)現(xiàn)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)要用到數(shù)選啊，寄存器之類的東西，這些都是在數(shù)電里面學(xué)的，但是這些知識(shí)都只是記得個(gè)大概，具體細(xì)節(jié)都忘了，就又回去找數(shù)電的書(shū)本來(lái)看。而當(dāng)回顧起來(lái)這些必要的知識(shí)后，設(shè)計(jì)方案就漸漸浮現(xiàn)出來(lái)了。這次專業(yè)設(shè)計(jì)受獲最大的我想是學(xué)會(huì)systemview軟件的使用，對(duì)于2FSK通信系統(tǒng)也較以前有了更為深刻的理解。除此之外，也發(fā)現(xiàn)了書(shū)本上一些稍微提及一下的比較難的知識(shí)的重要性，因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)的時(shí)候?qū)W