854611223數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真與原理分析

1、武漢xx大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書課題名稱： 數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真與原理分析 完成期限：2009年 12月25日至2010年1 月3日院系名稱 電子信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 xxx 專業(yè)班級 電信xx 指導(dǎo)教師職稱 xxx 學(xué)生姓名 xxx 學(xué)號xxx一、 課題訓(xùn)練內(nèi)容： (1)利用simulink(cad軟件、systemview)等仿真軟件對數(shù)字通信的原理進(jìn)行仿真，并結(jié)合通信原理實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)較分析討論；掌握系統(tǒng)各功能模塊的基本工作原理.(2)培養(yǎng)并掌握通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路和方法：(3)能提高學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解能力；(4)能提高和挖掘?qū)W生對所學(xué)知識的實(shí)際應(yīng)用能力即創(chuàng)新力；(5)提高學(xué)

2、生的科技論文寫作能力。二、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求1)基本要求：(1)學(xué)習(xí)simulink(或systemview)仿真軟件：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果(2)對需要仿真的通信系統(tǒng)各功能模塊的工作原理進(jìn)行分析；(3)提出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，選用合適的模塊；(4)對所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并對仿真過程進(jìn)行屏幕錄像(5)結(jié)合實(shí)驗(yàn)箱的試驗(yàn)對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，并將仿真過程錄像發(fā)到82112496。2)課程設(shè)計(jì)論文編寫要求(1)要按照設(shè)計(jì)報告的規(guī)格打印(2)課程設(shè)計(jì)包括目錄、緒論、正文(3)裝訂按學(xué)校的統(tǒng)一要求完成(4)論文中如果有框圖或原理圖直接copy的按不及格處理；論文雷同的成績?yōu)椴患案?)答辯標(biāo)準(zhǔn)：(1)完成原理分析(20

3、分)(2)系統(tǒng)方案選擇(30分)(3)結(jié)合實(shí)驗(yàn)箱仿真結(jié)果分析(30分)(4)課程設(shè)計(jì)論文寫作（20）三、主要參考資料：樊昌信，曹麗娜通信原理（第六版），國防工業(yè)出版社2006年摘要本文首先介紹了一種常用的仿真軟件system view，即它是一個信號級的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，是一個強(qiáng)有力的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號處理、濾波器設(shè)計(jì)、直到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)、仿真要求。然后詳細(xì)介紹了system view的安裝及操作方法，對軟件中各菜單進(jìn)行了闡述。其次介紹了數(shù)字通信系統(tǒng)中常見的2ask、2fsk調(diào)制原理，調(diào)制方法，給出它的計(jì)算公式，原理框圖。對2as

4、k信號用相干解調(diào)法進(jìn)行了解調(diào)，對2fsk用非相干解調(diào)法進(jìn)行了解調(diào)。最后并用system view對2ask調(diào)制系統(tǒng)和解調(diào)系統(tǒng)，2fsk調(diào)制系統(tǒng)和解調(diào)系統(tǒng)分別進(jìn)行了仿真，做出實(shí)驗(yàn)總結(jié)。 目錄一、 概述1二、 學(xué)習(xí)system view仿真軟件1 2.1system view軟件概述.12.2system view的操作 .1三、二進(jìn)制振幅鍵控系統(tǒng)設(shè)計(jì).33.1 2ask調(diào)制方法.33.2 2ask的解調(diào)方法.4 3.3 2ask仿真.5四、二進(jìn)制頻移鍵控74.1 2fsk調(diào)制方法.74.2 2fsk信號的解調(diào)方法8 4.3 2fsk的仿真.11五、總結(jié).14一、概述數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸

5、和帶通傳輸。為了使數(shù)字信號在帶通信 道中傳輸，必須用數(shù)字系帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號與信道的特性相匹配。這種把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號（已調(diào)信號）的過程叫做數(shù)字調(diào)制，在接收端通常把包括調(diào)制和解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)叫做數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制；通過開關(guān)鍵控載波，通常稱為鍵控法。其基本鍵控方式：振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控 system view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)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(token)描述程序。利用system view，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模

6、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，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，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。 二、 學(xué)習(xí)system view仿真軟件2.1 system view軟件概述隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術(shù)在電子工程領(lǐng)域的應(yīng)用已越來越廣泛，信號級系統(tǒng)仿真軟件systemview的出現(xiàn)標(biāo)志著仿真技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用達(dá)到了一個新的水平。systemview是一個信號級的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，是一個強(qiáng)有

7、力的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號處理、濾波器設(shè)計(jì)、直到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)、仿真要求。systemview以模塊化和交互式的界面，在大家熟悉的windows窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個嵌入式的分析引擎。使用systemview你只需要關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過程，而不必花費(fèi)大量的時間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。用戶只需使用鼠標(biāo)器點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測試，而不必學(xué)習(xí)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序編制，也不必?fù)?dān)心程序中是否存在編程錯誤。systemview提供一種可視化、動態(tài)的系統(tǒng)模式。利用功能元件庫中的token來代表某一種處理過程,在systemview系統(tǒng)窗口中完成系統(tǒng)或子系統(tǒng)的

8、設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的過程便是在系統(tǒng)窗口中從不同的元件庫中選擇token并在設(shè)計(jì)區(qū)域域中連接同時設(shè)置每一個token的參數(shù),控制系統(tǒng)的起始時間、中止時間、采樣頻率,最后從分析窗中分析結(jié)果,從而達(dá)到設(shè)計(jì)系統(tǒng)、分析系統(tǒng)的目的。2.2 system view的操作啟動systemview后就會出現(xiàn)如圖2.21所示的系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口。它包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、滾動條、提示欄、圖符庫和設(shè)計(jì)窗工作區(qū)。其中設(shè)計(jì)窗口工作區(qū)是用于設(shè)置、連接各種圖符以創(chuàng)建系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)仿真等操作；提示欄用于顯示系統(tǒng)仿真的狀態(tài)信息、功能快捷鍵的功能信息提示和圖符的參數(shù)顯示；滾動條用于移動觀察當(dāng)前的工作區(qū)域。當(dāng)鼠標(biāo)器位于功能圖符上時，則該圖符

9、的具體參數(shù)就會自動彈出顯示。 systemview提供了9個基本的圖符庫和6個擴(kuò)展的圖符庫。使用這些圖符時只需用鼠標(biāo)器拖動放入設(shè)計(jì)工作區(qū)即可，也可直接在該圖符圖標(biāo)上雙擊鼠標(biāo)器。在設(shè)計(jì)工作區(qū)內(nèi)雙擊圖符，則可以定義該圖符的具體功能和參數(shù)。下面簡單介紹一下這些圖符的作用。如下圖2.22圖2.22分析窗口是用戶觀察systemview數(shù)據(jù)輸出的基本工具。有多種選項(xiàng)可以增強(qiáng)顯示的靈活性和用途。這些功能可以通過單擊分析窗工具條上的快捷按鈕或通過下拉菜單來激活。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口中單擊分析窗口按鈕，即可訪問分析窗口。在分析窗口中單擊系統(tǒng)按鈕即可返回系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口。分析窗口包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、滾動條、活動圖

10、形窗口和提示信息區(qū)。同設(shè)計(jì)窗口一樣，滾動條包括用于左右滾動的水平滾動條和用于上下滾動的垂直滾動條；提示信息區(qū)顯示分析窗口的狀態(tài)信息、坐標(biāo)信息和分析的進(jìn)度指示；活動圖形窗顯示輸出的各種圖形，如波形圖、功率譜、眼圖等。三、二進(jìn)制振幅鍵控系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 2ask調(diào)制方法1.基本原理調(diào)頻移鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，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(jìn)制信息“0”或“1”。一種常用的也是最簡單的二進(jìn)制振幅鍵控方式稱為通斷鍵控（ook），其表達(dá)式為： （3-1）典型波形如圖3-1所示： 圖3-12ask信號的一般表達(dá)式為： （3-2） （3-4）

11、時鐘： 碼元持續(xù)時間； g(t) 持續(xù)時間為的基帶脈沖波形，通常假設(shè)是高 度為1，寬度等于的矩形脈沖； 第n個符號的電平取值，若取則相應(yīng)的2ask信號就是ook信號。2ask/ook信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法（相乘器法）和鍵控法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖3.2。圖（a）就是一般的模擬幅度調(diào)制的方法，用乘法器實(shí)現(xiàn)；圖（吧）是一種數(shù)字鍵控法，其中的開關(guān)電路受s(t)控制。乘法器二進(jìn)制 不歸零信號s(t)（a）模擬相乘法s(t) (b)數(shù)字鍵控法 圖3.2 3.2 2ask的解調(diào)方法與am信號的解調(diào)方法一樣。2ask/ook有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法），相

12、應(yīng)的接收系統(tǒng)方框圖如圖：帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器abcd輸出定時脈沖（a）非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器輸出定時脈 沖(b)相干解調(diào)圖3.3 2ask/ook調(diào)制框圖3.3 2ask的仿真1、2ask信號的調(diào)制仿真如圖3.4所示。token5輸出頻率為20hz,幅值為500e-3的矩形波作為調(diào)制電路輸入信號，token7輸出頻率80hz,幅值為1v的正弦波，token6為乘法器，矩形波與正弦波經(jīng)乘法器相乘輸出2ask/ook信號。token8、token9為分析觀察點(diǎn)。 圖3.4 2ask調(diào)制圖token8顯示波形（隨機(jī)數(shù)字信號）：token9顯示波

13、形（2ask調(diào)制信號）2、2ask信號的解調(diào)仿真token0，token2,token9,token17,token18 組成2ask調(diào)制電路token10,token11,token12,token13,token14,token15組成2ask相干解調(diào)電路， token10、13為抽樣判決器；token11、17為相乘器；token10、13為抽樣判決器；token7為邏輯緩沖器；token18，19,20為分析觀察點(diǎn).2ask調(diào)制信號波形token18：輸入隨機(jī)數(shù)字序列：2ask相干解調(diào)輸出波形：相干解調(diào)法輸出波形，可見與上面的基本相同，相比于調(diào)制信號在時間上有一定延遲，但基本上是相同的

14、。四、二進(jìn)制頻移鍵控4.1 2fsk調(diào)制方法1.基本原理調(diào)頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息，而其振幅保持不變。在2fsk中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號在和兩個頻率點(diǎn)之間變化。其表達(dá)式為： （4-1）： 圖4.1 2fsk信號時間波形由圖可見，2fsk信號的波形（a）可以分解為波形（b）和波形（c）,也就是說，一個2fsk信號可以看成是兩個不同載頻的2ask信號的疊加。因此，2fsk信號的時域表達(dá)式也可寫成：e2fskt=nangt-ntscos1+n+nangt-ntscos(2+n)式中：g(t) 為單個矩形脈沖，寬度等于ts 是的反碼。4.2 2fsk信號的解調(diào)方法2fsk信號的

15、產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法（相乘器法）和鍵控法，相應(yīng)的調(diào)制器如圖4.2。圖（a）就是一般的模擬幅度調(diào)制的方法，用乘法器實(shí)現(xiàn)；圖（b）是一種數(shù)字鍵控法，其中的開關(guān)電路受s(t)控制。振蕩器1選通開關(guān)相加器反相器振蕩器2選通開關(guān)基帶信號 （b）數(shù)字鍵控法 圖4.2 2fsk調(diào)制框圖 2fsk信號有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)方框圖如圖：帶通濾波器包絡(luò)檢波器抽樣判決器輸出定時脈沖帶通濾波器包絡(luò)檢波器cos （a）非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器cos輸出定時脈 沖帶通濾波器相乘器cos低通 濾波器 （b）相干解調(diào)（

16、同步檢測） 圖4.3 2fsk信號的接收系統(tǒng)組成方框圖下圖為2fsk信號非相干解調(diào)過程的時間波形： 圖4.4 2fsk信號非相干解調(diào)過程的時間波形4.3 2fsk的仿真1、2fsk信號調(diào)制圖如圖3.1所示 圖3.1 2fsk調(diào)制圖token8為隨機(jī)數(shù)字信號，f=30hz,a=500e-3,token9為延遲，token7,12為載波信號，頻率和幅度分別為：75hz,1v;150hz,1v，token10,13,14,15為觀測點(diǎn)，且token 14輸出為2fsk調(diào)制信號；token10輸出：token13輸出：token15:2fsk調(diào)制信號（token14輸出）: 22fsk信號解調(diào)的仿真如

17、圖3.1為2fsk信號的非相干解調(diào)電路，輸入隨機(jī)數(shù)字信號頻率為10hz,載波分別為90hz和120hz,token0,1,3,15,20,32組成2fsk調(diào)制電路，token4,5,24,25,12,27,28,29,14,10組成2fsk信號非相干解調(diào)電路。token4為加法器，token24,27帶通濾波器，25，28為全流整波器，12，29為低通濾波器，14為抽樣判決器，10和32為觀測分析點(diǎn)。token32:2fsk非相干解調(diào)輸出：上圖為非相干解調(diào)法得到的輸出波形，可見其與輸入波形出入不大。五、總結(jié)通過實(shí)驗(yàn)，基本掌握了systemview的基本功能和使用方法，對數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)有了一定的了解，加深了對2ask和2fsk信號的調(diào)制原理的認(rèn)識，理解了如何對他們進(jìn)行解調(diào)，掌握了2ask信號相干解調(diào)法和2fsk非相干解調(diào)法，通過使用system view仿真，對個調(diào)制和解調(diào)電路中各元件的特性有了較為全面的理解。對于2ask信號，由調(diào)制時通過仿