基于SystemView的MSK系統(tǒng)的仿真實現(xiàn)(共21頁)

1、PAGE 通信電子線路實驗與設(shè)計報告PAGE JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 通信原理課程設(shè)計報告 課程設(shè)計題目(tm)：基于SystemView的MSK系統(tǒng)的仿真(fn zhn)實現(xiàn) 班 級 ： 學(xué) 號 ： 姓 名 ： 指導(dǎo)教師(jiosh)姓名： 設(shè)計地點 ： 2015年9月13日 通信電子線路實驗與設(shè)計報告 目錄(ml)序言(xyn) 2第1章 軟件(run jin)簡介 3第2章 工作原理 6第3章MSK調(diào)制的仿真 83.1仿真的方案與原理 83.1.1系統(tǒng)參數(shù) 83.2建模的思想 83.3仿真的框圖 83.4仿真結(jié)果分析 103.4

2、.1差分編碼電路 103.4.2串并/交換電路 113.4.3加權(quán)調(diào)制 123.4.4正交載波調(diào)制 13參考文件 16體會與建議 17附錄 18序 言隨著數(shù)字通信技術(shù)的日益發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字調(diào)制技術(shù)作為(zuwi)這個領(lǐng)域中極為重要的一個方面得到了迅速發(fā)展。特別是今年來隨著遠(yuǎn)距離數(shù)字通信的發(fā)展，系統(tǒng)中出現(xiàn)了新的問題信道(xn do)中同時存在著帶限與線性的特性。在這種信道條件下，傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制方式則面臨這一場新的挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)這類信道的特性，又發(fā)展起來了一種新的數(shù)字調(diào)制方式技術(shù)現(xiàn)代恒定(hngdng)包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。人類社會是建立在信息交流基礎(chǔ)上的，通信是推動人類社會文明、進(jìn)步與發(fā)展的巨大

3、動力，特別是當(dāng)今信息社會，通信更是整個社會的高級“神經(jīng)中樞”。而通信系統(tǒng)的質(zhì)量在很大程度上依賴與所采用的調(diào)制方式?，F(xiàn)代恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展過程，就是已調(diào)波的相位路徑不斷得到改進(jìn)與完善的過程。因為一個已調(diào)波的頻譜特性與其相位路徑有著緊密的聯(lián)系（）。為了控制已調(diào)波的頻譜特性，則必須控制它的相位路徑。首先出現(xiàn)的是二相移相鍵控（BPSK），繼而，為了提高信道頻帶利用率，又在它的基礎(chǔ)上提出了四相移相鍵控（QPSK）。這兩種調(diào)制方式所產(chǎn)生的已調(diào)波，在碼元轉(zhuǎn)換時刻上都可能產(chǎn)生180o相位突跳，使得功率譜高頻滾降緩慢，帶外輻射大。為了消除180o相位突跳，在QPSK基礎(chǔ)上又提出了交錯正交移相鍵控（OQP

4、SK），它雖然克服了180o相位突跳的問題，但是，在碼元轉(zhuǎn)換時刻上仍可能有90o的相位突跳，同樣使的功率譜高頻不能很快地滾降，為了徹底解決相位突跳的問題，人們很自然地會想到相鄰碼元間的相位變化不應(yīng)該瞬時地突變，而應(yīng)該在一個碼元時間內(nèi)逐漸累積來完成，從而保持碼元轉(zhuǎn)換時刻相位聯(lián)系，于是又提出了最小移頻鍵控（MSK）。本文將在討論MSK信號的基礎(chǔ)上，研究其調(diào)制的理論基礎(chǔ)，并提出調(diào)制的實現(xiàn)方案，最終用SystemView仿真軟件對其進(jìn)行仿真，進(jìn)而證明MSK調(diào)制技術(shù)的優(yōu)越性。通信電子線路實驗與設(shè)計報告第1章 SystemView的簡介(jin ji) SystemView是一個信號級的系統(tǒng)仿真軟件。它不

5、但使設(shè)計人員能夠設(shè)計、開發(fā)和統(tǒng)而且能全面地從頭到尾集成系統(tǒng)。直觀而有力的SystemView能夠提供模擬、數(shù)字、混合模式系統(tǒng)的開發(fā)；線性和非線性系統(tǒng)設(shè)計；Laplace和Z變換線性系統(tǒng)等，其用戶界面使這些特點非常容易理解，用于通信、邏輯、DSP和射頻/模擬設(shè)計的大量(dling)可供選擇的庫能夠使工程設(shè)計人員靈活選擇使用。在對SystemView的功能展開系統(tǒng)論述之前(zhqin)，首先簡單介紹SystemView仿真系統(tǒng)的特點:（1）用戶不必為通信系統(tǒng)的各個部分都進(jìn)行建模，SystemView把一些最常用的功能模塊進(jìn)行了封裝，如一些基本的調(diào)制解調(diào)方法、信道模型、編解碼、常用的濾波器用戶在使用

6、時只需根據(jù)自己的具體要求對其參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。（2）采用的基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計方法，工程設(shè)計人員利用圖符和子系統(tǒng)對象的無限制分層結(jié)構(gòu)功能，便可方便快捷地建立復(fù)雜系統(tǒng)。（3） 包含強(qiáng)有力的DSP和FPGA模塊可對IS-95、DVB等系統(tǒng)建模。（4）可對具有多種數(shù)據(jù)采樣率輸入的系統(tǒng)進(jìn)行合并，從而同時滿足通信系統(tǒng)中低頻和高頻部分的設(shè)計與仿真。（5）擴(kuò)展性強(qiáng)，可準(zhǔn)許工程設(shè)計人員插入自己用C/C+編寫的用戶代碼模塊，并提供與MATLAB等工具軟件接口。（6）提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計。（7）多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)。（8）先進(jìn)的信號分析和數(shù)據(jù)塊處理System View的分析窗口是一個能夠?qū)ο到y(tǒng)波形進(jìn)行詳

7、細(xì)檢查的交互式可視環(huán)境。分析窗口還提供了一個能對仿真生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行先進(jìn)的塊處理操作的接收計算器。（9）完善的自我診斷功能SystemView能自己執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯誤信息或懸空的待連接端信息，通知用戶連接出錯并通過顯示指出出錯的圖符。這個特點對用戶系統(tǒng)的診斷是十分有效的。SystemView的另一個重要特點是它可以從不同角度、以不同方式按要求設(shè)計多種濾波器，并可以自動完成濾波器各指標(biāo)如幅頻特性（波特圖）、傳輸函數(shù)、根軌跡圖等之間的轉(zhuǎn)換。 SystemView包括兩個(lin )主要的工作環(huán)境：設(shè)計窗口和分析窗口進(jìn)入SystemView后屏幕上首先出現(xiàn)設(shè)計窗口，如圖1-1所示：圖1-1

8、 SystemView的設(shè)計(shj)窗口 在設(shè)計窗口內(nèi)，只需要(xyo)點擊鼠標(biāo)及進(jìn)行必要參數(shù)的輸入，就是可以通過設(shè)置圖標(biāo)，連接圖標(biāo)等操作完成一個完整系統(tǒng)的基本搭建工作，創(chuàng)建各種連續(xù)域或離散域的系統(tǒng)，并可及其方便的給系統(tǒng)加入要求的注釋。SystemView系統(tǒng)是一個離散時間系統(tǒng)，首先要對信號進(jìn)行采樣，然后對各個采樣點的值進(jìn)行分析計算，最后輸出時，在分析窗口內(nèi)，按要求畫出各個點的值或模擬曲線。所以在仿真前必須對采樣起始/終止時間、采樣頻率、采樣間隔和采樣點數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如果設(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。單擊工具欄中的系統(tǒng)定時按鈕可以進(jìn)入系統(tǒng)定時設(shè)定窗口。

9、設(shè)定系統(tǒng)定時設(shè)定窗口如圖1-2所示：圖1-2 系統(tǒng)定時設(shè)定(sh dn)窗口在窗口設(shè)定是設(shè)置好歧視時間和終止時間，系統(tǒng)的采樣率應(yīng)設(shè)為系統(tǒng)信號最高頻率的5至7倍。當(dāng)采樣率為系統(tǒng)信號最高頻率的10倍以上時，仿真波形就幾乎(jh)沒有任何失真了。本實驗中采樣速率=3400HZ。分析窗口(chungku)是觀察系統(tǒng)仿真結(jié)果數(shù)據(jù)的基本載體，利用它可以觀察某一系統(tǒng)仿真的結(jié)果進(jìn)行的各種分析。在分析窗口中單擊（分析窗口）按鈕，即可激活分析窗口。如圖2.3所示。在窗口界面中，有多種選項可以增強(qiáng)顯示的靈活性和系統(tǒng)的用途等功能。例如，MSK調(diào)制運行結(jié)果如圖1-3所示：圖1-3分析窗口及運行結(jié)果顯示這些功能可以通過單

10、擊分析窗口工具欄上的快捷鍵按鈕或下拉菜單來激活。分析窗口包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、滾動條、活動圖形和提示信息欄。其中工具欄右側(cè)的提示信息欄提供和圖形窗口相關(guān)的信息，當(dāng)鼠標(biāo)位于圖形窗口顯示區(qū)時該處顯示坐標(biāo)信息。顏色列表提示用于顯示活動圖形窗口各種不同顏色的線條代表的意義。第2章 MSK系統(tǒng)的工作(gngzu)原理 MSK是一種(y zhn)調(diào)制指數(shù)為0.5的恒定的包絡(luò)連續(xù)相位的頻率調(diào)制。MSK已調(diào)信號。(2-1)因為(yn wi) (2-2) (2-3) QUOTE （2-4） 由式（2-4）可以看出，MSK信號的兩個頻率分別為 (2-5) (2-6)中心頻率應(yīng)選為 =1,2, (2-7)由式

11、（2-7）表明，MSK信號在每一碼元周期內(nèi)必須包含四分之一載波周期的整數(shù)倍。在任一個(y )碼元期間 ，若，則線性增加(zngji)；若，則線性減少(jinsho)。對于給定的輸入信號 序列，相應(yīng)的附加相位函數(shù)的波形如圖2-8所示。 圖2-8 附加相位函數(shù)的波形圖 由式（2-3）可以畫出MSK信號調(diào)制器原理圖如圖(2-9)所示。圖中，輸PN序列經(jīng)過差分編碼和串/并變換后,I支路信號經(jīng)加權(quán)調(diào)制和同相載波相乘輸出同相分量。Q支路信號先延遲，經(jīng)加權(quán)調(diào)制和正交載波相乘輸出正交分量。和相加就可得到已調(diào)MSK信號。原理框圖如圖2-9所示：延時cos(/2TS)MSK信號振蕩f=50HZZHHH差分編碼串/

12、并變換振蕩f=1/4Ts移相/2移相/2Sin(/2Ts)圖2-9 MSK調(diào)制(tiozh)原理圖 第3章 基于(jy)SystemView的MSK調(diào)制的仿真實現(xiàn)3.1仿真的方案(fng n)與原理第二章中已經(jīng)介紹了MSK的調(diào)制原理。首先在仿真過程中，要對相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行一系列的設(shè)定，設(shè)定采樣頻率為3400HZ，如第一章的圖（1-2）。系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置如下：=34HZ=3.1.1系統(tǒng)參數(shù)=8.5HZ碼元速率：=50HZ頻偏（也即加權(quán)函數(shù)頻率）： 載波頻率：傳信頻率： 這樣，在一個碼元時間內(nèi)，剛好完成1.72周，剛好完成1.22周。假定傳“+1”時，信號頻率是，即在一個碼元時間內(nèi)，的波形有1.22個

13、周期；傳“-1”時，信號頻率是，即在一個碼元時間內(nèi)，的波形有1.72個周期。3.2建模的思想(sxing)依據(jù)第二章里面的（2-9）調(diào)制原理圖，首先要采集到一組PN序列，經(jīng)過差分編碼形成差分碼。然后經(jīng)過串并變換(binhun)分成兩列，為了使兩列的波形錯開。Q列有一個碼元寬度的延遲。為偶元碼。然后兩列信號與加權(quán)函數(shù)相乘，在與載波函數(shù)進(jìn)行正交調(diào)制。最終的同相分量與正交分量相減可以得到MSK信號。然后運用到SystemView系統(tǒng)里。在建模的時候要注意參數(shù)的設(shè)置和系統(tǒng)采用頻率的設(shè)定。還有注意所選圖標(biāo)的工整對齊。3.3仿真(fn zhn)的框圖根據(jù)第二章原理圖2-9建立的MSK系統(tǒng)調(diào)制SystemV

14、iew模型如圖3-1所示：圖3-1 MSK調(diào)制部分SystemView仿真電路圖各圖符的設(shè)置如表3-2所示： 表3-2 調(diào)制過程各圖符參數(shù)圖符編號庫/圖符名稱參 數(shù)0Source Library/PN SeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=34Hz,Levels=2,Phase=0deg1,5Operator Library/SamplerRate=34Hz,Aperture=0 sec38Logic Library/XORGate Delay=0sec, Threshold=500e-3v,True Output=1v,False Output=-1v3Operator Libr

15、ary/GainGain=1, Gain Units=Linear4,11,12Operator Library/HoldGain=1 , Last Value37Operator Library/Smpl DelayDelay=1 samples, Attribute=Passive, Fill Last Register, Initial Condition=0v7,8Operator Library/DecimatorDecimate By 218Source Library/SinusoidAmp=1v, Freq=8.5Hz39Operator Library/DelayInterp

16、olating, Delay=29.4117647058824e-3sec22Source Library/SinusoidAmp=1v,Freq=50Hz圖標(biāo)0,1所采集到的原碼經(jīng)過圖標(biāo)28,3,4形成(xngchng)差分碼。由圖標(biāo)5，圖標(biāo)7，圖標(biāo)8，圖標(biāo)37，圖標(biāo)11，圖標(biāo)12構(gòu)成了串并轉(zhuǎn)換電路。然后經(jīng)過圖標(biāo)為16,17的乘法器實現(xiàn)加權(quán)調(diào)制。然后經(jīng)過圖標(biāo)為20,21的乘法器實現(xiàn)正交調(diào)制。最后圖標(biāo)24將兩路信號相加得到MSK的信號波形。3.4仿真的結(jié)果進(jìn)行(jnxng)分析3.4.1 差分編碼(bin m)電路由于差分(ch fn)波形是以相鄰脈沖電平的相對變化來表示代碼，因此稱它為相對碼

17、波形。用差分波形傳送代碼可以消除設(shè)備初始狀態(tài)的影響，特別是在相位調(diào)制系統(tǒng)中用于解決載波相位模糊問題。 差分編碼(bin m)的仿真電路圖如圖3-3所示: 圖3-3 差分(ch fn)編碼的仿真電路圖 原碼波形與差分碼波形如圖3-4，3-5所示： 圖3-4 原碼波形圖3-5 差分(ch fn)碼波形可以根據(jù)圖3-4讀出一段原碼為01101110，將其與參考碼元0相異或，可得出差分(ch fn)碼的碼元為01001011。與圖3-5所示波形一致，故波形正確。3.4.2串/并變換(binhun)電路 串并變換電路圖如圖3-6所示: 圖3-6 串并變換仿真電路圖實現(xiàn)串/并變化的方法是：兩路采樣器（圖符

18、7,8）分別以3400Hz的采樣率對原序列進(jìn)行采樣。其中I路先經(jīng)過一個碼元寬度的時間延遲，這樣Q路采第奇數(shù)個碼元；I路采第偶數(shù)個碼元，完成串/并變換（參見圖3-7所示）。圖3-7 串并變換(binhun)波形從圖中的差分碼波形可以先讀出一段差分碼為01001011000，其奇數(shù)碼元為001100，偶數(shù)碼元為10010。經(jīng)過串并變換以后(yhu)I路和Q路的碼元寬度要比原來碼元寬度增大一倍。所以圖形正確。3.4.3加權(quán)調(diào)制(tiozh)SystemView中信號源庫中的正弦信號產(chǎn)生器可以根據(jù)用戶自己的要求生成一個任意頻率、幅度、相位的正弦信號。本實驗仿真總電路中的圖3-8中圖符18生成了8.5H

19、Z,幅度為1V的正/余弦信號，在與相乘器的連接時，0代表的是正弦信號，1代表的是余弦信號，這就省去了原理圖中的/2移相器。圖3-8 加權(quán)調(diào)制(tiozh)仿真電路圖 其中圖符16、17為相乘器，分別完成了I通道、Q通道與加權(quán)函數(shù)(hnsh)的加權(quán)調(diào)制過程。其加權(quán)調(diào)制后的波形如圖3-9,3-10所示：圖3-9 I通道(tngdo)加權(quán)調(diào)制波形圖3-10 Q通道加權(quán)調(diào)制波形3.4.4正交載波調(diào)制圖符20、21為相乘器，分別(fnbi)完成了I通道、Q通道與載波的正交調(diào)制過程。兩路信號在經(jīng)圖符24（相加器）就完成了整個MSK調(diào)制過程。仿真圖如3-11所示：圖3-11 正交載波調(diào)制(tiozh)的仿真

20、圖本實驗仿真總電路中的圖3-11中圖符18生成了50HZ,幅度為1V的正/余弦(yxin)信號；因為當(dāng)振蕩頻率為50HZ時,正交調(diào)制的相位變化幅度較為明顯，MSK信號較為清晰。如下圖3-12,3-13所示：圖3-12 I通道的已調(diào)信號圖3-13 Q通道已調(diào)信波形MSK的正交調(diào)制波形：將調(diào)制后的波形進(jìn)行(jnxng)放大，觀察其相位的變化。結(jié)果證明是正確的。從而體現(xiàn)了MSK調(diào)制方式的連續(xù)(linx)相位的調(diào)制方法。圖3-14所示為I通道和Q通道正交調(diào)制后的兩路波形最終(zu zhn)相加得到的MSK調(diào)制波形。圖3-14 MSK信號 可以從圖3-14分析總結(jié)得出,MSK信號是恒定包絡(luò)信號；在碼元轉(zhuǎn)換時刻，信號的相位是連續(xù)的，以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位在一個碼元期間內(nèi)線性地變換。參考(cnko)文件1樊昌信，曹麗娜編著.通信(tng xn)原理（第七版） 北京：國防工業(yè)出版社，2012.232-2362羅衛(wèi)兵，孫樺編著(binzh).System View動態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計 西安：西安