课程设计论文报告基于Systemview的通信系统的仿真.doc
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1、目 录绪 论1第一章 SystemView简介21.1 SystemView简介21.2 系统仿真的步骤3第二章 2ASK系统设计52.1 基本原理52.1.1 2ASK信号的调制52.1.2 2ASK信号的解调62.2 2ASK仿真及结果分析62.2.1 2ASK的调制与解调设计62.2.2 2ASK仿真结果及分析8第三章 2FSK系统设计93.1 基本原理93.1.1 2FSK信号的调制93.1.2 2FSK信号的解调93.2 2FSK仿真及结果分析113.2.1 2FSK的调制和解调设计113.2.2 2FSK仿真结果及分析13第四章 2PSK系统设计154.1 基本原理154.1.1
2、2PSK信号的调制154.1.2 2PSK信号的解调154.2 2FSK仿真及结果分析154.2.1 2PSK的调制与解调设计154.2.2 2PSK仿真结果及分析17第五章 2DPSK系统设计185.1 基本原理185.1.1 2DPSK信号的调制185.1.2 2DPSK信号的解调195.2 2DPSK相干解调205.2.1 2DPSK相干解调205.2.2 2DPSK仿真结果及分析215.3 2DPSK差分相干解调225.3.1 2DPSK差分相干解调225.3.2 2DPSK仿真结果及分析23第六章 小结24参考文献25致 谢26绪 论数字通信系统, 按调制方式可以分为基带传输和带通传
3、输。数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率(如06M)低频段,因而在很多实际的通信(如无线信道)中就不能直接进行传输,需要借助载波调制进行频谱搬移,将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输,这种传输方式,称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制,是用基带信号对载波波形的某参量进行控制,使该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输;实现信道复用;改变信号占据的带宽;改善系统的性能。和模拟调制不同的是,由于数字基带信号具有离散取值的特点,所以调制后的载波参量只有有限的几个数值,因而数字调制在实现的过程中常采用键控的方法,就像用数字信
4、息去控制开关一样,从几个不同参量的独立振荡源中选参量,由此产生的三种基本调制方式分别称为振幅键控(ASK,Amplitude-Shift keying)、移频键控(FSK,Frequency-Shift keying)和移相键(PSK,Phase-Shift keying )或差分移相键(DPSK,DifferentPhase-Shift keying)。数字调制系统的基本结构如图:图1 数字调制系统基本结构图在数字调制中,数字基带信号可以是二进制的,也可以是多进制的,对应的就有二进制数字调制和多进制数字调制两种不同的数字调制,最简单的情况即是以二进制数字基带信号作为调制信号的二进制数字调制,
5、本次课程设计主要针对就是最常用的二进制数字调制方式即二进制振幅键控、移频键控和移相键控三进行系统仿真分析,通过学习Systemview仿真软件,对对三种系统进行仿真,熟悉2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK的原理。第一章 SystemView简介1.1 SystemView简介 SystemView是美国ELANIX公司推出的,基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具,它使用功能模块(Token)去描述程序,无需与复杂的程序语言打交道,不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真,快速地建立和修改系统、访问与调整参数,方便地加入注释。利用System View,可以构造
6、各种复杂的模拟、数字、数模混合系统,各种多速率系统,因此,它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时,只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置,完成图标间的连线,然后运行仿真操作,最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。SystemView的库资源十分丰富,包括含若干图标的基本库(Main Library)及专业库(Optional Library),基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器,各种函数运算器等;专业库有通讯(Communication)、逻辑(Logic)、数字信号处理(DSP)、射频/模拟(RF/An
7、alog)等;它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证,尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统;并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析,及对各种逻辑电路、射频/模拟电路(混合器、放大器、RLC电路、运放电路等)进行理论分析和失真分析。System View能自动执行系统连接检查,给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息,通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。 System View的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式,按要求设计多种滤波器,并可自动完成滤波器各指标如幅频特性(伯特图)、传递函数、根轨迹图等
8、之间的转换。 在系统设计和仿真分析方面,System View还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内,可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。另外,分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”,可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。 1.2 系统仿真的步骤(1)建立系统的数学模型 根据系统的基本工作原理,确定总的系统功能,并将各部分功能模块化,找出各部分的关系,画出系统框图。(2)从各种功能库中选取、拖动可视化图符,组建系统在信号源图符库、算子图符库、函数图符库、信号接受器图符库中选取满足需要的功能模块,将其图符拖到设计窗口,按设计的系统框图组建系
9、统。(3)设置、调整参数,实现系统模拟参数设置包括运行系统参数设置(系统模拟时间,采样速率等)和功能模块运行参数(正弦信号源的频率、幅度、初相,低通滤波器的截止频率、通带增益、阻带衰减等)。(4)设置观察窗口, 分析模拟数据和波形 在系统的关键点处设置观察窗口,用于检查、监测模拟系统的运行情况,以便及时调整参数,分析结果。启动SystemView后就会出现如图1. 1所示的系统设计窗口。它包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计窗工作区。其中设计窗口工作区是用于设置、连接各种图符以创建系统,进行系统仿真等操作;提示栏用于显示系统仿真的状态信息、功能快捷键的功能信息提示和图符的参
10、数显示;滚动条用于移动观察当前的工作区域。当鼠标器位于功能图符上时,则该图符的具体参数就会自动弹出显示。图1.1 系统设计窗口SystemView提供了9个基本的图符库和6个扩展的图符库。使用这些图符时只需用鼠标器拖动放入设计工作区即可,也可直接在该图符图标上双击鼠标器。在设计工作区内双击图符,则可以定义该图符的具体功能和参数。下面简单介绍一下这些图符的作用。如下图1.2图1.2 图符库分析窗口是用户观察SystemView数据输出的基本工具。有多种选项可以增强显示的灵活性和用途。这些功能可以通过单击分析窗工具条上的快捷按钮或通过下拉菜单来激活。在系统设计窗口中单击分析窗口按钮,即可访问分析窗
11、口。在分析窗口中单击系统按钮即可返回系统设计窗口。分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、活动图形窗口和提示信息区。同设计窗口一样,滚动条包括用于左右滚动的水平滚动条和用于上下滚动的垂直滚动条;提示信息区显示分析窗口的状态信息、坐标信息和分析的进度指示;活动图形窗显示输出的各种图形,如波形图、功率谱、眼图等。第二章 2ASK系统设计2.1 基本原理幅移键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息,而其频率和初始相位保持不变。在2ASK中,载波的幅度只有两种变化状态,分别对应二进制信息“0”或“1”。一种常用的也是最简单的二进制振幅键控方式称为通断键控(OOK),其表达式为: (2-1)典型波形如
12、图2.1所示:图2.1 2ASK波形图2.1.1 2ASK信号的调制2AS信号的产生方法通常有两种:模拟调制法(相乘器法)和键控法,相应的调制器如图3.2。图(a)就是一般的模拟幅度调制的方法,用乘法器实现;图(b)是一种数字键控法,其中的开关电路受s(t)控制。乘法器S(t)e2ASK(t)二进制不归零信号 Cos wct开关电路e2ASK(t)S(t) (a)模拟相乘法 (b)数字键控法图2.2 2ASK调制解调器原理框图2.1.2 2ASK信号的解调2ASK/OOK有两种基本的解调方法:非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法),相应的接收系统方框图如图:带通滤波器全波整流器低通滤
13、波器抽样判决器输出定时脉冲(a)非相干解调(包络检波)带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器输出定时脉 冲(b)相干解调图2.3 2ASK信号的接受系统组成框图2.2 2ASK仿真及结果分析2.2.1 2ASK的调制与解调设计1、2ASK的总体设计方案图2.4 总体设计图2、参数设置Token0:基带信号(PN码序列,频率=2HZ,幅度=1V,补偿值为1)如图2-5Token1、Token4:载波(正弦波发生器,频率=10HZ)如图2-6Token2、Token10:乘法器Token8、Token9:模拟低通滤波器。如图2.7选择Operator库中Filter/Systems组的Linear
14、Sys Filters项,在参数设置中选择Analog,在打开的文本框中,将滤波器类型设定为Butterworth,No.of Pole设定为3,Low Cuttoff设为5HZ。Token26、Token29:采样器Token32、Token33:保持器Token27、Token31:比较器.如图2.8选择Operator库中中Filter/Systems组的Sample/Hold中Token28、Token30:信号源里的阶跃响应Token16、Token18、Token22、Token23:System view运行时间设定:运行时间=1.27s,采样频率=100HZ 图2.5 输入序列
15、 图2.6 载波 图2.7 低通滤波器 图2.8 比较基准电平2.2.2 2ASK仿真结果及分析图2.9 2ASK的调制与解调设计方案的仿真结果分析:图中输入的序列为010110,在2ASK模拟法调制中,1用两个载波表示,0用低电平表示。仿真结果和理论设定相一致。Sink22显示的是非相干解调的结果。对比波形图可知,两者十分接近,只是存在一个时延的问题。Sink23显示的是相干解调的结果。同样,和原输入序列相比较,两者基本上是一样的。只是有一点点的时延。从以上分析的结果可知,理论仿真是十分成功的。第三章 2FSK系统设计3.1 基本原理3.1.1 2FSK信号的调制频移键控是利用载波的频率变化
16、来传递数字信息,而其振幅保持不变。在2FSK中,载波的频率随二进制基带信号在和两个频率点之间变化。其表达式为: (4-1): 图3.1 2FSK信号时间波形由图可见,2FSK信号的波形(a)可以分解为波形(b)和波形(c),也就是说,一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。因此,2FSK信号的时域表达式也可写成:式中:g(t) 为单个矩形脉冲,宽度等于Ts 是的反码。 3.1.2 2FSK信号的解调2FSK信号的产生方法通常有两种:模拟调制法(相乘器法)和键控法,相应的调制器如图4.2。图(a)就是一般的模拟幅度调制的方法,用乘法器实现;图(b)是一种数字键控法,其中的开关
17、电路受s(t)控制。振荡器1选通开关相加器反相器振荡器2选通开关基带信号 (b)数字键控法图3.2 2FSK调制框图 2FSK信号有两种基本的解调方法:非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法),相应的接收系统方框图如图:带通滤波器包络检波器抽样判决器输出定时脉冲带通滤波器包络检波器cos (a)非相干解调(包络检波)带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器cos输出定时脉 冲带通滤波器相乘器cos低通 滤波器(b)相干解调(同步检测)图3.3 2FSK信号的接收系统组成方框图下图为2FSK信号非相干解调过程的时间波形:图3.4 2FSK信号非相干解调过程的时间波形3.2 2FSK仿真及结果
18、分析3.2.1 2FSK的调制和解调设计1、2FSK的总体设计方案图3.5 2FSK系统的设计总体方案图2、参数设置Token0:基带信号(PN码序列,频率=2HZ,幅度=1V,补偿值为0V)Token4:选择开关。(在扩展图库Logic中的Mixed Signal)Token2、Token9:载波1(正弦信号发生器,频率=16HZ)Token3、Token10:载波2(正弦信号发生器,频率=4HZ)Token29、Token11:带通滤波器,最低频率为14HZ,最高频率为16HZ。图4.5Token30、Token12:带通滤波器,最低频率为2HZ,最高频率为6HZ。图4.6Token7、T
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