課程設(shè)計(jì)-----數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真與原理分析

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　課題名稱： 數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真與原理分析 </p><p>　　完成期限：2009年 12月25日至2010年1 月3日</p><p>　　院系名稱 電子信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 XXX </p><

2、p>　　專業(yè)班級(jí) 電信XX 指導(dǎo)教師職稱 XXX </p><p>　　學(xué)生姓名 XXX 學(xué)號(hào)XXX</p><p><b>　　課題訓(xùn)練內(nèi)容：</b></p><p>　　(1)利用Simulink(CAD軟件、SystemView)等仿真軟件對(duì)數(shù)字通信的原理進(jìn)行仿真，并結(jié)合通信

3、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.</p><p>　　(2)培養(yǎng)并掌握通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路和方法：</p><p>　　(3)能提高學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解能力；</p><p>　　(4)能提高和挖掘?qū)W生對(duì)所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力即創(chuàng)新力；</p><p>　　(5)提高學(xué)生的科技論文寫作能力。</p

4、><p>　　二、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求</p><p><b>　　1)基本要求：</b></p><p>　　(1)學(xué)習(xí)Simulink(或SystemView)仿真軟件：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　(2)對(duì)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；</p><p>　　(3)提出系統(tǒng)的

5、設(shè)計(jì)方案，選用合適的模塊；</p><p>　　(4)對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行屏幕錄像</p><p>　　(5)結(jié)合實(shí)驗(yàn)箱的試驗(yàn)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，并將仿真過(guò)程錄像發(fā)到82112496@qq.com。</p><p>　　2)課程設(shè)計(jì)論文編寫要求</p><p>　　(1)要按照設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)格打印</p><

6、;p>　　(2)課程設(shè)計(jì)包括目錄、緒論、正文</p><p>　　(3)裝訂按學(xué)校的統(tǒng)一要求完成</p><p>　　(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(jī)?yōu)椴患案?lt;/p><p><b>　　3)答辯標(biāo)準(zhǔn)：</b></p><p>　　(1)完成原理分析(20分)</p&g

7、t;<p>　　(2)系統(tǒng)方案選擇(30分)</p><p>　　(3)結(jié)合實(shí)驗(yàn)箱仿真結(jié)果分析(30分)</p><p>　　(4)課程設(shè)計(jì)論文寫作（20）</p><p><b>　　三、主要參考資料：</b></p><p>　　樊昌信，曹麗娜《通信原理》（第六版），國(guó)防工業(yè)出版社2006年</p

8、><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文首先介紹了一種常用的仿真軟件System View，即它是一個(gè)信號(hào)級(jí)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(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號(hào)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(duì)軟件中各菜單進(jìn)行了闡述。其

9、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(duì)2ASK信號(hào)用相干解調(diào)法進(jìn)行了解調(diào)，對(duì)2FSK用非相干解調(diào)法進(jìn)行了解調(diào)。最后并用System View對(duì)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)。 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　概述……………………

10、…………………………………1</p><p>　　學(xué)習(xí)System View仿真軟件………………………1 2.1System View軟件概述………………………………….1</p><p>　　2.2System View的操作 …………………………………..1</p><p>　　三、二進(jìn)制振幅鍵控系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………….3</p><

11、;p>　　3.1 2ASK調(diào)制方法……………………………………….3</p><p>　　3.2 2ASK的解調(diào)方法…………………………………….4</p><p>　　3.3 2ASK仿真...................................5</p><p>　　四、二進(jìn)制頻移鍵控…………………………………………7</p>

12、<p>　　4.1 2FSK調(diào)制方法………………………………………..7</p><p>　　4.2 2FSK信號(hào)的解調(diào)方法………………………………8</p><p>　　4.3 2FSK的仿真………………………………………….11</p><p>　　五、總結(jié)……………………………………………………..14</p><p>&

13、lt;b>　　一、概述</b></p><p>　　數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信 道中傳輸，必須用數(shù)字系帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號(hào)與信道的特性相匹配。這種把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）的過(guò)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(guò)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(guò)開關(guān)鍵控

14、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</p><p>　　System View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)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Sys

15、tem View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。</p><p>　　二、 學(xué)習(xí)System View仿真軟件</p><p>　　2.1 System View軟件概述</p><p>　　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(lái)越廣泛，信

16、號(hào)級(jí)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(gè)新的水平。</p><p>　　SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)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(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號(hào)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(gè)嵌入式的

17、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(guò)程，而不必花費(fèi)大量的時(shí)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(cè)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(cuò)誤。</p><p>　　SystemView提供一種可視化、動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)模式。利用功能元件庫(kù)中的Token來(lái)代表某一種處理過(guò)程,在SystemView系統(tǒng)窗口中完成系統(tǒng)或子系統(tǒng)的設(shè)

18、計(jì)。設(shè)計(jì)的過(guò)程便是在系統(tǒng)窗口中從不同的元件庫(kù)中選擇Token并在設(shè)計(jì)區(qū)域域中連接同時(shí)設(shè)置每一個(gè)Token的參數(shù),控制系統(tǒng)的起始時(shí)間、中止時(shí)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。</p><p>　　2.2 System View的操作</p><p>　　啟動(dòng)SystemView后就會(huì)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(dòng)

19、條、提示欄、圖符庫(kù)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(dòng)條用于移動(dòng)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(shí)，則該圖符的具體參數(shù)就會(huì)自動(dòng)彈出顯示。</p><p>　　SystemView提供了9個(gè)基本的圖符庫(kù)和6個(gè)擴(kuò)展的圖符庫(kù)。使用這些圖符時(shí)只需用鼠標(biāo)器拖動(dòng)放入設(shè)計(jì)工作區(qū)即可，也

20、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(jiǎn)單介紹一下這些圖符的作用。如下圖2.22</p><p><b>　　圖2.22</b></p><p>　　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(guò)單擊分析窗工具條上的快捷按鈕或通過(guò)下拉菜單來(lái)激活。在

21、系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口中單擊分析窗口按鈕，即可訪問(wèn)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(dòng)條、活動(dòng)圖形窗口和提示信息區(qū)。同設(shè)計(jì)窗口一樣，滾動(dòng)條包括用于左右滾動(dòng)的水平滾動(dòng)條和用于上下滾動(dòng)的垂直滾動(dòng)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(dòng)圖形窗顯示輸出的各種圖形，如波形圖、功率譜、眼圖等。</p><p>　　三、二進(jìn)制振幅鍵控系統(tǒng)設(shè)計(jì)<

22、/p><p>　　3.1 2ASK調(diào)制方法</p><p><b>　　1.基本原理調(diào)</b></p><p>　　頻移鍵控是利用載波的幅度變化來(lái)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(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息“0”或“1”。一種常用的也是最簡(jiǎn)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：<

23、;/p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　典型波形如圖3-1所示：</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　2ASK信號(hào)的一般表達(dá)式為：</p><p><b>　　（3-2）</b></p>

24、<p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　時(shí)鐘： － 碼元持續(xù)時(shí)間；</p><p>　　g(t) － 持續(xù)時(shí)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； </p><p>　　－ 第N個(gè)符號(hào)的電平取值，若取</p><p>　　則相應(yīng)的2ASK信號(hào)就是OOK信號(hào)

25、。</p><p>　　2ASK/OOK信號(hào)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。</p><p><b>　　（a）模擬相乘法</b></p><p><b>　　(b)數(shù)字鍵控法<

26、;/b></p><p><b>　　圖3.2</b></p><p>　　3.2 2ASK的解調(diào)方法</p><p>　　與AM信號(hào)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(cè)法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)方框圖如圖：</p><p>　?。╝）非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）

27、</p><p><b>　　(b)相干解調(diào)</b></p><p>　　圖3.3 2ASK/OOK調(diào)制框圖</p><p><b>　　2ASK的仿真</b></p><p>　　1、2ASK信號(hào)的調(diào)制仿真如圖3.4所示。</p><p>　　Token5輸出頻率為20H

28、z,幅值為500e-3的矩形波作為調(diào)制電路輸入信號(hào)，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(hào)。Token8、Token9為分析觀察點(diǎn)。</p><p>　　圖3.4 2ASK調(diào)制圖</p><p>　　Token8顯示波形（隨機(jī)數(shù)字信號(hào)）：</p><p>　　Token9顯示波形（

29、2ASK調(diào)制信號(hào)）</p><p>　　2、2ASK信號(hào)的解調(diào)仿真</p><p>　　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， </p><p>　　Token10、13為抽樣判決器；Toke

30、n11、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).</p><p>　　2ASK調(diào)制信號(hào)波形Token18：</p><p><b>　　輸入隨機(jī)數(shù)字序列：</b></p><p>　　2ASK相干解調(diào)輸出波形：</p><p>　　相干解調(diào)法輸出波

31、形，可見與上面的基本相同，相比于調(diào)制信號(hào)在時(shí)間上有一定延遲，但基本上是相同的。</p><p><b>　　四、二進(jìn)制頻移鍵控</b></p><p>　　4.1 2FSK調(diào)制方法</p><p><b>　　1.基本原理調(diào)</b></p><p>　　頻移鍵控是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，

32、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(hào)在和兩個(gè)頻率點(diǎn)之間變化。其表達(dá)式為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　圖4.1 2FSK信號(hào)時(shí)間波形</p><p>　　由圖可見，2FSK信號(hào)的波形（a）可以分解為

33、波形（b）和波形（c）,也就是說(shuō)，一個(gè)2FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的疊加。因此，2FSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式也可寫成：</p><p>　　式中：g(t) 為單個(gè)矩形脈沖，寬度等于Ts </p><p><b>　　是的反碼。</b></p><p>　　4.2 2FSK信號(hào)的解調(diào)方法</p><p>

34、　　2FSK信號(hào)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。</p><p><b>　?。╞）數(shù)字鍵控法</b></p><p>　　圖4.2 2FSK調(diào)制框圖</p><p>　　2FSK信號(hào)有兩種

35、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(cè)法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)方框圖如圖：</p><p>　?。╝）非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）</p><p>　?。╞）相干解調(diào)（同步檢測(cè)）</p><p>　　圖4.3 2FSK信號(hào)的接收系統(tǒng)組成方框圖</p><p>　　下圖為2FSK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形：</p>

36、<p>　　圖4.4 2FSK信號(hào)非相干解調(diào)過(guò)程的時(shí)間波形</p><p>　　4.3 2FSK的仿真</p><p>　　1、2FSK信號(hào)調(diào)制圖如圖3.1所示</p><p>　　圖3.1 2FSK調(diào)制圖</p><p>　　Token8為隨機(jī)數(shù)字信號(hào)，F(xiàn)=30Hz,A=500e-3,Token9為延遲，Token7,12為載

37、波信號(hào)，頻率和幅度分別為：75Hz,1V;150Hz,1V，Token10,13,14,15為觀測(cè)點(diǎn)，且Token 14輸出為2FSK調(diào)制信號(hào)；</p><p>　　Token10輸出：</p><p>　　Token13輸出：</p><p><b>　　Token15:</b></p><p>　　2FSK調(diào)制信號(hào)（

38、Token14輸出）</p><p><b>　　: </b></p><p>　　2．2FSK信號(hào)解調(diào)的仿真</p><p>　　如圖3.1為2FSK信號(hào)的非相干解調(diào)電路，輸入隨機(jī)數(shù)字信號(hào)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,

39、29,14,10組成2FSK信號(hào)非相干解調(diào)電路。</p><p>　　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(cè)分析點(diǎn)。</p><p><b>　　Token32:</b></p><p>　　2FSK非相干解調(diào)輸出：</p><

40、p>　　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。</p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)，基本掌握了SystemView的基本功能和使用方法，對(duì)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)有了一定的了解，加深了對(duì)2ASK和2FSK信號(hào)的調(diào)制原理的認(rèn)識(shí)，理解了如何對(duì)他們進(jìn)行解調(diào)，掌握了2ASK信號(hào)相干解調(diào)法和2FSK非相干解調(diào)法，通過(guò)使

41、用System View仿真，對(duì)個(gè)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。</p><p>　　對(duì)于2ASK信號(hào)，由調(diào)制時(shí)通過(guò)仿真所得結(jié)果可知，調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律與輸入隨機(jī)數(shù)字信號(hào)基本一致，只是調(diào)制信號(hào)存在一定的相位差，表明載波信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)參數(shù)設(shè)置符合要求。在解調(diào)系統(tǒng)中，由仿真結(jié)果可知，輸入隨機(jī)數(shù)字信號(hào)與相干解調(diào)輸出信號(hào)變化規(guī)律完全一致，不存在相位差等，表明參數(shù)設(shè)置正確。</p><p