通信原理課程設(shè)計(jì)---systemview通信系統(tǒng)仿真

1、<p>　　通信原理 課 程 設(shè) 計(jì) </p><p>　　題 目 SystemView通信系統(tǒng)仿真 </p><p>　　系 (部) 信息工程系 </p><p>　　班 級(jí) 09通信本2班 </p><p>　　姓 名

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2012 年06 月 25 日至 06 月 29 日 共 1 周</p><p>　　2012年 06 月 29 日</p><p&g

3、t;　　通信原理 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 軟件SystemView的介紹2</p><p>　　3 模擬調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析4</p><p>　　3.1 幅度

4、調(diào)制（線性調(diào)制）的原理4</p><p>　　3.1.1 AM調(diào)制與解調(diào)原理4</p><p>　　3.1.2 DSB調(diào)制與解調(diào)原理5</p><p>　　3.1.3 SSB調(diào)制與解調(diào)原理5</p><p>　　3.2 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的仿真與分析6</p><p>　　3.2.1 AM調(diào)制與解調(diào)的仿真與

5、分析6</p><p>　　3.2.2 DSB調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析9</p><p>　　3.2.3 SSB調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析11</p><p>　　4 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析16</p><p>　　4.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)原理16</p><p>　　4.1.1 2ASK調(diào)制與解調(diào)原理16

6、</p><p>　　4.1.2 2FSK調(diào)制與解調(diào)原理17</p><p>　　4.1.3 2PSK調(diào)制與解調(diào)原理18</p><p>　　4.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析18</p><p>　　4.2.1 2ASK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析18</p><p>　　4.2.2 2FSK調(diào)制與解調(diào)的仿真

7、與分析21</p><p>　　4.2.3 2PSK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析23</p><p>　　5 抽樣定理、增量調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.1 抽樣定理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.2 增量調(diào)制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)28</p><p><b>　　6 總結(jié)30</b>

8、;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　通信的按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸，信息的傳輸離不開它的傳輸工具，通信系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在當(dāng)今高度信息化的社會(huì)，信息和通信已成為現(xiàn)代社會(huì)的“命脈”。通信的目的是傳遞消息中所包含的信息。通常，按照信道中傳輸?shù)?/p>

9、是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)；數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息的。根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘?hào)是否經(jīng)過調(diào)制，將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和帶通傳輸系統(tǒng)，其中帶通傳輸系統(tǒng)是對(duì)各種信號(hào)調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q，調(diào)制方式有很多，本次課程設(shè)計(jì)主要研究的是：模擬調(diào)制有常規(guī)雙邊帶調(diào)幅AM，雙邊帶調(diào)幅DSB，單邊帶調(diào)幅SSB；數(shù)字調(diào)制有二進(jìn)制振幅鍵控2ASK，二進(jìn)制頻移鍵控2

10、FSK，二進(jìn)制相位鍵控2PSK；脈沖數(shù)字調(diào)制有增量調(diào)制DM（ΔM）。經(jīng)過調(diào)制不僅可以進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸或便于信道多路復(fù)用的已調(diào)信號(hào)，而且它對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊?。調(diào)制方式往往決定著一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。</p><p>　　在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，通信系統(tǒng)的軟件仿真已成為必不可少的一部分。為了使復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程更加便捷高效

11、，使得分析與設(shè)計(jì)所需的時(shí)間和費(fèi)用降低。</p><p>　　SystemView是美國(guó)ELANIX公司于1995年開始推出的基于PC機(jī)Windows平臺(tái)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件工具，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、能滿足從信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)，到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等要求。它為用戶提供了一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真與分析的可視化軟件環(huán)境，能進(jìn)行模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)、線性和非線性系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)，可對(duì)線性系統(tǒng)進(jìn)行拉氏變換

12、和Z變換分析。SystemView借助大家熟悉的Windows窗口環(huán)境，以模塊化和交互式的界面，為用戶提供一個(gè)嵌入式的分析引擎。</p><p>　　SystemView仿真系統(tǒng)能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)，能快速方便地進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真，在本文中可以方便地加入SystemView的結(jié)果，完備的濾波和線性設(shè)計(jì)，先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理，完善的自我診斷功能等。</p><p>　　這次課程，要求

13、了解SystemView的運(yùn)行環(huán)境及應(yīng)用領(lǐng)域，逐步熟悉各種通信系統(tǒng)的仿真，由簡(jiǎn)到難，運(yùn)用所學(xué)對(duì)幾個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的仿真進(jìn)行分析和比較，熟悉SystemView的運(yùn)行環(huán)境，掌握SystemView系統(tǒng)的基本操作，并對(duì)簡(jiǎn)單通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真。這次課程設(shè)計(jì)要求掌握仿真的簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)有：模擬調(diào)制方式AM、 DSB、SSB調(diào)制解調(diào)，數(shù)字調(diào)制方式仿真2ASK、2FSK、2PSK調(diào)制解調(diào)，抽樣定理、增量調(diào)制。</p><p>　　2

14、 軟件SystemView的介紹</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、能滿足從信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)，到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等要求。SystemView借助大家熟悉的Windows窗口環(huán)境，以模塊化和交互式的界面，為用戶提供一個(gè)嵌入式的分析引擎。使用SystemView,我們不用關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過程，而不用花費(fèi)大量的時(shí)間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。我們只

15、用鼠標(biāo)點(diǎn)擊器圖標(biāo)即可完成系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測(cè)試，而不用學(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由兩個(gè)窗口組成，分別是系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口的分析窗口。系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口，包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、滾動(dòng)條、提示欄、圖符庫和設(shè)計(jì)工作區(qū)。所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建等基本操作，都是在設(shè)計(jì)窗口內(nèi)完成。分析窗口包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、流動(dòng)條、活動(dòng)圖形窗口和提示信息欄。提示信息欄顯

16、示分析窗口的狀態(tài)信息、坐標(biāo)信息和指示分析的進(jìn)度；活動(dòng)圖形窗口顯示輸出的各種圖形，如波形等。分析窗口是用戶觀察SystemView數(shù)據(jù)輸出的基本工具，在窗口界面中，有多種選項(xiàng)可以增強(qiáng)顯示的靈活性和系統(tǒng)的用途等功能。在分析窗口最為重要的是接收計(jì)算器，利用這個(gè)工具我們可以獲得輸出的各種數(shù)據(jù)和頻域參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行分析、處理、比較，或進(jìn)一步的組合運(yùn)算。例如信號(hào)的頻譜圖就可以很方便的在此窗口觀察到。SystemView仿真系統(tǒng)具有許多的優(yōu)點(diǎn)。<

17、;/p><p>　　1 能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)。能在DSP、通訊和控制系統(tǒng)應(yīng)用中構(gòu)造復(fù)雜的模擬、數(shù)字、混合和多速率系統(tǒng)。具有大量的可選擇的庫，允許用戶有選擇地增加通訊、邏輯、DSP和射頻/模擬功能模塊。特別適合于無線電話、無繩電話、調(diào)制解調(diào)器以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)；課進(jìn)行各種系統(tǒng)是與/頻域分析和譜分析；對(duì)射頻/模擬電路進(jìn)行理論分析和失真分析。</p><p>　　2 快速方便的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿

18、真。SystemView圖標(biāo)庫包括幾百種信號(hào)源、接收端、操作符合功能塊，提供從DSP、通信、信號(hào)處理、自動(dòng)控制、直到構(gòu)造通用數(shù)學(xué)模型等應(yīng)用。信號(hào)源和接收端圖標(biāo)允許在SystemView內(nèi)部生成和分析信號(hào)，并提供可外部處理的各種文件格式和輸入/輸出數(shù)據(jù)接口。</p><p>　　3 在報(bào)告中方便地加入SystemView的結(jié)論。SystemView通過Notes(注釋)很容易在屏幕上描述系統(tǒng)；生成的SystemVi

19、ew系統(tǒng)餓輸出的波形圖可以很方便地使用復(fù)制和粘貼命令插入微軟word等文字處理器。</p><p>　　4 提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(jì)。 通過利用SystemView中的圖符和MetaSystem(子系統(tǒng))對(duì)象的無限制分層結(jié)構(gòu)功能，SystemView能很容易地建立復(fù)雜的系統(tǒng)。</p><p>　　5 多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)。 SystemView允許合并多種數(shù)據(jù)采樣率輸入的系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化F

20、IR濾波器的執(zhí)行。這種特性尤其適合于同時(shí)具有低頻和高頻部分的痛ixnxitongd而設(shè)計(jì)于仿真，有利于提供整個(gè)系統(tǒng)的仿真速度，而在局部又不會(huì)降低仿真的精度。同時(shí)還可以降低對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置的要求。</p><p>　　6 完備的濾波器和線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 SystemView包含一個(gè)功能強(qiáng)大的、很容易使用的圖形模板設(shè)計(jì)模擬和數(shù)字以及離散和連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的環(huán)境，還包含大量的FIR/IIR濾波類型和FFT類型，并提供易于用D

21、SP實(shí)現(xiàn)濾波器或線性系統(tǒng)的參數(shù)。</p><p>　　7 先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)塊處理。 SystemView提供的分析窗口是一個(gè)能夠提供系統(tǒng)波形詳細(xì)檢查的交互式可視環(huán)境。分析窗口還提供一個(gè)能歲仿真生成數(shù)據(jù)進(jìn)行先進(jìn)的塊處理操作的接受計(jì)算器。 SystemView還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查系統(tǒng)波形。內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動(dòng)、譜分析、標(biāo)尺以及濾波等，全部都是通過敲擊鼠標(biāo)器實(shí)現(xiàn)的。</p>

22、<p>　　8 課擴(kuò)展性。 SystemView允許用戶插入自己用C/C++編寫的用戶代碼庫，插入的用戶庫自動(dòng)集成到SystemView中，如同系統(tǒng)內(nèi)建的庫一樣使用。</p><p>　　9 完善的自我診斷功能。 SystemView能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，通知用戶連接出錯(cuò)并通過顯示指出出錯(cuò)的圖符。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)用戶系統(tǒng)的診斷是十分有效的。</p><p>　　總之，SystemVi

23、ew的設(shè)計(jì)者希望它成為一種強(qiáng)大有力的基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)的通信系統(tǒng)仿真工具，以實(shí)現(xiàn)在不具備先進(jìn)儀器的條件下同樣也能完成復(fù)雜的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。</p><p>　　3 模擬調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　3.1 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的原理</p><p>　　模擬調(diào)制系統(tǒng)可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制，本課程設(shè)計(jì)只研究線性調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。線性調(diào)制系統(tǒng)中

24、，常用的方法有AM調(diào)制，DSB調(diào)制，SSB調(diào)制。</p><p>　　線性調(diào)制的一般原理：</p><p><b>　　設(shè)正線性載波：</b></p><p>　　式中：A為載波幅度，為載波角頻率，為正載波初相位。</p><p>　　幅度信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）一般表示為：</p><p>　　式中：為

25、基帶調(diào)制信號(hào)。</p><p>　　模擬系統(tǒng)的調(diào)制模型如圖3-1。</p><p>　　模擬系統(tǒng)的解調(diào)器抗噪聲性能的分析模型如圖3-2。</p><p>　　3.1.1 AM調(diào)制與解調(diào)原理</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅就是常規(guī)雙邊帶調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)幅（AM）。假設(shè)調(diào)制信號(hào)的平均值為0，將其疊加一個(gè)直流分量后與載波相乘，即可形成調(diào)幅信號(hào)。其時(shí)域表達(dá)

26、式為：</p><p>　　式中：為外加的直流分量；可以是確知信號(hào)，也可以是隨機(jī)信號(hào)。</p><p><b>　　當(dāng)滿足條件：</b></p><p>　　時(shí)，AM包絡(luò)檢波與調(diào)制信號(hào)的波形完全一樣，則用包絡(luò)檢波很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號(hào)。</p><p>　　設(shè)計(jì)的AM的調(diào)制與相干解調(diào)框圖分別為圖3-3和3-4。<

27、/p><p>　　AM的非相干解調(diào)就用一個(gè)包絡(luò)檢波器即可，所以AM的非相干解調(diào)框圖省略了。</p><p>　　3.1.2 DSB調(diào)制與解調(diào)原理</p><p>　　在圖3-3中如果輸入的基帶信號(hào)沒有直流分量，則得到的輸出信號(hào)便是無載波分量的雙邊帶信號(hào)，或稱雙邊帶抑制載波(DSB-SC)信號(hào)，簡(jiǎn)稱DSB信號(hào)，其時(shí)域表示式為</p><p>　　式

28、中：是調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）。</p><p>　　設(shè)計(jì)的DSB調(diào)制及解調(diào)框圖如圖3-5。</p><p>　　3.1.3 SSB調(diào)制與解調(diào)原理</p><p>　　雙邊帶已調(diào)信號(hào)包含有兩個(gè)邊帶，即上、下邊帶。由于這兩個(gè)邊帶包含的信息相同，因而，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，傳輸一個(gè)邊帶就夠了。所謂單邊帶調(diào)制，就是只產(chǎn)生一個(gè)邊帶的調(diào)制方式。</p><p

29、>　　利用調(diào)制器一般模型，同樣可以產(chǎn)生單邊帶信號(hào)。若加高通濾波器，能產(chǎn)生上邊帶信號(hào)；若加低通濾波器，則產(chǎn)生下邊帶信號(hào)。上邊帶時(shí)域表達(dá)式為：</p><p>　　上邊帶時(shí)域表達(dá)式為：</p><p>　　根據(jù)上下邊帶的時(shí)域表達(dá)式，我們還可以可以利用利用相移法產(chǎn)生SSB的上下邊帶。</p><p>　　SSB的解調(diào)也是相干解調(diào)，和AM和DSB的相干解調(diào)相同，所以省

30、略了SSB的相干解調(diào)框圖。</p><p>　　3.2 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）的仿真與分析</p><p>　　3.2.1 AM調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析</p><p>　　AM調(diào)制與解調(diào)在SystemView軟件上的仿真原理圖如圖3-7所示。</p><p><b>　　具體參數(shù)：</b></p><p

31、>　　調(diào)制信號(hào)幅值：4V，頻率：500；載波信號(hào)頻率：4000HZ；A0：4V</p><p>　　系統(tǒng)中token14是信道內(nèi)的高斯白噪聲。</p><p>　　需要說明的是：本系統(tǒng)采用的是AM的相干解調(diào)，非相干解調(diào)也可以得到相同的結(jié)果。</p><p>　　AM調(diào)制與解調(diào)的仿真后波形如圖3-8所示。</p><p>　　因?yàn)橹禐?，

32、而調(diào)制信號(hào)的幅值也是4V，由圖3-8可以看出已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形相同，恢復(fù)出來的信號(hào)與基帶信號(hào)波形基本相同。</p><p>　　AM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)的頻譜圖如圖3-9所示。</p><p>　　AM調(diào)制與解調(diào)仿真結(jié)果分析：AM調(diào)制為線性調(diào)制的一種，由圖3-8可以看出，在波形上，已調(diào)信號(hào)的幅值隨基帶信號(hào)變化而呈正比地變化，已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形相同。由圖3-9可以看出

33、，在頻譜結(jié)構(gòu)上，已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)完全是基帶信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移到載波的頻率之上?；謴?fù)出來的信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)基本一致，頻譜都集中在500Hz。本系統(tǒng)采用的是相干解調(diào)法，恢復(fù)出來的信號(hào)與基帶信號(hào)基本一致，實(shí)現(xiàn)了無失真?zhèn)鬏敗?lt;/p><p>　　3.2.2 DSB調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析</p><p>　　DSB調(diào)制與解調(diào)在SystemView軟件上的仿真原理圖如圖

34、3-10所示。</p><p><b>　　具體參數(shù)：</b></p><p><b>　　調(diào)制信號(hào)幅值：4V</b></p><p><b>　　頻率：500</b></p><p>　　載波信號(hào)頻率：4000HZ</p><p>　　系統(tǒng)中token

35、14是信道內(nèi)的高斯白噪聲。</p><p>　　需要說明的是：DSB的解調(diào)只能采用相干解調(diào)。</p><p>　　DSB調(diào)制與解調(diào)的仿真后波形如圖3-11所示。</p><p>　　由圖3-11可以看出，恢復(fù)出來的信號(hào)與基帶信號(hào)波形基本相同（可能會(huì)有一定的延遲）。</p><p>　　DSB調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)的頻譜圖如圖3-12所示。&

36、lt;/p><p>　　DSB調(diào)制與解調(diào)仿真結(jié)果分析：DSB調(diào)制也是線性調(diào)制的一種，由圖3-11可以看出，在波形上，已調(diào)信號(hào)的幅值隨基帶信號(hào)變化而呈正比地變化；由圖3-12可以看出，在頻譜結(jié)構(gòu)上，已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)完全是基帶信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移，且由頻譜圖可看出沒有載波分量，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)送功率的提高。用相干解調(diào)法解調(diào)出的信號(hào)與基帶信號(hào)基本一致，只是在時(shí)域上有一定的延時(shí)，但也實(shí)現(xiàn)了無失真?zhèn)鬏敗?lt;/p>

37、;<p>　　3.2.3 SSB調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析</p><p>　　SSB調(diào)制與解調(diào)在SystemView軟件上的仿真原理圖如圖3-13所示。</p><p><b>　　具體參數(shù)：</b></p><p><b>　　調(diào)制信號(hào)幅值：4V</b></p><p><b&g

38、t;　　頻率：500</b></p><p>　　載波信號(hào)頻率：4000HZ</p><p>　　系統(tǒng)中token18和token26都是是信道內(nèi)的高斯白噪聲。</p><p>　　需要說明的是：SSB的調(diào)制采用的移相法產(chǎn)生上下邊帶信號(hào)，解調(diào)只能采用相干解調(diào)，所以SSB的上下邊帶的解調(diào)都采用相干解調(diào)，要注意在乘載波信號(hào)的連線時(shí)，必須選擇1線余弦。<

39、/p><p>　　SSB調(diào)制與解調(diào)的仿真后波形如圖3-14所示。</p><p>　　由圖3-14可以看出，恢復(fù)出來的信號(hào)與基帶信號(hào)波形基本相同（可能會(huì)有一定的延遲）。</p><p>　　SSB調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)的頻譜圖如圖3-15所示。</p><p>　　SSB調(diào)制與解調(diào)仿真結(jié)果分析：SSB線性調(diào)制的一種，由圖3-14可以看出，在波形

40、上，已調(diào)信號(hào)的幅值隨基帶信號(hào)變化而呈正比地變化，恢復(fù)出來的信號(hào)與基帶信號(hào)波形基本相同（可能會(huì)有一定的延遲）；由圖3-15可以看出，在頻譜結(jié)構(gòu)上，頻譜主要集中在50Hz,恢復(fù)出來的信號(hào)與調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）基本相同,實(shí)現(xiàn)無失真?zhèn)鬏敗?lt;/p><p>　　4 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘?hào)是否經(jīng)過調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分析為基帶傳輸系統(tǒng)和帶通傳輸系統(tǒng)。然而，實(shí)際

41、中的大多數(shù)信道因具有帶通特性而不能直接傳送基帶信號(hào)，這是因?yàn)閿?shù)字基帶信號(hào)往往具有豐富的低頻分量。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號(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。這種用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。</p><p>　　數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：(1)利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制，即把數(shù)字調(diào)制看成是模擬調(diào)制的一個(gè)特例，把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)做模

42、擬信號(hào)的特殊情況處理；(2)利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過開關(guān)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種方法通常稱為鍵控法。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸對(duì)象主要是二進(jìn)制數(shù)字信息。當(dāng)調(diào)制信號(hào)是二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)，對(duì)載波的幅度進(jìn)行鍵控得到二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）信號(hào)；對(duì)載波的頻率進(jìn)行鍵控得到二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)信號(hào)；對(duì)載波的相位進(jìn)行鍵控得到二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)信號(hào)。</p><p>　　4.1 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)

43、原理</p><p>　　4.1.1 2ASK調(diào)制與解調(diào)原理</p><p>　　在幅度鍵控載波幅度是隨著調(diào)制信號(hào)而變化的。二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的產(chǎn)生方法（調(diào)制方法）有兩種。如圖4-1，圖（a）就是一般的模擬幅度調(diào)制方法，不過基帶信號(hào)是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；圖（b）就是最簡(jiǎn)單的形式，載波在二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)是1或0的鍵控下通或斷，這種二進(jìn)制幅度鍵控方式又叫通斷鍵控（OOK）。</p>&

44、lt;p>　　二進(jìn)制振幅基本解調(diào)有兩種方法：相干解調(diào)和非相干解調(diào)。相干解調(diào)也叫同步檢測(cè)法，非相干解調(diào)通常用包絡(luò)檢波法。其各有優(yōu)點(diǎn)，在信噪比小時(shí)，包絡(luò)檢波法具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠錂z波設(shè)備簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，而在信噪比相對(duì)較大時(shí)，非相干解調(diào)會(huì)有門限效應(yīng)，但是相干解調(diào)具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@種解調(diào)方法導(dǎo)致最終的誤碼率低。所以對(duì)于的2ASK的接收系統(tǒng)框圖如圖4-2，其中圖（a）是相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）的框圖；圖（b）是非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）的框圖。與模擬

45、系統(tǒng)的解調(diào)框圖相比，多了一個(gè)抽樣判決器，這對(duì)于提高數(shù)字信號(hào)的接收性能是十分必要的。</p><p>　　4.1.2 2FSK調(diào)制與解調(diào)原理</p><p>　　頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。采用鍵控法產(chǎn)生的二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)，即利用矩形脈沖序列控制的開關(guān)電力對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。頻移鍵控FSK是用數(shù)字基帶信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。因?yàn)閿?shù)字信號(hào)的電平是離散的，所以載波頻率

46、的變化也是離散的。在實(shí)驗(yàn)中，二進(jìn)制基帶信號(hào)是用正負(fù)電平表示的，載波頻率隨著調(diào)制信號(hào)為1或-1而變化，其中1對(duì)應(yīng)于載波頻率f1，-1對(duì)應(yīng)于載波頻率f2。</p><p>　　二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)產(chǎn)生的方框圖如圖4-3。</p><p>　　2FSK常用的解調(diào)方法有兩種，即相干解調(diào)法和非相干解調(diào)法。相干解調(diào)法是利用載波與已調(diào)信號(hào)進(jìn)行相乘后濾波輸出得到，在上面的2FSK中要兩個(gè)載波，所以解調(diào)也要兩

47、個(gè)載波，分別與已調(diào)信號(hào)相乘后利用低通，最后相加即可得到我們的濾波輸出，最后判壓輸出得到解調(diào)信號(hào)。非相干解調(diào)是利用包絡(luò)檢波法檢測(cè)得到的。</p><p>　　這次課設(shè)只用到了相干解調(diào)，所以二進(jìn)制頻移鍵控的相干解調(diào)的方框圖如圖4-4。</p><p>　　4.1.3 2PSK調(diào)制與解調(diào)原理</p><p>　　相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持

48、不變。二進(jìn)制相移鍵控中，載波的振幅和頻率都是不變的，只有載波的相位隨基帶脈沖的變化而取相應(yīng)的離散值。通常用相位0°和180°來分別表示1或0。這種PSK波形在抗噪聲性能方面比ASK和FSK都好，而且頻帶利用率也高，所以在中高速數(shù)傳中得到廣泛的應(yīng)用。將信號(hào)源產(chǎn)生的雙極性不歸零信號(hào)直接同正弦載波相乘便可以得到2PSK調(diào)制信號(hào)。</p><p>　　解調(diào)部分只能用相干解調(diào)，不可以用包絡(luò)檢波法等非相干

49、解調(diào)的方法，因?yàn)槠漕l譜和抑制載波雙邊帶的頻譜一樣，因此不能采用包絡(luò)檢波，而采用相干解調(diào)。</p><p>　　4.2 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析</p><p>　　4.2.1 2ASK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析</p><p>　　2ASK調(diào)制與解調(diào)在SystemView軟件上的仿真原理圖如圖4-5所示。</p><p><b>

50、;　　具體參數(shù)：</b></p><p>　　調(diào)制信號(hào)幅值：4V，頻率：50</p><p>　　載波信號(hào)頻率：50HZ</p><p>　　需要說明的是：在此設(shè)計(jì)的2ASK調(diào)制與解調(diào)的通信系統(tǒng)中，信道內(nèi)沒有加高斯白噪聲。2ASK的調(diào)制采用的是模擬幅度調(diào)制方法，解調(diào)部分采用了相干解調(diào)方法和非相干解調(diào)方法。</p><p>　　2A

51、SK調(diào)制與解調(diào)的仿真后波形如圖4-5所示。</p><p>　　由圖4-5可以看出，調(diào)制信號(hào)的波形與恢復(fù)出來的波形基本一致。</p><p>　　2FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)的頻譜圖如圖4-6所示。</p><p>　　2ASK調(diào)制與解調(diào)仿真結(jié)果分析：由圖4-5可以看出，調(diào)制信號(hào)的波形與恢復(fù)出來的波形基本一致，相干解調(diào)需要插入相干載波，而非相干解調(diào)不需要載波，因

52、此包絡(luò)檢波時(shí)設(shè)備較簡(jiǎn)單。對(duì)于2ASK系統(tǒng)，大信噪比條件下使用包絡(luò)檢波，而小信噪比條件下使用相干解調(diào)。由圖4-6在頻譜結(jié)構(gòu)上，恢復(fù)出來信號(hào)的頻譜與基帶信號(hào)頻譜基本一致，都集中在50Hz左右。</p><p>　　4.2.2 2FSK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析</p><p>　　2FSK調(diào)制與解調(diào)在SystemView軟件上的仿真原理圖如圖4-7所示。</p><p>&

53、lt;b>　　具體參數(shù)：</b></p><p>　　調(diào)制信號(hào)幅值：4V，頻率：50Hz</p><p>　　載波信號(hào)頻率：=100Hz，=300Hz</p><p>　　需要說明的是：在此設(shè)計(jì)的2FSK調(diào)制與解調(diào)的通信系統(tǒng)中，token28為信道的高斯白噪聲。2FSK的調(diào)制采用的是鍵控法，解調(diào)部分采用了相干解調(diào)方法。</p><

54、;p>　　2FSK調(diào)制與解調(diào)的仿真后波形如圖4-8所示。</p><p>　　由圖4-8可以看出，調(diào)制信號(hào)與恢復(fù)出來的信號(hào)的波形基本一致，但解調(diào)信號(hào)每段的起始點(diǎn)有波動(dòng)，主要是濾波器濾波誤差造成的，這無礙仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。</p><p>　　2FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)的頻譜圖如圖4-9所示。</p><p>　　2FSK調(diào)制與解調(diào)仿真結(jié)果分析：由圖4-8

55、可以看出，調(diào)制信號(hào)與恢復(fù)出來的信號(hào)的波形基本一致，但解調(diào)信號(hào)每段的起始點(diǎn)有波動(dòng)，主要是濾波器濾波誤差造成的，這無礙仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。由于載波頻率相當(dāng)大，已調(diào)信號(hào)的波形觀察不是很清楚，這就不如低頻處理清楚，直觀。相干解調(diào)需要插入兩個(gè)相干載波，而非相干解調(diào)不需要載波，因此包絡(luò)檢波時(shí)設(shè)備較簡(jiǎn)單。對(duì)于2FSK系統(tǒng)，大信噪比條件下使用包絡(luò)檢波，而小信噪比條件下使用相干解調(diào)。由圖4-9在頻譜結(jié)構(gòu)上，恢復(fù)出來的信號(hào)與基帶信號(hào)的頻譜基本一致。</

56、p><p>　　4.2.3 2PSK調(diào)制與解調(diào)的仿真與分析</p><p>　　2PSK調(diào)制與解調(diào)在SystemView軟件上的仿真原理圖如圖4-10所示。</p><p><b>　　具體參數(shù)：</b></p><p>　　調(diào)制信號(hào)幅值：4V，頻率：50Hz</p><p>　　載波信號(hào)頻率：100

57、Hz</p><p>　　需要說明的是：在此設(shè)計(jì)的2PSK調(diào)制與解調(diào)的通信系統(tǒng)中，token10為信道的高斯白噪聲。2PSK的調(diào)制采用的是鍵控法，解調(diào)部分采用了相干解調(diào)方法。</p><p>　　2PSK調(diào)制與解調(diào)的仿真后波形如圖4-11所示。</p><p>　　由圖4-11可以看出，輸入的基帶信號(hào)為“-1-1+1-1-1”，2PSK調(diào)制的調(diào)制的結(jié)果，當(dāng)發(fā)送的雙極

58、性基帶的碼元為“+1”時(shí)有相位為0的載波為其進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)發(fā)送的雙極性基帶的碼元為“-1”時(shí)有相位為π的載波為其進(jìn)行調(diào)制調(diào)制信號(hào)與恢復(fù)出來的信號(hào)的波形基本一致，但解調(diào)信號(hào)每段的起始點(diǎn)有波動(dòng)，主要是濾波器濾波誤差造成的，這無礙仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。</p><p>　　2PSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)的頻譜圖如圖4-12所示。</p><p>　　2PSK調(diào)制與解調(diào)仿真結(jié)果分析：輸入的基帶信號(hào)是二

59、進(jìn)制雙極性偽隨機(jī)碼（即PN序列）。由圖4-11可以看出，調(diào)制信號(hào)與恢復(fù)出來的信號(hào)的波形基本一致，但解調(diào)信號(hào)每段的起始點(diǎn)有波動(dòng)，主要是濾波器濾波誤差造成的，這無礙仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。相干解調(diào)錯(cuò)一位，碼變換錯(cuò)兩位；相干解調(diào)錯(cuò)連續(xù)兩位，碼變換也錯(cuò)兩位；相干解調(diào)錯(cuò)連續(xù)n位，碼變換也錯(cuò)兩位。由圖4-12在頻譜結(jié)構(gòu)上，恢復(fù)出來的信號(hào)與基帶信號(hào)的頻譜基本一致。</p><p>　　5 抽樣定理、增量調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p>

60、;<p>　　5.1 抽樣定理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　抽樣定理是模擬信號(hào)數(shù)字化的理論基礎(chǔ)，它告訴我們：如果對(duì)某一帶寬的有限時(shí)間連續(xù)信號(hào)（模擬信號(hào)）進(jìn)行抽樣，且抽樣率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，根據(jù)這些抽樣值可以在接收端準(zhǔn)確地恢復(fù)原信號(hào)，也就是說，要傳輸模擬信號(hào)不一定傳輸模擬信號(hào)本身，只需要傳輸按抽樣定理得到的抽樣值就可以了。根據(jù)要進(jìn)行抽樣的信號(hào)形式的不同，抽樣定理可分為低通信號(hào)的抽樣定理和帶通信號(hào)的抽樣

61、定理。本次課程設(shè)計(jì)主要介紹低通信號(hào)的抽樣定理。</p><p>　　均勻抽樣定理指出：對(duì)一個(gè)帶限在內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)，如果以的時(shí)間間隔對(duì)其進(jìn)行等間隔抽樣，則將被所得到的抽樣值完全確定。即抽樣速率大于等于信號(hào)帶寬的兩倍就可保證不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的混迭。是抽樣的最大間隔，也稱為奈奎斯特間隔。</p><p>　　其系統(tǒng)的原理框圖如圖5-1所示。</p><p>　　抽樣定理系統(tǒng)

62、在SystemView軟件上的仿真原理圖如圖5-2所示。</p><p>　　具體參數(shù)：輸入信號(hào)幅值：4V，頻率：500Hz</p><p><b>　　具體參數(shù)：</b></p><p><b>　　調(diào)制信號(hào)幅值：4V</b></p><p><b>　　頻率：50Hz</b>

63、;</p><p>　　抽樣定理系統(tǒng)仿真后波形為圖5-3所示。</p><p>　　抽樣定理系統(tǒng)仿真結(jié)果的分析：由圖可以看出，當(dāng)滿足低通模擬信號(hào)的抽樣定理?xiàng)l件時(shí)，即可無失真的恢復(fù)出原基帶信號(hào)波形。理論上，理想的抽樣頻率為2倍的奈奎斯特帶寬，但實(shí)際工程應(yīng)用中，帶限信號(hào)絕不會(huì)嚴(yán)格限帶，且實(shí)際濾波器特性并不理想，通常抽樣頻率為5～7倍的以避免失真。</p><p>　　5

64、.2 增量調(diào)制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　增量調(diào)制是可以看成PCM的一個(gè)特例 ，但是在PCM 中，信號(hào)的代碼表示模擬信號(hào)的抽樣值，而且為了減小量化噪聲，一般需要較長(zhǎng)的代碼和較復(fù)雜的編譯設(shè)備。而增量調(diào)制是將模擬信號(hào)變換成僅由一位二進(jìn)制碼組成的數(shù)字調(diào)制序列，并且在接受端也只需要一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)，便可復(fù)制出原模擬信號(hào)。</p><p>　　M的編碼原理：一個(gè)簡(jiǎn)單的M編碼器由相減器，抽樣判決器，發(fā)

65、端譯碼器及抽樣脈沖產(chǎn)生器組成。抽樣判決器將在抽樣脈沖到來時(shí)刻對(duì)輸入信號(hào)的變化做出判決，并輸出脈沖。這種編碼器的工作過程如下：將模擬信號(hào)與發(fā)端譯碼器輸出階梯波形進(jìn)行比較，即先進(jìn)行相減，然后在抽樣脈沖作用下將相減結(jié)果進(jìn)行抽樣判決。如果在給定時(shí)刻有</p><p>　　則判決器輸出為“1”碼。</p><p><b>　　如果則發(fā)“0”碼。</b></p>&

66、lt;p>　　設(shè)抽樣時(shí)間間隔，則一個(gè)臺(tái)階上最大斜率K為</p><p>　　它被稱為譯碼器最大跟蹤斜率，當(dāng)譯碼器實(shí)際斜率超過這個(gè)最大跟蹤斜率時(shí)，則將造成過載噪聲。</p><p>　　增量調(diào)制系統(tǒng)在SystemView軟件上的仿真原理圖如圖5-4所示。</p><p><b>　　具體參數(shù)：</b></p><p>

67、;<b>　　輸入信號(hào)幅值：4V</b></p><p><b>　　頻率：500</b></p><p>　　增量調(diào)制系統(tǒng)仿真后波形為圖5-5所示。</p><p>　　增量調(diào)制系統(tǒng)仿真結(jié)果的分析：由圖5-5仿真結(jié)果，可以看出基帶信號(hào)（信號(hào)源）波形與恢復(fù)出來的波形基本一致（有延遲）。在接收端階梯電壓如果通過一個(gè)理想的低通

68、濾波器平滑后，就可以得到十分接近編碼器原輸入的模擬信號(hào)。但當(dāng)增量調(diào)制器的輸入信號(hào)斜率超過階梯波的最大可能斜率值時(shí)，將發(fā)生過載量化噪聲。所以為了避免發(fā)生過載量化噪聲，必須使量化臺(tái)階和抽樣頻率的乘積足夠大。</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　本次通信原理課程設(shè)計(jì)為利用SystemView軟件仿真通信系統(tǒng)，主要模擬的為通信系統(tǒng)的調(diào)制系統(tǒng)模擬仿

69、真。在SystemView軟件環(huán)境下進(jìn)行模擬調(diào)制設(shè)計(jì)，數(shù)字調(diào)制設(shè)計(jì)，抽樣定理及增量調(diào)制設(shè)計(jì)。</p><p>　　AM調(diào)制、DSB調(diào)制、SSB調(diào)制是常用的模擬調(diào)制方式，從傳輸帶寬的角度講，AM調(diào)制和DSB調(diào)制是信號(hào)帶寬的2倍，而SSB調(diào)制僅是AM調(diào)制和DSB調(diào)制系統(tǒng)帶寬的一半，有效地節(jié)省了帶寬；從信噪比改善的角度講，DSB調(diào)制系統(tǒng)優(yōu)于SSB調(diào)制系統(tǒng)優(yōu)于AM調(diào)制系統(tǒng)；從設(shè)備復(fù)雜性的角度講，AM調(diào)制系統(tǒng)最復(fù)雜，SSB

70、調(diào)制系統(tǒng)最簡(jiǎn)單。</p><p>　　2ASK調(diào)制、2FSK調(diào)制、2PSK調(diào)制是常用的數(shù)字調(diào)制方式，對(duì)調(diào)制和調(diào)制方式的選擇要作全面考慮，如果抗噪聲性能是最主要的，則應(yīng)考慮相干2PSK而2ASK最不可??；如果要求較高的頻帶利用率，則應(yīng)選擇相干2PSK、2ASK，而2FSK最不可取；如果要求較高的功率利用率，則應(yīng)選擇相干2PSK，2ASK最不可??；若傳輸信道是隨參信道，則2FSK具有更好的適應(yīng)能力。</p>

71、;<p>　　通過此次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)這學(xué)期所學(xué)的模擬調(diào)制：AM、DSB、SSB的調(diào)制解調(diào)，數(shù)字調(diào)制：2ASK、2FSK、2PSK的調(diào)制解調(diào)，抽樣定理，增量調(diào)制的原理有了更進(jìn)一步的了解與掌握；使我對(duì)通信系統(tǒng)的模型有了系統(tǒng)、全面的認(rèn)識(shí)；學(xué)習(xí)并熟練掌握了SystemView軟件的使用方法；掌握了不同參數(shù)對(duì)各種調(diào)制方式的影響；培養(yǎng)了我的耐性與獨(dú)立思考的能力。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)為期一周。在此期

72、間我遇到過許多問題，曾困惑過也曾煩惱過，但在老師的熱心指導(dǎo)和我堅(jiān)持不懈的努力下，終于完成了此次課程設(shè)計(jì)，我由衷的感到喜悅與興奮。而且此次課程設(shè)計(jì)也是對(duì)我這一學(xué)期所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)與提高。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 樊昌信. 通信原理[M]. 國(guó)防工業(yè)出版社,2001 </p><p>　　[2] 周

73、炯槃. 通信原理(合訂本)[M]. 北京郵電大學(xué)出版社,2005</p><p>　　[3] 衛(wèi)兵. SystemView 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)[M]. 安電子科技大學(xué)出版社,2001</p><p>　　[4] 青松. 數(shù)字通信系統(tǒng)的SystemView仿真與分析[M]. 北京航空航天大學(xué)出版社,2001</p><p>　　[5] 李東生. Syste