基于SystemView的MSK系统的仿真实现(共21页)

1、PAGE 通信电子线路实验与设计报告PAGE JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 通信原理课程设计报告 课程设计题目(tm)：基于SystemView的MSK系统的仿真(fn zhn)实现 班 级 ： 学 号 ： 姓 名 ： 指导教师(jiosh)姓名： 设计地点 ： 2015年9月13日 通信电子线路实验与设计报告 目录(ml)序言(xyn) 2第1章 软件(run jin)简介 3第2章 工作原理 6第3章MSK调制的仿真 83.1仿真的方案与原理 83.1.1系统参数 83.2建模的思想 83.3仿真的框图 83.4仿真结果分析 103.4

2、.1差分编码电路 103.4.2串并/交换电路 113.4.3加权调制 123.4.4正交载波调制 13参考文件 16体会与建议 17附录 18序 言随着数字通信技术的日益发展和广泛应用，数字调制技术作为(zuwi)这个领域中极为重要的一个方面得到了迅速发展。特别是今年来随着远距离数字通信的发展，系统中出现了新的问题信道(xn do)中同时存在着带限与线性的特性。在这种信道条件下，传统的数字调制方式则面临这一场新的挑战。为了适应这类信道的特性，又发展起来了一种新的数字调制方式技术现代恒定(hngdng)包络数字调制技术。人类社会是建立在信息交流基础上的，通信是推动人类社会文明、进步与发展的巨大

3、动力，特别是当今信息社会，通信更是整个社会的高级“神经中枢”。而通信系统的质量在很大程度上依赖与所采用的调制方式。现代恒定包络数字调制技术的发展过程，就是已调波的相位路径不断得到改进与完善的过程。因为一个已调波的频谱特性与其相位路径有着紧密的联系（）。为了控制已调波的频谱特性，则必须控制它的相位路径。首先出现的是二相移相键控（BPSK），继而，为了提高信道频带利用率，又在它的基础上提出了四相移相键控（QPSK）。这两种调制方式所产生的已调波，在码元转换时刻上都可能产生180o相位突跳，使得功率谱高频滚降缓慢，带外辐射大。为了消除180o相位突跳，在QPSK基础上又提出了交错正交移相键控（OQP

4、SK），它虽然克服了180o相位突跳的问题，但是，在码元转换时刻上仍可能有90o的相位突跳，同样使的功率谱高频不能很快地滚降，为了彻底解决相位突跳的问题，人们很自然地会想到相邻码元间的相位变化不应该瞬时地突变，而应该在一个码元时间内逐渐累积来完成，从而保持码元转换时刻相位联系，于是又提出了最小移频键控（MSK）。本文将在讨论MSK信号的基础上，研究其调制的理论基础，并提出调制的实现方案，最终用SystemView仿真软件对其进行仿真，进而证明MSK调制技术的优越性。通信电子线路实验与设计报告第1章 SystemView的简介(jin ji) SystemView是一个信号级的系统仿真软件。它不

5、但使设计人员能够设计、开发和统而且能全面地从头到尾集成系统。直观而有力的SystemView能够提供模拟、数字、混合模式系统的开发；线性和非线性系统设计；Laplace和Z变换线性系统等，其用户界面使这些特点非常容易理解，用于通信、逻辑、DSP和射频/模拟设计的大量(dling)可供选择的库能够使工程设计人员灵活选择使用。在对SystemView的功能展开系统论述之前(zhqin)，首先简单介绍SystemView仿真系统的特点:（1）用户不必为通信系统的各个部分都进行建模，SystemView把一些最常用的功能模块进行了封装，如一些基本的调制解调方法、信道模型、编解码、常用的滤波器用户在使用

6、时只需根据自己的具体要求对其参数进行设定。（2）采用的基于组织结构图方式的设计方法，工程设计人员利用图符和子系统对象的无限制分层结构功能，便可方便快捷地建立复杂系统。（3） 包含强有力的DSP和FPGA模块可对IS-95、DVB等系统建模。（4）可对具有多种数据采样率输入的系统进行合并，从而同时满足通信系统中低频和高频部分的设计与仿真。（5）扩展性强，可准许工程设计人员插入自己用C/C+编写的用户代码模块，并提供与MATLAB等工具软件接口。（6）提供基于组织结构图方式的设计。（7）多速率系统和并行系统。（8）先进的信号分析和数据块处理System View的分析窗口是一个能够对系统波形进行详

7、细检查的交互式可视环境。分析窗口还提供了一个能对仿真生成的数据进行先进的块处理操作的接收计算器。（9）完善的自我诊断功能SystemView能自己执行系统连接检查，给出连接错误信息或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符。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。SystemView的另一个重要特点是它可以从不同角度、以不同方式按要求设计多种滤波器，并可以自动完成滤波器各指标如幅频特性（波特图）、传输函数、根轨迹图等之间的转换。 SystemView包括两个(lin )主要的工作环境：设计窗口和分析窗口进入SystemView后屏幕上首先出现设计窗口，如图1-1所示：图1-1

8、 SystemView的设计(shj)窗口 在设计窗口内，只需要(xyo)点击鼠标及进行必要参数的输入，就是可以通过设置图标，连接图标等操作完成一个完整系统的基本搭建工作，创建各种连续域或离散域的系统，并可及其方便的给系统加入要求的注释。SystemView系统是一个离散时间系统，首先要对信号进行采样，然后对各个采样点的值进行分析计算，最后输出时，在分析窗口内，按要求画出各个点的值或模拟曲线。所以在仿真前必须对采样起始/终止时间、采样频率、采样间隔和采样点数进行设置。如果设置不合理，仿真运行后的结果往往不能令人满意，甚至根本得不到预期的结果。单击工具栏中的系统定时按钮可以进入系统定时设定窗口。

9、设定系统定时设定窗口如图1-2所示：图1-2 系统定时设定(sh dn)窗口在窗口设定是设置好歧视时间和终止时间，系统的采样率应设为系统信号最高频率的5至7倍。当采样率为系统信号最高频率的10倍以上时，仿真波形就几乎(jh)没有任何失真了。本实验中采样速率=3400HZ。分析窗口(chungku)是观察系统仿真结果数据的基本载体，利用它可以观察某一系统仿真的结果进行的各种分析。在分析窗口中单击（分析窗口）按钮，即可激活分析窗口。如图2.3所示。在窗口界面中，有多种选项可以增强显示的灵活性和系统的用途等功能。例如，MSK调制运行结果如图1-3所示：图1-3分析窗口及运行结果显示这些功能可以通过单

10、击分析窗口工具栏上的快捷键按钮或下拉菜单来激活。分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具栏、滚动条、活动图形和提示信息栏。其中工具栏右侧的提示信息栏提供和图形窗口相关的信息，当鼠标位于图形窗口显示区时该处显示坐标信息。颜色列表提示用于显示活动图形窗口各种不同颜色的线条代表的意义。第2章 MSK系统的工作(gngzu)原理 MSK是一种(y zhn)调制指数为0.5的恒定的包络连续相位的频率调制。MSK已调信号。(2-1)因为(yn wi) (2-2) (2-3) QUOTE （2-4） 由式（2-4）可以看出，MSK信号的两个频率分别为 (2-5) (2-6)中心频率应选为 =1,2, (2-7)由式

11、（2-7）表明，MSK信号在每一码元周期内必须包含四分之一载波周期的整数倍。在任一个(y )码元期间 ，若，则线性增加(zngji)；若，则线性减少(jinsho)。对于给定的输入信号 序列，相应的附加相位函数的波形如图2-8所示。 图2-8 附加相位函数的波形图 由式（2-3）可以画出MSK信号调制器原理图如图(2-9)所示。图中，输PN序列经过差分编码和串/并变换后,I支路信号经加权调制和同相载波相乘输出同相分量。Q支路信号先延迟，经加权调制和正交载波相乘输出正交分量。和相加就可得到已调MSK信号。原理框图如图2-9所示：延时cos(/2TS)MSK信号振荡f=50HZZHHH差分编码串/

12、并变换振荡f=1/4Ts移相/2移相/2Sin(/2Ts)图2-9 MSK调制(tiozh)原理图 第3章 基于(jy)SystemView的MSK调制的仿真实现3.1仿真的方案(fng n)与原理第二章中已经介绍了MSK的调制原理。首先在仿真过程中，要对相关的参数进行一系列的设定，设定采样频率为3400HZ，如第一章的图（1-2）。系统参数的设置如下：=34HZ=3.1.1系统参数=8.5HZ码元速率：=50HZ频偏（也即加权函数频率）： 载波频率：传信频率： 这样，在一个码元时间内，刚好完成1.72周，刚好完成1.22周。假定传“+1”时，信号频率是，即在一个码元时间内，的波形有1.22个

13、周期；传“-1”时，信号频率是，即在一个码元时间内，的波形有1.72个周期。3.2建模的思想(sxing)依据第二章里面的（2-9）调制原理图，首先要采集到一组PN序列，经过差分编码形成差分码。然后经过串并变换(binhun)分成两列，为了使两列的波形错开。Q列有一个码元宽度的延迟。为偶元码。然后两列信号与加权函数相乘，在与载波函数进行正交调制。最终的同相分量与正交分量相减可以得到MSK信号。然后运用到SystemView系统里。在建模的时候要注意参数的设置和系统采用频率的设定。还有注意所选图标的工整对齐。3.3仿真(fn zhn)的框图根据第二章原理图2-9建立的MSK系统调制SystemV

14、iew模型如图3-1所示：图3-1 MSK调制部分SystemView仿真电路图各图符的设置如表3-2所示： 表3-2 调制过程各图符参数图符编号库/图符名称参 数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图标0,1所采集到的原码经过图标28,3,4形成(xngchng)差分码。由图标5，图标7，图标8，图标37，图标11，图标12构成了串并转换电路。然后经过图标为16,17的乘法器实现加权调制。然后经过图标为20,21的乘法器实现正交调制。最后图标24将两路信号相加得到MSK的信号波形。3.4仿真的结果进行(jnxng)分析3.4.1 差分编码(bin m)电路由于差分(ch fn)波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，因此称它为相对码

17、波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。 差分编码(bin m)的仿真电路图如图3-3所示: 图3-3 差分(ch fn)编码的仿真电路图 原码波形与差分码波形如图3-4，3-5所示： 图3-4 原码波形图3-5 差分(ch fn)码波形可以根据图3-4读出一段原码为01101110，将其与参考码元0相异或，可得出差分(ch fn)码的码元为01001011。与图3-5所示波形一致，故波形正确。3.4.2串/并变换(binhun)电路 串并变换电路图如图3-6所示: 图3-6 串并变换仿真电路图实现串/并变化的方法是：两路采样器（图符

18、7,8）分别以3400Hz的采样率对原序列进行采样。其中I路先经过一个码元宽度的时间延迟，这样Q路采第奇数个码元；I路采第偶数个码元，完成串/并变换（参见图3-7所示）。图3-7 串并变换(binhun)波形从图中的差分码波形可以先读出一段差分码为01001011000，其奇数码元为001100，偶数码元为10010。经过串并变换以后(yhu)I路和Q路的码元宽度要比原来码元宽度增大一倍。所以图形正确。3.4.3加权调制(tiozh)SystemView中信号源库中的正弦信号产生器可以根据用户自己的要求生成一个任意频率、幅度、相位的正弦信号。本实验仿真总电路中的图3-8中图符18生成了8.5H

19、Z,幅度为1V的正/余弦信号，在与相乘器的连接时，0代表的是正弦信号，1代表的是余弦信号，这就省去了原理图中的/2移相器。图3-8 加权调制(tiozh)仿真电路图 其中图符16、17为相乘器，分别完成了I通道、Q通道与加权函数(hnsh)的加权调制过程。其加权调制后的波形如图3-9,3-10所示：图3-9 I通道(tngdo)加权调制波形图3-10 Q通道加权调制波形3.4.4正交载波调制图符20、21为相乘器，分别(fnbi)完成了I通道、Q通道与载波的正交调制过程。两路信号在经图符24（相加器）就完成了整个MSK调制过程。仿真图如3-11所示：图3-11 正交载波调制(tiozh)的仿真

20、图本实验仿真总电路中的图3-11中图符18生成了50HZ,幅度为1V的正/余弦(yxin)信号；因为当振荡频率为50HZ时,正交调制的相位变化幅度较为明显，MSK信号较为清晰。如下图3-12,3-13所示：图3-12 I通道的已调信号图3-13 Q通道已调信波形MSK的正交调制波形：将调制后的波形进行(jnxng)放大，观察其相位的变化。结果证明是正确的。从而体现了MSK调制方式的连续(linx)相位的调制方法。图3-14所示为I通道和Q通道正交调制后的两路波形最终(zu zhn)相加得到的MSK调制波形。图3-14 MSK信号 可以从图3-14分析总结得出,MSK信号是恒定包络信号；在码元转换时刻，信号的相位是连续的，以载波相位为基准的信号相位在一个码元期间内线性地变换。参考(cnko)文件1樊昌信，曹丽娜编著.通信(tng xn)原理（第七版） 北京：国防工业出版社，2012.232-2362罗卫兵，孙桦编著(binzh).System View动态系统分析及通信系统仿真设计 西安：西安