FSK调制解调器的system_view仿真设计_课程设计报告.doc

课程设计报告 题 目：fsk 调制解调器的 systemview 仿真 设计 学生姓名： xx 学生学号： 1008xx 系 别： 电气信息工程系 专 业： 电子信息科学与技术 届 别： 14 届 指导教师： xx 2013 年 3 月 - 1 - 目录 1. 课程设计的任务与要求- 3 - 1.1 课程设计的任务- 3 - 1.2 课程设计的要求- 3 - 1.3 课程设计的研究基础- 3 - 2 fsk 调制解调的方案制定- 4 - 2.1 2fsk 调制的方案- 4 - 2.2 2fsk 解调的方案- 5 - （1）非相干解调- 5 - 3 system view 的应用- 7 - 3.1 system view 的简介- 7 - 3.2 system view 的用户环境- 7 - 3.3 system view 的操作步骤- 8 - 3.4 system view 的基本使用- 9 - 3.5 system view 的系统定时窗口- 9 - 4 基于 system view 的仿真与调试- 10 - 4.1 fsk 的调制电路仿真- 10 - 4.2 2fsk 解调电路仿真- 13 - 5.总结与致谢- 19 - 5.1 总结- 19 - 5.2 致谢- 19 - 6.参考文献- 22 - - 2 - fskfsk 调制解调器的调制解调器的 system view 仿真设计仿真设计 学生：xx 指导教师：xx 电气信息工程学院 电子信息科学与技术 1. 课程设计的任务与要求课程设计的任务与要求 1.11.1 课程设计的任务课程设计的任务 仿真设计主要研究 2fsk 信号的调制解调系统的实现，完成对数字信号的调 制及解调，使系统简单，并要调制解调过程容易实现，能正确的完成调制解调 任务。 由于 fsk 调制解调原理相对比较简单，作为数字通信原理的入门学，理解 fsk 后可以容易理解其他更复杂的调制系统，为以后的进一步发展打下基础。 1.21.2 课程设计的要求课程设计的要求 利用 system view 软件进行仿真设计，利用一种或多种的方法，对数字信号 的调制与解调能够正确的认识与深刻的解读，能够了解 fsk 的调制与解调的方 法和意义，并且能够熟练的掌握 system view 软件的使用，完成对整个课题的研 究。 1.31.3 课程设计的研究基础课程设计的研究基础 数字频率调制又称频移键控(fskfrequency shift keying)，二进制频移键 控记作 2fsk。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数 字消息控制载波的频率。 2fsk 信号便是符号“1”对应于载频，而符号“0” 对应于载频（与不同的另一载频）的已调波形，而且与之间的改变是瞬间完成 的。 system view 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析 平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系 - 3 - 统数学模型建立等各个领域，system view 在友好而且功能齐全的窗口环境下， 为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。system view 是一个用于现代工程 与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整 通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域，system view 在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分 析工具 2 fsk 调制解调的方案制定调制解调的方案制定 2.12.1 2fsk2fsk 调制的方案调制的方案 2fsk（二进制频移键控，frequency shift keying）信号是用载波频率的变 化来传递数字信息，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化。我们可以 认为，一个2fsk 信号可以看成是两个不同载频的2fsk 信号的叠加。 从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。 （1）模拟调频法 模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通 信方式早期采用的实现方法。用数字基带信号去控制一个振荡器的某种参数而 达到改变振荡频率的目的。 图图 2-12-1 模拟调频法电路模拟调频法电路 （2）键控法 键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源 进行选通。在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独 - 4 - f1门电路 1 门电路 2 相加 倒相 f2 基带 信号 输入 立频率源进行选通，使其在每一个码元 ts 期间输出 f1 或 f2 两个载波之一，该 方法就是在二进制基带矩形脉冲序列的控制 下通过开关电路对两个不同的独立 频率源进行选通，使其在每一个码元 s t 期间输出 1 f 或 2 f 两个载波之一。其原理 如图 1.2.2 所示，它将产生二进制 fsk 信号。图中，数字信号控制两个独立振 荡器。门电路（即开关电路）和按数字信号的变化规律通断。若门打开，则门 关闭故输出为 1 f ，反之则输出 2 f 。这种方法的特点是转换速度快、波形好，而 且频率稳定度可以做得很高。频率键控法还可以借助数字电路来实现。 图图 2-22-2 键控法电路图键控法电路图 2.22.2 2fsk2fsk 解调的方案解调的方案 2fsk 信号有多种解调方法，如非相干解调（包络检波法） 、相干解调法、 鉴频法、过零检测法及差分检波法等，下面就相干检测法、非相干检测法进行 介绍。 （1）非相干解调 2fsk 信号的包络检波法解调方框图如图 2.2.3 所示，其可视为由两路 2ask 解调电路组成。这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的 2ask 信号带宽； 中心频率不同，分别为 1 f 、 2 f 起分路作用，用以分开两路 2ask 信号，上支路 - 5 - 对应，下支路对应，经包络检测后 分别取出它们的包络及；抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同 时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。若上、下支路 及的抽样值分别用表示，则抽样判决器的判决准则为 图图 2-32-3 2fsk2fsk 信号非相干解调方框图信号非相干解调方框图 （2）(2) 相干解调 相干检测的具体解调电路是同步检波器，原理方框图如图所示。图中两个 带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。它们的输出分别与相应的同 步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息 的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值进行 比较判决（判决规则同于包络检波法） ，即可还原出基带数字信号。 - 6 - 图图 2-32-3 2fsk2fsk 信号相干解调方框图信号相干解调方框图 3 3 system view 的应用的应用 3.13.1 system view 的简介的简介 利用 system view，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种 多速率系统，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/analog）等；它们特别适合 于现代通信系统的设计、仿真和方案论证；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。 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”， - 7 - 可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。 3.23.2 system view 的用户环境的用户环境 进入system view 后，屏幕上首先出现设计窗口，所有系统的设计、搭建 等基本操作，都是在设计窗口内完成的。 在设计窗口中间的大片区域就是设计区域，也就是供用户搭建各种系统的 地方。在设计窗口的最上端一行是下拉式命令菜单行，通过调用这些菜单可以 执行system view的各项功能；设计窗口中菜单行的下面，紧邻在设计区域上端 一行是工具栏，它包含了在系统设计、仿真中可能用到的各种操作按钮；在工 具栏的最右端是提示信息，当鼠标置于某一工具按钮上时,在该处会显示对该按 钮的说明和提示信息；紧邻在设计区域左端是各种器件图标库，下面介绍些常 用的几个库图标，如表3-1所示。 表表3-13-1 常用图标常用图标 图标名称作用 连接节点 用于多个图符输入输出信号的汇聚、连接，在图符连接点 较多时使用该节点功能可使设计窗口内的连线美观，有利于 检查。 信号源 用于产生用户系统所需的信号源。这个库中的图符只有输 出，没有输入。 子系统 它代表一个复杂的子系统、子函数或仿真的子过程的图符。 加法器对输入信号进行加法操作。 算子对输入数据进行某一算子操作，如延时、平均、滤波等。 函数对输入数据进行某一指定函数操作。 乘法器对输入信号进行乘法操作。 - 8 - 接收器 用于实现信号的收集、显示、分析以及输出（包括输出到文 件）等功能。它只有输入，没有输出。 3.33.3 system view 的操作步骤的操作步骤 （一）选择设置信号源（source） 选中该图标并按住鼠标左键将其拖至设计区内，这时所选中的图标会出现 在设计区域中。双击设计窗口中的图标后，弹出的对话框，通过 periodic noise/pn aperiodic和import按钮进行分类选择和调用。选中后单击对话框中的 参数按钮parameters，在出现的参数设置对话框中设置幅度、频率、相位。完成 后分别单击参数设置和源库对话框的按钮ok，从而完成该图标的设置。 （二）选择设置分析窗（sink） 当需要对系统中各测试点或某一图标输出进行观察时，则应放置一个分析 窗（sink）图标，一般将其设置为“analysis”属性。analysis图标相当于示波 器或频谱仪等仪器的作用，它是最常使用的分析型图标之一。具体操作和信号 源设置类似。 （三）系统定时（system time） system view系统是一个离散时间系统。 在每次系统运行之前，首先需要设定一个系统频率。各种仿真系统运行时， 是先对信号以系统频率进行采样，然后按照系统对信号的处理计算各个采样点 的值，最后在输出时，在分析窗内，按要求画出各个点的值或拟合曲线。 3.43.4 system view 的基本使用的基本使用 利用 system view 进行系统的设计、构建、仿真与分析，这一过程可概括 为以下 3 个步骤： （1）根据设计要求与系统原理画出系统原理框图。 （2）选择合适的图符和实现结构，把系统原理框图转化为 system view 模 型，在 system view 设计窗口完成所设计的图形化仿真系统。 （3）运行仿真程序，分析仿真结果。 - 9 - 3.53.5 system view 的系统定时窗口的系统定时窗口 system view 系统是一个离散时间系统，也就是说，在每次系统运行之前， 首先需要设定一个系统频率。各种系统在仿真时，首先对各信号以系统频率进 行采样，然后按照系统对信号的处理计算各个采样点的值，最后输出时，在观 察窗内按要求画出各个点的位置或拟合曲线。因此，系统定时是系统运行之前 一个必不可少的步骤。 在设计窗口中单击工具栏中的“system time” （系统定时按钮） ，就能打开 如图 2-1 所示的系统定时对话框。 图图 3-13-1 系统定时对话框系统定时对话框 4 4 基于基于 system view 的仿真与调试的仿真与调试 4.14.1 fskfsk 的调制电路仿真的调制电路仿真 根据模拟调频法和键控法的原理图，利用 system view 软件进行仿真设计， 得到图4-1（我们把调频法与键控法的电路合成在一张电路图上，这样产生的波 形易于观察和对比） - 10 - 图图4-1 2fsk 信号产生的两种方法信号产生的两种方法 参数设置： token 0： 基带信号-pn 码序列将参数设置为 rate=20hz, amplitude(幅 度)= 0.5v, offset(偏移)= 0.5v token 1：频率调制 fm token 2、6：信号接收分析器 token 3：键控开关 token 4、5: 载波-正弦波发生器 （频率分别为50hz、100hz） 检查仿真电路图和参数设置无误后，进行仿真运行，运行时间设置为：start time: 0 秒； stop time: 255e-3 秒；采样频率：sample rate：1000hz。如图 所示 - 11 - 图图 4-24-2 运行时间设置窗口运行时间设置窗口 将电路图连接完毕后，设置这个元器件的参数，点开运行时间设置窗口， 确保这个参数设置完毕，点击仿真按钮，得到调制信号与功率频谱图如下图所 示 图图 4-34-3 调频法调频法 2fsk2fsk 的输出的输出 - 12 - 图图 4-44-4 键控法键控法 2fsk2fsk 的输出的输出 图图 4-54-5 键控法键控法 2fsk2fsk 的功率谱图的功率谱图 图图 4-64-6 调频法调频法 2fsk2fsk 的功率谱图的功率谱图 分析：从上到下依次是调制信号波形、频率为f1的已调信号波形，频率为 f2的已调信号波形，2fsk信号波形。由图中可以观察到2fsk信号就是两个 2ask信号叠加而成.，因此2fsk频谱可以近似表示成频率分布为f1和f2的两个 2ask频谱的组合。其中两个波形不同且下凹的点为相位不连续点。 4.24.2 2fsk2fsk 解调电路仿真解调电路仿真 （1）非相干解调法 根据非相干解调法（包络检波法）法的原理图，利用 system view 软件进 行仿真设计，得到图4-7 - 13 - 图图4-74-7 非相干解调电路图非相干解调电路图 参数设置： token 0: np 码元，amplitude=0.5v，ofsetf=0.5v，rate=10hz，levels=2； token 1、2：载波，正弦波发生器（频率分别为100hz 和150hz） token 3: 单刀双掷开关 token 4: 加法器 token 5: 高斯噪声 std=0.5v token 6、7: 线性系统滤波器 token 8、9：半波整流 token 10、11：信号接收分析器 token 12、13: 线性系统滤波器 token 14: 模拟比较器 token 15: 延迟器 检查仿真电路图和参数设置无误后，进行仿真运行，运行时间设置为：start time: 0 秒； stop time: 255e-3 秒；采样频率：sample rate：1000hz。如图 所示 - 14 - 图图 4-84-8 运行时间设置窗口运行时间设置窗口 将电路图连接完毕后，设置这个元器件的参数，点开运行时间设置窗口， 确保这个参数设置完毕，点击仿真按钮，得到调制信号与功率频谱图如下图所 示 图图 4-94-9 非相干解调输出非相干解调输出 图图 4-104-10 原始波形原始波形 - 15 - 图图 4-114-11 非相干解调功率谱图非相干解调功率谱图 4-124-12 原始波形功率谱图原始波形功率谱图 分析：原始波形与非相干解调出的波形相同，证明此事解调成功，仿真成功。 将两路信号接入,高低电平值分别设置为 1 v 和-1 v ,选择输出,输出的信号就 将是解调信号 (2)相干解调法 根据相干解调法法的原理图，利用 system view 软件进行仿真设计，得到 图4-13 - 16 - 4-134-13 相干解调电路相干解调电路 参数设置： token 0: np 码元，amplitude=0.5v，ofsetf=0.5v，rate=10hz，levels=2； token 1、2、15、16：载波，正弦波发生器（频率分别为100hz 和150hz 100hz 和150hz） token 3: 单刀双掷开关 token 4、17: 加法器 token 5: 高斯噪声 std=0.5v token 6、7、10、11: 线性系统滤波器 token 12: 延迟器 token 13、14：乘法器 token 18：缓冲器 检查仿真电路图和参数设置无误后，进行仿真运行，运行时间设置为：start time: 0 秒； stop time: 4.095 秒；采样频率：sample rate：1000hz。如图所 示 - 17 - 图图4-144-14 运行时间设置窗口运行时间设置窗口 将电路图连接完毕后，设置这个元器件的参数，点开运行时间设置窗口， 确保这个参数设置完毕，点击仿真按钮，得到调制信号与功率频谱图如下图所 示 图图 4-154-15 相干解调输出相干解调输出 - 18 - 图图 4-164-16 原始波形原始波形 图图 4-174-17 相干解调功率谱图相干解调功率谱图 图图 4-184-18 原始波形功率谱图原始波形功率谱图 分析：通过相干解调输出波形，说明解调成功。从仿真结果中我们看到，产生 的 2fsk 信号通过相干解调完整的恢复为原来的基带信号。 这里将 2fsk 信号分解为上下两路 2ask 信号分别进行解调，然后进行判决。 抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决规则 就应与解调规程相呼应，调制时若规定“1”符号载波对应载波频率 f1，则接收 时上支路的样值大，应判为“1” ；反之则判为“0” 。当传输信道为随参信道时， 则 2fsk 具有更好的适应能力。 - 19 - 5.5.总结与致谢总结与致谢 5.15.1 总结总结 本次毕业设计主要有以下几个方面收获，以下全部都是在本次毕业设计中 的解决的问题和学到的东西： system view 软件的学习。以前没有接触这个软件，这个第一次接触这个软 件，对于这个软件的了解及其熟悉是一个非常重要的方面。system view 在仿真 软件中也是具有分出重要的地位的，作为我们电技的专业的人来说，熟悉使用 一款以上的电路仿真软件是必须得。电路仿真时我们通信系统在检测我们的设 计是一个重要的工具，当我们设计的