通信原理课程设计--4路基带的2PSK信号传输系统.doc

武汉理工大学通信原理课程设计说明书 目录1绪论12原理分析1 2.1 SystemView软件简介1 2.2 二进制移相键控（2PSK）的基本原理2 2.3 时分复用3 2.4 频分复用33系统设计3 3.1 系统结构设计4 3.2 系统模块设计5 3.2.1时分复用模块5 3.2.2 位同步模块5 3.2.3 帧同步模块6 3.2.4 时分复用分接模块74系统仿真与调试 8 4.1时分复用模块8 4.2 位同步信号9 4.3 帧同步信号9 4.4 时分复用分接95设计体会10参考文献11III1 绪论在当今高度信息化的社会，信息和通信已经成为现代社会的“命脉”。通信作为传输信息的手段和方式，与传感技术、计算机技术相互融合，已成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大推动力。本文设计了一款4路基带的2PSK信号传输系统。实现了2PSK信号的产生、调制解调，以及在有噪声有衰减信道中的传输，4路2PSK信号的时分复用和频分复用，帧同步与位同步信号的产生与使用。本报告包括了具体设计任务，基本思路及所涉及的相关理论，设计流程图，设计过程中出现的问题及相应解决办法，系统模拟运行结果，系统电路图，个人体会及建议等。2 原理分析2.1 SystemView软件简介Systemview是El ANIX公司推出的一个完整的动态系统设计、模拟和分析的可视化软件。他可以提供大量的信号源供系统分析使用；其丰富的算子图符和函数库便于设计和分析各种系统；其多种信号接受器为时域和频域的数值分析提供便捷的途径；其无限制的分层结构使建立大而复杂的系统变得容易；另外他还提供对于外部数据文件的接口，使信号分析更加灵活方便。Systemview操作简单，使用方便，只要用鼠标从Systemview 库中选择图符并将他们拖拽到设计窗口中连接起来创造线性和非线性，离散和连续，模拟、数字和混合模式的系统，Systemview 的所有图符都有相似的参数定义窗口，我们所要做的只是修改各个图符的参数，无需编程即可实现系统的设计和模拟。Systemview 的界面直观，设计窗口中各功能模块都用形象直观的图符表示，分析窗口中分析结果以各种图形直观显示，使我们对系统的结构，功能和分析结果一目了然。他的另一个重要特点是可扩展性，Systemview 允许用户插入使用C+编写的用户代码库，插入的用户库自动集成到Systemview 中，能够像内建库一样使用。Systemview提供了智能化的辅助设计。在系统设计仿真时，Systemview 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符。并在编译时，给出系统运行的大约时间，方便了设计人员进行调试。其带有的API功能可以利用VC 环境，将系统编译成可脱离Systemview独立运行的可执行文件，大大提高了运行速度和仿真效率。2.2 二进制移相键控（2PSK）的基本原理2PSK,二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。就是根据数字基带信号的两个电平(或符号)使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控(PSK),也称为绝对相移方式。在2psk中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”。 其表达式如下：Fpsk（t）=Acos wct 发送1时-Acos wct 发送0时2psk的典型波形如图： 图1由于表示信号的两种码元的波形相同，极性相反，故2psk信号的一般可以表述为一个双极性非归零的矩形波脉冲序列与一个正弦载波相乘，即(t)=s(t)coswct 2psk可以用两种调制方式，如图图2 2psk的模拟调制法；图3 2psk的键控调制方法说明：2psk调制器可以采用相乘器，也可以采用相位选择器就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。2PSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调。2.3 时分复用时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。时分多路复用以时间作为信号分割的参量，故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。时分多路复用适用于数字信号的传输。由于信道的位传输率超过每一路信号的数据传输率,因此可将信道按时间分成若干片段轮换地给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号单独占用,在规定的时间内,多个数字信号都可按要求传输到达,从而也实现了一条物理信道上传输多个数字信号。2.4 频分复用频分复用(FDM)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带（或称子信道），每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。3 系统设计3.1 系统结构设计本设计采用将4路基带信号中的3路进行时分复用，合并成1路，然后再与剩下的一路基带信号进行频分复用，同时进行2PSK信号调制，经过有高斯白噪声和20db衰减的信道后，在进行解调，同时进行频分复用分接，将时分复用信号输入到位同步模块中提取位同步信号，再根据位同步信号和时分复用信号提取帧同步信号，同时把剩下一路频分复用分接后的信号直接输出，即得到1路基带信号，再根据位同步信号和帧同步信号对时分复用信号进行分接，得到3路基带信号。时分复用模块2PSK信号调制2PSK信号解调时分复用分接模块位同步模块帧同步模块信道频分复用模块图1 系统结构图3.2 系统模块设计3.2.1时分复用模块本电路将3路基带信号与1路帧同步信号进行时分复用合成一路信号，其中帧同步码为11110010，对每一路基带信号，先将它们分别输入到4个8位移位寄存器，再使用 同样的时钟信号控制这4个移位寄存器输出到4个8位锁存器中，实现串并转换，当这4锁存器中存满8位数据时，再控制锁存器同时并行输出8位数据到8位数据选择器中，再使能帧同步码对应的数据选择器串行依次输出帧同步码，帧同步码输出完毕后再使能第1路基带信号输出，然后是第2路第3路基带信号输出，从而得到四路时序错开的信号，再将这四路信号合成一路信号，完成四路信号的时分复用。电路图如下：图2 时分复用模块3.2.2 位同步模块 位同步电路通过对信源信号的微分整流，以及对时钟信号的分频等操作，得到一个与时分复用信号同频同相、占空比为1/2的方波信号。本电路采用位同步锁相法，在接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，若两者相位不一致（超前或滞后），鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位，直至获得准确的位同步信号为止。位同步电路原理框图如下图3 位同步电路原理框图位同步模块电路图如下：图4 位同步模块3.2.3 帧同步模块帧同步模块有两个输入，时分复用信号以及位同步信号。此模块先用位同步信号控制时分复用信号一位位地输入到8位移位寄存器中，把移位寄存器的第0、2、3位取反后和其它前几位相加，若移位寄存器刚好输出的是帧同步码，则8位输出相加之和为8V，此时控制单稳多谐振荡器振荡器翻转，得到帧同步信号。帧同步模块电路图如下：图5 帧同步模块3.2.4 时分复用分接模块时分复用模块先将时分复用信号分别输入到3个8为移位寄存器中，再分别输出到3个8位锁存器中，最后用3个8位数据选择器输出。输入输出时序是时分复用信号到来后先延时8位码元周期，再将8位数据输入到第一个移位寄存器中，然后将后8位数据输入到第二个移位寄存器中，同时使能第一个锁存器输出，第三个移位寄存器的处理类似，这样就将3路信号从时分复用信号中分接出来了，并且丢弃了第一路的帧同步码。时分复用分接模块电路图如下：图6 时分复用分接模块4 系统仿真与调试4.1时分复用模块图7 帧同步码图8 第一路基带信号图9 第二路基带信号图10 第三路基带信号图11 时分复用信号4.2 位同步信号图12 位同步信号4.3 帧同步信号图13 帧同步信号4.4 时分复用分接图14 第一路基带信号图15 第二路基带信号图16 第三路基带信号5设计体会本通信系统综合训练开始对systemview软件进行了解，熟悉软件功能与特点。然后运用时分复用的复用方式进行分析，时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。在本综合训练中会运用到时分复用中的同步技术原理帧同步和位同步。帧同步为接收信号而使给定数字信道的接收端与发送端的相应信道对齐的过程。位同步的目的是使每个码元得到最佳的解调和判决。再在抽样定理的基础上对时分复用系统进行建模。建立系统模型的过程。又称模型化。建模是研究系统的重要手段和前提。建模完成之后，开始进行仿真，在得到仿真结果后，对仿真结果进行分析。这次专业设计受获最大的我想应该是systemview软件的使用吧，以前虽然也接触过，但是没有认真的去用过、研究过。除此之外，对于2PSK通信系统以及时分复用也较以前有了更为深刻的理解。参考文献1 樊昌信,曹丽娜.通信原理（第6版）.国防工业大学出版社，20092 罗卫兵,孙桦,张