毕业设计（论文）-基于SystmView的DPSK系统的仿真设计.doc

摘 要调制和解调过程是实现通信系统的一个非常重要的环节。数字信号调制与解调的实现，使通信科技获得快速的发展。差分移相键控（DPSK）是数字调制与解调过程中一个很实用的键控方式。本毕业设计首先根据DPSK的调制与差分相干解调的原理来进行设计电路，接着在SystemView软件中调出相应的仿真模块构成电路，最后在设置此DPSK通信系统中的各个模块参数数值，通过观察前后信号波形的变化，最终，得到的结果完全符合DPSK调制与差分相干解调的原理，由此可以充分的证明，本次的设计很成功，系统的性能也很良好。关键词：SystemView；DPSK；调制；解调；仿真 ABSTRACT Modulation and demodulation process is to achieve a very important communication link. Digital signal modulation and demodulation implementation, so that access to rapid development of communications technology. Differential phase shift keying (DPSK) digital modulation and demodulation process of keying in a very practical way. The first graduation DPSK modulation and differential based on coherent detection principles to design the circuit, then tune in SystemView software modules corresponding circuit simulation, and finally set this DPSK communications systems in the various modules in the parameter values, by observing Waveform before and after the change, and ultimately, the results obtained in full compliance with DPSK modulation and differential coherent detection principle, which can be fully proved that the design of this very successful performance of the system is also very good. Key words: SystemView; DPSK; modulation; demodulation; Simulation目 录1 绪论11.1该设计的初衷11.2关于设计的思路11.3系统的仿真平台12 SYSTEMVIEW软件及相关模块概述22.1 systemview仿真软件简介22.2 systemview仿真软件的安装22.3 SystemView设计窗口简介22.3.1菜单栏22.3.2 工具栏32.3.3 SYSTEMVIEW基本图符库简介42.4 systemview的仿真原理72.5 systemview仿真过程83 DPSK通信系统的原理103.1 DPSK的调制系统103.2 DPSK的解调系统123.2.1 DPSK相干解调原理123.2.2 DPSK差分相干解调原理134 基于SystemView软件的DPSK通信系统的仿真144.1 DPSK通信系统的搭建及参数的设置144.2 DPSK仿真波形及分析15参考文献17结束语18致 谢191 SYSTEMVIEW软件及相关模块概述1.1 systemview仿真软件简介 SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它界面友好，使用方便。使用功能模块(Token)去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，通过SYSTEMVIEW,可以快速地构建各种复杂的模拟、数字、数模混合和各种多速率系统，可以用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。它提供的功能强大的分析计算器，根据用户的需要对结果进行各种分析，对系统的设计和修改非常方便。它丰富的图符资源，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。Systemview的另一个重要特点是它可以从各种不同的角度、以不同的方式按要求设计多种滤波器，并自动完成滤波器的各种指标：幅频特性、传递函数、根轨迹图等之间的转换。1.2 systemview仿真软件的安装在电脑中双击systemview安装文件，显示systemview对话框，单击对话框中的【install systemview】 开始安装，再单击【next】按钮，显示Software License Agreement对话框，然后单击【yes】按钮，接着按随后的提示继续安装直至完成。 1.3 SystemView设计窗口简介1.3.1菜单栏表1.1菜单栏及功能简介菜单名菜单项功能FileNew System关闭当前系统并创建新系统Open Recent System打开外部系统文件Save System保存系统Save System As.另存系统为Exit关闭systemviewEditUndo Delete Source撤销删除的命令Select All全选区域所有图符Copy System as Bitmap复制系统PreferencesOptimize for Run Time Speed优化提高仿真速度Options.对系统参数设置ViewAnalysis Window.激活分析窗口Note PadsNew Note Pad新建便笺Delete Note Pad删除便笺SystemRun System Simulation对系统执行仿真Root Locus.启动根轨迹计算和显示Bode Plot.启动波特图计算和显示TokensDuplicate Tokens复制图符Creat MetaSystem.创建子系统Explode MetaSystem.展开子系统1.3.2 工具栏表1.2常用工具栏及其功能简介按钮功能用于专业库和基本库之间的切换打开已经存在的系统对当前系统进行保存将工作区域清空删除工作区域的图符断开图符间的连接建立两个图符间的连接复制一个或一组图符创建一个新的便笺创建子系统启动对当前系统的仿真对仿真系统的起始终止时间、采样频率、采样间隔等参数进行设置激活系统的分析窗口1.3.3 SYSTEMVIEW基本图符库简介 Systemview的基本库共分为8个，分别为信号源库（Source）、子系统库(Meta System)、加法器(Adder)、子系统输入/输出端口(Meta I/O)、算子库(Operator)、函数库(Function)、乘法器(Multiplier)以及接收器库(Sink)。1. 信号源库（Source）信号源图符（）是常见的波形发生器，是通信系统模型进行仿真所必需的输入数据，它只有输出端。表2.3常用的信号源图符及功能图符名称参数功能扫频信号幅度、起止频率、时间、相位输出正弦扫频信号脉冲序列幅度、频率、相位、脉宽和偏置产生指定频率和脉宽的脉冲序列信号正弦波幅度、频率、相位产生两个正交的正弦波高斯噪声指定功率谱密度、指定标准差和平均值产生具有高斯分布的随机信号伪随机信号幅度、频率、信号阶数、偏置、相位产生伪随机信号白噪声指定最大值和最小值、指定功率谱产生白噪声脉冲增益、起始时间、偏置产生单一的单位冲击信号阶跃信号幅度、时刻、偏置产生一个阶跃信号2. 算子库 算子库（）主要用于对输入信号进行的各种操作。表2.4 主要的算子库图符及其功能图符名称参数功能均值时间窗口计算输入信号的移动均值线性系统（1） 设计低通、高通、等各种类型FIR滤波器（2） 设计各种类型的模拟滤波器（3） 设计通信系统的特殊滤波器峰值保持复位门限选择保持峰值还是0输出为输入信号的峰值采样保持采样门限、控制信号若控制信号大于采样门限，输出跟踪信号；否则保持最后一次采样值Or门限、逻辑真或假的输出值逻辑或Xor门限、逻辑真或假的输出值逻辑异或与门限、逻辑真或假的输出值逻辑与延迟延迟时间、延迟方式Y(t)=x(t-)3. 函数库 函数图符库（）中的图符用于描述一个数学表达式。表2.5 主要的函数库图符及其功能图符名称参数功能阻塞最小输入、最大输入、输出增益库伦斜率a、Y轴截距b量化输出类型、量化位数、最大输入对输入按指定条件进行线性量化正切相位偏置y(t)=复数乘法乘法类型、输出增益坐标变换将极坐标变换为直角坐标4. 接收器库 接收器图符（）主要用于接收系统的模型输出，并对其进行分析，是systemview进行仿真的必要条件，每个系统都必需至少要有一个接收器图符。表2.6主要的接收器图符及其功能图符名称功能分析接收器不显示任何波形和信息，不对接受数据进行任何改动，是查看接收数据和分析数据必须打开的窗口均值接收器计算输入波形的均值停止接收器该接收器根据用户对其设置的门限来执行停止仿真、询问是否停止仿真以及提示等操作当前值在仿真进行时动态显示当前接收的数值数据列表显示所接收的所有数据的列表统计接收器显示采样点数最大值、最小值及其它们的位置和均值等统计信息Systemview在系统运行结束后显示接收到的波形5. 其他图符图符名称功能子系统放置子系统加法器输出为所有输入的和乘法器计算所有输入的乘积I/O图符库为子系统设置输入/输出端口1.4 systemview的仿真原理一般情况下，systemview仿真系统包含输入状态、状态和输出状态三部分。如下图所示： 图 2-1 SystemView仿真原理图输入状态模块：就是信号源库里的模块，包括周期信号源、噪声/伪噪声信号源等信号；状态模块：就是算子库里的模块，它用于对输入的信号进行各种处理；输出状态模块：就是对信号进行显示的模块，可以是波形图标等。1.5 systemview仿真过程 （1） 对信号源库进行设置首先，在设计窗口中选中该图标，然后按住鼠标的左键将它拖到设计区域内，这时候所选中的图标就会出现在设计窗口中。再用鼠标双击设计窗口中的图标，弹出一个对话框，通过“Periodic” “Noise/PN” “Aperiodic”和“Import”按钮进行分类的选择和调用。当选中一个按钮后，单击对话框中的参数设置按钮“Parameters”，在出现的参数设置对话框中设置相位、幅度、频率，完成后再分别单击参数设置按钮以及源库对话框的按钮“OK”，从而完成该图标的设置。 （2） 对分析窗口进行设置分析窗口图标主要用于对系统中各个测试点或者某一图标的输出进行观察时候用，一般将它设置为“Analysis”属性。“Analysis”图标一般相当于示波器或者类似频谱仪等仪器的作用，它是最常用的分析性图标之一。具体的设置和信号源设置很类似。 （3） 对系统进行时间设置正确的系统时间设置是SystemView能够正确进行仿真的必要条件。在系统每次运行之前，应当首先需要设置一个系统频率。在各种仿真运行时，是先以系统频率对信号进行采样，接着按照系统对信号的处理计算各个采样点的值，最后，在仿真输出时，在分析窗口内，按要求画出各个采样点的值或者拟合曲线。所以，对系统进行时间设置是系统运行之前的一个必不可少的步骤，当然也可以在正式进行仿真前随时对系统时间进行设置或该变，如果系统时间参数设置的不合理，那么在仿真运行后，显示的结果往往不能让人很满意，有时甚至根本达不到预期的结果。 单击“系统定时”按钮“”，此时系统弹出系统定时设置（System Time Specificantion）对话框，如图2-2所示。其中需要设置的参数包括：起始时间（Start Time）、终止时间（Stop Time）、采样间隔（Time Spacing）、采样点数（No. of Samples）、采样频率（Sample Rate）、频率分辨率（Freq Rate）、自动标尺（Auto Set No. Samples）、系统循环次数（No. of System Loops ）。这里应当注意，一般为了获得较好的仿真波形，系统的采样频率应当设置为系统信号最高频率的5到7倍。当采样频率为系统信号的最高频率的10倍时，仿真波形就几乎没有失真了。 图2-2(4)建立系统模型通过对通信系统的基本原理确定总的系统功能，并将各部分的功能进行模块化，然后根据它们之间的关系画出合理的系统框图。 (5) 仿真系统模块搭建根据各个功能从Systemview设计窗口中选取满足需要的功能模块图标，并用适当的线条相连组建成系统，最后设置各个功能模块的参数。(6)运行结果分析对系统的关键点设置观察窗口，并利用接收计算器分析仿真数据和波形，这样可以方便的检查、监视仿真系统的运行情况，以便及时的对模块的参数进行调整，分析仿真结果。2 DPSK通信系统的原理 在2PSK信号中，信号相位的变化是以未调信号的相位作为基准的，由于它是利用载波相位的绝对数值来表示传递信息的，所以又被称为绝对调相，因为相干载波在接收端恢复载波相位的180度是存在相位模糊的问题，可能导致解调出的二进制基带信号出现反向问题，最终造成信号传递的失败，所以难以在实际中应用。因此就引入了另一种相位调制的方法二进制差分相移键控(2DPSK)，它很好的解决了2PSK信号解调过程中反向工作的问题。与绝对调相不同，2DPSK不是用载波相位的绝对值来传递信息的，而是用前后相邻码元的载波相对相位变化来传递数字信息的。2.1 DPSK的调制系统实现2DPSK信号最常用的方法是：首先对二进制数字基带信号进行差分编码，使之由绝对码表示二进制信息变化（称为相对码表示二进制信息），然后对变换出的差分码按上一部分介绍的方法进行绝对调相，从而产生2DPSK信号。2DPSK信号调制过程的波形图如图3-1所示：图 2-1 2DPSK信号调制过程波形图二进制差分相移键控也可简称二相相对调相，即2DPSK，也可直接简称DPSK，它的调制器原理图如图3-2所示：图 2-2 DPSK调制器原理图其中：为二进制序列，为二进制相对码序列，为双极性不归零脉冲序列。2.2 DPSK的解调系统DPSK信号的解调方法分为两种：相干解调方式（极性比较法）和差分相干解调方式（相位比较法）。2.2.1 DPSK相干解调原理DPSK相干解调原理图以及波形图如图3-3 、3-4所示：图 2-3 DPSK相干解调原理图图 2-5 解调过程各点时间波形其解调原理是：先对DPSK信号进行相干解调，得到相对码，再通过差分译码得到绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在该接收系统中，虽然存在相干载波产生的180度相位模糊，解调出的相对码将产生“1”和“0”完全倒置的现象，但经过码反变换器后，得到的绝对码不会发生任何倒置现象，是完全正确的，从而克服了载波相位模糊带来的问题。2.2.2 DPSK差分相干解调原理DPSK差分相干解调原理图及波形如图3-5、3-6所示：图 3-5 DPSK差分相干解调原理框图 图 2-6 解调过程各点时间波形其解调原理是：不需要恢复本地载波，直接比较前后码元的相位差，将DPSK信号精确的延迟一个码元时间间隔，再与DPSK信号相乘，经低通滤波后直接抽样判决，从而恢复出发送的二进制数字信号。由于解调的同时完成了码反变换作用，故不需要再进行差分解码。3 基于SystemView软件的DPSK通信系统的仿真3.1 DPSK通信系统的搭建及参数的设置DPSK调制与解调的SystemView模型如图4-1所示： 图 3-1 DPSK调制与解调模型图其中：延迟图符1和异或逻辑图符2构成差分编码电路，它们实现了对输入的原始的二进制信号进行差分编码，接着由乘法器图符按照绝对调相完成调制，即实现了整个DPSK的调制功能。系统模型相关模块及参数如下：Token0： 伪随机信号(Source： PN Seq)，参数为：Amp=1v，Offset=0v，Rate=10Hz， Levels=2，Phase=0deg；Token1： 延迟(Operator： Delay)， 参数为：Non-Interpolating,Delay=99e-3sec；Token2： 逻辑或(Operator： XOR)，参数为：Threshold=0，True=1，False=-1；Token3,10： 乘法器(Multiplier)；Token4： 正弦波(Source： Sinusoid)，参数为：Amp=1v，Freq=20Hz，Phase=0deg；Token9： 延迟(Operator：Delay)，参数为： Non-Interpolating，Delay=100e-3sec；Token11：巴特沃斯低通滤波器(Operator： Linear Sys)， 参数为：Butterworth Lowpass IIR，3Poles，Fc=12Hz;Token15: 采样保持(Operator： Sample Hold), 参数为：Ctrl Threshold=100.e-3v，Signal=t11 Output0，Control=t16 Output0;Token16: 脉冲序列(Source： Pulse Train), 参数为:Amp=1v，Freq=10Hz，PulseW=50.e-3sec，Offset=60.e-3v，Phase=0deg；Token17： 比较器(Operator：Compare)， 参数为：Comparison=，True Output=1v，False Output=-1v，A Input=t15 Output=0，B Input=t18 Output0；Token18： 阶跳信号(Source： Step Fct)，参数为：Amp=0v，Start=0sec，Offset=0v；Token58、1214、19：分析接收器(Sink： Analysis)。3.2 DPSK仿真波形及分析调制信号和解调信号波形如图所示：图 3-2 调制信号（上）与解调信号由上图可以看出，二进制信号在经过调制和传输后，在接受端实现了正确的解调。 图 3-3 DPSK仿真波形图 以上波形从上到下依次是：DPSK信号，延迟后的DPSK信号，乘法器的输出波形，低通滤波器的输出信号以及经过抽样判决而得到的解调信号。 解调时，DPSK信号通过载波移位相乘，经过低通滤波器。比较抽样判决后，最后的信号输出与开始的输入信号完全相同，有一定的延时，因此DPSK差分解调系统的设计是相当成功的。分析：DPSK信号的差分相干解调是不需要专门的相干载波的，它只需要由接收到的DPSK信号延时一个宽度为TS的码元，接着再与DPSK信号本身相乘。乘法器起着一个相位比较的作用，相乘得出的结果反映了前后码元的相位差，信号再经过低通滤波器后，通过抽样判决，就可以直接恢复出原始的数字恢复信号，所以解