[论文精品]2ASK数字传输系统仿真及设计.doc

通信原理课程 设计报告 题 目 2ask 数字传输系统仿真及设计 学院 部 电子信息工程学院 专 业 电子信息工程 本 学生姓名 学 号 年级 2008 指导教师 职称 副教授 二二 o o 一一 0 0 年年 十二十二 月月 通信原理课程设计报告 1 目目 录录 序 言 2 一 绪 论 3 二 systemview 软件简介 4 2 1 systemview 软件特点 5 三 二进制振幅键控 2ask 8 3 1 二进制振幅键控的基本原理 8 3 2 用 systemview 软件对 2ask 系统进行仿真及结果分析 10 3 2 1 2ask 系统 无噪声 10 3 2 2 2ask 系统 带噪声 12 四 心得体会 15 参考文献 16 通信原理课程设计报告 2 序 言 数字基带信号的功率谱从零频开始而且集中在低频段 因此只适合在低通 型信道中传输 但常见的实际信道是带通型的 不能直接传送基带信号 因此 必须用数字基带信号对载波进行调制 使基带信号的功率谱搬移到较高的载波 频率上 从原理上来说 受调载波的波形可以是任意的 只要已调信号适合于 信道传输就可以了 但实际上 在大多数数字通信系统中 都选择正弦信号作 为载波 这是因为正弦信号形式简单 便于产生及接收 数字调制的种类比较多 而且还会根据需要发展出新的方式来 它们都是 以基带数字信号直接控制载波的某一参量 幅度 频率或相位 来实现的 形 成振幅键控 ask 频率键控 fsk 和相移键控 psk 数字基带信号可以 是二进制的 也可以是多进制的 因此就有二进制数字调制和多进制数字调制 数字调制都是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息 在接收端也只 要对载波信号的离散调制参量进行检测 本次课程设计就是基于 systemview 的通信系统的仿真 也就是 systemview 软件环境下进行二进制振幅键控 2ask 系统的设计 具体 systemview 软件的 应用和通信系统的设计与仿真下面会具体介绍 通信原理课程设计报告 3 一一 绪绪 论论 数字通信系统 按调制方式可以分为基带传输和带通传输 数字基带信号 的功率一般处于从零开始到某一频率 如0 6m 低频段 因而在很多实际的通 信 如无线信道 中就不能直接进行传输 需要借助载波调制进行频谱搬移 将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输 这种传输方式 称为数字信号的频带传输或调制传输 载波传输 所谓调制 是用基带信号对载波波形的某参量进行控制 使该参量随基带 信号的规律变化从而携带消息 对数字信号进行调制可以便于信号的传输 实 现信道复用 改变信号占据的带宽 改善系统的性能 和模拟调制不同的是 由于数字基带信号具有离散取值的特点 所以调制后 的载波参量只有有限的几个数值 因而数字调制在实现的过程中常采用键控的 方法 就像用数字信息去控制开关一样 从几个不同参量的独立振荡源中选参 量 由此产生的三种基本调制方式分别称为振幅键控 ask amplitude shift keying 移频键控 fsk frequency shift keying 和移相键 psk phase shift keying 或差分移相键 dpsk differentphase shift keying 数字 调制系统的基本结构如图 图 1 1 在数字调制中 数字基带信号可以是二进制的 也可以是多进制的 对应 的就有二进制数字调制和多进制数字调制两种不同的数字调制 最简单的情况 即是以二进制数字基带信号作为调制信号的二进制数字调制 本次课程设计主 要针对就是最常用的二进制数字调制方式即二进制振幅键控 移频键控和移相 键控三进行系统仿真分析 通过学习systemview仿真软件 对对三种系统进行 仿真 熟悉2ask 2fsk和2dpsk的原理 已调信号的频谱特点和各系统的抗噪声 通信原理课程设计报告 4 性能 二二 s sy ys st te em mv vi ie ew w 软软件件简简介介 2 1 systemview 软件特点 elanix 公司的 systemview 是一个完整的动态系统设计 仿真和分析的可 视化环境 是一个适合多种操作系统的单机和网络平台 在 systemview 环境下 可以构造各种复杂的模拟 数字 数模混合系统和 各种速率的系统 可用于线性或非线性控制系统的设计和仿真 systemview 包 括基本库和专业库 基本库包括信号源 接收器 加法器 乘法器 函数库和 算子库等 利用基本库可以进行一般的系统设计和仿真 例如 用不同方式设 计多种形式的滤波器 可以自动完成滤波器幅频特性 波特图 传递函数和根 轨迹图等模型之间转换 专业库包括通信 communication 逻辑 logic 数 字信号处理 dsp 库 射频 模拟 rf analog 支持高级语言的用户代码库 custom library 自动程序生成库 apg matlab 连接库 m link xilinx fpga 库 cdma pcs 库 数字视频广播 dvb 自适应滤波器库 adaptive filter library 实时 dsp 代码生成库 与 ti code composer studio 协同仿 真 符合第三代移动通信的 3g 库 turbocode libary tpc 库和 xdsl 库和 ansi c 代码产生器等 与 xpedion 公司 golden gate rf 设计工具联合构成新 的更加全面的仿真方式 systemview 可以实时仿真各种 dsp 结构 并进行各种 系统时域和频域分析 谱分析 对各种逻辑电路 射频 模拟电路 混合器 放 大器 rlc 电路和运放电路 等进行理论分析和失真分析 systemview 的各种专 业库特别适合于现代通信系统的设计 仿真和方案论证 随着通信技术的不断 发展 通信系统越来越复杂 设计和仿真难度也随之加大 利用 systemview 可以十分方便地完成相应的通信 系统设计和 仿真 systemview 是目前国际上最优秀的系统设计和仿真软件之一 其主要特点 有 1 直观 在 systemview 的设计窗口中 各功能模块用形象直观的图符表示 和方框 图一样一目了然 systemview 能自动执行系统连接检查 给出连接错误信息或 悬空的待连接端信息 用户按照提示修改系统 在编译时 系统状态栏显示仿 真运行的时间进度 方便调试 另外 系统还提供了一个灵活的动态系统棒功 能 仿真实际的示波器或频谱分析仪的工作界面 利用系统分析窗口直观显示 二维分析结果 图形放大 缩小 滚动等均可通过鼠标方便地实现 分析窗口 中的 接收计算器 功能强大 可以完成对仿真运行结果的各种运算分析 诸如谱分析 相关和卷积等各种基本的信号分析 2 简单 只要通过鼠标从 systemview 库中选择图符并将其拖动到设计窗口中即可创 建线性和非线性 离散和连续 模拟和数字 以及混合模式的系统 并且 通信原理课程设计报告 5 systemview 的所有图符都有相似的参数定义窗口 设计者所要做的只是修改各 个图符的参数 而不需要编写源代码即可完成各种系统的设计与仿真 快速地 建立和修改系统 访问与调整参数 并方便地加入注释 3 易用 可以方便快捷地在设计窗口和分析窗口之间切换 使得调试设计系统易如 反掌 其简单的操作界面和直观的图标使得初学者特别容易上手 4 支持多速率系统和并行系统 systemview 允许合并多种数据速率输入系统 简化 fir 滤波器的执行 并 能支持多系统同时执行 这样可以在一次执行中快速方便地比较系统各种变换 的不同效果 5 无限制分层结构 通过使用 metasystem 对象创建子系统 systemview 能够很容易地建立大 而复杂的系统 理论上 只要计算机具有足够的资源 设计的系统复杂度是无 限的 6 丰富的功能块 systemview 包含数百种信号源 接收端 操作符和功能块 提供了从 dsp 通信信号处理 控制到构造通用数学模型的应用 并能处理各种文件格式 的输入输出数据 可以很方便地调用函数 它可以与外部文件接口 直接获得 并处理从外部采集来的一些物理数据 除了一般的方案论证外 systemview 还 提供了与硬件设计的接口 与 xilinx 公司的软件 core generator 配套 可以 将 systemview 系统中的部分器件生成下载 fpga 芯片所需的数据文件 另外 systemview 还有与 dsp 芯片设计的接口 可以将其 dsp 库中的部分器件生成 dsp 芯片编程的 c 语言源代码 7 广泛的滤波和线性系统设计 systemview 包含一个功能强大容易使用图形模板设计的模拟和数字 离散和连 续时间系统的设计环境 并有大量的 fir iir 滤波器类型 8 可扩展性 systemview 允许用户插入使用高级语言编写的用户代码库 插入的用户库 自动集成到 systemview 中 能够和内建库一样使用 并提供了与编程语言 vc 或仿真工具 matlab 的接口 其中的 apg 功能可以利用 vc 环境 将系统编 译为可脱离 systemview 独立运行的可执行文件 同时大大提高了运行速度 在 内存较大时效果尤为明显 2 2 使用使用systemview进行系统仿真的步骤进行系统仿真的步骤 1 建立系统的数学模型 根据系统的基本工作原理 确定总的系统功能 并将 各部分功能模块化 找出各部分的关系 画出系统框图 2 从各种功能库中选取 拖动可视化图符 组建系统在信号源图符库 算子图 符库 函数图符库 信号接受器图符库中选取满足需要的功能模块 将其图 符拖到设计窗口 按设计的系统框图组建系统 3 设置 调整参数 实现系统模拟参数设置包括运行系统参数设置 系统模拟 通信原理课程设计报告 6 时间 采样速率等 和功能模块运行参数 正弦信号源的频率 幅度 初相 低通滤波器的截止频率 通带增益 阻带衰减等 4 设置观察窗口 分析模拟数据和波形 在系统的关键点处设置观察窗口 用 于检查 监测模拟系统的运行情况 以便及时调整参数 分析结果 启动 systemview 后就会出现如图 2 21 所示的系统设计窗口 它包括标题栏 菜单栏 工具条 滚动条 提示栏 图符库和设计窗工作区 其中设计窗口工 作区是用于设置 连接各种图符以创建系统 进行系统仿真等操作 提示栏用 于显示系统仿真的状态信息 功能快捷键的功能信息提示和图符的参数显示 滚动条用于移动观察当前的工作区域 当鼠标器位于功能图符上时 则该图符 的具体参数就会自动弹出显示 图 2 21 systemview 提供了 9 个基本的图符库和 6 个扩展的图符库 使用这些图符 时只需用鼠标器拖动放入设计工作区即可 也可直接在该图符图标上双击鼠标 器 在设计工作区内双击图符 则可以定义该图符的具体功能和参数 下面简 单介绍一下这些图符的作用 如下图 2 22 通信原理课程设计报告 7 图 2 22 分析窗口是用户观察 systemview 数据输出的基本工具 有多种选项可以增强显 示的灵活性和用途 这些功能可以通过单击分析窗工具条上的快捷按钮或通过 下拉菜单来激活 在系统设计窗口中单击分析窗口按钮 即可访问分析窗口 在分析窗口中单击系统按钮即可返回系统设计窗口 分析窗口包括标题栏 菜 单栏 工具条 滚动条 活动图形窗口和提示信息区 同设计窗口一样 滚动 条包括用于左右滚动的水平滚动条和用于上下滚动的垂直滚动条 提示信息区 显示分析窗口的状态信息 坐标信息和分析的进度指示 活动图形窗显示输出 的各种图形 如波形图 功率谱 眼图等 通信原理课程设计报告 8 三三 二二进进制制振振幅幅键键控控 2 2a as sk k 2ask 系统仿真设计要求 a 输入 pn 序列 单极性信号 速率 100hz 载波频率 fc 1000hz 幅度 1v 高斯噪声 均值 0 1 功率谱密度 0 001w hz b 首先不加入噪声 根据给定参数设置图符参数 进行仿真 实时观察输入序列 ask 信号 bpf 输出 lpf 输出和解调输出的波形和功率谱是否正确和特点 并画出各点波形 c 再加入噪声 进行仿真 观察和分析输入序列 ask 信号 bpf 输出 lpf 输出和 解调输出的波形特点 3 1 二进制振幅键控的基本原理 频移键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息 而其频率和初始相位保持不 变 在 2ask 中 载波的幅度只有两种变化状态 分别对应二进制信息 0 或 1 一种常用的也是最简单的二进制振幅键控方式称为通 断键控 ook 其表达式为 3 1 t eook 时发送 以概率 时发送 以概率 01 0 1 cos p pta c 典型波形如图 3 1 所示 图 3 1 1 2ask信号的产生方法通常有两种 如下图 通信原理课程设计报告 9 2as 信号的产生方法通常有两种 模拟调制法 相乘器法 和键控法 相应的 调制器如图 3 2 图 a 就是一般的模拟幅度调制的方法 用乘法器实现 图 b 是一种数字键控法 其中的开关电路受 s t 控制 乘法器 二进制 不归零信号 s t 2 t eask t c cos a 模拟相乘法 t c cos s t eask 2 b 数字键控法 图 3 2 1 与 am 信号的解调方法一样 2ask ook 有两种基本的解调方法 非相 干解调 包络检波法 和相干解调 同步检测法 相应的接收系统方框图如图 带通 滤波器 全波 整流器 低通 滤波器 抽样 判决器 abc d 输出 定时 脉冲 2 t eask a 非相干解调 包络检波 带通 滤波器 相乘器低通 滤波器 抽样 判决器 eask 2 t c cos 输出 定时 脉 冲 b 相干解调 2 t eask 通信原理课程设计报告 10 图3 3 3 2 用用 systemviewsystemview 软件对软件对 2ask2ask 系统进行仿真系统进行仿真及结果分析及结果分析 3 2 13 2 1 2ask2ask 系统系统 无噪声 无噪声 1 2ask2ask系统 无噪声 框图如下 图3 2 1 1 2ask系统 无噪声 2 参数设计 1 5为乘法器 2 6为载波 载波频率 1000hz 8为滤波器 11为 模拟低通滤波器 设置滤波器极点数目 no of poles 5 5阶 设置滤波器截 止频率 locuttoff 200 hz 0为基带信号 频率 50hz 电平 0 5 偏移 0 5 3 仿真分析 基带信号 通信原理课程设计报告 11 基带信号与载波相乘得到的调制信号 经过带通滤波器后的信号 经过带通滤波器后再与载波相乘的信号 经过带通滤波器后再与载波相乘的信号取包络 通信原理课程设计报告 12 经过抽样判决后得到的解调信号 3 2 2 2ask2ask 系统 带噪声 系统 带噪声 1 2ask2ask 系统 带噪声 框图如下 图3 2 2 1 2ask系统 带噪声 2 参数设计 系统的参数设计如下 1 5为乘法器 2 6为载波 载波频率 1000hz 8为adder为滤波器 11为模拟低通滤波器 设置滤波器极点数目 no of poles 5 5阶 设置滤波器截止频率 locuttoff 200 hz 0为基带信号 频率 50hz 电平 0 5 偏移 0 5 3 仿真分析 基带信号 通信原理课程设计报告 13 经过带通滤波器后再与载波相乘的信号 经过带通滤波器后的信号 基带信号与载波相乘得到的调制信号 基带信号与载波相乘得到的调制信号取包络 通信原理课程设计报告 14 经过抽样判决后得到的解调信号 通信原理课程设计报告 15 四四 心心得得体体会会 通信原理课程设计结束了 我对 systemview 软件有了一定的了解 也加 深了自己对 2ask 的理解 在课程设计的过程中遇到了很多问题 但通过自己 的学习 查阅资料以及老师的指导 所有的问题都已解决 经过大三这一个学期通信原理的学习 我对通信系统有了更进一步的认 识 开始学习设计 2ask 数字调制系统 仔细看了下设计要求我就开始查找相 关的资料 然后动手设计起来 事实却不是想象中的那样 用基于二进制数字 键控信号的产