通信系统原理课程设计报告-AM、DSB、2ASK、2FSK、2PSK的调制与解调.doc

洛 阳 理 工 学 院课 程 设 计 报 告 通信系统原理课程设计课程名称 _AM、DSB、2ASK、2FSK、2PSK的调制与解调设计题目 _通信工程专 业 _B120509班 级 _B12050923学 号 _姓 名 _2014年12月28日完成日期 _课 程 设 计 任 务 书AM、DSB、2ASK、2FSK、2PSK的调制与解调设计题目：_设计内容与要求：设计内容：1）了解SystemView的运行环境及应用领域；2）逐步掌握各种调制与解调系统的原理；3）运用所学专业知识对几个实际系统的仿真进行分析和比较；4）分析各种调制与解调系统的信号波形和频谱。设计要求： 1）掌握SystemView系统的基本操作，并对简单通信系统进行仿真； 2）独立完成对各个系统的仿真与分析； 3）根据自己做的系统仿真分析，写出设计报告的内容。 指导教师： 范 文 2014年12月25日课 程 设 计 评 语 成绩： 指导教师：_ 年 月 日洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告目 录前言11 软件SystemView的介绍22 模拟调制系统的设计与分析42.1 常规双边带调制AM42.1.1 AM调制原理42.1.2 AM解调原理42.1.3 AM系统仿真电路图52.1.4 AM系统仿真结果分析62.2 抑制载波的双边带调制DSB62.2.1 DSB调制原理62.2.2 DSB解调原理72.2.3 DSB系统仿真电路图82.2.4 DSB系统仿真结果分析93 数字调制系统的设计与分析93.1 二进制振幅键控 2ASK93.1.1 2ASK调制解调原理93.1.2 2ASK系统仿真电路图113.1.3 2ASK系统仿真结果分析1313前言通信(Communication)就是信息的传递，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息。通信是人与人之间通过某种媒体进行的信息交流与传递，从广义上说，无论采用何种方法，使用何种媒质，只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。通信的方式：古代的烽火台、击鼓、驿站快马接力、信鸽、旗语等，现代的电信等。古代的通信对远距离来说，最快也要几天的时间，而现代通信以电信方式，如电报，电话，快信，短信，E-MAIL等，实现了即时通信。美国联邦通信法对通信的定义是:包括电信和广播电视。世贸组织(WTO)、国际电联(ITU)和中国的电信管理条例对电信的定义是：包括公共电信和广播电视。通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统；数字通信系统是利用数字信号来传递信息的。根据信道中传输的信号是否经过调制，将通信系统分为基带传输系统和带通传输系统，其中带通传输系统是对各种信号调制后传输的总称，调制方式有很多，经过调制不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响。调制方式往往决定着一个通信系统的性能。随着通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂。因此，在通信系统的设计研发过程中，通信系统的软件仿真已成为必不可少的一部分。为了使复杂的设计过程更加便捷高效，使得分析与设计所需的时间和费用降低，美国Elanix公司推出的基于PC机Windows平台的SystemView动态系统仿真软件，是一个比较流行的，优秀的仿真软件。这次课程设计仿真的通信系统有：模拟调制方式AM、 DSB调制与解调；数字调制方式2ASK、2FSK、2PSK调制与解调。1 软件SystemView的介绍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。SystemView由两个窗口组成，分别是系统设计窗口的分析窗口。系统设计窗口，包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计工作区。所有系统的设计、搭建等基本操作，都是在设计窗口内完成。分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具条、流动条、活动图形窗口和提示信息栏。提示信息栏显示分析窗口的状态信息、坐标信息和指示分析的进度；活动图形窗口显示输出的各种图形，如波形等。分析窗口是用户观察SystemView数据输出的基本工具，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。在分析窗口最为重要的是接收计算器，利用这个工具我们可以获得输出的各种数据和频域参数，并对其进行分析、处理、比较，或进一步的组合运算。例如信号的频谱图就可以很方便的在此窗口观察到。SystemView仿真系统具有许多的优点。1 能仿真大量的应用系统。能在DSP、通讯和控制系统应用中构造复杂的模拟、数字、混合和多速率系统。具有大量的可选择的库，允许用户有选择地增加通讯、逻辑、DSP和射频/模拟功能模块。特别适合于无线电话、无绳电话、调制解调器以及卫星通信系统等的设计；课进行各种系统是与/频域分析和谱分析；对射频/模拟电路进行理论分析和失真分析。2 快速方便的动态系统设计与仿真。SystemView图标库包括几百种信号源、接收端、操作符合功能块，提供从DSP、通信、信号处理、自动控制、直到构造通用数学模型等应用。信号源和接收端图标允许在SystemView内部生成和分析信号，并提供可外部处理的各种文件格式和输入/输出数据接口。3 在报告中方便地加入SystemView的结论。SystemView通过Notes(注释)很容易在屏幕上描述系统；生成的SystemView系统饿输出的波形图可以很方便地使用复制和粘贴命令插入微软word等文字处理器。4 提供基于组织结构图方式的设计。 通过利用SystemView中的图符和MetaSystem(子系统)对象的无限制分层结构功能，SystemView能很容易地建立复杂的系统。5 多速率系统和并行系统。 SystemView允许合并多种数据采样率输入的系统，以简化FIR滤波器的执行。这种特性尤其适合于同时具有低频和高频部分的痛ixnxitongd而设计于仿真，有利于提供整个系统的仿真速度，而在局部又不会降低仿真的精度。同时还可以降低对计算机硬件配置的要求。6 完备的滤波器和线性系统设计。 SystemView包含一个功能强大的、很容易使用的图形模板设计模拟和数字以及离散和连续时间系统的环境，还包含大量的FIR/IIR滤波类型和FFT类型，并提供易于用DSP实现滤波器或线性系统的参数。7 先进的信号分析和数据块处理。 SystemView提供的分析窗口是一个能够提供系统波形详细检查的交互式可视环境。分析窗口还提供一个能岁仿真生成数据进行先进的块处理操作的接受计算器。 SystemView还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查系统波形。内部数据的图形放大、缩小、滚动、谱分析、标尺以及滤波等，全部都是通过敲击鼠标器实现的。8 课扩展性。 SystemView允许用户插入自己用C/C+编写的用户代码库，插入的用户库自动集成到SystemView中，如同系统内建的库一样使用。9 完善的自我诊断功能。 SystemView能自动执行系统连接检查，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。总之，SystemView的设计者希望它成为一种强大有力的基于个人计算机的动态的通信系统仿真工具，以实现在不具备先进仪器的条件下同样也能完成复杂的通信系统设计与仿真。2 模拟调制系统的设计与分析2.1 常规双边带调制AM2.1.1 AM调制原理 标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅(AM)。假设调制信号的平均值为0，将其叠加一个直流分量后载波相乘(图3-3)，即可形成调幅信号。其时域表达式为式中：为外加的直流分量；可以是确知信号，也可以是随机信号。设计的AM调制模型如图3-3加法器 图3-3 AM调制模型2.1.2 AM解调原理 本电路采用了相干解调的方法进行解调，其组成方框图如图3-4乘法器低通滤波器图3-4相干解调法组成框图2.1.3 AM系统仿真电路图（1）在SystemView仿真软件选中所需要的器件,并根据设计思路和需求设置器件的性质和参数等.根据线性调制调制原理设计仿真电路如下所示：3-1调制解调原理设计仿真电路（3）调制通过调制和解调之后,再通过低通滤波器滤波之后的已调信号和解调信号的波形如下所示： 3-3已调信号和解调信号的波形(4) 调制后在仿真软件中可以观察其频谱,如下所示为已调信号和解调信号的频谱：3-4已调信号和解调信号的频谱2.1.4 AM系统仿真结果分析 AM调制为线性调制的一种，由图3-6可以看出，在波形上，已调信号的幅值随基带信号变化而呈正比地变化；由图3-7可以看出，在频谱结构上，它完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。用相干解调法解调出来的信号与基带信号基本一致，实现了无失真传输。从解调信号的频谱图可以看出频谱特性不是太理想，是由于在仿真中加入了高斯噪声的影响。2.2 抑制载波的双边带调制DSB2.2.1 DSB调制原理 是线性调制的一种在消息信号m(t)上不加上直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB-SC）调制信号，简称双边带（DSB）信号。DSB调制器模型如图2-1，可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘。图2-1 DSB信号调制器模型其时域表示式分别如下:SDSB(t)=m(t)cos(wct) 除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍，DSB信号的波形和频谱分别如图2-2：图2-2 DSB信号的波形与频谱2.2.2 DSB解调原理DSB因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。但由于DSB信号的包络不再与m(t)成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调。图2-3 DSB信号相干解调模型图2-3中SL(t)为本地载波，也叫相干载波，必须与发送端的载波完成同步。2.2.3 DSB系统仿真电路图（1）在SystemView仿真软件选中所需要的器件,并根据设计思路和需求设置器件的性质和参数等.根据线性调制DSB调制与解调原理设计仿真电路如下所示：（2）DSB调制通过调制和噪声干扰之后,已调信号和通过带通滤波器滤波之后的已调信号和通过低通滤波器滤波之后的解调信号的波形如下所示(3) DSB调制后在仿真软件中可以观察其频谱,通过带通滤波器滤波之后的已调信号和通过低通滤波器滤波之后的解调信号的频谱如下：2.2.4 DSB系统仿真结果分析DSB调制为线性调制的一种，由图3-10可以看出，在波形上，已调信号的幅值随基带信号变化而呈正比地变化；由图3-11可以看出，在频谱结构上，它完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。且由频普图可看出没有载波分量，从而实现发送功率的提高。用相干解调法解调出的信号与基带信号基本一致，只是在时域上有一定的延时，但也实现了无失真传输。在信道中加了噪声后，会使已调信号波形发生变化，这时在解调前必须先通过带通滤波器。3 数字调制系统的设计与分析3.1 二进制振幅键控 2ASK3.1.1 2ASK调制解调原理1、2ASK调制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