SystemView通信系统仿真65199.doc

1引言随着信息的飞速发展，在当今社会，通信已经成为整个社会的高级“神经中枢”。通信技术也变得越来越重要，以致其在社会的生产和生活中起着越来与重要的作用。同时，培养新世纪的技术人才也显得格外重要。通信原理理论课程的学习使我们对通信系统有了初步的了解。实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。以基本的点对点通信为例，通信系统的组成，如图 1-1 所示。图1-1 通信系统的组成通信系统是由信源、发送设备、信道、接收设备、信宿组成。一般发送端要有调制器，接收端要有解调器，这就用到了调制与解调技术。调制可分为模拟调制和数字调制。模拟调制常用的方法有AM调制、DSB调制、SSB调制；数字调制常用的方法有2ASK调制、2FSK调制、2PSK调制及2DPSK调制等。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。本次课程设计主要对常见的模拟和数字调制解调、抽样定理、增量调制系统和数字基带传输系统进行设计与仿真分析。通过Systemview仿真软件，可以实现这些通信系统的设计与仿真，并进一步对其进行性能分析，巩固通信原理所学过的知识。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公司推出了基于PC机Windows平台的SystemView动态系统仿真软件。这款软件很好的解决了通信系统设计过程的效率较低的问题。为了更好的掌握SystemView动态仿真软件，加深对理论知识的理解，学校专门安排了一周的通信原理课程设计，目的在于：1.学习SystemView仿真软件的基本使用方法；2.利用SystemView建立简单调制解调系统的仿真模型；3.利用计算机对系统进行分析，能够更直观的了解其系统的工作流程；4.通过系统仿真加深对通信课程理论的理解。2软件SystemView的介绍2.1 Systemview简介SystemView是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真、能满足从信号处理、滤波器设计，到复杂的通信系统等要求。SystemView借助大家熟悉的Windows窗口环境，以模块化和交互式的界面，为用户提供一个嵌入式的分析引擎。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，因此，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。2SystemView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；3System View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标。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。4System View的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式，按要求设计多种滤波器，并可自动完成滤波器各指标如幅频特性（波特图）、传递函数、根轨迹图等之间的转换。5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”，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。6System View还具有与外部文件的接口，可直接获得并处理输入/输出数据。提供了与编程语言VC+或仿真工具Matlab的接口，可以很方便的调用其函数。还具备与硬件设计的接口：与Xilinx公司的软件Core Generator配套，可以将System View系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件；另外，System View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。2.2 SystemView窗口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的窗口由标题栏、菜单栏、工具栏、滚动条、提示信息栏图符库、设计窗工作区等组成，其运行主界面如图2-1。图2-1 System View 的运行主界面3模拟调制解调系统我们把信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。一般通信系统模型中的发送设备和接收设备分别为调制器、解调器所代替。模拟调制系统可分为线性调制和非线性调制，本次课程设计研究线性调制系统中常用的AM、DSB、SSB调制与解调系统的设计与仿真分析。线性调制的一般原理：载波：调制信号：式中基带信号。线性调制器的一般模型如图3-1。乘法器 图3-1线性调制系统的一般模型在该模型中，适当选择带通滤波器的冲击响应，便可以得到各种线性调制信号。线性解调器的一般模型如图3-2。 解调器带通滤波器加法器图3-2线性解调系统的一般模型式中已调信号，信道加性高斯白噪声。3.1 AM调制与解调系统3.1.1 AM调制与解调系统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，且假设也是理想带通滤波器的冲激响应，如果满足比最大值还要大时，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乘法器加法器 图3-3 AM调制模型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3.1.2 AM调制解调系统仿真设计根据AM信号的调制与解调原理，用SystemView仿真的电路图如图3-5所示：图3-5 AM调制系统的仿真图系统参数如下：基带信号频率为500Hz，电平为4V。载波频率为4000Hz，电平为1V。模拟低通滤波器的频率为1000Hz。在此设计的通信系统中，信道内加入高斯白噪声。3.1.3 AM调制解调系统仿真结果与分析由以上设计的AM调制解调系统进行仿真后，得到的基带信号、载波信号、已调信号与解调信号的形如图3-6所示：分析后得到的基带信号频谱、载波信号频谱、已调信号频谱及解调后信号频谱如图3-7所示： 图3-6 AM调制系统仿真波形图3-7频谱比较图由以上输出结果可看出，AM调制为线性调制，在波形上，已调信号的包络幅值随基带信号变化而呈正比例变化；在频谱结构包括基带分量和载频分量，并且基带信号频谱结构是在频域内的简单的线性搬移。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。3.2 DSB的调制解调3.2.1 DSB的调制解调原理在图3-3中如果输入的基带信号没有直流分量，且是理想带通滤波器，则得到的输出信号便是无载波分量的双边带信号，或称双边带抑制载波(DSB-SC)信号，简称DSB信号，其时域表示式为可见，DSB信号不能进行包络检波，需采用相干解调，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。设计的DSB调制及解调模型如图3-8：乘法器信道BPF乘法器低通滤波器 图3-8 DSB调制与解调模型3.2.2 DSB调制解调仿真设计根据以上原理用SystemView仿真的电路图如图3-9所示：图3-9 DSB调制解调的仿真图系统相关参数：基带信号频率=500Hz，电平=4V。载波频率=4000Hz， 模拟低通滤波器的频率为800Hz。在此设计的通信系统中，信道内加入的是高斯白噪声，幅值为1V。3.2.3 DSB调制解调仿真结果及分析由以上设计的DSB调制解调系统进行仿真后的波形如图3-10所示：图3-10 DSB调制仿真波形基带信号频谱、载波频谱、已调信号频谱及解调后信号频谱图如下3-11所示：图3-11 DSB调制过程中的各信号的频谱比较图由以上所得波形与频谱分析可得：DSB调制为线性调制，由图3-10可以看出，在波形上，DSB调制信号有明显的包络，且存在反相点, 占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍；由图3-11可以看出，在频谱上，DSB信号不存在载波分量，即没有离散谱，只有上下边带两部分，调制效率为100%，即全部功率都用于信息传输，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。3.3 SSB的调制解调3.3.1 SSB的调制解调原理 双边带已调信号包含有两个边带，即上、下边带。由于这两个边带包含的信息相同，因此，从信息传输的角度来看，只传输一个边带就够了，所谓单边带调制，就是只产生一个边带的调制方式。已知DSB信号为；保留上边带，波形为：保留下边带，波形为：上两式中第一项与调制信号和载波信号的乘积成正比，成为同相分量；第二项的乘积则是调制信号和载波信号分别相移/2后相乘的结果，称为正交分量。由此可以引出SSB的一种形成方法即移相法。其原理图如3-19所示。图3-12 SSB调制原理图SSB调制信号只能用相干解调方法。原理和AM的线性解调原理一样。参见原理图3-2 相干解调原理。3.3.2 SSB调制解调仿真设计根据以上原理用SystemView仿真出来的电路图如图3-13。图3-13 SSB调制系统仿真图系统的相关参数：基带信号频率为500Hz，电平为4V。载波频率为4000Hz, 电平为1V。模拟低通滤波器的频率为800Hz。3.2.3 SSB调制解调仿真结果及分析如仿真图3-14所示的基带信号时域波形：图3-14基带信号的波形经调制后的SSB波形及解调得到的上、下边带波形如图3-15所示：图3-5 SSB调制系统时域仿真波形仿真后得到的SSB信号及边带信号及基带信号的频谱如图3-16、3-17所示：图3-16 SSB调制系统频域仿真波形图3-17 基带信号频域仿真波形由以上所得波形与频谱分析可得：SSB调制是线性调制，由图3-15及3-16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；在频谱结构上，上、下边带的频谱均是基带信号频谱搬移所得。SSB调制信号与DSB调制信号的波形及频谱基本一致，与DSB相比较，SSB信号是将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的，只包含了一个边带的信号，节省了带宽资源，调制效率仍是100%，带宽利用率高。与理论相符.解调信号与原信号基本相同，实现无失真传输。3.4 三种幅度调制系统的比较假设所有系统在接收机输入端具有相等输入信号功率，加性噪声都是均值为0、双边功率谱密度为的高斯白噪声，基带信号为正弦波，带宽均为。1.抗噪声性能由以上各调制波形及解调波形可以看出，DSB调制系统抗噪声性能最好。最差的是AM调制系统。2.频带利用率SSB的带宽最窄，和基带信号的带宽一致，即其频带利用率最高，而AM和DSB调制系统的带宽都是基带信号带宽的2倍。3.特点与应用AM调制的优点是设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。AM制式主要用在中波和短波的调幅广播中。DSB调制的优点是功率利用率高，且带宽与AM相同，但接受要求同步解调，设备较复杂。应用较少，一般只用于点对点的专用通信。SSB调制的优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是发送和接受设备都很复杂。鉴于这些特点，SSB常用于频分多路复用系统中。4数字调制解调系统数字基带信号是指消息代码的电波形,它采用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。来自数据终端的原始数据信号，如计算机输出的二进制序列，电传机输出的代码，或者是来自模拟信号经数字化处理后的PCM码组等等都是数字信号。这些信号往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量，称之为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输，称之为数字基带传输。通信的根本任务是远距离传递信息，准确地传输数字信息是数字通信的一个重要环节。因此掌握数字信号的基带传输原理是十分重要的。通过SystemView提供的份额仿真环境对数字基带传输中的某些问题加以仿真、分析，能帮助我们进一步加深对这些抽样待年的理解，并增加感性认识。4.1 数字基带信号传输的条件4.1.1 基带传输系统的组成基带传输系统的组成框图如图所示。它主要由码波形变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器和抽样判决器等5个功能电路组成。噪声（t）抽样判决传输信道接收滤波器发送滤波器基带信号X(t)输出图4-1 基带传输系统模型基带传输系统的输入信号是由终端设备编码器产生的脉冲序列，为了使这种脉冲序列适合于信道的传输，一般要经过码型变换器，码型变换器把二进制脉冲序列变为双极性码（AMI码或HDB3码），有时还要进行波形变换，使信号在基带传输系统内减小码间干扰。当信号经过信道时，由于信道特性不理想及噪声的干扰，使信号受到干扰而变形。在接收端为了减小噪声的影响，首先使信号进入接收滤波器，然后再经过均衡器，校正由于信道特性（包括接收滤波器在内）不理想而产生的波形失真或码间串扰。最后在取样定时脉冲到来时，进行判决以恢复基带数字码脉冲。 4.1.2 数字基带信号传输码型的要求有利于提高系统的频带利用率；基带信号应不含直流分量，同时低频分量要尽量少，因为由于变压器的接入，使信道具有低频截止特性；考虑到码型频谱中高频分量的影响，电缆中线对间由于电磁辐射而引起的串话随频率升高而加剧，会限制信号的传输距离或传输容量；基带信号应具有足够大的定时信号供提取 ；基带信号的传输码型应具有误码检测能力；码型变换设备简单，容易实现。 4.1.3 常用的基带传输码型常见的传输码型有NRZ码、RZ码、AMI码、HDB3码及CMI码，其中最适合基带传输的码型是HDB3码。另外，AMI码也是CCITT建议采用的基带传输码型，但其缺点是当长连0过多时对定时信号提取不利。CMI码一般作为四次群的接口码型。4.2 数字信号传输的基本准则-奈奎斯特第一准则如何才能保证信号在传输时不出现或少出现码间干扰，这是关系到信号可靠传输的一个关键问题。奈奎斯特对此进行了研究，提出了不出现码间干扰的条件：当码元间隔T的数字信号在某一理想低通信道中传输时，若信号的传输速率位（fc为理想低通截止频率），各码元的间隔，则此时在码元响应最大值处将不产生码间干扰，且信道的频带利用率达到极限，为。上述条件是传输数字信号的一个重要准则，通常称为奈奎斯特第一准则。即传输数字信号所要求的信道带宽应是该信号传输速率的一半。当满足这一条件时，其它码元的拖尾振幅在对应于某一码元响应的最大值处刚好为零。实际传输中，不可能有绝对理想的基带传输系统，这样一来，不得不降低频带利用率，采用具有奇对称滚降特性的低通滤波器作为传输网络。根据推导得出结论：只要滚降低通的幅频特性以点C(fc,1/2)呈奇对称滚降，则可满足无码间干扰的条件（此时仍需满足传输速率=2fc）。滚降系数：用滚降低通作为传输网络时，实际占用的频带展宽了，则传输效率有所下降，当时，传输效率即频带利用率只有，比理想低通小了一半。4.3 二进制振幅键控（2ASK系统）4.3.1 2ASK调制解调系统图4-2 2ASK调制器原理框图在幅移键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。一种是最简单的形式是载波在 二进制调制信号1或0控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通断键控（OOK）。二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，也是最简单的。这种方法最初用于电报系统，但由于它在抗噪声的能力上较差，故在数字通信中用的不多。但二进制振幅键控常作为研究其他数字调制方式的基础。 二进制振幅键控信号的基本解调方法有两种：相干解调和非相干解调，即包络检波和同步检测。非相干解调系统设备简单，但信噪比小市，相干解调系统的性能优于相干解调系统。2ASK解调器原理框图：图4-3 2ASK解调器原理框图本次课程设计采用2ASK模拟调制法与相干解调法实现2ASK系统调制解调。4.3.2 2ASK调制解调系统仿真设计根据以上原理用SystemView仿真出来的电路图如图4-4：图4-4 2ASK的调制解调仿真图系统的相关参数：基带信号频率为50Hz，电平为4V。载波频率为50Hz, 电平为1V。模拟带通滤波器的频率为1100Hz，模拟低通滤波器的频率为50Hz。4.3.3 2ASK调制解调仿真结果及分析仿真波形如图4-5所示：图4-5 2ASK系统仿真波形由以上所得波形分析可得：如图所示调制信号的图形与解调后信号的图形基本一致，只是有点延时，如果加入高斯白噪声，经过相干解调与滤波器后实现无失真传输。4.4 二进制频移键控（2FSK系统）4.4.1 2FSK调制解调系统在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（2FSK信号）。二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。 若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1，0符号对应于载波频率f2，则二进制移频键控信号的时域表达式为：其中2FSK信号的解调相干解调：图4-6 2FSK解调器原理框图二进制FSK的调制器可以采用调频电路实现，也可以用键控法实现。解调器有相干解调和非相干解调，以下仿真的方法实现其过程。本次课程设计采用调频电路与相干解调电路实现2FSK调制解调系统。4.4.2 2FSK调制与解调系统的仿真与波形根据以上原理用SystemView仿真出来的电路图如图4-7：图4-7 2FSK的调制解调仿真图系统的相关参数：基带信号频率为50Hz，电平为4V。载波信号1的频率为100Hz，载波信号2的频率为300Hz。12号带通滤波器的频率为1Hz到150Hz，13号带通滤波器的频率为220Hz到380Hz ，16号和17号低通滤波器的频率都为50Hz。4.4.3 2FSK调制解调仿真结果及分析根据以上原理用SystemView仿真出来的电路图如图4-8与4-9：图4-8 2FSK调制系统仿真波形1图4-9 2FSK调制系统仿真波形2由以上所得波形分析可得：如图所示调制信号的图形与解调后信号的图形基本一致，只是有点延时，如果加入高斯白噪声，经过相干解调与滤波器后得到的解调信号与基带信号也基本一致，实现无失真传输。4.5 二进制相移键控（2PSK系统）4.5.1 2PSK调制解调系统2PSK信号的产生（数字键控法）图4-10 2PSK调制器原理框图实验原理二进制相移键控中，载波的振幅和频率都是不变的，只有载波的相位随基带脉冲的变化而取相应的离散值。通常用相位0和180来分别表示1或0这种PSK波形在抗噪声性能方面比ASK和FSK都好，而且频带利用率也高，所以在中高速数传中得到广泛的应用。这种以载波的不同相位去直接表示相应的数字信息的相位键控通常被称为绝对移相方式。调制部分：将信号源产生的双极性不归零信号直接同正弦载波相乘便可以得到2PSK调制信号。2PSK信号解调：图4-11 2PSK解调器原理框图4.5.2 2PSK调制解调系统仿真设计根据以上原理用SystemView仿真出来的电路图如图4-12：图4-12 2PSK的调制解调仿真图系统的相关参数：基带信号频率为50Hz，电平为4V。载波信号频率为100Hz，电平为1V。8号带通滤波器的频率为,1Hz到100Hz，9号低通滤波器的频率为100Hz。4.5.3 2PSK调制解调仿真结果及分析根据以上原理用SystemView仿真出来的电路图如图4-13：图4-13 2PSK调制系统仿真波形由以上所得波形分析可得：调制信号与解调信号波形整体一致，但是每段的起点处存在一定的波动误差，造成的主要原因是调制系统的误差。仿真结果准确。只是有点延时，加入高斯白噪声后，经过相干解调与滤波器后得到的解调信号与基带信号也基本一致，实现无失真传输。4.6 三种数字键控调制系统的比较2ASK调制模拟调制法用乘法器来实现，解调为相干解调信号经过带通滤波器，相乘器，低通滤波器，抽样判决器，然后输出。2FSK是使得载波频率在二进制基带信号f1和f2两个频率点间变化，可以看成是两个不同载波频率的2ASK信号的叠加。此处是通过调频电路法来实现的。解调是通过两个带通滤波器与相乘器相乘，在经过低通滤波器，然后抽样判决输出。2PSK是利用载波相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变，用绝对相移方式即以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号，此处通过模拟调制的方法调制。解调则是让信号经过带通滤波器，然后相乘器与载波相乘，最后是带通滤波器和抽样判决输出。对同一调制方式，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率。若采用相同的解调方式，在误码率相同的情况下，所需要的信噪比2ASK比2FSK高3DB，2FSK比2PSK高3DB,由此，在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。对调制和调制方式的选择要作全面考虑，如果抗噪声性能是最主要的，则应考虑相干2PSK，而2ASK最不可取；如果要求较高的频带利用率，则应选择相干2PSK、2ASK，而2FSK最不可取；如果要求较高的功率利用率，则应选择相干2PSK、2ASK最不可取；若传输信道是随参信道，则2FSK具有更好的适应能力。目前用得最多的数字调制方式是非相干2FSK。相干2DPSK主要用于高速数据传输，而非相干2FSK则用于中、低速数据传输中，特别是在衰落信道中传输数据时，它证明了自己的广泛的应用。5 抽样定理与增量调制系统5.1抽样定理抽样定理是模拟信号数字化的理论基础，它告诉我们：如果对某一带宽的有限时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样率达到一定数值时，根据这些抽样值可以在接收端准确地恢复原信号，也就是说，要传输模拟信号不一定传输模拟信号本身，只需要传输按抽样定理得到的抽样值就可以了。根据要进行抽样的信号形式的不同，抽样定理可分为低通信号的抽样定理和带通信号的抽样定理。本次课程设计主要介绍低通信号的抽样定理。低通信号的抽样定理：由均匀抽样定理可知，对一个带限在内的时间连续信号，如果以的时间间隔对其进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。即抽样速率大于等于信号带宽的两倍就可保证不会产生信号的混迭。是抽样的最大间隔，也称为奈奎斯特间隔。5.1.1信号的采样与恢复仿真原理如图4-1所示，是低通信号采样与恢复的原理图。图5-1信号的采样与恢复原理图信号源信号处理器抽样定理低通滤波器恢复信号相乘器5.1.2 信号的采样与恢复仿真电路根据图4-1所示的原理图，对应的SystemView如图4-2所示：图5-2验证抽样定理的仿真图系统的相关参数：调制信号幅值为4V，原始信号频率为500Hz。抽样信号幅值为1V，抽样频率为5000Hz。5.1.3 信号的采样与恢复仿真波形根据以上原理用SystemView仿真出来的电路图如图5-3：图5-3 验证抽样定理的仿真波形图由以上所得波形分析可得：理论上，理想的抽样频率为2倍的奈奎斯特带宽时，及采样频率大于奈奎斯特频率，所恢复信号与原信号基本一致。本系统的采样频率远远大于基带信号的频率，所以经抽样后的图形与理论值相符，经恢复后的波形与原波形大致一样，有稍微的延时，几乎符合理论值。实际工程应用中，带限信号绝不会严格限带，且实际滤波器特性并不理想，通常抽样频率为最高频率的57倍以避免失真。5.2增量调制系统增量调制是一种特殊的脉码调制，增量调制简称M或增量脉码调制方式（DM）,是一种把信号上一采样的样值作为预测值的单纯预测编码方式。它不是对信号本身进行采样、量化和编码，而是对信号相隔一定重复周期的瞬时值的增量进行采样、量化和编码。现在已有多种增量调制方法，其中最简单的一种，是在每一采样瞬间当增量值超过某一规定值时发正脉冲，小于规定值时发负脉冲。这样每个码组只有一个脉冲，故为二进制一位编码，每个码组不是表示信号的幅度，而是表示幅度的增量。5.2.1增量调制原理假设一个模拟信号可以用一时间间隔为，幅度差为的阶梯波形去逼近它，如图6-1所示。只要足够小，即抽样频率足够高，且足够小，则可以当近似于。在这里把称作量化阶，称为抽样间隔。图5-5 增量调制原理图译码有两种情况，一种是收到“1”码上升一个量化阶(跳变)，收到“0”码下降一个量化阶(跳变)，这样就可以把二进制代码经过译码变成这样的阶梯波。另一种是收到“1”码后产生一个正斜变电压，在 时间内上升一个量化阶，收到一个“0”码产生一个负的斜变电压，在 时间内均匀下降一个量化阶。这样，二进制码经过译码后变为如这样的锯齿波。考虑电路上实现的简易程度，一般都采用后一种方法。这种方法可用一个简单RC积分电路把二进制码变为波形。译码器的输出再经过低通滤波器滤去高频量化噪声后恢复原信号，只要抽样频率足够高，量化阶距大小适当，接收端恢复信号与原信号非常接近，量化噪声很小。当信号频率过高，或者说信号斜率陡变时，会出现本地译码器信号跟不上信号变化的现象，称为“过载”。其原理图如图5-4所示。图5-6 增量调制原理电路5.2.2 增量调制仿真模型根据增量调制的原理，可通过SystemView设计出如下电路图：图5-7 增量调制的仿真图系统的相关参数：调制信号幅值为4V，原始信号频率为500Hz。低通滤波器的频率为500Hz。当比较器输入信号幅值大于或等于反馈信号时输出1V，否则输出-1V。5.2.3 增量调制的仿真结果及分析增量调制信号波形如图5-8所示：图5-8 增量调制电路波形由以上所得波形分析我们可以得出：增量调制要求的抽样频率达到几十kb/s以上，且在接收端阶梯电压如果通过一个理想的低通滤波器平滑后，就可以得到十分接近编码器原输入的模拟信号。系统仿真所得基带信号与解调信号波形基本相同。增量调制系统的缺点是当增量调制器的输入信号斜率超过阶梯波的最大可能斜率值时，将发生过载量化噪声。所以，为了避免发生过载量化噪声，必须使量化台阶和抽样频率的乘积足够大，使信号的斜率不会超过这个值。6总结通过此次课程设计，从初识到应用SystemView仿真软件获益匪浅，与此同时也使我对通信原理系统的组成以及不同的通信系统有不同的应用有了更深刻的了解。通过这次的通信原理课设，加深了我对通信原理理论知识的理解，不单单是从课本上去记忆，而是通过实践来验证结论的正确性，并锻炼了实践动手能力。从理论到实践，学到很多很多的的东西，同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过结合课本上的原理，利用仿真软件，使得结论都一一从SystemView仿真出来的相应通信系统中得到印证。例如：1.从传输带宽的角度讲，AM调制和DSB调制是信号带宽的2倍，而SSB调制仅是AM调制和DSB调制系统带宽的一半，有效地节省了带宽；从信噪比改善的角度讲，DSB调制系统优于SSB调制系统优于AM调制系统；从设备复杂性的角度讲，AM调制系统最复杂，SSB调制系统最简单。2.如果抗噪声性能是最主要的，则应考虑相干2PSK，而2ASK最不可取；如果要求较高的频带利用率，则应选择相干2PSK、2ASK，而2FSK最不可取；如果要求较高的功率利用率，则应选择相干2PSK、2ASK最不可取；若传输信道是随参信道，则2FSK具有更好的适应能力。3.利用SystemView仿真连续信号的采样与恢复系统，使得抽象的抽样定理变得直观具体，更加便于我们理解模拟信号转换为数字信号及其恢复的过程。通过改变抽样频率，可以验证不产生信号混迭的条件，即抽样频率虚大于或等于2倍的。同样的，利用SystemView仿真增量调制解调电路，也验证了相关结论。特别是在设计双FM电路时遇到的困难很多，经过多方面的查找资料，更离不开老师的帮助才完成。在设计的过程中遇到问题，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我会在以后的学习中充实自己,争取把知识掌握牢固,并灵活运用。总之，经过这一个星期的课程设计，我对通信原理的基础知识有了更深刻的了解，理论结合实际的实习机会使我受益匪浅。另外，非常感谢学校和老师能给予我们这样一个难得实习机会，还要感谢老师和同学在实习过程中给予我的细心的帮助，使得我能够顺利完成此次课程设计。参考文献1 樊昌信,曹丽娜. 通信原理M. 国防工业出版社,2001 2 周炯槃. 通信原理(合订本)M . 北京邮电大学出版社,20053 卫兵. SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计M. 西安电子科技大学出版社,20014 青松. 数字通信系统的SystemView仿真与分析M. 北京航空航天大学出版社,20015 陈萍. 现代通信实验系统的计算机仿真M. 国防工业出版社,20046 罗伟雄,韩力,原东昌. 通信原理与电路M. 北京理工大学出版社,2006目 录1引言12软件SystemView的介绍22.1 Systemview简介22.2 SystemView窗口33模拟调制解调系统43.1 AM调制与解调系统43.1.1 AM调制与解调系统43.1.2 AM调制解调系统仿真设计53.1.3 AM调制解调系统仿真结果与分析63.2 DSB的调制解调73.2.1 DSB的调制解调原理73.2.2 DSB调制解调仿真设计83.2.3 DSB调制解调仿真结果及分析83.3 SSB的调制解调103.3.1 SSB的调制解调原理103.3.2 SSB调制解调仿真设计113.2.3 SSB调制解调仿真结果及分析113.4 三种幅度调制系统的比较134数字调制解调系统144.1 数字基带信号传输的条件144.1.1 基带传输系统的组成144.1.2 数字基带信号传输码型的要求144.1.3 常用的基带传输码型154.2 数字信号传输的基本准则-奈奎斯特第一准则154.3 二进制振幅键控（2ASK系统）154.3.1 2ASK调制解调系统154.3.2 2ASK调制解调系统仿真设计164.3.3 2ASK调制解调仿真结果及分析174.4 二进制频移键控（2FSK系统）174.4.1 2FSK调制解调系统174.4.2 2FSK调制与解调系统的仿真与波形184.4.3 2FSK调制解调仿真结果及分析194.5 二进制相移键控（2PSK系统）204.5.1 2PSK调制解调系统204.5.2 2PSK调制解调系统仿真设计204.5.3 2PSK调制解调仿真结果及分析214.6 三种数字键控调制系统的比较225 抽样定理与增量调制系统235.1抽样定理235.1.1信号的采样与恢复仿真原理235.1.2 信号的采样与恢复仿真电路235.1.3 信号的采样与恢复仿真波形245.2增量调制系统245.2.1增量调制原理255.2.2 增量调制仿真模型265.2.3 增量调制的仿真结果及分析266总结28参考文献29袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁