罗荣+2ASK数字信号载波传输系统的设计与仿真

题目题目 2ASK 数字信号载波传输系统的设计与仿真 班级班级 10 电子 1 班 学号学号 201010330105 姓名姓名 罗荣 时间时间 2012 10 29 2012 11 08 景德镇陶瓷学院 2 目录目录 通信原理课程设计任务书通信原理课程设计任务书 3 3 一 序言一 序言 4 4 二 二 2ASK2ASK 的基本原理的基本原理 4 4 三三 systemviewsystemview 的介绍的介绍 5 5 四 利用四 利用 systemviewsystemview 实现系统仿真实现系统仿真 6 6 五 系统分析五 系统分析 12 12 六 设计小结六 设计小结 14 14 七七 参考文献参考文献 15 15 3 通信原理课程设计通信原理课程设计 任务书任务书 姓名罗荣 班级 电子 1 班 指导老师 金光浪 设计课题 设计课题 2ASK 数字信号载波传输系统的设计与仿真数字信号载波传输系统的设计与仿真 设 计 任 务 与 要 求 设计任务与要求 设计任务与要求 一 一 基本要求 基本要求 1 设计一个 2ASK 数字信号载波传输系统 画出该系统的组成框图 说明工作 原理 2 说明通信仿真的意义 学会利用常用通信仿真软件仿真通信系统 3 给出系统的仿真图与仿真波形 并进行简单的波形与图形分析 4 编写课程设计说明书 要求字数不少于 5000 字 二 二 发挥部分 发挥部分 1 利用信道加扰法分析系统的抗噪性能 2 给出相应系统的整体或部分电路 设 计 步 骤 1 调研并查阅相关的资料 2 熟悉仿真软件的基本使用 3 设计 2ASK 数字信号载波传输系统的总体框图 并调整好系统各参数 4 根据系统框图设计仿真图并进行仿真 5 调整系统参数 观察仿真图形的变化 分析系统的性能 6 撰写设计说明书 字数不得少于 5000 字 7 列出设计时的参考文献 参 考 文 献 现代通信原理 曹志刚编著 清华大学出版社 通信原理 课程设计指导书 金光浪主编 景德镇陶瓷学院 Systemview 动态系统分析及通信系统仿真设计 罗卫兵等编著 西安电子科技大学出版社 Systemview 系统设计及仿真入门与应用 李东生等编著 电子工业出版社 数字通信系统的 Systemview 仿真与分析 青松等编著 北京航空航天大学出版社 Matlab 通信仿真及应用实例详解 邓华等编著 人民邮电出版社 现代通信系统分析与仿真 Matlab 通信工具箱 李新建等编著 西安电子科技大学出版社 4 一 序言一 序言 二进制数字振幅键控是一种最基本的调制方式 也是各种数字调制的基础 振幅键控 也称幅移键控 记作 ASK Amplitude Shift Keying 二进制数字振 幅键控通常记作 2 ASK 对于振幅键控这样的线性调制来说 在二进制里 2 ASK 是利用代表数字信息 0 或 1 的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波 使 载波时断时续地输出 有载波输出时表示发送 1 无载波输出时表示发送 0 幅移键控法 ASK 的载波幅度是随着调制信号而变化的 其最简单的形式 是载波数字形式的调制信号在控制下通断 载波在数字信号 1 或 0 的控制下通 或断 在信号为 l 的状态载波接通 此时传输信道上有载波出现 在信号为 0 的状态下 载波被关断 此时传输信道上无载波传送 调制后的信号的频带宽 度为二进制基带信号宽度的两倍 所以把这种调制称为二进制振幅键控信号 2ASK 二 二 2ASK2ASK 的基本原理的基本原理 将原始的数字基带信号 经过频谱搬移 变换为适合在频带上传输的频带 信号 传输这个信号的系统就称为频带传输系统 在频带传输系统中 根据数 字信号对载波不同参数的控制 形成不同的频带调制方法 幅移键控法 ASK 的 载波幅度是随着调制信号而变化的 其最简单的形式是 载波数字形式的调制 信号在控制下通断 此时又可称作开关键控法 OOK 本设计中选择正弦波作为 载波 用一个二进制基带信号对载波信号的振幅进行调制 载波在数字信号 1 或 0 的控制下通或断 在信号为 l 的状态载波接通 此时传输信道上有载波出 现 在信号为 0 的状态下 载波被关断 此时传输信道上无载波传送 调制后 的信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍 振幅键控是利用载波的幅度 变化来传递数字信号 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 2ASK 信号的产生方法我们用数字键控法 相应的调制器如图 1 1 所示 图 a 就是一般的模拟幅度调制的方法 在这里我们利用 systemview 软件来实 现仿真 调制信号 噪音信号 信道传输 解调信号 基带信号输入基带信号输出 5 三 三 systemviewsystemview 的介绍的介绍 SystemView 是由 Elanix 公司发起的 ELANIX 公司创建于 1991 年 主要从 事高级的硬件和软件信号处理与通信系统的设计和开发 ELANIX 公司位于 CALIFORNIA 州 公司总裁和创建人 PATRICK J READY 博士拥有先进的信号处理 器的美国和国际专利权 是一位信号处理和通信方面的改革者 ELANIX 公司的 技术力量雄厚 其设计工作可以依据使用的处理器及其环境的状况 使用 DSP MP S ASIC VLSI 神经网络和其他当前领先的技术 包括所有的用于商业和 军用的信号处理在内 公司在理论分析 软件开发 仿真与测试 硬件设计和微处 理器等方面有广泛的经验 Systemview 是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 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对仿真生成数据进行先进的块 处理操作的接收计算器 接收计算器块处理功能十分强大 内容也相当广泛 完全满足通常所需的分析要求 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 全都是通过敲击鼠标器实现的 使用 Systemview 进行系统仿真 一般要经过以下几个步骤 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 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 6 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 四 利用四 利用 SystemViewSystemView 实现系统仿真实现系统仿真 1 1 利用利用 SystemViewSystemView 软件设计出总体电路图 软件设计出总体电路图 2 2 各个电路原件参数设置及其波形分析 各个电路原件参数设置及其波形分析 a 产生基带信号的信号发生器 Token0 各项参数设置如下 7 基带输入信号 b 载波正弦信号发生器 Token9 的各项参数设置如下 8 载波信号 c 经过乘法器 Token1 产生的调制信号 调制信号 9 d 噪声信号发生器 Token7 的各项参数设置如下 加载的噪音信号 e 载波正弦信号发生器 Token13 各项参数设置如下 10 载波信号 f 解调信号 g 包络检波器的各项参数设置如下 11 包络信号 h 逻辑判断器 Token10 的各项参数设置如下 12 最终输出信号 13 五 系统分析五 系统分析 2ASK 数字信号载波传输系统大致可以分为两部分 第一部分是信号的调制 第二部分是信号的传输 第三部分是信号的解调 1 1 信号的调制 信号的调制 调制就是对信号源的信息进行处理 使其变为适合于信道传输的形式的过 程 一般来说 信号源的信息 也称为信源 含有直流分量和频率较低的频率 分量 称为基带信号 基带信号往往不能作为传输信号 因此必须把基带信号 转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输 这个信号 叫做已调信号 而基带信号叫做调制信号 调制是通过改变高频载波即消息的 载体信号的幅度 相位或者频率 使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现 的 而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者 也称为信宿 处理和理解的过程 调制在通信系统中有十分重要的作用 通过调制 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传播 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 制方式往往决定了一个通信系统的性能 信号调制是将要传送的信息装载到某一高频 载波 信号上去的过程 幅度 调制是用调制信号去控制载波的振幅 使其随调制信号线性变化 而保持载波的 频率不变 在幅度调制中 根据已调信号的频谱分量不同 分为普通调幅 标准调 幅 AM 抑制载波的双边带调幅 DSB 抑制载波的单边带调幅 SSB 等 它们 的主要区别是产生的方法和频谱结构不同 普通调幅 AM 的载波不含信息却占 用了大部的信号能量 从而造成白白的浪费 抑制载波调幅 DSB SSB 只发送边 带信号 效率明显提高 但是在解调时需要恢复被抑制的载波 在本次设计中 我是利用一下电路图来实现对信号的调制的 基带信号输入 经过正弦信号相乘 就形成了调制信号 14 2 2 信号的传输信号的传输 信号的频带传输是将基带信号经高频载波调制后进行传输的一种方式 数 字调制的目的和模拟信号的调制目的相类似 将信号频谱搬移到需要的频率范 围 以便和信道的传输特性匹配 同时它还可以改变信号的带宽 改善系统的 抗噪声性能 数字调制与模拟调制的差别是调制信号为数字基带信号 用基带 数字信号去控制载波参量的取值 即所谓键控的方法 控制载波信号的发与不 发 载波取 f1 还是 f2 取载波的 0 相位还是 相位 于是形成振幅键控 ASK 频移键控 FSK 相移键控 PSK 三种基本方式 其中频率键控是利用载波的不 同频率代表不同的数字信号来进行信息传输的 它的实现方法有两种 频率键 控法和直接调频法 数字调频信号的解调 考虑到简单容易实现的实际效果 一般采用非相干解调法 例如包络检测法 本次设计中我利用一下电路图实现信号的传输仿真 为了增加信号传输的真实性 我特意加载了噪音信号实现模拟仿真 3 3 信号的解调信号的解调 解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程 在各种信息传输或处理 系统中 发送端用所欲传送的消息对载波进行调制 产生携带这一消息的信号 接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用 这就是解调 解调是解调的逆过 程 调制方式不同 解调方法也不一样 与调制的分类相对应 解调可分为正 弦波解调 有时也称为连续波解调 和脉冲波解调 正弦波解调还可再分为幅 度解调 频率解调和相位解调 此外还有一些变种如单边带信号解调 残留边 带信号解调等 同样 脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调 脉冲相位解调 脉 冲宽度解调和脉冲编码解调等 对于多重调制需要配以多重解调 从带有消息的调角波中恢复消息的过程 与频率调制相逆的称为频率解调 与相位调制相逆的称为相位解调 当输入信号的瞬时频率 fi 正好为 f0 载波频 15 率 即 fi f0 时 鉴频器输出为零 当 fi f0 时 鉴频器输出为正 fi f0 时则 为负 传统的方法是把调频波变为调幅 调频波 然后用检波器来解调 为了防 止调频信号的寄生调幅在解调过程中产生干扰 可在鉴频之前对信号进行限幅 使其幅度保持恒定 相位解调需要有一个作为参考相位的相干信号 所以相位 解调属于相干解调 本次设计中 我利用一下电路图实现信号的解调仿真 其中 Token4 是包络检波器实现包络检波 六 设计小结六 设计小结 这次的通信原理课程设计实验周让我受益匪浅 我们以 通信原理 为基 础 拓展学习了通信系统的设计和 systemview 软件的仿真