洛阳理工通信系统原理课程设计报告.doc

1、洛阳理工学院课程设计报告课程名称通信系统原理课程设计_设计题目 AM、DSB、2ASK、2FSK、2PSK的调制与解调专业通信工程_班级B120509学号B12050923姓名徐国旗完成日期2014年 12月 28日课程设计任务书设计题目：AM、DSB、2ASK、2FSK、2PSK的调制与解调设计内容与要求：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

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 .1一、软件 SystemView 的介绍 .2二、模拟调制系统的设计与分析 .32.1常规双边带调制 AM.32.1.1AM 调制解调原理 .32.1.3AM 系统仿真电路图 .42.1.4AM 系统仿真结果分析 .52.2抑制载波的双边带调制 DSB.52.2.1DSB 调制解调原理 .52.2.3DSB 系统仿真电路图 .72.2.4DSB 系统仿真结果分析 .8三、数字调制系统的设计与分析

3、 .83.1二进制振幅键控 2ASK.83.1.12ASK 调制解调原理 .83.1.22ASK 系统仿真电路图 .103.1.32ASK 系统仿真结果分析 .123.2二进制频移键控 2FSK.123.2.12FSK调制解调原理 .123.2.22FSK系统仿真电路图 .133.2.32FSK系统仿真结果分析 .143.3二进制相移键控 2PSK.143.3.12PSK 调制解调原理 .143.3.22PSK 系统仿真电路图 .153.3.32ASK 系统仿真结果分析 .16四、心得体会 .16五、参考文献 .17I洛阳理工学院课程设计报告前言通信 (Communication)就是信息的传

4、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

5、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

6、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洛阳理工学院课程设计报告一、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

7、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)、Matla

8、b 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 CodeComposerStudio 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 /

9、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，

10、 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2洛阳理工学院课程设计报告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。2 快速方便的动态系统设计与仿真。3 在报告中方便地加入 SystemView 的结论。4 提供基于组织结构图方式的设计。5 多速率系统和并行系统。6 完备的滤波器和线性系统设计。7 先进的信号分析和数据块处理。8 课扩展性。9 完善的自我诊断功能。总之，

11、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。二、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 调制解调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 m t 的平均值为 0，将其叠加一个直流分量 A0 后载波相乘 (图 1)，即可形成调幅信号。其时域表达为SAMA0m tcosctA0 cosctm t cosct式中： A0 为外加的直流分量；m t 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加法器乘法器m t

12、SAM tA0cos ct图 1 AM 调制模型AM 解调原理3洛阳理工学院课程设计报告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2sm tm t乘法器低通滤波s t图 2 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 AM调制原理设计仿真电路如下所示：图 3 调制解调原理仿真电路（3）AM 调制通过调制和解调之后,已调信号和解调信号的波形如下所示：4洛阳理工学院课程设计报告图 4 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：图

13、5 AM 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4 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5 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调制解调原理5洛阳理工学院课程设计报告1.DSB调制原理DSB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

14、制信号，简称双边带（DSB）信号。 DSB 调制器模型如图 6，可见 DSB 信号实质上就是基带信号与载波直接相乘。图 6 DSB 信号调制器模型其时域表示式分别如下 :SDSB (t)=m(t)cos(wct)DSB 信号的波形和频谱分别如图7图 7 DSB 信号的波形与频谱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 8 DSB 信号相干解调模型6洛阳理工学院课程设计报告图 8 中 SL(t)为本地载波，也叫相干载波，必须与发送端的载波

15、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 ,画出 DSB调制与解调原理设计仿真电路如下所示：图 9 DSB 调制与解调原理（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图 10 DSB 已调信号（加噪声） 、滤波后和解调信号波形(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：7洛阳理工学院课程设计报告图 11 滤波后的已调信号和解调信号的频谱图2.2.4 DSB 系统仿

16、真结果分析DSB 调制为线性调制的一种， 由图 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 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，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。三、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

17、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：A cost , 以概率 P发送“ 1”时eOOK (t)c0, 以概率 1P发送“ 0 时典型波形如图 12 所示：8洛阳理工学院课程设计报告图 12 通 断键控（ OOK）波形2ASK 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 13。e(t)2 ASK基带信号乘法器cos c tcosct图 13 2ASK 信号的产生方法与 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 ：abcd带

18、通全波低通抽样滤波器整流器滤波器判决器输出e2 ASK (t )定时脉冲9洛阳理工学院课程设计报告e2 ASK带通相乘器低通抽样滤波器滤波器判决器输出cos c t图 14 2ASK 两种解调框图3.1.2 2ASK 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，2ASK 调制与解调原理设计仿真电路如下所示：图 15 2ASK 调制与解调仿真图（2）2ASK 调制通过调制和噪声干扰之后,各个过程的波形如下所示数字基带信号和带通信号波形相干解调波形非相干解调波形图 16 基带信号和已调信号波形10洛阳理工学院课程设计报告图 1

19、7 相干解调、非相干解调过程波形(3)调制后在仿真软件中可以观察其频谱，如下所示：图 18 已调信号、相干解调、非相干解调频谱11洛阳理工学院课程设计报告3.1.3 2ASK 系统仿真结果分析2ASK 调制方式的设备简单，频带利用率较高，但抗噪声性能差，并对信道特性变化敏感，不易使抽样判决器工作在最佳判决门限状态。采用相干解调法对2ASK 信号进行解调，它的抗噪声性能要优于包络检波法，但在大信噪比的情况下，两者性能相差不大。而且相干解调不存在门限效应。3.2 二进制频移键控2FSK3.2.1 2FSK调制解调原理1、 2FSK 调制原理频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在 2FSK

20、中，载波的频率随二进制基带信号在 f1 和 f2 两点间变化，其表达式为：Acos（1 + n）当发送“1”时e2FSK（t）=Acos（ 2+n）当发送“ 0”时2FSK 信号产生的方式主要有两种方法：一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用数字键控来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在一个码元 Ts 期间输出 f1 或 f2 两个载波之一，如图 19 所示。图 19数字键控法实现2FSK信号调制原理2、2FSK 解调原理常用的 2FSK 解调方法有两种，即相干解调法和非相干解调法。此次采用非相干解调法，如下图所示：相干解调也是利用

21、包络检波法检测得到的。原理框图如下：12洛阳理工学院课程设计报告图 20 2FSK 非相干解调原理图3.2.2 2FSK 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画出 2FSK调制与解调原理设计仿真电路如下所示：图 21 2FSK 键控调制与包络检波解调（2）2FSK 调制通过调制和解调之后,各个过程的波形如下所示图 22 2FSK 已调信号波形13洛阳理工学院课程设计报告图 23 包络检波解调两路过程波形（3）经过解调后的频谱如下：图 24 已调信号、经带通滤波器后、解调信号的波形3.2.3 2FSK 系统仿真结果分析2FSK非相干解调就是分别对单极性码进行调频，再对调制后的已调信号分别进行带通滤波，滤波完进行包络检波，包络检波器与一个整流器和低通滤波器是等价的。然后抽样判决，上面的大，则判“1”，下面的抽样值大，则判“0”。在判决时会有延迟。3.3 二进制相移键控2PSK3