基于Systemview的数字信号的调制与解调

1、基于Systemview的数字目录摘要3绪论3Systemview简介4数字信号的调制与解调的原理612ASK6（1）2ASK的产生6（2）2ASK解调系统：7（3）2ASK的功率谱密度7（4）2ASK信号的仿真82二进制频移键控 2FSK9（1）2FSK信号的调制信号产生原理9（2）2FSK解调系统：10（3）2FSK信号的产生仿真11（4）2FSK信号的调制与解调113二进制移相键控 2PSK13（1）2PSK信号的产生原理13（2）2PSK信号解调13（3）调制信号仿真图14（4）2PSK信号的解调154二进制差分移相键控 2DPSK16（1）2DPSK信号调制原理16（2）2DPSK信

2、号解调原理17（3）2DPSK仿真原理图175、多进制4FSK调制与解调19课程设计总结：21参考文献22谢辞22基于Systemview的数字信号的调制与解调摘要本次课程设计是根据数字信号的基带传输和频带传输的原理，通过软SystemView来完成基带传输与频带传输的仿真，利用SystemView结合基带传输与频带传输的工作原理进行数据的输入，在SystemView上得到设计的仿真图，观察仿真结果并且得出系统中的不足。现阶段，随着信息的交换日益频繁，通信技术和计算机技术的发展及它们的密切结合，通信能克服对空间和时间的限制，大量的、远距离的信息传递和存取已成为可能。展望未来，通信技术正在向数字

3、化、智能化、综合化、宽带化、个人化方向迅速发展，各种新的电信业务也应运而生，这次设计正能延伸这些业务的发展。首先，通过2ASK,2FSK,2PSK的解调与调制完成频带的传输，对比原始信号，已调信号和调解信号的运行图分析2ASK,2FSK,2PSK，2DPSK等运行结果。其次进行基带传输的仿真，将信源PN码和波形形成输出的功率谱进行比较，并观察信道输入和输出信号眼图的差别，根据运行结果和波形来分析传输系统的性能及信道对信号传输的影响。本次设计中，系统开发平台为SystemView，程序运行平台为Windows7。设计中，分别调用软件中相关解调来实现传输系统的构建。程序经过运行调试，实现了预定的设

4、计。关键词：基带传输，频带传输，SystemView5绪论如果把调制与解调过程看作广义信道的一部分，那么任何数字通信系统均可等效为数字信号基带传输系统。本次课程设计是利用SystemView仿真软件来实现信号的基带传输频带传输。用SystemView仿真软件来模拟基带传输系统。第一，要求我们通过基带传输与频带传输的原理图画出系统模型，对每个模块进行相应的参数设置，通过信号传输的前后功率谱，眼图的比较分析整个基带传输的系统性能。然后仿真带传输系统，利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，来实现数字调制，这种方法通常称为键控法，主要对载波的振幅，频率，和相位进行键控。键控主要分为：振幅键控，频

5、移键控，相移键控三种基本的数字调制方式。在SystemViem的配合下完成各个系统的结构图和调试结构图，深入了解2ASK,2FSK,2PSK等的调节原理。对比数字基带传输和频带传输，对比两种传输的异同，分析两种传输适合于在什么条件下传输。通信的任务根本是远距离传递信息，因而如何准确的传递数字信息是数字通信的一个重要组成部分。在数字传输系统中，其传输对象是二元数字信息，它可能来自计算机、电传打字机或者其他的数字设备的各种数字代码，也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号。设计数字传输系统的基本考虑的是选择一组有限的离散波形来表示数字信息。这些离散波形可以是未经调制的不同电平信号也可以是调制后的数字形

6、式。由于未经调制的电脉冲信号所占据的频带通常从直流和低频开始，因而称之为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是传输距离不远的情况下，数字基带信号是可以直接传输，我们称之为数字信号的基带传输。而在另外的一些信道中，特别是无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，我们把这种传输称之为数字信号调制传输。因此掌握数字信号的基带传输原理是十分重要的。频带传输是通过远距离通信信道多为模拟信道，例如，传统的电话（电话信道）只适用于传输音频范围（300-3400Hz）的模拟信号，不适用于直接传输频带很宽、但能量集中在低频段的数字基带信号。先将基带信号变换（调制）成

7、便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。计算机网络的远距离通信通常采用的是频带传输。基带信号与频带信号的转换是由调制技术完成。现代通信过程中的电信号可以分为两大类：模拟信号（如普通电话机输出的语音信号）和数字信号（如电传机、发报机输出的信号），以数字信号（由二进制“0”和“1”组成的数字码流）携带并传输信息的通信方式就是数字通信（DigitalCommunication）。Systemview简介Systemview的基本介绍：SystemView是一个用于现代科学与科学系统设计及仿真打动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整

8、通信系统打设计与仿真，到一般打系统数字模型建立等各个领域，SystemView在友好而功能齐全打窗口环境下，为用户提供啦一个精密的嵌入式分析工具。进入SystemView后，屏幕上首先出现该工具的系统视窗，系统视窗最上边一行为主菜单栏，包括：文件（File）、编辑（Edit）、参数优选（Preferences）、视窗观察（View）、便笺（NotePads）、连接（Connetions）、编译器（Compiler）、系统（System）、图符块（Tokens）、工具（Tools）和帮助（Help）共11项功能菜单。如下图所示。 系统视窗左侧竖排为图符库选择区。图符块（Token）是构造系统的基

9、本单元模块，相当于系统组成框图中的一个子框图，用户在屏幕上所能看到的仅仅是代表某一数学模型的图形标志（图符块），图符块的传递特性由该图符块所具有的仿真数学模型决定。创建一个仿真系统的基本操作是，按照需要调出相应的图符块，将图符块之间用带有传输方向的连线连接起来。这样一来，用户进行的系统输入完全是图形操作，不涉及语言编程问题，使用十分方便。进入系统后，在图符库选择区排列着8个图符选择按钮创建系统的首要工作就是按照系统设计方案从图符库中调用图符块，作为仿真系统的基本单元模块。可用鼠标左键双击图符库选择区内的选择按钮。 当需要对系统中各测试点或某一图符块输出进行观察时，通常应放置一个信宿（Sink）

10、图符块，一般将其设置为“Analysis”属性。Analysis块相当于示波器或频谱仪等仪器的作用，它是最常使用的分析型图符块之一。 在SystemView系统窗中完成系统创建输入操作（包括调出图符块、设置参数、连线等）后，首先应对输入系统的仿真运行参数进行设置，因为计算机只能采用数值计算方式，起始点和终止点究竟为何值？究竟需要计算多少个离散样值？这些信息必须告知计算机。假如被分析的信号是时间的函数，则从起始时间到终止时间的样值数目就与系统的采样率或者采样时间间隔有关。实际上，各类系统或电路仿真工具几乎都有这一关键的操作步骤，SystemView也不例外。如果这类参数设置不合理，仿真运行后的结

11、果往往不能令人满意，甚至根本得不到预期的结果。有时，在创建仿真系统前就需要设置系统定时参数。 时域波形是最为常用的系统仿真分析结果表达形式。进入分析窗后，单击“工具栏”内的绘制新图按钮（按钮1），可直接顺序显示出放置信宿图符块的时域波形，对于码间干扰和噪声同时存在的数字传输系统，给出系统传输性能的定量分析是非常繁杂的事请，而利用“观察眼图”这种实验手段可以非常方便地估计系统传输性能。实际观察眼图的具体实验方法是：用示波器接在系统接收滤波器输出端，调整示波器水平扫描周期Ts，使扫描周期与码元周期Tc同步（即TsnTc，n为正整数），此时示波器显示的波形就是眼图。由于传输码序列的随机性和示波器荧光

12、屏的余辉作用，使若干个码元波形相互重叠，波形酷似一个个“眼睛”，故称为“眼图”。“眼睛”挣得越大，表明判决的误码率越低，反之，误码率上升。SystemView具有“眼图”这种重要的分析功能。 当需要观察信号功率谱时，可在分析窗下单击信宿计算器图标按钮，出现“SystemView信宿计算器”对话框，单击分类设置开关按钮spectrum，完成功率谱的观察。数字信号的调制与解调的原理1 2ASK（1）2ASK的产生 2ASK的实现：模拟调制法 键控法 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

13、）。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。（2）2ASK解调系统：相干解调与非相干解调原理框图：（3）2ASK的功率谱密度由于2ASK信号时随机的功率信号，故研究他的频谱特性时，应该讨论他的功率谱密度。一个2ASK信号如下：2ASK信号有离散谱和连续谱。（4）2ASK信号的仿真仿真图如下：2A

14、SK信号的产生仿真：2ASK信号的调制与解调仿真：参数设置：信号源：10HZ，载波100HZ，定时系统采样率1000，采样数目1024，采样器20HZ仿真结果图：结果分析：从上到下依次是：输入信号，通过低通滤波器时的信号，载波信号，调制输出信号，解调输出信号。解调输出时用到了，抽样判决器，保持器。在开始时我没有用到解调输出时的保持器等，结果输出失真，因此仿真时是必不可少的组成部分。2 二进制频移键控 2FSK（1）2FSK信号的调制信号产生原理数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图： 采用键控法产生的二进制频移键控信号，即利用矩形脉冲序列控制的开关电力对两个不同的独立频率源进行选通。频移键控

15、FSK是用数字基带信号去调制载波的频率。因为数字信号的电平是离散的，所以载波频率的变化也是离散的。在实验中，二进制基带信号是用正负电平表示的，载波频率随着调制信号为1或-1而变化，其中1对应于载波频率f1，-1对应于载波频率f2。（2）2FSK解调系统：2FSK信号的解调非相干解调：2FSK信号的解调相干解调：除此之外还有其他的解调方法，比如鉴频法，差分检测法，过零检测法等。（3）2FSK信号的产生仿真上图分别为输入信号，经反相器后的信号，两种载频信号调制，调制输出信号，可以看出2FSK调制信号信号是由两种频率构成，因此频带较宽，频带利用率较低。（4）2FSK信号的调制与解调系统仿真图如下：如

16、上图所示，解调时用到低通滤波器调制输入与解调输出的对比：由下图可知：解调后的信号有点时延，这是由于仿真系统运行时造成的，也就是说系统存在时延。参数设置：载波信号：Amplitude=1 vFrequency=500 HzPhase=0 deg另一个载波信号：Amplitude=1 vFrequency=1000 HzPhase=0 deg基带信号：Amplitude=1 vOffset=0 vFrequency=50 HzPhase=0 degPulse Width=0.05 sec模拟低通滤波器：Low cuttoff=225 HzNo. Of Poles= 7相干解调需要插入两个相干载波，

17、而非相干解调不需要载波，因此包络检波时设备较简单。对于2FSK系统，大信噪比条件下使用包络检波，而小信噪比条件下使用相干解调3 二进制移相键控 2PSK（1）2PSK信号的产生原理 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。（2）2PSK信

18、号解调原理框图：（3）调制信号仿真图仿真原理图双极性不归零信号直接与载波信号相乘便可以得到2PSK信号，其中0用相位PI表示，1用相位0表示，下面的图是仿真结果，即调制信号参数设置：载波信号：Amplitude=1 vFrequency=100 HzPhase=0 deg基带信号：Amplitude=1 vOffset=0 vRate=100 HzPhase=0 deg（4）2PSK信号的解调调制与解调的原理图下面是仿真结果图原始信号与解调输出信号对比图结果分析，由对比图可知，信号的时延比较大，解调后的波形与原图基本一样，如何降低系统时延还待解决，一般是优化系统，或者是对系统进行相关调整。参数

19、设置：载波信号：Amplitude=1 vFrequency=600 HzPhase=0 deg基带信号：Amplitude=1 vOffset=0 vRate=30 HzPhase=0 deg模拟低通滤波器：Low cuttoff=225 HzNo. Of Poles= 34 二进制差分移相键控 2DPSK（1）2DPSK信号调制原理在2PSK系统中，由于本地参考载波有0，180模糊度，因而解调得到的数字信号可能极性完全相反，从而造成1和0倒置。这对于数字传输来说当然是不能允许的。克服相位模糊度对相干解调影响的最常用而又有效的办法是在调制器输入的数字基带信号中采用差分编码，即相对调相，也称为

20、二进制差分相移键控。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对相位变化传递数字信息。2DPSK信号的产生：（2）2DPSK信号解调原理（3）2DPSK仿真原理图仿真结果图原信号与解调输出信号的对比图载波信号：Amplitude=1 vFrequency=1000 HzPhase=0 deg基带信号：Amplitude=1 vOffset=0 vRate=100 HzPhase=0 deg逻辑异或：Threshold=1 vTrue Output=1 vFalse Output=-1 v模拟低通滤波器：Low cuttoff=225 HzNo. Of Poles= 3保持器：

21、Gain=1比较器：Select Comparison：ab结果分析：调制解调信号图像一致，说明该调制解调系统的准确。滤波后的信号，存在一定的波动误差。相干解调错一位，码变换错两位；相干解调错连续两位，码变换也错两位；相干解调错连续n位，码变换也错两位。5、多进制4FSK调制与解调仿真原理图：仿真结果图：原始信号与解调输出信号：分析：上图原始信号与解调输出信号的对比图可知，4FSK信号存在180度模糊问题，从整体上来看波形差不多，可以用4DPSK来解决相位模糊的问题课程设计总结： 此次课程设计的主要是实现：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK、4FSK五个通信调制解调系统的仿真： 2ASK

22、调制模拟调制法用乘法器来实现，解调为非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。此处是通过键控法来实现的。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。 2DPSK是避免0和180相位模糊性产生的调制系统。通过相对相移键控实现0干扰。相干解调器原理为信号相对变换，经过带通滤波器相乘器低通滤波器，抽样判决器，码反变换器。 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