基于SystemView的2FSK的仿真与分析概要

1、9 MS 1.0乙 强口里马 6ZZ0S0TTa # 秦 ZosoTTa w E 毎工I廡 车 出9与章型胡XST乙胡M创八山92人S丄葺 目風44探 HWIB 癱牙屋詡 帛年44强屋谀 朝秦工 齟別蟹课程设计任务书 设计题目： 基于 SystemView 的 2FSK系统的仿真与分析 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）逐步熟悉各种通信系统的仿真，由简到难； 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）课设最后一天，独立按时完成老师指定的系统的仿真； 5）选择其中一个系统仿真分析，并最终作为写设计报告的内容。 设计要求：

2、 1 ）掌握 SystemView系统的基本操作，并对简单通信系统进行仿真； 2 ）运用所学知识独立完成对某一实际系统的仿真与分析； 3 ）对某一实际系统完成仿真分析并按要求完成设计报告。 指导教师： 范文 2013年 1212 月 1616 日 课程设计评语 成绩： 指导教师： _ 年 月 日第 1页 目录 前言 . 2 1 2FSK 系统原理 . 3 1.1 2FSK 调制原理 . 3 1.2 2FSK 解调原理 . 3 2 SystemView 介绍 . 5 3 2FSK 系统的设计与仿真 . 6 3.1 2FSK 键控法调制 . 6 3.2 2FSK 相干解调法 . 8 2FSK 非相

3、干解调法 . 10 4 仿真结果与分析. 12 4.1 调制信号仿真分析 . 12 4.2 相干解调仿真分析 . 13 4.3 非相干解调仿真分析 . 13 5 设计心得. 13 6 参考资料. 14洛阳理工学院课程设计报告 第2页 刖言 通信的按照传统的理解就是信息的传输，信息的传输离不开它的传输工具， 通信系统应运而生，在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的 命 脉”通信的目的是传递消息中所包含的信息。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

4、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。 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。SystemView仿真系统能仿真大量的应用系统， 能快速方便地进行动态

5、系统设 计与仿真，在本文中可以方便地加入 SystemView的结果，完备的滤波和线性设计， 先进的信号分析和数据处理，完善的自我诊断功能等。 这次课程，要求了解 SystemView的运行环境及应用领域，逐步熟悉各种通信 系统的仿真，由简到难，运用所学对几个实际系统的仿真进行分析和比较，熟悉 SystemView的运行环境，掌握 SystemView系统的基本操作，并对简单通信系统 进行仿真。这次课程设计要求掌握仿真的简单的通信系统有：模拟调制方式 AM、 DSB、SSB 调制解调，数字调制方式仿真 2ASK、2FSK、2PSK 调制解调，抽样定 理。在课设最后一天，独立按时完成老师指定的系

6、统的仿真并最终选择其中一个 系统仿真分析，最终作为写设计报告的内容。 这次我所写实验报告是基于 SystemView的 2FSK 系统的仿真与分析。 1 2FSK 系统原理 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 中，载波的频率 随二进制基带信号在 竹和 f2两点间变化，其表达式为： ACOS(3 1+ p n)当发送 “1” 时 e2FSK (t) = V 时 -ACOS ( 3 2+ 0 n)当发送0” 时 洛阳理工学院课程设计报告 第3页 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

7、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 1.1 所示。 图 1.1 数字键控法实现 2FSK 信号调制原理 这两种产生 2FSK 信号的差异在于：由调频方法产生的 2FSK 信号在相邻码元 之间的相位是连续变化的，而键控法产生的 2FSK 信号，是由电子开关在两个独 立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间得相位不一定连续。 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。另外还有鉴 频法、过零检测法、查分检测法。相干解调法是利用载波与已调信号进行相乘后 滤波输出得

8、到，在上面的 2FSK 中要两个载波，所以解调也要两个载波，分别与 已调信号相乘后利用低通，最后相加即可得到我们的滤波输出，最后判压输出得 到解调信号。非相干解调也是利用包络检波法检测得到的。过零检测法是基于 2FSK 信号的过零点数随不同频率而异， 通过检测零点数目多少，从而区分两个频 率的码元。 原理框图如下：洛阳理工学院课程设计报告 第4页 图 1.2 2FSK 非相干解调原理图 图 1.3 2FSK 相干解调原理图 由图 1.2 可知 2FSK 非相干解调就是分别对双极性码进行，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

9、后抽样判决，上面的大，则判“ 1”，下面的抽样值大，则判 “0”。图1.3 的相干解调也差不多，分别带通滤波之后进行与载波相乘，然后低 通滤波，把 2 倍频的分量滤除掉。最后得到接近直流的分量，在进行抽样判决， 若上面的值大，则判“ T,下面的大，则判“ 0”。注意若信噪比大，则不能用包 络检波法，要用相干解调法进行解调。过零检测器来解调则是先进行限幅，把正 弦波变成接方波的波形。然后微分，即可以得到跳变量，整流后把负的跳变量变 成正的然后根据零点个数可以判断出其基带信号。最后低通，滤除高频分量。判 压的零点个数原理就是把整流后的波进行脉冲展宽。下面只对 2FSK 的相干解调 和非相干解调进行

10、仿真。 2 SystemView 介绍 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、 输 输 出 图 1.4 2FSK 过零检测法原理图 洛阳理工学院课程设计报告 第5页 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。使用SystemView,我们不用关心项目的设计思想和过程，而不 用花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。我们只用鼠标点击器图标即可完成 系统的建模、设计和测试，而不用学习复杂的计算机程序编制，也不必担心程序 中

11、是否存在编程错误。 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

12、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

13、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，SystemVie

14、w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 洛阳理工学院课程设计报告 图 3.1 2FSK 键控法信号调制 第6页 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，

15、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。 System

16、View 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。 3 2FSK 系统的设计与仿真 2FSK 键控法调制 洛阳理工学院课程设计报告 第7页 表 3-1 键控法调制信号原理图参数表 图符号 库：图符名称 改变的参数设置 0 Source： Sinusoid Freq=200Hz, Amplitude=1V 1 Source： PN Seq Rate=30Hz,

17、No.Level=2,Offset=0 2 Operator： Negate 3、4 Multiplier 5 Source： Sinusoid Freq=400Hz, Amplitude=1V 6、7 Function： Half Rectifier Zero Poin t=0 8 Adder 912 Sink: Analysis 对调制信号波形仿真如下： （运行时间 0.5s,采样频率 1000Hz） 调制信号波形图 Sink9 图 3.2 2FSK 调制信号波形 半波整流后加载到高频信号 fl 上得波形（sink10） 图 3.3 调制信号经半波整流与高频信号 fl 合成波形洛阳理工学院

18、课程设计报告 第8页 经反向器并半波整流后加载到高频信号 f2 上得波形（sink11 ） 图 3.4 经反向器并半波整流后与高频信号 f2 合成波形 调制后波形（sink18） 图 3.5 调制后波形图 3.2 2FSK 相干解调法 图 3.6 2FSK 信号相干解调系统仿真图 洛阳理工学院课程设计报告 第9页 表 3-2 2FSK 信号相干解调原理图参数表 图符号 库：图符名称 改变的参数设置 13、14 Multiplier 15 Source： Sinusoid Freq=200Hz, Amplitude=1V 16 Source： Sinusoid Freq=400Hz, Ampli

19、tude=1V 17、18 Operator： Analog Lowpass Butterworth Low Cuttoff=100， No.of Poles=3 19 Operator： Negate 20 Adder 21 Operator： Sampler Sample Rate=1000Hz 22 Operator： Hold 23 Operator： Compare Select Comparison ab. True Output: 1V False Output 0V 24 Source： Step Fct Amplitude=0V 25、26 Sink: Analysis 解调

20、后的波形（Sink26） 图 3.7 解调后的输出波形 经过抽样判决后的最终波形（sink28）洛阳理工学院课程设计报告 第10页 图 3.8 经抽样判决后的输出波形 解调信号的功率谱为 2FSK 非相干解调法 9 I 图 3.9 最终调制信号的功率谱图 ZFSKfg号非相干詔调爭纸优真囹 图 3.10 2FSK 非相干解调仿真原理图 洛阳理工学院课程设计报告 第11页 表 3-3 2FSK 信号非相干解调原理图参数表 图符号 库：图符名称 改变的参数设置 27 Operator： Analog Bandpass Butterworth Low Cuttoff=50Hz， Hi Cuttoff

21、=300Hz 28 Operator： Analog Bandpass Butterworth Low Cuttoff=350Hz， Hi Cuttoff=450Hz 29、30 Function： Half Rectifier Zero Poin t=0 31、32 Operator： Analog Lowpass Butterworth Low Cuttoff=100， No.of Poles=3 33 Operator： Compare Select Comparison ab，True Output: 1V False Output 0V 非相干解调波形如下：（在调制系统中将基带信号改

22、为 Rate=50Hz,其他不变, 运行时间 0.3s，采样频率 1000Hz） 调制信号波形（Sink2） 图 3.11 输入调制信号波形 2FSK 非相干解调低通滤波输出波形（Sink34 和 Sink35） 洛阳理工学院课程设计报告 第12页 图 3.12 2FSK 非相干解调低通滤波输出波形 2FSK 非相干解调的判决输出波形（Sin k36） 图 3.13 2FSK 非相干解调的判决输出波形 4 仿真结果与分析 4.1 调制信号仿真分析 图 3.2 输入的基带信号是二进制单极性伪随机码（即 PN 序列），频率为 30Hz, 从图中可看出输入的序列为“ 101010100111010。

23、当发送的双极性基带的码元为 “ 1”时有频率 200Hz 的载波为其进行调制，调制结果如图 3.3 所示；当发送的双 极性基带的码元为“ 0”时有频率 400Hz 的载波为其进行调制，调制结果如图 3.4 所示。图 3.5 为 2FSK 调制的最终调制的结果。 在非相干解调中，在调制系统中将基带信号改为 Rate=50Hz,其他不变，运 行时间为 0.3s，采样频率 1000Hz=输入的基带信号见图 3.11。 4.2 相干解调仿真分析 从图 3.6 看出，解调原理是用同频同相得本地高频型号进行解调得到同步信 号，在洛阳理工学院课程设计报告 第13页 用低通滤波器滤除高频载波，通过反向器并通过

24、加法器相加后，得到原始 基带型号，通过抽样，保持，判决，得到准确的原始信号。 由图 3.7（sink26 ）解调出来的波形有波动，主要是滤波器滤波误差造成的， 该波形通过抽样，保持，判决后输出波形如图 3.8 所示，可见滤波器造成的误差 得到了解决最终仿真结果的准确性比较高，对照原基带信号可以知道，波形在时 间上稍有延迟，但系统的输入和输出信号基本保持一致，仿真比较成功。图 3.9 给出了最终解调信号的频谱图。 4.3 非相干解调仿真分析 由图 3.10 可知 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

25、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”。 图 3.11 为基带调制信号波形，图 3.12 为 2FSK 非相干解调低通滤波输出波形 （Sink34 和 Sink35） 。 第一个图是发送码元“ 1”对应的低通滤波输出波形 （对应 为 a） ，第二个图是发送码元“0”对应的低通滤波输出波形（对应为 b），判决（ab） 时输出判决输出波形，判决输出波形如图 3.13 所示。对照原基带信号可以知道， 波形在时间上稍有延迟，但系统的输入和输出信号基本保持一致。 5 设计心得 通过 SystemView仿真软件的学习与应用将课本上的通信原理各个系统作了 一次比较全面的仿真练习。通过此次课程设计使我对这学期所学的模拟调制：AM、 DSB、SSB的调制解调，数字调制：2ASK、2FSK、2PSK 的调制解调，抽样定理， 增量调制的原理有了更进一步的了解与掌握；使我对通信系统的模型有了系统、 全面的认识；学习并熟练掌握了 SystemView软件的使