通信原理课程设计数字调制系统的仿真.docx

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通信原理课程设计数字调制系统的仿真

目录

第1章绪论1

第2章二进制振幅键控2ASK2

2.1调制系统2

2.2调制解调系统5

2.3系统仿真结果分析8

第3章二进制频移键控2FSK9

3.1调制系统9

3.2调制解调系统11

3.3仿真结果分析16

第4章二进制移相键控2PSK17

4.1调制系统17

4.2调制解调系统18

4.3仿真结果分析22

第5章实验总结23

第6章参考文献24

第1章绪论

通信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，我们此次课题的目的就是要对调制解调的通信系统进行仿真研究。

数字信号的传输方式可以分为基带传输和带通传输。

为了使信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道特性相匹配。

在这个过程中就要用到数字调制。

在通信系统中，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，频移键控，相移键控三种基本的数字调制方式。

本次课程设计的目的是在学习以上三种调制的基础上，通过Systemview仿真软件，实现对2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK等数字调制系统的仿真，同时对以上系统有深入的了解。

Systemview是美国ELANIX公司于1995年开始推出的软件工具，它为用户提供了一个完整的动态系统设计、仿真与分析的可视化软件环境，能进行模拟、数字、数模混合系统、线性和非线性系统的分析设计，可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。

SystemView基本属于一个系统级工具平台，可进行包括数字信号处理（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析，并配置了大量图符块（Token）库，用户很容易构造出所需要的仿真系统，只要调出有关图符块并设置好参数，完成图符块间的连线后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱、星座图和各类曲线形式给出系统的仿真分析结果。

在此次课程设计之前，先学会熟练掌握Systemview的用法，在该软件的配合下完成各个系统的结构图，还有调试结果图。

Systemview对系统的分析主要分为两大块，调制系统的分析和解调系统的分析。

由于调制是解调的基础，没有调制就不可能有解调，为了表现解调系统往往需要很高的采样频率来减少滤波带来的解调失真，所以调制的已调信号通过波形模块观察起来不是很清楚，为了更好的弄清楚调制是怎么样的一个过程，在这里，我们把调制单独列出来，用较低的频率实现它，就能从单个周期上观察调制系统的运作模式，更深刻地表现调制系统的调制过程。

第2章二进制振幅键控2ASK

2.1调制系统

实验原理：

2ASK的实现

图1：

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2

系统的相关参数：

基带信号amplitu=0.5，offset=-0.5，rate=10。

图3

输入的调制信号：

图4

已调信号：

图5

2.2调制解调系统

系统相关参数：

基带信号频率=50HZ，电平=2，偏移=1，载波频率=1000HZ模拟低通频率=225HZ,极点数为3.系统运行时间为0.3S，采样频率=20000HZ。

图6

模块3为原始信号：

图7

模块8为解调后信号：

图8

模块4为已调信号：

图9

功率谱图：

Sink3输入信号

图10

Sink8输出信号：

图11

2ASK系统调制解调图对比：

图12

图13

2.3系统仿真结果分析

如图所示调制信号Sink3的图形与解调后的信号Sink8图形基本一致，在每段的起始因为信号不稳定，所以出现了微小的波动。

这与滤波器滤波误差也相关。

相干解调需要插入相干载波，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2ASK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。

第3章二进制频移键控2FSK

3.1调制系统

实验原理：

数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图：

图14

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.

系统相关参数：

基带信号：

AMPLITUDE=0.5，offset=-0.5，rate=10HZ，反相器：

THRESHOLD=0.5，载波频率=10HZ。

图15

基带信号：

图16

经反相器后的信号：

图17

已调信号一部分：

图18

已调信号另一部分：

图19

已调信号：

图20

3.2调制解调系统

2FSK信号的解调—非相干解调：

图21

2FSK信号的解调—相干解调：

图22

系统基本参数：

基带信号频率=50HZ，电平=2，偏移=0，半波整流器门限为0，sink8、sink14频率=500HZ，sink9、sink15频率=1000HZ。

模拟低通滤波器频率=225HZ，极点个数为7，运行时间=0.3S，采样频率=10000HZ。

图23

模块7为原始信号：

图24

模块19为解调后的信号

图25

模块11为调制后的信号

图26

功率谱图:

Sink7输入信号：

图27

Sink19输出信号：

图28

2FSK系统调制解调图对比：

图29

图30

3.3仿真结果分析

如图sink7、sink19分别为系统的输入和输出，输入为调制信号，输出为解调后信号，两信号基本一致，但解调信号每段的起始点有波动，主要是滤波器滤波误差造成的，这无碍仿真结果的准确性。

由于载波频率相当大，已调信号的波形观察不是很清楚，这就不如低频处理清楚，直观。

相干解调需要插入两个相干载波，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。

第4章二进制移相键控2PSK

4.1调制系统

2PSK信号的产生（数字键控法）

图31

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。

系统相关参数：

基带信号频率=10HZ，载波频率=10HZ。

将双极性不归零信号同载波相乘得到2PSK信号。

图32

信源：

（发送0的概率幅度为1，发送1的概率幅度为-1）

图33

已调信号：

图34

4.2调制解调系统

2PSK信号解调：

图35

系统基本参数：

基带信号频率=30HZ，电平=2，偏移=0，载波频率=600HZ，模拟低通滤波器频率=225，极点个数为3。

图36

模块1为调制信号：

图37

模块10为解调后的调制信号

图38

模块2为已调信号

图39

功率谱图：

Sink1输入信号：

图40

Sink10输出信号：

图41

2PSK系统调制解调图对比：

图42

图43

4.3仿真结果分析

Sink1、sink10分别为调制信号、解调信号。

它们波形整体一致，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。

同样已调信号不是很清楚，因为载波频率太高的缘故。

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。

第5章实验总结

此次课程设计的主要是实现：

2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK四个通信调制解调系统的仿真：

2ASK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。

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和2DPSK，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、2DPSK、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、2DPSK、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相干2DPSK和非相干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。

第6章参考文献

[1]樊昌信，曹丽娜编著，通信原理，国防工业出版社，2006。

[2]李东生.《SystemView系统设计及仿真入门与应用》电子工业出版社

[3]杨翠蛾.《高频电子线路实验与课程设计SystemView部分》哈尔滨工程大学出版社

[4]陈萍.《现代通信实验系统的计算机仿真》国防工业出版社

[5]罗伟雄，韩力，原东昌编著，通信原理与电路，北京理工大学出版社

[6]李哲英主编，SystemView动态系统分析与设计软件学习版中文手册，内部资料，1997。

[7]陈星，刘斌编写，SystemView通信原理实验指导，北京航空航天大学电子工程系内部讲义，1997。