基于systemview的2ASK系统仿真.doc

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通信电子线路实验与设计报告

JIANGSUTEACHERSUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

通信原理课程设计报告

课程设计题目：

基于systemview的2ASK系统仿真

班级：

学号：

姓名：

指导教师姓名：

钱志文任艳玲

设计地点：

目录

序言…………………………………………………………………………2

第一章systemview软件简介………………………………………3

第二章工作原理……………………………………………………5

第三章2ASK系统仿真设计及分析………………………………………7

3.1 仿真参数设置 ……………………………………………………7

3.2 2ASK调制系统 ……………………………………………………7

3.3 2ASK解调系统 ……………………………………………………11

参考文件…………………………………………………………………15

体会与建议………………………………………………………………16

附录…………………………………………………………………17

序言

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。

SystemView的库资源十分丰富，主要包括：

含若干图符库的主库（MainLibrary）、通信库（CommunicationsLibrary）、信号处理库（DSPLibrary）、逻辑库（LogicLibrary）、射频/模拟库（RFAnalogLibrary）和用户代码库（UserCodeLibrary）。

第一章systemview软件简介

Systemview是ElANIX公司推出的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。

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。

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）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。

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Ts＝nTc，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。

第二章工作原理

2ASK调制与解调基本原理及其分析 

1.振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息的，而其频率和初始相位宝石不限，在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制的信息“0”和“1” 。

其表达式为：

2ASK信号时间波形e（t）随二进制基带信号是s（t）的通断的变化，如下图g（t）、s（t）、e（t）如下图

图2-12ASK信号时间波形

2.2ASK信号的产生方法（调制方法）有两种:

相乘法；另一种是键控法。

本实验使用的是相乘法，调制原理图如下：

图2-2模拟相乘法

3.二进制振幅基本解调有两种方法：

相干解调和非相干解调。

相干解调也叫同步检测法，分相干解调通常用包络检波法。

其各有优点，在信噪比小时，包络检波发具有优势，因为其检波设备简单，性价比高，而在信噪比相对较大时，相干解调具有优势，因为这种解调方法导致最终的误码率低。

2ASK信号的接收系统组成方框图如下：

图2-3非相干解调方式

图2-4相干解调方式

图2.3中的2ASK非相干解调（即2ASK的包络检波）也是将调制信号进行全波整流器进行整流，然后低通滤波，就可以得到不平滑的输出波形，再抽样判决，最终得出我们需要的原始基带信号。

需要注意的是，判决电平要设置准确，不然会导致判决有误码现象。

观察图2.4中的2ASK相干解调原理，二进制基带信号与载波相乘后变成2ASK调制信号，其中“1”出现的地方有正弦载波波形，其余都为0，在加入噪声后基本一样，只是在调制信号的幅度不一样，若噪声较大，则不能用非相干解调，相干解调是包含噪声的调制波，为了使后面的抽样判决更准确，应该在接收之前通过一个带通滤波器，若信噪比小，也可以不加。

解调是利用载波信号区与已调信号相乘后，得出一个频率更高的谐波分量和一个直流分量，我们只需要得到其中的直流分量即可，因此加个低通滤波器可以实现低通滤波，滤除高频成分，保留我们所需的直流成分，即原输入基带信号，但是通常也还是不行，其波形不是矩形，我们要进行电压判决。

判决的输出即为原始信号。

定时脉冲为抽样判决的判决电平。

第三章2ASK系统仿真设计及分析

3.1仿真参数设置

2ASK信号的中心载波频率设置为f=90HZ，基带信号为9HZ，由于振幅是0-2V故幅度设置为1V，并向上偏移1V。

系统的时间设置，系统时钟为仿真过程中最高频率的10倍以上，不然波形会不太好，样本个数按自己设定，如下图

图3-1时钟设置

3.22ASK调制系统

数字调幅调制又称为幅度（ASK），二进制幅度键控记作2ASK。

2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出。

有载波输出时表示“1”。

无载波输出时表示发送“0”。

此处的载波信号为正弦波，根据所学的知识可利用LC振荡器产生所需的正弦波。

3.2.12ASK调制系统框图如下

图3-3调制系统

器件0：

PN码源，幅度1V，offset：

1V，产生2V的单极性伪随机PN序列，码元速率：

9Hz；

器件2：

乘法器，用于调制；

器件3：

产生90Hz的载波，幅度为1V；

3.2.22ASK调制系统参数图

图3-4码元速率

图3-5载波频率

3.2.3仿真分析

2ASK信号波形

图3-6PN码输出

图3-72ASK波形

仿真分析：

可以看出2ASK调制的调制的结果，当发送的基带的码元为“1”时有载波进行调制，为“0”则没有，相应输出地调制信号为“0”，因为2ASK是单极性码。

3.2.4频谱图

图3-8PN码序列频谱

图3-92ASK信号频谱

分析：

2ASK频谱特性：

①由连续谱和离散谱两部分组成。

连续谱取决于g（t）经线性调制后的双边带谱，离散谱由载波分量决定。

②2ASK信号的频谱只是将基带信号的频谱沿频率轴平移了一个fc,而基带信号的频谱结构并不改变。

③基带信号带宽为fs,2ASK信号带宽为2fs。

频带利用率仅为直接传输基带信号的1/2。

两图频谱符合要求。

3.32ASK解调系统

2ASK相干解调原理，二进制基带信号与载波相乘后变成2ASK调制信号，其中“1”出现的地方有正弦载波波形，其余都为0，在加入噪声后基本一样，只是在调制信号的幅度不一样，若噪声较大，则不能用非相干解调，相干解调是包含噪声的调制波，为了使后面的抽样判决更准确，应该在接收之前通过一个带通滤波器，若信噪比小，也可以不加。

解调是利用载波信号区与已调信号相乘后，得出一个频率更高的谐波分量和一个直流分量，我们只需要得到其中的直流分量即可，因此加个低通滤波器可以实现低通滤波，滤除高频成分，保留我们所需的直流成分，即原输入基带信号，但是通常也还是不行，其波形不是矩形，我们要进行电压判决。

判决的输出即为原始信号。

定时脉冲为抽样判决的判决电平。

3.3.1解调系统框图

图3-10解调系统

器件5：

带通滤波器，由于调制是频谱的线性搬移，所以中心频率为900Hz，2ASK带宽是两倍的基带频率，所以带宽为18Hz；

器件6：

乘法器，用于解调，将2ASK频率还原成基带频率；

器件7：

产生于器件3同步的90Hz载波，幅度为1V；

器件8：

低通滤波器，提取基带信号；

器件9：

比较器，用于还原原PN序列；

器件10：

直流信号，用于比较器比较，幅度为0.5V；

3.3.2仿真分析

图3-11经过带通后的2ASK

图3-12解调后的波形

图3-13低通之后的波形

图3-14判决电路还原的PN码

分析：

可以看出2ASK相干解调出来的波形与输入的原基带信号基本保持一致，有一点延迟，但在允许范围内，仿真正确。

2ASK的相干解调的判决器在最后的输出判决时起着非常重要的作用，最佳判决电压是必须要考虑的，在仿真时我们取峰值的一半就是判决电压。

判压把不是矩形的波去掉，得到我们原始输入的基带信号。

3.3.3频谱图

图3-152ASK经过带通后的频谱

图3-16解调后的信号频谱

图3-17经过低通后的频谱

图3-18还原后PN码的波形

分析：

频谱图基本符合要求，仿真比较成功

参考文献

教材：

《通信原理》

主编：

樊昌信、曹丽娜

出版社：

国防工业出版社

出版或修订时间：

2008年

参考书：

《SystemView通信仿真开发手册》

主编：

孙屹

出版社：

国防工业出版社

出版或修订时间：

2004年

参考书：

《SystemView系统设计及仿真入门与应用》

主编：

李东生 出版社：

电子工业出版社,

出版或修订时间：

2004年

体会与建议

在本学期的通信系统实验与设计中主要对2ASK进行了设计与仿真，通过自己动手查资料，并且亲自设计并仿真，明白了2ASK的原理以及其设计流程，对数字调制解调的概念有了较深入的理解，知道了其与模拟调制解调的相同与不同。

2ASK的设计到了许多已经学过的知识，是对原来知识的综合，其中有振荡器的设计，包络检波电路的设计。

通过此次仿真设计，把这几部分的原理更进一步的进行了学习与利用，通过自己动手对这些知识进行了巩固。

弥补了自己平时重理论轻实践的不足，对实际的电路设计以及需要考虑的一些因素做到了心中有数。

在刚开始仿真时，由于对一些具体的参数对电路的影响不是很清楚，导致输出的波形存在严重失真。

后来通过自己进一步查资料，以及通过请教老师，逐个对这些问题进行了解决。

这个过程培养了自己的独立解决问题的能力，以及做事的耐性。

通过这次System View信号传输仿真设计，对信号传输与通信实现有了进一步了解，尽管是非常基础的2ASK调制与解调仿真，但对现代通信的基本方式与原理有了基本了解。

同时也认识到，System View软件的应用更培养了我们综合运用所学知识点，发现、提出、分析和解决实际问题，让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识运用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力，也让我掌握System View仿真软件的使用方法以及一些基本通信电路的结构原理。

在这次课程设计中，我也发现了很多自身的不足，基础知识不扎实，不细心等，这些必须在将来的学习生活中慢慢改进，加以克服，我懂得真理需要在一次一次不断的实践中才能获得，不但在知识上，更在人生道路上给我上了重要的一课。

附录

2ASK信号调制与解调的仿真原理图：

2ASK系统框图

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