通信原理课程设计 SystemView通信系统仿真 09通信本2班.docx
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通信原理课程设计SystemView通信系统仿真09通信本2班
唐山学院
通信原理课程设计
题目SystemView通信系统仿真
系（部）信息工程系
班级09通信本2班
姓名高丽
学号4090214208
指导教师唐万伟李茜
2012年06月25日至06月29日共1周
2012年06月29日
通信原理课程设计任务书
一、设计题目、内容及要求
设计题目：
SystemView通信系统仿真
设计内容及要求：
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）运用所学对几个实际系统的仿真进行分析和比较；
4）课程设计共一周。
主要是熟悉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。
18周具体工作安排：
（1）查资料，理论讲解
（2）模拟调制方式AM、DSB、SSB调制解调
（3）数字调制方式仿真2ASK、2FSK、2PSK调制解调
（4）抽样定理、增量调制
二、设计原始资料
①通信原理实验指导书（SystemView仿真）
②SystemView通信系统仿真设计
三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）
不少于2000字的设计说明书一份。
四、进程安排
①周一：
查资料，理论讲解
②周二：
AM、DSB、SSB调制解调
③周三：
数字调制方式仿真2ASK、2FSK、2PSK调制解调
④周四：
抽样定理、增量调制
⑤周五：
撰写课程设计说明书
五、主要参考资料
[1]通信原理.樊昌信...等编著,国防工业出版社,001
[2]通信原理（合订本）.周炯槃...等编著.北京邮电大学出版社,2005
[3]SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计.卫兵.安电子科技大学出版社,2001
[4]数字通信系统的SystemView仿真与分析.青松…等著.北京航空航天大学出版社,2001
指导教师（签名）：
教研室主任（签名）：
课程设计成绩评定表
出勤
情况
出勤天数
缺勤天数
成
绩
评
定
出勤情况及设计过程表现（20分）
课设答辩（20分）
设计成果（60分）
总成绩（100分）
提问
（答辩）
问题
情况
综
合
评
定
指导教师签名：
年月日
1引言
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，本次课程设计主要研究的是：
模拟调制有常规双边带调幅AM，双边带调幅DSB，单边带调幅SSB；数字调制有二进制振幅键控2ASK，二进制频移键控2FSK，二进制相位键控2PSK；脉冲数字调制有增量调制DM（ΔM）。
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是美国ELANIX公司于1995年开始推出的基于PC机Windows平台的动态系统仿真软件工具，主要用于电路与通信系统的设计、仿真、能满足从信号处理、滤波器设计，到复杂的通信系统等要求。
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。
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、增量调制。
2软件SystemView的介绍
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、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，SystemView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，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。
SystemView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模拟调制系统的设计与分析
3.1幅度调制（线性调制）的原理
模拟调制系统可分为线性调制和非线性调制，本课程设计只研究线性调制系统的设计与仿真。
线性调制系统中，常用的方法有AM调制，DSB调制，SSB调制。
线性调制的一般原理：
设正线性载波：
式中：
A为载波幅度，
为载波角频率，
为正载波初相位。
幅度信号（已调信号）一般表示为：
式中：
为基带调制信号。
模拟系统的调制模型如图3-1。
模拟系统的解调器抗噪声性能的分析模型如图3-2。
3.1.1AM调制与解调原理
标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅（AM）。
假设调制信号
的平均值为0，将其叠加一个直流分量
后与载波相乘，即可形成调幅信号。
其时域表达式为：
式中：
为外加的直流分量；
可以是确知信号，也可以是随机信号。
当满足条件：
时，AM包络检波与调制信号
的波形完全一样，则用包络检波很容易恢复出原始调制信号。
设计的AM的调制与相干解调框图分别为图3-3和3-4。
AM的非相干解调就用一个包络检波器即可，所以AM的非相干解调框图省略了。
3.1.2DSB调制与解调原理
在图3-3中如果输入的基带信号没有直流分量，则得到的输出信号便是无载波分量的双边带信号，或称双边带抑制载波（DSB-SC）信号，简称DSB信号，其时域表示式为
式中：
是调制信号（基带信号）。
设计的DSB调制及解调框图如图3-5。
3.1.3SSB调制与解调原理
双边带已调信号包含有两个边带，即上、下边带。
由于这两个边带包含的信息相同，因而，从信息传输的角度来考虑，传输一个边带就够了。
所谓单边带调制，就是只产生一个边带的调制方式。
利用调制器一般模型，同样可以产生单边带信号。
若加高通滤波器，能产生上边带信号；若加低通滤波器，则产生下边带信号。
上边带时域表达式为：
上边带时域表达式为：
根据上下边带的时域表达式，我们还可以可以利用利用相移法产生SSB的上下边带。
SSB的解调也是相干解调，和AM和DSB的相干解调相同，所以省略了SSB的相干解调框图。
3.2幅度调制（线性调制）的仿真与分析
3.2.1AM调制与解调的仿真与分析
AM调制与解调在SystemView软件上的仿真原理图如图3-7所示。
具体参数：
调制信号幅值：
4V，频率：
500
；载波信号频率：
4000HZ；A0：
4V
系统中token14是信道内的高斯白噪声。
需要说明的是：
本系统采用的是AM的相干解调，非相干解调也可以得到相同的结果。
AM调制与解调的仿真后波形如图3-8所示。
因为
值为4，而调制信号的幅值也是4V，由图3-8可以看出已调信号的包络与调制信号波形相同，恢复出来的信号与基带信号波形基本相同。
AM调制与解调系统的各个信号的频谱图如图3-9所示。
AM调制与解调仿真结果分析：
AM调制为线性调制的一种，由图3-8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，已调信号的包络与调制信号波形相同。
由图3-9可以看出，在频谱结构上，已调信号的频谱结构完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移到载波的频率之上。
恢复出来的信号的频谱结构与调制信号的频谱结构基本一致，频谱都集中在500Hz。
本系统采用的是相干解调法，恢复出来的信号与基带信号基本一致，实现了无失真传输。
3.2.2DSB调制与解调的仿真与分析
DSB调制与解调在SystemView软件上的仿真原理图如图3-10所示。
具体参数：
调制信号幅值：
4V
频率：
500
载波信号频率：
4000HZ
系统中token14是信道内的高斯白噪声。
需要说明的是：
DSB的解调只能采用相干解调。
DSB调制与解调的仿真后波形如图3-11所示。
由图3-11可以看出，恢复出来的信号与基带信号波形基本相同（可能会有一定的延迟）。
DSB调制与解调系统的各个信号的频谱图如图3-12所示。
DSB调制与解调仿真结果分析：
DSB调制也是线性调制的一种，由图3-11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3-12可以看出，在频谱结构上，已调信号的频谱结构完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移，且由频谱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，只是在时域上有一定的延时，但也实现了无失真传输。
3.2.3SSB调制与解调的仿真与分析
SSB调制与解调在SystemView软件上的仿真原理图如图3-13所示。
具体参数：
调制信号幅值：
4V
频率：
500
载波信号频率：
4000HZ
系统中token18和token26都是是信道内的高斯白噪声。
需要说明的是：
SSB的调制采用的移相法产生上下边带信号，解调只能采用相干解调，所以SSB的上下边带的解调都采用相干解调，要注意在乘载波信号的连线时，必须选择1线余弦。
SSB调制与解调的仿真后波形如图3-14所示。
由图3-14可以看出，恢复出来的信号与基带信号波形基本相同（可能会有一定的延迟）。
SSB调制与解调系统的各个信号的频谱图如图3-15所示。
SSB调制与解调仿真结果分析：
SSB线性调制的一种，由图3-14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，恢复出来的信号与基带信号波形基本相同（可能会有一定的延迟）；由图3-15可以看出，在频谱结构上，频谱主要集中在50Hz,恢复出来的信号与调制信号（已调信号）基本相同,实现无失真传输。
4数字调制系统的设计与分析
根据信道中传输的信号是否经过调制，可将通信系统分析为基带传输系统和带通传输系统。
然而，实际中的大多数信道因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为数字基带信号往往具有丰富的低频分量。
为了使数字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，以使信号与信道的特性相匹配。
这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。
数字调制技术有两种方法：
（1）利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；
（2）利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。
这种方法通常称为键控法。
在数字传输系统中，其传输对象主要是二进制数字信息。
当调制信号是二进制数字基带信号时，对载波的幅度进行键控得到二进制振幅键控（2ASK）信号；对载波的频率进行键控得到二进制频移键控（2FSK）信号；对载波的相位进行键控得到二进制相移键控（2PSK）信号。
4.1二进制数字调制与解调原理
4.1.12ASK调制与解调原理
在幅度键控载波幅度是随着调制信号而变化的。
二进制振幅键控信号的产生方法（调制方法）有两种。
如图4-1，图（a）就是一般的模拟幅度调制方法，不过基带信号是二进制数字信号；图（b）就是最简单的形式，载波在二进制调制信号是1或0的键控下通或断，这种二进制幅度键控方式又叫通断键控（OOK）。
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，非相干解调通常用包络检波法。
其各有优点，在信噪比小时，包络检波法具有优势，因为其检波设备简单，性价比高，而在信噪比相对较大时，非相干解调会有门限效应，但是相干解调具有优势，因为这种解调方法导致最终的误码率低。
所以对于的2ASK的接收系统框图如图4-2，其中图（a）是相干解调（同步检测法）的框图；图（b）是非相干解调（包络检波法）的框图。
与模拟系统的解调框图相比，多了一个抽样判决器，这对于提高数字信号的接收性能是十分必要的。
4.1.22FSK调制与解调原理
频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。
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。
二进制频移键控信号产生的方框图如图4-3。
2FSK常用的解调方法有两种，即相干解调法和非相干解调法。
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。
非相干解调是利用包络检波法检测得到的。
这次课设只用到了相干解调，所以二进制频移键控的相干解调的方框图如图4-4。
4.1.32PSK调制与解调原理
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。
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。
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。
解调部分只能用相干解调，不可以用包络检波法等非相干解调的方法，因为其频谱和抑制载波双边带的频谱一样，因此不能采用包络检波，而采用相干解调。
4.2二进制数字调制与解调的仿真与分析
4.2.12ASK调制与解调的仿真与分析
2ASK调制与解调在SystemView软件上的仿真原理图如图4-5所示。
具体参数：
调制信号幅值：
4V，频率：
50
载波信号频率：
50HZ
需要说明的是：
在此设计的2ASK调制与解调的通信系统中，信道内没有加高斯白噪声。
2ASK的调制采用的是模拟幅度调制方法，解调部分采用了相干解调方法和非相干解调方法。
2ASK调制与解调的仿真后波形如图4-5所示。
由图4-5可以看出，调制信号的波形与恢复出来的波形基本一致。
2FSK调制与解调系统的各个信号的频谱图如图4-6所示。
2ASK调制与解调仿真结果分析：
由图4-5可以看出，调制信号的波形与恢复出来的波形基本一致，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。
由图4-6在频谱结构上，恢复出来信号的频谱与基带信号频谱基本一致，都集中在50Hz左右。
4.2.22FSK调制与解调的仿真与分析
2FSK调制与解调在SystemView软件上的仿真原理图如图4-7所示。
具体参数：
调制信号幅值：
4V，频率：
50Hz
载波信号频率：
=100Hz，
=300Hz
需要说明的是：
在此设计的2FSK调制与解调的通信系统中，token28为信道的高斯白噪声。
2FSK的调制采用的是键控法，解调部分采用了相干解调方法。
2FSK调制与解调的仿真后波形如图4-8所示。
由图4-8可以看出，调制信号与恢复出来的信号的波形基本一致，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。
2FSK调制与解调系统的各个信号的频谱图如图4-9所示。
2FSK调制与解调仿真结果分析：
由图4-8可以看出，调制信号与恢复出来的信号的波形基本一致，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。
由图4-9在频谱结构上，恢复出来的信号与基带信号的频谱基本一致。
4.2.32PSK调制与解调的仿真与分析
2PSK调制与解调在SystemView软件上的仿真原理图如图4-10所示。
具体参数：
调制信号幅值：
4V，频率：
50Hz
载波信号频率：
100Hz
需要说明的是：
在此设计的2PSK调制与解调的通信系统中，token10为信道的高斯白噪声。
2PSK的调制采用的是键控法，解调部分采用了相干解调方法。
2PSK调制与解调的仿真后波形如图4-11所示。
由图4-11可以看出，输入的基带信号为“-1-1+1-1-1”，2PSK调制的调制的结果，当发送的双极性基带的码元为“+1”时有相位为0的载波为其进行调制，当发送的双极性基带的码元为“-1”时有相位为π的载波为其进行调制调制信号与恢复出来的信号的波形基本一致，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。
2PSK调制与解调系统的各个信号的频谱图如图4-12所示。
2PSK调制与解调仿真结果分析：
输入的基带信号是二进制双极性伪随机码（即PN序列）。
由图4-11可以看出，调制信号与恢复出来的信号的波形基本一致，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。
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。
由图4-12在频谱结构上，恢复出来的信号与基带信号的频谱基本一致。
5抽样定理、增量调制系统设计
5.1抽样定理的系统设计
抽样定理是模拟信号数字化的理论基础，它告诉我们：
如果对某一带宽的有限时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样率达到一定数值时，根据这些抽样值可以在接收端准确地恢复原信号，也就是说，要传输模拟信号不一定传输模拟信号本身，只需要传输按抽样定理得到的抽样值就可以了。
根据要进行抽样的信号形式的不同，抽样定理可分为低通信号的抽样定理和带通信号的抽样定理。
本次课程设计主要介绍低通信号的抽样定理。
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