通信原理 课程设计《中原工学院》.docx
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通信原理课程设计《中原工学院》
通信原理课程设计
专业：
班级：
学号：
姓名：
指导教师：
2014年6月
目录
一、概述4
二：
软件SystemView的介绍5
三、课设目的7
四、设计要求7
4.1、课程设计组织形式7
4.2、课程设计具体要求7
4.3、分析内容要求8
五. 仿真模型的建立及结果分析9
5.1 仿真模型的建立9
5.2信道部分9
5.3 解调部分模块10
六、设计内容原理简介10
6.1、2DPSK系统组成原理10
6.2、误比特率（BER：
BitErrorRate）10
6.3、2DPSK系统误比特率测试的结构框图11
6.4、相干2DPSK系统误比特率测试的仿真模型的建立
12
6.5、仿真结果及相干2DPSK系统误比特率曲线绘制
13
七、仿真模型的建立及结果分析13
7.12DPSK低频相干解调13
7.22DPS低频相干解调仿真图13
表一：
仿真系统中的主要图符块设置参数14
7.32DPSK的高频非相干解调15
7.42DPSK高频相干解调17
表二：
仿真系统中的主要图符块设置参数
19
八、结果比较20
九、总结及心得体会22
十、参考文献23
一：
概述
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。
有调制器，接收端要有解调器，这就用到了调制技术，调制可分为模拟调制和数字调制，模拟调制。
模拟调制常用的方法有AM调制、DSB调制、SSB调制；数字调制常用的方法有BFSK调制等。
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。
随着通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂。
因此，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。
目前，电子设计自动化EDA（ElectronicDesignAutomatic）已成为通信系统设计的主潮流。
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。
美国Elanix公司推出的基于PC机Windows平台的SystemView动态系统仿真软件，是一个比较流行的，优秀的仿真软件。
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。
SystemView仿真系统的主要特点有：
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。
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。
在本课程设计中学生通过运用先进的仿真软件对通信系统进行仿真设计，既可深化对所学理论的理解，完成实验室中用硬件难以实现的大型系统设计，又可使学生在实践中提高综合设计及分析解决实际问题的能力，加强系统性和工程性的训练。
二：
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。
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。
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。
难以实现的大型系统设计，又可使学生在实践中提高综合设计及分析解决实际问题的能力，加强系统性和工程性的训练。
三、课设目的
1．熟悉并掌握2DPSK通信系统的组成原理和调制、解调特性；
2．利用仿真软件SystemView对上述系统进行仿真，构建各系统并观察频谱和波形；
3．通过系统仿真，建立2DPSK通信系统模型，分析工作原理和时、频特性，以验证理论分析和仿真结果；
4.通过仿真操作掌握SystemView系统误比特率分析的方法。
5．培养学生的团队和协作精神。
四、设计要求
4.1、课程设计组织形式
课程设计过程按分组的方式进行，由指导教师向学生发放有关的课程设计背景资料，并向学生讲述课程设计的方法、步骤和要求，设计过程采取课堂集中辅导，分散设计的方式进行。
课程设计按2～3个人为一组，要求在小组内分工协作、充分讨论、相互启发的基础上形成设计方案，课程设计结束要求提交一份课程设计报告书，必要时可要求各小组选出一个代表，进行课程设计方案演示和答辩，评出若干优秀设计成果。
4.2、课程设计具体要求
（1）建立系统模型：
根据通信系统的基本原理确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，根据各个部分之间的关系，画出系统框图。
（2）基本系统搭建和图标定义：
从各种功能库中选取满足需要的可视化图符和功能模块，组建系统，设置各个功能模块的参数和指标，在系统窗口按照设计功能框图完成图标的连接；
（3）调整参数，实现系统模拟参数设置，包括运行系统参数设置（系统模拟时间、采样速率等）等。
（4）运行结果分析：
在系统的关键点处设置观察窗口，利用接收计算器分析仿真数据和波形，用于检查、监测模拟系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。
4.3、分析内容要求
（1）．观测仿真过程中原始基带信号波形、差分码波形、2DPSK信号波形、本地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、抽样判决输出波形以及码反变换后的输出波形。
观测输入和输出波形的时序关系；
（2）．在2DPSK系统中，“差分编码／译码”环节的引入可以有效地克服接收提取的载波存在180°相位模糊度，即使接收端同步载波与发送端调制载波间出现倒相180°的现象，差分译码输出的码序列不会全部倒相。
重新设置接收载波源的参数，将其中的相位设为180°，运行观察体会2DPSK系统时如何克服同步载波与调制载波间180°相位模糊度的。
（3）、利用建立的SystemViewDPSK系统相干接收的仿真模型进行BER测试，产生该系统的BER曲线以此评估通信系统的性能；它以相干接收DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，信道模型为加性高斯白噪声信道，利用全局参数链接功能通过设置循环来改变噪声功率得到不同信噪比下的误比特率。
五. 仿真模型的建立及结果分析
5.1 仿真模型的建立
其总模型主要有以下几部分组成：
7.1.1 调制部分模块
2DPSK的调制系统是利用了异或门实现从绝对码到相对码的转换的。
利用一个延时器将首先发送的一个绝对码元和其后的一个码元取模二加从而得到相对码。
在仿真系统中，我们选择的是先得到相对码再利用和PSK码类似的单刀双掷开关，起到键控作用，将码元1对应180初始相位的载波输出，将码元0对应0初始相位的载波输出。
180初始相位的载波是直接利用了一个反相器（其实也可以直接利用延迟半个载波周期）实现的。
基带信号码源是单极性非归零码，为了便于和输出码作对比，在观测基带码波形前加了一个延时器，通过观测到的两波形是否一一对应的反馈来决定延迟时间的大小。
5.2信道部分
在本次仿真系统中我们添加了高斯噪声，窄带干扰信道作为
对信号的干扰，在解调部分添加相应的误码检测模块来检验系统的抗噪性能。
5.3 解调部分模块
对于2DPSK信号可以用极性比较法和差分相干解调法两种解调方式，故有两种不同的解调模块。
具体如下：
极性比较法：
经过带通滤波器后的，将本地载波信号与带通信号相乘，得到的高频信号经过低通滤波器滤波后，得到的滤波信号经过抽样判决可得到相对码码元波形，再经过最后的码反变换器还原出原始基带信号。
由2PSK解调加差分译码，2PSK解调器将输入的2DPSK信号还原成相对码，再由差分译码器（码反变换器）把相对码转换成绝对码输出。
差分相干解调法：
它是直接比较前后码元的相位差而构成的，故也称为相位比较法解调。
这种方法不需要码变换器，也不需要专门的相干载波发生器，因此设备比较简单、实用。
延时电路的输出起着参考载波的作用。
乘法器起着相位比较（鉴相）的作用。
六、设计内容原理简介
6.1、2DPSK系统组成原理
2DPSK系统组成原理如图3-1所示，系统中差分编、译码器是用来克服2PSK系统中接收提取载波的180°相位模糊度。
6.2、误比特率（BER：
BitErrorRate）
误比特率（BER：
BitErrorRate）是指二进制传输系统出现码传输错误的概率，也就是二进制系统的误码率，它是衡量二进制数字调制系统性能的重要指标，误比特率越低说明抗干扰性能越强。
对于多进制数字调制系统，一般用误符号率（SymbleErrorRate）表示，误符号率和误比特率之间可以进行换算，例如采用格雷编码的MPSK系统，其误比特率和误符号率之间的换算关系近似为：
其中，M为进制数，且误比特率小于误符号率。
6.3、2DPSK系统误比特率测试的结构框图
在二进制传输系统中误比特率BER（BitErrorRate）是指出现码传输错误的概率，误比特率越低说明抗干扰性能越强。
几种基本的数字调制方式中，2PSK具有最好的误码率性能，但2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，易造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。
这个问题将直接影响2PSK信号用于长距离传输。
为克服此缺点并保存2PSK信号的优点，采用二进制差分相移键控（2DPSK），2DPSK信号的产生原理、调制解调的方法以及误比特率的分析也是通信原理教学中的一个重点和难点。
2DPSK信号克服了2PSK信号的相位“模糊”问题，但其误码率性能略差于2PSK，2DPSK信号的解调主要有两种方法：
一是相位比较法，另一是极性比较法，相干DPSK系统BER测试利SystemView软件来产生一个通信系统的BER曲线以此评估通信系统的性能；它以相干DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，信道模型为加性高斯白噪声信道，利用全局参数链接功能通过设置循环来改变噪声功率得到不同信噪比下的误比特率,相干2DPSK系统误比特率测试的结构框图如下：
图6-2相干2DPSK系统误比特率测试的结构框图
SystemView的通信库（CommLib）中提供了BER分析的专用图符块，可直接调用。
在系统窗下，创建以2PSK传输系统为BER分析对象的仿真分析系统，在创建的系统中，必须使与2PSK信号叠加的高斯噪声强度自动可变，才能得到随SNR改变的BER分析曲线，可在高斯噪声源与加法器之间插入一个增益随每次循环改变的“Gain”图符块；
创建完仿真系统后，单击运行按钮，随着每次循环，终值显示框内出现每次的运算结果，其中最后一列带括弧的数据为误比特率。
循环结束后进入分析窗，此时输出给出的误比特率是随仿真时间改变的规律，欲观察BER随解调信号SNR改变的曲线，需单击“信宿计算器”按钮，在出现的对话框中，选中Style按钮，单击BERPlot按钮，在其右侧的“SNRStart[dB]:
”栏内输入-10、“Increment[dB]:
”栏内输入20，再选中右上角窗口内“BitErrorRate相关窗口”项，最后单击OK按钮即可显示随SNR改变的BER曲线。
每次循环时，输入的2DPSK信号功率保持不变，而叠加的高斯噪声功率逐次衰减，即SNR不断增加。
叠加高斯噪声强度随循环每次减小3dB变化。
6.4、相干2DPSK系统误比特率测试的仿真模型的建立
根据图3-2测试的结构框图，建立仿真模型，模型中各图符的参数指标根据随机信源和调制载波的频率来设定，模型建立之后的参数调整直至调试出现正确结果的过程，也是一个对调制解调原理的不断理解和消化的过程，其中对滤波器的截至频率设置，抽样判决的实现、码反变换的相关参数设置、BER计算时原始信源相对抽样判决后码元的延迟时间的计算以及系统的采样速率的设置等都能进一步加深对原理的掌握并可通过调试结果的直观体现出来，从而将抽象的原理和具体的实现过程紧密地结合起来。
6.5、仿真结果及相干2DPSK系统误比特率曲线绘制
仿真过程波形可用瀑布图直观表示，要观察的依次为原始基带信号波形、差分码波形、2DPSK、本地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、抽样判决后的波形以及码反变换后的输出波形。
由图观察解调输出与基带输入是否相一致，并注意二者波形时序。
七、仿真模型的建立及结果分析
7.12DPSK低频相干解调
输入为低频信号时，根据相干解调原理可以画出如图7-1的总模型框图：
7.22DPSK相干解调仿真图
图-7.1低频相干解调原理图
在 System View系统窗内运行电路后，观察观察输出的误码率曲线。
其波形曲线如图-6.2所示，并与理想的波形进行比较，观察误差变化规律。
表一：
仿真系统中的主要图符块设置参数如下表所示：
编
号
图符块属性
（Attribute）
类型
（Type）
参数设置
（Parameters）
27
Source
PNSeq
Amp=1v,Offset=0v,Rate=10Hz,Level=2
29
13
Operator
Delay
Delay（sec）=0.1，
32
Source
Sinusoid
Amp=1v,Frequency=30Hz,Phase=0
22
Source
Sinusoid
Amp=1v,Frequency=30Hz,Phase=0
9
Operator
Sample
hold
Ctrlthreshold（v）=0
8
Operator
LinearSys
Butterworth,LowpassIIR,3Poles,Fc=10Hz
10
Operator
Compare
a>=b,,trueoutput=1,,falseoutput=-1,
36,
37
38
39
40
41
42
Sink
Analysis
观察各波形的变化情况
注:
Token8：
乘法器,Token12,Token28:
逻辑异或
图-7.2低频相干解调输出波形
7.32DPSK的高频非相干解调
图-7.8高频非相干解调原理图
图-7.9高频非相干解调输出波形
7.42DPSK高频相干解调
图-7.10高频相干解调原理图
图-7.11高频相干解调输出波形
表二：
仿真系统中的主要图符块设置参数如下表所示：
编
号
图符块属性
（Attribute）
类型
（Type）
参数设置
（Parameters）
27
46
Source
PNSeq
Amp=1v,Offset=0v,Rate=1e+3Hz,Level=2
29
47
66
67
Operator
Delay
Delay（sec）=1e-3，
32
51
57
Source
Sinusoid
Amp=1v,Frequency=3e+3Hz,Phase=0
36
55
Source
GaussNoise
PwrDensity=1e-3W/Hz,Mean=0v,
System=1ohms
37
54
Operator
Gain
GainUnit=dBPower,Gain=-17.05dB
8,
58
Operator
LinearSys
Butterworth,LowpassIIR,3Poles,Fc=1e+3Hz
10
60
Operator
Compare
a>=b,,trueoutput=1,,falseoutput=-1,
43
Comm
BERRate
No.Trials=2e+3bits,Threshoid=0v,Offset=0Sec
39
61
Operator
SmplDelay
FillLastregister,Delay=10samples
40
41
62
64,
Operator
Sampler
Interpolating,Rate=1e+3Hz
46
70
Sink
FinalValue
--（终值显示图符块）
26
30
78
79
Sink
Analysis
--（观察叠加的高斯噪声每次循环的强度变化）
八：
结果比较
图8.1相干解调与非相干解调比较图
九、总结及心得体会
为期1.5周的通信原理课程设计结束了。
通过本次课程设计对于我这学期所学的2DPSK的调制和解调的原理的进一步熟悉，不仅如此，我们通过这次还学习到了利用SystemView的仿真，使得我在学好理论知识的时候应用于实际中的去，在做课程设计的时候遇到问题，使得对于通信原理的知识更加的深刻，同时也增加了动手能力和独立思考能力，更能培养我们对通信原理课程的兴趣。
以前没有接触SystemView这个软件，第一次接触这个软件，了解及其熟悉这个软件是在做课设前必须要克服的困难。
SystemView在通信仿真软件中也是具有分出重要的地位的，作为学习信息的我们，掌握SystemView软件是对我们最基本的要求。
所以这次课程设计对于我来说是一个非常好的机会来学习这款软件，通过自己把这些电路图实现，能够基本掌握了其中一些常用的软件的相关知识。
对于以后进一步去掌握这款软件打下坚实的基础。
在这次课程设计中，我通过由不熟悉这款软件，到自学其中的知识，并且阅读相关指导书了解窗口中的界面的介绍，结合老师所给的参考的资料内容，通过不断摸索最终学会了这款软件，并独立完成全部的仿真的内容，仿真的结果达到了我们预期的效果，同时也验证了课本知识的正确性。
在这次课程设计中，我非常好的利用了课本的知识，结合课本的知识，通过自己的检测和利用我这学期在这一章的数字带通传输系统的学习的掌握。
理论与实践相结合，使我不仅学会了SystemView软件的使用，同时也锻炼了自己的动手能力、独立思考的能力和团队合作意识。
也是对自己所学知识的一次实践验证。
十、参考文献
[1]樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯.通信原理（第五版）[M]北京：
国防工业出版社，2002
[2]罗卫兵，孙桦，张捷.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M]北京：
电子工业出版社，2002
[3]李东生,雍爱霞,左洪浩。
SystemView系统设计及仿真入门与应用[M]北京:
电子工业出版社,2002
[4]青松,程岱松,武建华等。
数字通信系统的SystemView仿真与分析[M]北京:
北京航空航天大学出版社,2001
[5]仇润鹤,刘世地,唐明浩.SystemView及其通信系统仿真分析实验指导书.东华大学信息学院通信系内部实验指导书,2005．
[6]韩力.SVU实验指导书,北京理工大学内部资料,2008
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