通信原理课程设计Word格式.docx
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2软件SystemView的介绍
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
3.1DSB调制
3.1.1DSB调制解调原理
在图3-1中如果输入的基带信号没有直流分量，且
是理想带通滤波器，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
设计的DSB调制及解调模型如图3-1
图3-1DSB调制与解调模型
3.1.2DSB调制解调仿真
图3-2DSB调制系统的仿真图
根据以上原理SystemView仿真图如图3-2
具体参数为：
基带信号幅值：
1V，基带信号频率：
10Hz，载波频率：
100Hz。
3.1.3DSB调制解调仿真波形
仿真后的波形如图3-3
图3-3DSB调制仿真后波形（已调信号载波输入信号解调信号）
图3-4DSB调制过程中的信号的频谱比较图
3.1.4DSB调制解调仿真结果分析
DSB调制为线性调制的一种，由图3-3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3-4可以看出，在频谱结构上，它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。
3.2SSB调制
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。
3.2.1SSB调制解调原理
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。
下边带时域表达式为
上边带SSB信号时域表达式为：
3.2.2SSB调制解调仿真
根据以上原理用SystemView仿真出来的图如图3-5所示
图3-5SSB调制系统仿真图
3.2.3SSB调制解调仿真波形
利用高通滤波器对DSB信号进行滤波得到上边带，如仿真图3-6所示的时域波形及频谱波形
图3-6（a）SSB调制系统上边带时域仿真波形
图3-6（b）SSB调制系统上下边带频域仿真波形
3.2.4SSB调制解调仿真结果分析
SSB线性调制的一种，由图3-6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；
在频谱结构上，功率谱密度主要集中在50Hz,与理论相干解调信号与原信号基本相同,实现无失真传输。
3.3抽样定理的仿真与分析
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。
3.3.1低通信号的抽样定理
均匀抽样定理指出：
对一个带限在
内的时间连续信号
，如果以
的时间间隔对其进行等间隔抽样，则
将被所得到的抽样值完全确定。
即抽样速率大于等于信号带宽的两倍就可保证不会产生信号的混迭。
是抽样的最大间隔，也称为奈奎斯特间隔。
3.3.2信号的采样与恢复仿真原理
如图3-7所示，是低通信号采样与恢复的原理图。
3.3.3信号的采样与恢复仿真
根据图7所示的原理图，对应的SystemView如图3-8所示：
图3-8验证抽样定理的仿真图
3.3.4信号的采样与恢复仿真波形
图3-9原始信号与抽样后的信号
图3-9恢复信号波形
3.3.5信号的采样与恢复仿真结果分析
理论上，理想的抽样频率为2倍的奈奎斯特带宽，采样频率大于奈奎斯特频率，所以恢复信号与原信号基本一致。
3.4增量调制的设计与分析
增量调制是可以看成PCM的一个特例，但是在PCM中，信号的代码表示模拟信号的抽样值，而且为了减小量化噪声，一般需要较长的代码和较复杂的编译设备。
而增量调制是将模拟信号变换成仅由一位二进制码组成的数字调制序列，并且在接受端也只需要一个线性网络，便可复制出原模拟信号。
另方面，可以从DPCM系统的角度看待增量调制，即当DPCM系统的量化电平取为2和预测器时一个延迟为
T的延迟时，该DPCM系统被称为增量调制系统。
3.4.1（ΔM或DM）增量调制原理
1.
M的译码问题
接收端只要收到一个“1”码就是输出上升一个
值，每收到一个0码就下降一个
值，连续收到“1”码（或“0”码）就是输出一直上升或下降，这样就可以近似的复制出阶梯波形。
这种功能的译码器可以由一个积分器来完成，积分器遇到一个“1”就上升一个
E，并让
E等于
，遇到“0”码所示的-E脉冲就下降一个
E.
2.
M的编码原理
一个简单的
M编码器由相减器，抽样判决器，发端译码器及抽样脉冲产生器组成。
抽样判决器将在抽样脉冲到来时刻对输入信号的变化做出判决，并输出脉冲。
这种编码器的工作过程如下：
将模拟信号m（t）与发端译码器输出阶梯波形m（t）进行比较，即先进行相减，然后在抽样脉冲作用下将相减结果进行抽样判决。
如果在给定时刻t有
则判决器输出为“1”码。
则发“0”码。
从上述讨论可以看出，
M信号是按台阶
来量化的，因而同样存在量化噪声问题。
M系统中的量化噪声有两种形式：
一种称为过载量化噪声，另一种为一般量化噪声。
3.4.2增量调制仿真
图3-10增量调制仿真图
图3-11增量调制各个波形
3.4.3增量调制结果分析
由仿真结果，我们可以得出，增量调制要求的抽样频率达到几十kb/s以上，且在接收端阶梯电压如果通过一个理想的低通滤波器平滑后，就可以得到十分接近编码器原输入的模拟信号。
但它的缺点是当增量调制器的输入信号斜率超过阶梯波的最大可能斜率值时，将发生过载量化噪声。
所以，为了避免发生过载量化噪声，必须使量化台阶和抽样频率的乘积足够大，使信号的斜率不会超过这个值。
3.5数字基带传输系统的仿真
在数字传输系统中，其传输对象主要是二进制数字信息。
它可能来自计算机，网络或其他数字设备的各种数字代码，也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号。
涉及数字传输系统的今本考虑是选择一组有限的离散的波形来表示数字信息。
这些离散的波形可以是未经调制的不同电平信号，也可以是调制后的信号形式。
由于未经调制的的脉冲信号所占据的频带通常是从直流和低频开始，因而称为数字基带信号。
3.5.1数字基带信号传输无失真的条件
原始二进制数字基带信号波形多数都是矩形波，在画频谱图时通常只画出其能量最集中的范围，但这些基带信号在频域内实际上是无穷延伸的，如果直接采用矩形脉冲的基带信号作为传输码型，由于实际信道的频带是有限的，则传输系统接收端所得的信号频谱必定与发送端不同，这就会使接收端数字基带信号的波形失真。
大多数有线传输情况下，信号频带不是陡然截止的，而且基带频谱也是逐渐衰减的，采用一些相对较简单的补偿措施，则可以将失真控制在比较小的范围内。
较小的波形失真对于二进制基带信号影响不大，只是使其抗噪声性能稍有下降，但对于多元信号，则可能造成严重的传输错误。
为了研究波形传输是真的问题，我们首先来看一下基带信号传输系统的典型模型，如图3-12所示
图3-12基带传输系统模型
在发送端，数字基带信号X（t）是经滤波器输入到信道，发送滤波器的作用是限制发送频带，阻止不必要的频率成分干扰信道。
3.5.2数字基带传输仿真
图3-13数字基带传输系统的仿真原理图
其仿真波形与频谱分析如图3-14所示
图3-14原始信号
图3-15加入的噪声
图3-16高斯噪声滤波后的波形
图3-17采样和恢复后的波形
3.5.3数字基带传输系统的分析
上述讨论了无噪声影响时能够消除码间干扰的基带传输特性。
若要获得良好的基带传输系统，则必须使码间干扰和噪声的综合影响足够小，使系统的总的误码率达到规定的要求。
3.6二进制移频键控BFSK
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。
二进制移频键控信号的产生可以采用模拟调频来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。
数字键控法实现二进制频移键控信号的原理图如图3-18所示：
图3-18键控法产生BFSK信号
二进制FSK信号解调方法常用非相干解调和相干解调法，这里的抽样判决器是判断哪一个输入的样值大，此时可以不专门设置门限电平。
本题采用相干解调法，解调原理图如图3-19所示
图3-19相干解调法
利用键控法和相干解调原理可以画出系统仿真图，如图3-20所示
图3-20BFSK调制与解调的仿真原理图
其中二进制信号，幅度为2V，频率为50Hz，载波是频率分别为100Hz和300Hz的正弦波。
图3-21BFSK的调制与解调仿真波形
图3-22接收到的眼图
最上面的是已调波，中间的图为解调后的波形，其次为初始信号，最下面的是接收信号的眼图。
除了延时外，解调后的信号和原始信号几乎一样，该系统可行，并且抗噪声和抗衰减性能都较好，适合于中低速数据传输。
通常数据在低于1200bps时使用BFSK方式传输，在衰落信道传输数据时，也被广泛应用。
3.7AM超外差收音机的设计
3.7.1超外差接收机的工作原理
超外差接收技术广泛用于无线通信系统中。
图3-23所示的是一个基本的超外差收音机的原理框图。
下面以最常见的AM超外差收音机为例说明。
图3-23超外差收音机原理框图
通常的AM中波广播收音机覆盖的频率范围为540-1700KHz，中频IF频率为455KHz。
商业广播发射采用常规调幅，调制度为1，且发射功率大，因此收音机为节省成本、减小体积，一般解调器采用最佳简单的二极管包络检波。
本地振荡的典型设置都高于所希望的RF信号，即所谓的高边调谐。
输入滤波器用于拟止所不希望的信号和噪声，更重要的是去除与期望频率解调中频
有关的镜像频率2
信号。
实际使用陶瓷滤波器能得到很好的性能，增加一级增益后再检波。
3.7.2超外差收音机的SystemView仿真
一个基本的AM收音机的系统仿真框图如图3-24所示。
本例主要说明超外差AM收音机的工作原理及信号解调过程。
为节省仿真时间，没有按实际的540-1700KHz的频率覆盖范围和455KHz中频频率设计，而采用了20KHz作为IF。
另外设了30KHz，40KHz，50KHz三个载波频率的发射信号（模拟三个电台），模拟调制信号的带宽为5KHz以下。
并设希望接受的频率为第二个电台的频率40KHz，收音机使用高边调谐，则本振应为40+20=60KHz，且存在一个镜像干扰频率为40+2*20=80KHz。
图3-24AM超外差收音机仿真模型
接收到的三路信号的仿真波形和频谱图如图3-25所示
图3-25接收到的三路信号的仿真波形和频谱图
2.接收到40KHz的电台的波形和频谱如图3-26所示
图3-26接收到40KHz的电台的波形和频谱
3.7.3收音机仿真参数的分析
收音机仿真参数的测量，可以通过SystemView测量经过IF滤波器后输出的希望信号与非希望信号的功率比来求得。
但该测量必须通过两次特殊的仿真才能进行。
首先先关闭所有干扰滤波，即把30KHz和50KHz的信号源幅度设置为零，使用分析窗口的窗口统计功能求IF的输率。
3.8双路FM语音通信系统设计
以语音波形文件（后缀名为“.wav”）作为信号源,频率调制直接使用SystemView函数库FM,解调使用延时相乘结构来实现,信道用高斯白噪声来模拟，接收端分别解调出相应的语音信号。
此次设计采用的两路信号频率均为22050Hz。
低通滤波器的截止频率分别为5000Hz和10000Hz。
仿真图如图3-27所示：
图3-27双路FM语音通信系统仿真图
3.8.1仿真波形
1．第一路信号的输入波形和接收波形如图3-28，3-29所示：
图3-28第一路信号的输入波形图
图3-29第一路信号的接收波形图
2.第二路输入信号的波形和输出波形如图3-30，3-31所示：
图3-30第二路信号的输入波形图
图3-31第二路信号的接收波形图
3.8.2仿真结果分析
由于本次设计采用的语音信号是双声道的信号，所以输入信号和接收信号的波形图相差较大，只接收到了其中一个声道的信号。
4结论
AM调制、DSB调制、SSB调制是常用的模拟调制方式，从传输带宽的角度讲，AM调制和DSB调制是信号带宽的2倍，而SSB调制仅是AM调制和DSB调制系统带宽的一半，有效地节省了带宽；
从信噪比改善的角度讲，DSB调制系统优于SSB调制系统优于AM调制系统；
从设备复杂性的角度讲，AM调制系统最复杂，SSB调制系统最简单。
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BFSK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BFSK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BFSK。
相干2DPSK主要用于高速数据传输，而非相干BFSK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。
通过着一周通信原理课程设计，利用仿真软件对所学知识进行仿真，通过在仿真过程中解决问题使我对所学知识进一步了解，并且可以熟练应用SystemView软件,总之这短短一周的课程设计使我们受益匪浅.
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