数字频带调制的仿真课程设计.docx

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数字频带调制的仿真课程设计

课题名称：

通信原理课程设计

子课题名称：

数字调制2DPSK传输通信系统

院（系）：

计算机学院

专业：

通信工程

班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

2012年6月18日

一、摘要

随着计算机软件技术的飞速发展,出现了许多先进的EDA（ElectronicDesignAutomatic）技术。

通过仿真软件可对通信系统进行多种方案设计和参数实验,得到最佳设计方案。

介绍通信系统原理用美国Elanix公司系统仿真软件Systemview仿真和分析的方法,详细阐述对通信系统的动态仿真步骤。

利用该软件可直观地了解通信系统,同时系统的动态性仿真是对验证性实验的有益补充。

详细阐述二进制差分相位键控（2DPSK）调制与解调及其仿真。

帮助自己理解掌握抽象的知识,同时培养自己的设计能力和创新能力。

关键字：

Systemview；调制与解调；2DPSK。

二、目录

一、摘要2

二、目录3

三、通信系统设计4

四、Systemview仿真测试6

五、2DPSK系统设计7

DPSK调制与解调基本原理及其分析7

2DPSK系统测试报告8

1）测试目的8

2）测试方法8

3）测试预期9

4）测试结果9

5）测试分析11

六、总结12

七、致谢14

八、参考文献14

三、通信系统设计

通信就是信息的传输，在当今高度信息化的社会，信息和通信已经成为现代社会的“命脉”。

信息作为一种资源，应该得到很好地利用，因此我们必须对信息进行有效地传输。

通信的目的就是传递消息所包含的信息。

1837年莫尔斯发明的有线电报开创了利用电传输信息的新时代，从此，人类的信息的共享越来越好的得到了利用也是对于通信系统主要由以下几个模型组成：

图1.1通信系统的一般模型

模拟通信系统是用模拟信号来传递信息的通信系统，数字通信系统式利用数字信号来传递信息的通信系统，目前在无论是模拟通信还是数字通信，在现实中的通信业务都得到了广泛的应用，尤其是在通信系统的刚刚开始启蒙状态，模拟通信系统得到了比数字系统更为广泛的应用，但是在现在的数字通信系统的飞速发展，数字通信系统发展速度很明显超过模拟通信，成为数字当代通信技术的主流。

通信系统又具有很多的优点：

抗干扰能力强，噪声不积累，传输差错可控，易于加密处理，保密性好等等。

但是现实中存在的基本上都是模拟信号，所以我们通信要进行模数转换，装换成数字信号后，我们就要对数字信号序列进行数字传输。

数字通信系统虽然有这么多的优势，但是，模拟通信系统仍然得到了很好的利用，这是由于在模拟通信在一些通信地方仍然具有其自己的特点，如模拟通话，模拟通信系统占有的带款展，在通信的路数不需要很多的情况下，我们的模拟通信系统就具有数字通信系统的不具有的经济性。

在通信中有两大资源，一个是信道带宽，另一个是送源功率，能很好的减少这两种资源或者得到有效的利用，我们就认为这个通信系统在这种情况下就是较好的通信系统。

数字通信系统的模型如下：

图1.2数字通信体统的一般模型

数字调制与解调模块是此论文设计的内容，论文设计是一次综合实验的检测，是对整个通信系统的更好的实际性的理解，在设计时遇到的问题，得到解决的同时，更好的理解了我们通信系统的设计的思路和对通信系统的印象的加深。

数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成合适的在信道中传输带通信号。

基本的数字调制有振幅调制（ASK）、频移键控（FSK）、绝对相移键控（PSK）、相对相移键控（DPSK）。

在接受端可以采用相关解调和非相干解调还原数字基带信号。

数字解调就是还原基带信号。

本论文就是基于Systemview的通信系统的设计，也就是在Systemview软件环境下进行二进制差分相位键控（2DPSK）系统的设计，具体Systemview软件的应用和通信系统的设计与仿真下面会具体介绍。

四、Systemview仿真测试

SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块（Token）去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。

利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。

用户在进行系统设计时，只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。

　　SystemView的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（MainLibrary）及专业库（OptionalLibrary），基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。

详细的SystemView功能库介绍见附录一。

Systemview是用于现代工程与科学系统设计仿真的动态系统分析平台。

从滤波器设计、信号处理、完整通信系统设计与仿真，到一般系统的数学系统的模型的建立等各个领域。

五、2DPSK系统设计

DPSK调制与解调基本原理及其分析

在2PSK中存在“到π”现象，使得可能解调的波形与原来的波形完全是相反的，为解决这一个到π现象，我们引入了2DPSK，即相对相移键控，是相移键控的一种。

2DPSK是利用码元的相对相位变化来实现传递数字信息的。

通常表示为：

若前后相位相对变化为0，则表示发送信息“0”，若前后相位变化为π，则表示发送信息“1”。

所以其必有参考相位。

二进制信息：

11010012DPSK信号相位：

（0）π00πππ0

注：

上述的参考相位为0，若为π，则上述的相位的0和π正好相反。

调制部分的实现：

通常利用差分编码来实现，即由绝对码表，表示相对码表，然后再进行绝对调相。

相移方式有两种：

A方式和B方式。

解调部分，由于和2PSK具有共同的地方，所以解调的部分一样，最后价格码反变换器即可实现解调。

图6.12DPSK调制解调原理图

从图6.1中可以看出产生的二进制信息码元，经过绝对码变成相对码后与载波相乘，即得到所需要的2DPSK已调信号。

然后用2PSK解调系统进行解调，具体是与载波信号相乘，得到我们需要的直流分量和2倍频的正弦分量，然后低通滤波，滤除不需要的正弦分量，最后抽样判决，即得到相对码，解调出相对码之后，再变成绝对码，利用一个码反变换器实现。

具体在实验中实现为：

用个延迟单元，延迟一个码元的宽度，然后与原来这时的码元进行异或即可得到。

这个与刚刚开始产生相对码是一样的。

2DPSK系统测试报告

1）测试目的

2DPSK相干解调出来的波形与输入的原基带信号基本保持一致，

2）测试方法

图6.22DPSK相干解调仿真波形

图符0:

信号源库中的“伪随机序列PNSeq”,设

基带信号波特率为10bös,即每秒10个二进制符号,调

制载波为20Hz。

图符1:

算子库中的延迟DELAY。

图符2，4：

乘法器，

图符5,6,14:

信号源库中的“正弦波发生器”,即本地

载波,频率为20Hz。

图符7:

低通滤波器。

图符4:

逻辑库中的异或门XOR。

图符4和图符1

构成“码变换器”。

图符8，9,10,17:

接收器。

图符3,15：

差分编码器。

2DPSK序列的波特率取10bös,调制载波的频率为20Hz。

在实际的通信系统中,这样的频率是不合适的,在话带以内以中速传输数据时2DPSK是CCITT建议的一种传输方式,因此实际系统的波特率应为kbös数量级。

仿真中调制信号的频率是波特率的2倍,主要是为了方便观测波形,在波形图上可以明显地观察到一个码元内有2个正弦波的波形。

本模型没有考虑噪声的影响,实际系统中应在乘法器后加带通滤波器,目的是滤除带外噪

3）测试预期

2DPSK相干解调输出波形

4）测试结果

A）输入的二进制基带波形（绝对码）：

图6.32DPSK相干解调输入的基带信号

输入的基带信号（绝对码）是二进制双极性伪随机码（即PN序列），频率为10Hz，图6.3中可看出输入的序列为“-11-1-1111-1-111-1-1-1”。

B）2DPSK调制中输出的相对码：

图6.42DPSK调制中输出的相对码

输入的基带绝对码经过差分编码器转换成绝对码。

C）2DPSK相干解调中已调信号与载波相乘的波形：

图6.52DPSK相干解调中已调信号与载波相乘输出波形

从图6.5中可以看出2DPSK相干解调中已调信号与载波相乘输出的波形中含有很多高频成分，我们需要用低通滤波器将这些高频成分滤除，得到需要的直流分量。

D）2DPSK相干解调输出波形：

图6.62DPSK相干解调输出波形

5）测试分析

在仿真时当得到已调信号与载波相乘的波形后，再经过低通滤波器、采样器、保持电路、抽样判决器，得到解调出的相对码。

最后经过差分译码器，就可以得到解调出的绝对码（即输入的原始基带信号），从图6.6可以看出2DPSK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。

E）2DPSK输入基带信号频谱2DPSK已调信号频谱图：

图6.72DPSK输入信号频谱图

图6.82DPSK已调信号频谱图

从图6.7和图6.8中可以看出2DPSK调制信号的波形不能反映在已调信号的包络中，所以验证了2DPSK和2PSK一样，不能采用非相干解调的方法来解调。

六、总结

本次课程设计主要有以下几个方面收获，以下全部都是在本次课程设计中的解决的问题和学到的东西：

1）SystemView软件的学习。

以前没有接触这个软件，这个第一次接触这个软件，对于这个软件的了解及其熟悉是一个非常重要的方面。

SystemView在仿真软件中也是具有分出重要的地位的，作为我们通信工程的专业的人来说，熟悉使用一款以上的电路仿真软件是必须得。

电路仿真时我们通信系统在检测我们的设计是一个重要的工具，当我们设计的电路能够在电路上实现时，我们的设计的电路才有可能能够在实际中实现，也许实际更难实现，有很多的环境等因素我们在仿真时时很难考虑到得。

所以这次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。

2）提高了动手能力。

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，并且在网络上查找窗口中的界面的介绍，结合老师所给的参考的资料书目内容，自学这款软件，并独立完成全部的仿真的内容，仿真的结果与预想中的一样，符合我们所学的内容。

3）提高了思维能力。

在这次课程设计中，老师虽然提供了全部的仿真图，但是通过自己的检测和利用我这学期在这一章的数字通信系统的学习的掌握。

我非常好的利用了课本的知识，结合课本的知识，把原来的电路做了很多的改进。

有些器件按照自己的设计的思维去做，最终实现了全部的结果的仿真。

学以致用，这次的课程设计是一个非常好的一门课程设计，同时，是对于课本的知识的更深的理解。

改进的地方有很多，下面我例举改动比较大的地方，同时也证明原实验原理图有些地方有错误。

“不能完全相信书，尽信书不如无书”。

4）在这次仿真的时候，我考虑的仿真的系统的评价，只是定性的分析了四种调制方式，而没有非常具体分析这四种调制方式，因为在我们的仿真的时候也很难考虑到全部的系统系能的分析，一个是时间较短，二个是在这次仿真的时候很多东西都是生东西，需要一段时间适应和学习，这样造成需要更多时间。

5）这次报告除了参考了书本上些知识外，全部是独立思考出来的，所以在总结知识的系统性方面有了提高，通过自己独立思考，统筹全部，然后一步一步来着手，完成了全部的报告。

对于以后独立思考的能力还是有点进步的，再好久没有这么高强度的独立思考，还是有了一定得好处。

七、致谢

本次论文设计对于我这所学得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，感谢老师布置这次的课程设计，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，感谢老师给予的这次机会，同时我在软件的熟悉过程中的帮助，使得我快速完成这次的设计。

同时还感谢老师这学期让我在通信系统的这方面产生很好的兴趣。

八、参考文献

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

[2]杨翠娥.《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

[3]陈萍.《现代通信实验系统的计算机仿真》国防工业出版社

[4]陈永芳.职业技术教育专业教学论[M].北京:

清华大学出版社

[5]邢金龙.高等职业教育的立法及配套政策[J].太原大学学报

[6]谢勇旗.高等职业教育专业设置研究[D].天津大学硕士学位论文

[7]宋爱军,余环虎,陈育兴.SystemView仿真软件在实验教学中的应用[J].中国计量学院学报,2003.

[8]吴怡,陈俊.SystemView仿真软件在通信原理课程教学中的应用[J].福建师范大学学报:

自然科学版,2OO4.

[9]曾捷,滕建辅.SystemView软件在通信系统仿真中的应用[J].天津通信技术,2000.

[10]罗卫兵,孙桦,张捷.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M].西安:

西安电子科技大学出版社,2001.