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1、洛 阳 理 工 学 院课 程 设 计 报 告 课程名称 通信原理 设计题目 基于SystemView的2FSK的仿真与分析 专 业 通信工程 班 级 B110507 学 号 B11050729 姓 名 陈银龙 完成日期 2013/12/16 课 程 设 计 任 务 书设计题目： 基于SystemView的2FSK系统的仿真与分析 设计内容与要求：设计内容：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）运用所学专业知识对几个实际系统的仿真进行分析和比较；4) 课设最后一天，独立按时完成老师指定的系统的仿真；5）选择其中一个系统仿真分析，并最终作为
2、写设计报告的内容。设计要求： 1）掌握SystemView系统的基本操作，并对简单通信系统进行仿真； 2）运用所学知识独立完成对某一实际系统的仿真与分析； 3）对某一实际系统完成仿真分析并按要求完成设计报告。 指导教师： 范文 2013年12月16日课 程 设 计 评 语 成绩： 指导教师：_ 年 月 日目录前言21 2FSK系统原理31.1 2FSK调制原理31.2 2FSK解调原理32 SystemView介绍53 2FSK系统的设计与仿真63.1 2FSK键控法调制63.2 2FSK相干解调法83.2 2FSK非相干解调法104 仿真结果与分析124.1调制信号仿真分析124.2相干解调
3、仿真分析134.3 非相干解调仿真分析135 设计心得136 参考资料14前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，经过调制不仅可以进行频
4、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
5、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。在课设最后一天，独立按时完成老师指定的系统的仿真并最终选择其中一个系统仿真分析，最终作为写设计报告的内容。这次我所写实验报告是基于SystemView的2FSK系统的仿真与分析。1 2FSK系统原理1.1 2FSK调制原理 频移键控是利用载波的频率变化来传
6、递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和 f2两点间变化，其表达式为：时e2FSK（t）=Acos（1+n）当发送“1”时Acos（2+n）当发送“0”时2FSK信号产生的方式主要有两种方法：一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用数字键控来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一，如图1.1所示。图1.1 数字键控法实现2FSK信号调制原理这两种产生2FSK信号的差异在于：由调频方法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在
7、两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间得相位不一定连续。 1.2 2FSK解调原理 常用的2FSK解调方法有两种，即相干解调法和非相干解调法。另外还有鉴频法、过零检测法、查分检测法。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。非相干解调也是利用包络检波法检测得到的。过零检测法是基于2FSK信号的过零点数随不同频率而异，通过检测零点数目多少，从而区分两个频率的码元。原理框图如下：带通滤波器w1包络检波器带通滤波器w2包络检波器抽样判决器输入定
8、时脉冲输出图1.2 2FSK非相干解调原理图带通滤波器w1相乘器带通滤波器w2相乘器抽样判决器输出输入定时脉冲 低通滤波器低通滤波器载波一载波二图1.3 2FSK相干解调原理图限幅微分整流脉冲展 宽低通输入输出 图1.4 2FSK过零检测法原理图由图1.2可知2FSK非相干解调就是分别对双极性码进行，再对调制后的已调信号分别进行带通滤波，滤波完进行包络检波，包络检波器与一个整流器和低通滤波器是等价的。然后抽样判决，上面的大，则判“1”，下面的抽样值大，则判“0”。图1.3的相干解调也差不多，分别带通滤波之后进行与载波相乘，然后低通滤波，把2倍频的分量滤除掉。最后得到接近直流的分量，在进行抽样判
9、决，若上面的值大，则判“1”，下面的大，则判“0”。注意若信噪比大，则不能用包络检波法，要用相干解调法进行解调。过零检测器来解调则是先进行限幅，把正弦波变成接方波的波形。然后微分，即可以得到跳变量，整流后把负的跳变量变成正的然后根据零点个数可以判断出其基带信号。最后低通，滤除高频分量。判压的零点个数原理就是把整流后的波进行脉冲展宽。下面只对2FSK的相干解调和非相干解调进行仿真。2 SystemView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
10、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
11、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、
12、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
13、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
14、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
15、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 2FSK系统的设计与仿真 3.1 2FSK键控法调制图3.1 2FSK键控法信号调制表3-1 键控法调制信号原理图参数表图符号库：图符名称改变的参数设置0Source：SinusoidFreq=200Hz，Amplitude=1V1Source：PN SeqRate=
16、30Hz，No.Level=2,Offset=02Operator：Negate3、4Multiplier5Source：SinusoidFreq=400Hz，Amplitude=1V6、7Function：Half RectifierZero Point=08Adder912Sink：Analysis对调制信号波形仿真如下：（运行时间0.5s，采样频率1000Hz）调制信号波形图Sink9图3.2 2FSK调制信号波形 半波整流后加载到高频信号f1上得波形（sink10）图3.3 调制信号经半波整流与高频信号f1合成波形经反向器并半波整流后加载到高频信号f2上得波形（sink11）图3.4
17、经反向器并半波整流后与高频信号f2合成波形调制后波形（sink18）图3.5 调制后波形图 3.2 2FSK相干解调法图3.6 2FSK信号相干解调系统仿真图表3-2 2FSK信号相干解调原理图参数表图符号库：图符名称改变的参数设置13、14Multiplier15Source：SinusoidFreq=200Hz，Amplitude=1V16Source：SinusoidFreq=400Hz，Amplitude=1V17、18Operator：Analog LowpassButterworth Low Cuttoff=100，No.of Poles=319Operator：Negate20A
18、dder21Operator：SamplerSample Rate=1000Hz22Operator：Hold23Operator：CompareSelect Comparison：ab，True Output：1VFalse Output：0V24Source：Step FctAmplitude=0V25、26Sink：Analysis解调后的波形（Sink26）图3.7 解调后的输出波形经过抽样判决后的最终波形（sink28）图 3.8 经抽样判决后的输出波形解调信号的功率谱为图3.9 最终调制信号的功率谱图 3.2 2FSK非相干解调法图3.10 2FSK非相干解调仿真原理图表3-3 2
19、FSK信号非相干解调原理图参数表图符号库：图符名称改变的参数设置27Operator：Analog BandpassButterworthLow Cuttoff=50Hz，Hi Cuttoff=300Hz28Operator：Analog BandpassButterworthLow Cuttoff=350Hz，Hi Cuttoff=450Hz29、30Function：Half RectifierZero Point=031、32Operator：Analog LowpassButterworth Low Cuttoff=100，No.of Poles=333Operator：Compare
20、Select Comparison：ab，True Output：1VFalse Output：0V 非相干解调波形如下：（在调制系统中将基带信号改为Rate=50Hz，其他不变，运行时间0.3s，采样频率1000Hz）调制信号波形（Sink2）图3.11 输入调制信号波形2FSK非相干解调低通滤波输出波形（Sink34和Sink35）图3.12 2FSK非相干解调低通滤波输出波形2FSK非相干解调的判决输出波形（Sink36）图3.13 2FSK非相干解调的判决输出波形4 仿真结果与分析4.1调制信号仿真分析图3.2输入的基带信号是二进制单极性伪随机码（即PN序列），频率为30Hz，从图中可
21、看出输入的序列为“101010100111010”。当发送的双极性基带的码元为“1”时有频率200Hz的载波为其进行调制，调制结果如图3.3所示；当发送的双极性基带的码元为“0”时有频率400Hz的载波为其进行调制，调制结果如图3.4所示。图3.5为2FSK调制的最终调制的结果。在非相干解调中，在调制系统中将基带信号改为Rate=50Hz，其他不变，运行时间为0.3s，采样频率1000Hz。输入的基带信号见图3.11。4.2相干解调仿真分析从图3.6看出，解调原理是用同频同相得本地高频型号进行解调得到同步信号，在用低通滤波器滤除高频载波，通过反向器并通过加法器相加后，得到原始基带型号，通过抽样
22、，保持，判决，得到准确的原始信号。由图3.7（sink26）解调出来的波形有波动，主要是滤波器滤波误差造成的，该波形通过抽样，保持，判决后输出波形如图3.8所示，可见滤波器造成的误差得到了解决最终仿真结果的准确性比较高，对照原基带信号可以知道，波形在时间上稍有延迟，但系统的输入和输出信号基本保持一致，仿真比较成功。图3.9给出了最终解调信号的频谱图。4.3 非相干解调仿真分析由图3.10可知2FSK非相干解调就是分别对单极性码进行调频，再对调制后的已调信号分别进行带通滤波，滤波完进行包络检波，包络检波器与一个整流器和低通滤波器是等价的。然后抽样判决，上面的大，则判“1”，下面的抽样值大，则判“
23、0”。 图3.11为基带调制信号波形，图3.12为2FSK非相干解调低通滤波输出波形（Sink34和Sink35）。第一个图是发送码元“1”对应的低通滤波输出波形（对应为a），第二个图是发送码元“0”对应的低通滤波输出波形（对应为b），判决（ab）时输出判决输出波形，判决输出波形如图3.13所示。对照原基带信号可以知道，波形在时间上稍有延迟，但系统的输入和输出信号基本保持一致。5 设计心得 通过SystemView仿真软件的学习与应用将课本上的通信原理各个系统作了一次比较全面的仿真练习。通过此次课程设计使我对这学期所学的模拟调制：AM、DSB、SSB的调制解调，数字调制：2ASK、2FSK、2
24、PSK的调制解调，抽样定理，增量调制的原理有了更进一步的了解与掌握；使我对通信系统的模型有了系统、全面的认识；学习并熟练掌握了SystemView软件的使用方法；掌握了不同参数对各种调制方式的影响；培养了我的动手能力与独立思考的能力。尽力做到学以致用，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。这一次通信原理的课程设计，个人认为是一次将所学的东西整合的一次机会，从开始的课题选择，到电路设计，到参数设置，到问题分析，在到调试，都需要用到我们学过的东西。这次课设首先要学会用system view 这个专业方面的软件，之前玩全没有接触过，困难的是软件完全是英文版的，
25、不认识，只得看着课本一点一点的摸索，后面拆稍微懂写基本的用途。其后就是选择课题，应为有些不很了解，犹豫之后换了2FSK，在后面就是仿真原理图的设计了，在这一步中要很清楚基带信号从发生到调制到解调每一步的过程及实现方式，确定后要到器件库中找到模拟器件，调好估计的参数，这个对system view这个软件部熟悉，有比较打的困难，整个电路搭建完成后，就是后面的调试构成，应为有一些参数设置不合理甚至错误之处，要用到理论知识去分析参数的设置，包括载波频率，抽样频率，时钟设置，截止频率等等，只有这些都配合好，后面出的结果才会准确好看。 总之这次课程设计是对我这一学期所学知识的检验与提高，是锻炼和提高我分析能力、动手能力的一次很好机会，我非常喜欢这次课设。最后要感谢老师和同学在这次课设中给予的帮助。6 参考资料1冯育涛. 通信系统仿真M. 北京：国防工业出版社,2009.2樊昌信,曹丽娜. 通信原理(第六版)M. 北京：国防工业出版社,2006.3刘开健,张海波,吴光敏. 基于SystemView的PCM通信系统仿真J. 石油仪器,2007,(5):20-22.4qqJGJD6. Systemview使用方法EB/OL. 2012-6-30/ 2012-12-205张无名. 基于SystemView的通信系统仿真D. 中国人民大学硕士论文,2012:1-20.
