通信原理课程设计调制解调的通信系统进行仿真研究

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1、目录一绪论1二Systemview的基本介绍2三二进制振幅键控（2ASK）33.1 2ASK基本原理33.2 2ASK调制系统43.3 2ASK调制解调系统63.4 系统仿真结果分析7四二进制频移键控（2FSK）74.1 2FSK基本原理74.2 2FSK调制系统94.3 2FSK调制解调系统114.4 系统仿真结果分析13五二进制相移键控（2PSK）135.1 2PSK基本原理135.2 2PSK调制系统145.3 2PSK调制解调系统155.4 系统仿真结果分析18六二进制差分相移键控（2DPSK）186.1 2DPSK基本原理186.2 2DPSK调制解调系统196.3 系统仿真结果分析

2、22七实验小结23参考文献24谢辞25一绪论我们这次课设的目的就是要对调制解调的通信系统进行仿真研究。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。 数字信号的传输方式可以分为基带传输和带通传输。为了使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，以使信号与信道特性相匹配。在这个过程中就要用到数字调制。在通信系统中，利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，来实现数字调制，这种方法通常称为键控法，主要对载波的振幅，频率，和相位进行键控。键控主要分为：振幅键控，频移键控，相移键控三种基本的数

3、字调制方式。本次课程设计的目的是在学习以上三种调制的基础上，通过Systemview仿真软件，实现对2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK等数字调制系统的仿真，同时对以上系统有深入的了解。此次课程，学会熟练掌握Systemview的用法，在该软件的配合下完成各个系统的结构图，还有调试结果图。关键词：调制解调，键控，Systemview二Systemview的基本介绍Elanix公司的SystemView是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化环境，是一个适合多种操作系统的单机和网络平台。SystemView是一个用于现代科学与科学系统设计及仿真打动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、

4、完整通信系统打设计与仿真，到一般打系统数字模型建立等各个领域，SystemView在友好而功能齐全打窗口环境下，为用户提供啦一个精密的嵌入式分析工具。 在SystemView环境下，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种速率的系统，可用于线性或非线性控制系统的设计和仿真。SystemView包括基本库和专业库。基本库包括信号源、接收器、加法器、乘法器，函数库和算子库等。利用基本库可以进行一般的系统设计和仿真，例如：用不同方式设计多种形式的滤波器，可以自动完成滤波器幅频特性(波特图)、传递函数和根轨迹图等模型之间转换。专业库包括通信(Communication)、逻辑(Logic)、数

5、字信号处理(DSP)库、射频/模拟(RF/Analog)、支持高级语言的用户代码库(Custom Library)、自动程序生成库(APG)、Matlab连接库(M-link)、Xilinx FPGA库、CDMA/PCS库、数字视频广播(DVB)、自适应滤波器库(Adaptive Filter Library)、实时DSP代码生成库(与TI Code Composer Studio协同仿真)、符合第三代移动通信的3G库、TurboCode Libary(TPC)库和XDSL库和ANSI C代码产生器等，与Xpedion公司Golden Gate RF设计工具联合构成新的更加全面的仿真方式。Sy

6、stemView可以实时仿真各种DSP结构，并进行各种系统时域和频域分析、谱分析，对各种逻辑电路、射频/模拟电路(混合器、放大器、RLC电路和运放电路)等进行理论分析和失真分析。SystemView的各种专业库特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。随着通信技术的不断发展，通信系统越来越复杂，设计和仿真难度也随之加大，利用SystemView可以十分方便地完成相应的通信系统设计和仿真。SystemView是目前国际上最优秀的系统设计和仿真软件之一，其主要特点有：1. 直观2. 简单3. 易用4. 支持多速率系统和并行系统5. 无限制分层结构6. 丰富的功能块7. 广泛的滤波和线性系统设计

7、8. 可扩展性三二进制振幅键控（2ASK）3.1 2ASK基本原理振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信号，其频率和初始相位保持不变。在2ASK中，载波的幅度只有两种状态，分别对应二进制信息“0”和“1”。2ASK/OOK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法，相应的调制器如图3-1所示。图（a）就是一般的模拟幅度调制的方法，用相乘器实现；图（b）是一种数字键控法，其中的开关电路受s(t)控制。图3-1 2ASK/OOK信号调制器原理框图在幅移键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。一种是最简单的形式是载波在 二进制调制信号1或0控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通断

8、键控（OOK）。二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，也是最简单的。这种方法最初用于电报系统，但由于它在抗噪声的能力上较差，故在数字通信中用的不多。但二进制振幅键控常作为研究其他数字调制方式的基础。 二进制振幅键控信号的基本解调方法有两种：相干解调（同步检测法）和非相干解调（包络检波法）。非相干解调系统设备简单，但信噪比小市，相干解调系统的性能优于相干解调系统。相应的接收系统组成框图如图3-2所示。与模拟信号的接收系统相比，这里增加了一个“抽样判决器”方框，这对于提高数字信号的接收性能是必要的。图3-2 2ASK/OOK信号的接收系统组成方框图3.2 2ASK调制系统通过Systemvie

9、w软件进行仿真，得到的原理框图如图3-3所示，主要用到信号源，乘法器和信息显示器，具体实现如下：图3-3 2ASK调制系统组成原理图在试验中，要对整个仿真系统进行基本参数的设置，信号源中的各项参数具体设置为基带信号amplitu=-0.5，offset=0.5，rate=10。其他的就看个人的设置了。通过运行2ASK系统可以得到两个信号分别为Sink0的输入信号和Sink4的已调信号，具体情况如图3-4和图3-5所示：图3-4 输入调制信号图3-5 已调信号通过对两个信号图的对比可以看出：当输入调制的信号输入为“1”时，得出的已调信号就会出现一个周期的正弦信号；当输入调制的信号输入为“0”时，

10、得出的已调信号就会出现“0”，不会有任何变化。从此处可以看出符合2ASK的规则，系统设计正确。3.3 2ASK调制解调系统通过对解调系统的原理框图，用Systemview仿真得到的原理框图如图3-6所示，主要用到的源器件与调制系统差不多，只是多了一个带通滤波器，具体实现如下：图3-6 2ASK调制解调组成原理框图在试验中，要对整个仿真系统进行基本参数的设置，具体的参数设置如下所示：基带信号频率=50HZ；电平=2，偏移=1；载波频率=1000HZ；模拟低通频率=225H；,极点数为3；系统运行时间为0.3S；采样频率=20000HZ。通过运行2ASK解调系统可以得到三个信号分别为Sink9的原

11、始信号，Sink10的已调信号和Sink11的解调后信号，具体情况如图3-7，图3-8和图3-9所示：图3-7 原始信号图3-8 已调信号图3-9 解调后信号通过对比发现，解调后得出的信号图形与输入的信号形状基本一致，就可以看出此系统设计是成功的。3.4 系统仿真结果分析如图所示调制信号Sink9的图形与解调后的信号Sink11图形基本一致，在每段的起始因为信号不稳定，所以出现了微小的波动。这与滤波器滤波误差也相关。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。四二进制频移键控（2FSK）

12、4.1 2FSK基本原理频移键控是利用载波的频率的频率变化来传递数字信号。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在两个频率点间变化。2FSK信号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控法来实现，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，使其在每一个码元期间输出两个载波之一，具体如图4-1所示，这两种方法的差异在于：由调频法产生的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，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。图4-1 键控法产生2FSK信号的原理框图因为数字

13、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f2.2FSK信号的常用解调方法是采用如图4-2所示的非相干解调（包络检波）和相干解调。其解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后进行判决。这里的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决规则应与调制规则呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率，则接收时上支路的样值较大，应盘为“1”；反之为“0”。(a)非相干解调（b）相干解调图4-2 2FSK信号解调原理图4.2 2F

14、SK调制系统通过Systemview软件进行仿真，得到的原理框图如图4-3所示，主要用到信号源，乘法器，加法器，反相器和信息显示器，具体实现如下：图4-3 2FSK调制系统组成在试验中，要对整个仿真系统进行基本参数的设置，信号源中的各项参数具体设置为基带信号amplitu=0.5，offset=0.5，rate=10。反相器：THRESHOLD=0.5，载波频率=10HZ。其他的就看个人的设置了。通过运行2FSK系统可以得到5个信号，分别为Sink1的基带信号，Sink3的反相后信号，Sink5和Sink9的两部分已调信号，最后的Sink10的已调信号。具体情况如下所示：图4-4 基带信号图4

15、-5 经反相器后信号图4-6 一部分已调信号图4-7 另一部分已调信号图4-8 已调信号通过对图4-4和图4-8的对比可以看出：当输入调制的信号输入为“1”时，得出的已调信号就会出现二个周期的正弦信号；当输入调制的信号输入为“0”时，得出的已调信号就会出现一个周期的正弦信号。从此处可以看出符合2FSK的规则，系统设计正确。4.3 2FSK调制解调系统通过对解调系统的原理框图，用Systemview仿真得到的原理框图如图4-9所示，具体实现如下：图4-9 2FSK调制解调系统组成在试验中，要对整个仿真系统进行基本参数的设置，具体的参数设置如下所示：基带信号频率=50HZ；电平=2，偏移=0；半波

16、整流器门限为0；Sink7、Sink13频率=500HZ；Sink8、Sink14频率=1000HZ；模拟低通滤波器频率=225HZ，极点个数为7；运行时间=0.3S，采样频率=10000HZ。通过运行2FSK解调系统主要得到三信号分别为Sink0原始信号，Sink10的已调信号和Sink20调后信号，具体情况如图4-10，图4-11和图4-12：图4-10 原始信号图4-10 已调信号图4-11 解调后信号图4-12通过对比发现，解调后得出的信号图形与输入的信号形状基本一致，就可以看出此系统设计是成功的。4.4 系统仿真结果分析如图4-11，图4-10的输入和输出，输入为调制信号，输出为解调

17、后信号，两信号基本一致，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。五二进制相移键控（2PSK）5.1 2PSK基本原理相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信号，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“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

18、高速数传中得到广泛的应用。这种以载波的不同相位去直接表示相应的数字信息的相位键控通常被称为绝对移相方式。2PSK信号的调制原理框图如图5-1所示，与2ASK信号产生的方法相比较，只是对s(t)的要求不同，在2ASK中s(t)是单极性的，而在2PSK中s(t)是双极性的。图5-1 2PSK信号的调制原理框图（键控法）2PSK信号的解调通常采用相干解调法，解调器原理框图如图5-2所示。在相干解调中，如何得到与接收的2PSK信号同频同相的想干载波是一个关键问题。图5-2 2PSK信号的解调原理框图5.2 2PSK调制系统通过Systemview软件进行仿真，得到的原理框图如图3-3所示，主要用到信号

19、源，乘法器和信息显示器，具体实现如下：图5-3 2PSK调制系统通过运行2PSK调制系统，可以得到两个信号框图，分别是Sink0信号输入信号和Sink已调信号，具体情况如图5-4和图5-5所示：图5-4 输入信号图5-5 已调信号通过对两个信号图的对比可以看出：当输入调制的信号输入为“1”时，得出的已调信号就会出现一个周期的正弦信号；当输入调制的信号输入为“0”时，得出的已调信号就会出现反转个角度后继续按正弦信号的方式传递下去，从此就可以看出来，此系统符合2PSK的规则，系统设计正确。5.3 2PSK调制解调系统通过对解调系统的原理框图，用Systemview仿真得到的原理框图如图5-6所示，

20、主要的源器件与调制系统差不多，只是多了一个带通滤波器，具体实现如下：图5-6 2PSK调制解调系统原理框图在试验中，要对整个仿真系统进行基本参数的设置，具体的参数设置如下所示：基带信号频率=30；电平=2，偏移=1；载波频率=600模拟低通频率=225H；,极点数为3；通过运行2PSK调制解调系统，可以得到四个信号波形，每一步过程中的波形都可一看到，从中我们就可以发现错误时，具体是哪步。Sink0的原始信号，Sink2与Sink12都是相乘后得到的图形，Sink10是解调信号。具体情况如图5-6，图5-7，图5-8和图5-9所示：图5-6 原始信号图5-7 已调信号图5-8 解调信号图5-95

21、.4 系统仿真结果分析Sink0，Sink10调制信号、解调信号。它们波形整体一致，但是每段的起点处存在一定的波动误差，造成的主要原因是调制系统的误差。仿真结果准确。同样已调信号不是很清楚，因为载波频率太高的缘故。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。六二进制差分相移键控（2DPSK）6.1 2DPSK基本原理前面讨论的2PSK信号中，相位变化时以未调载波的相位作为参考基准的。由于他利用载波相位的绝对数值表示数字信息，所以又称为绝对相移。已经指出，2PSK相干解调时，由于载波恢复中相位有0，模糊性，导致解调过程出现“反向工作”现象

22、，恢复出的数字信号“1”和“0”倒置，从而使2PSK难以实际应用。为了克服此缺点，提出了二进制差分相移键控（2DPSK）方式。2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信号，所以又称相对相移键控。2DPSK信号产生方法可以通过观察图6-1得到一种启示：先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把表示数字信息序列的绝对码变换成相对吗（差分码），然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。2DPSK信号调制器原理框图如图6-1所示：图6-1 2DPSK信号调制器原理框图2DPSK信号的解调方法之一是相干解调（极性比较法）加码反变换法。器解调原理是：对2DPSK信号进行相干

23、解调，恢复出相对码，再经反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，是得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码（码反变换）得到的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊性带来的影响。2DPSK的相干解调器原理框图如图6-2所示：图6-2 2DPSK相干解调原理框图2DPSK信号的另一种解调方法是差分相干解调（相位比较法）， 用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需由收到的2DPSK信号延时一个码元间隔，然后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后的相位差，经低通滤波器后再抽样判决，即可直

24、接回复原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。2DPSK系统是一种实用的数字调相系统，但其抗加性白噪声性能比2PSK的要差。6.2 2DPSK调制解调系统通过对2DPSK系统框图的了解，对其用Systemview进行仿真，得到的具体仿真框图如图6-3所示，图6-3 2DPSK调制解调系统框图在整个仿真过程中要对一些重要参数进行设定具体参数设置情况如下所示：基带信号频率=100HZ；电平=2，偏移=0；逻辑异或threshold=1，tureoutput=1，FALSEoutput=-1；延迟块delay=100，selectoutput为1；载波频率=1000HZ；模拟低通滤波器频率=225

25、HZ，极点个数为3；保持器gain=1；比较器ab；运行时间=0.5S，采样频率=10000HZ。运行2DPSK调制解调系统，得到每个过程的波形具体情况，从中我们可以看出实验每一步完成的情况，如果其中一步发生错误，那么也可以很快的找出问题，具体的几个波形情况如下所示：图6-4 原始信号图6-5 相对码图形图6-6 解调输出图形图6-7 已调波形图6-8 相乘后波形图6-9 抽样后波形图6-10 2DPSK调制波形6.3 系统仿真结果分析Sink26是2DPSK的调制波形，从中可以看出，与原始信号对比发现，当原始信号为“0”时，2DPSK解调的信号就保持原有的信号传递下去，当原始信号出现“1”时

26、，2DPSK的解调信号就会发生角度的变换，只要原始信号出现“1”那么，调制信号就会发生变换。Sink0、sink13分别为调制解调信号，两个图像完全一致，说明该调制解调系统的准确。Sink16为滤波后的信号，存在一定的波动误差，而sink6为转换后的相对码波形。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。七实验小结此次课程设计的主要是实现：2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK四个通信调制解调系统的仿真： 2ASK调制模拟调制法用乘法器来实现，解调为非相干解调信号经过带通滤波器，相乘器，低通滤波器，抽样判决器，然后输出。 2FSK是使

27、得载波频率在二进制基带信号f1和f2两个频率点间变化，可以看成是两个不同载波频率的2ASK信号的叠加。此处是通过键控法来实现的。解调是通过两个带通滤波器与相乘器相乘，在经过低通滤波器，然后抽样判决输出。 2PSK是利用载波相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变，用绝对相移方式即以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号，此处通过模拟调制的方法调制。解调则是让信号经过带通滤波器，然后相乘器与载波相乘，最后是带通滤波器和抽样判决输出。 2DPSK是避免0和180相位模糊性产生的调制系统。通过相对相移键控实现0干扰。相干解调器原理为信号相对变换，经过带通滤波器相乘器低通滤波器，抽样判决器，码反

28、变换器。 对同一调制方式，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率。若采用相同的解调方式，在误码率相同的情况下，所需要的信噪比2ASK比2FSK高3DB，2FSK比2PSK高3DB,由此，在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。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2FSK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2FSK具有更好

29、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2FSK。相干2DPSK主要用于高速数据传输，而非相干2FSK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。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）杨翠蛾.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谢辞通过此次课程设计，我学到2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK通信系统的设计与仿真。通过波形的可视化，使得系统更加形象，理解的更加透彻。在没有做课程设计以前觉得课程设计只

30、是对这半年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。此外感谢学校提供良好的学习平台，让我们学习与实践相接和，只有从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。通过仿真系统，能够深刻理解通信系统的原理和具体实现法案，而且通过实际课程设计，积累了宝贵的实践经验，掌握了systemview仿真软件的操作。 在此要感谢我们的老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，收获颇丰。 最后，再次感谢老师和同学的相互帮助，顺利地完成此次课程设计。