基于system_view的2psk調(diào)制與解調(diào)課程設計

1、<p>　　《基于System View的2PSK調(diào)制與解調(diào)》</p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　題 目 基于System view的2PSK調(diào)制與解調(diào) </p><p>　　課 程 名 稱 基于System view的2PSK調(diào)

2、制與解調(diào) </p><p>　　系 院 信息工程學院 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級 </p><p>　　學

3、 生 姓 名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　設 計 地 點 </p><p>　　指 導 教 師 </p><p>　　設計起止時間： 2012年

4、6月 7日 至 2012年 6月 1日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、需求分析*</b></p><p>　　二、系統(tǒng)總體設計*</p><p>　　三、系統(tǒng)詳細設計*</p><p><b>

5、　　四、調(diào)試與維護*</b></p><p><b>　　五、結束語*</b></p><p><b>　　六、參考文獻*</b></p><p>　　七、指導教師評閱*</p><p><b>　　一、需求分析</b></p><p&g

6、t;　　數(shù)字通信系統(tǒng), 按調(diào)制方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。數(shù)字基帶信號的功率一般處于從零開始到某一頻率（如0～6M）低頻段，因而在很多實際的通信（如無線信道）中就不能直接進行傳輸，需要借助載波調(diào)制進行頻譜搬移，將數(shù)字基帶信號變換成適合信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號進行傳輸，這種傳輸方式，稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸或調(diào)制傳輸、載波傳輸。</p><p>　　所謂調(diào)制，是用基帶信號對載波波形的某參量進行控制，使該參量隨基帶信

7、號的規(guī)律變化從而攜帶消息。對數(shù)字信號進行調(diào)制可以便于信號的傳輸；實現(xiàn)信道復用；改變信號占據(jù)的帶寬；改善系統(tǒng)的性能。</p><p>　　和模擬調(diào)制不同的是，由于數(shù)字基帶信號具有離散取值的特點，所以調(diào)制后的載波參量只有有限的幾個數(shù)值，因而數(shù)字調(diào)制在實現(xiàn)的過程中常采用鍵控的方法，就像用數(shù)字信息去控制開關一樣，從幾個不同參量的獨立振蕩源中選參量，由此產(chǎn)生的三種基本調(diào)制方式分別稱為振幅鍵控（ASK,Amplitude-S

8、hift keying）、</p><p>　　移頻鍵控（FSK,Frequency-Shift keying）和移相鍵(PSK,Phase-Shift keying )或差分移相鍵（DPSK,DifferentPhase-Shift keying）。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結構如圖所示：</p><p>　　數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結構圖</p><p><b>　

9、　二、系統(tǒng)總體設計</b></p><p>　　在數(shù)字調(diào)制中，數(shù)字基帶信號可以是二進制的，也可以是多進制的，對應的就有二進制數(shù)字調(diào)制和多進制數(shù)字調(diào)制兩種不同的數(shù)字調(diào)制，最簡單的情況即是以二進制數(shù)字基帶信號作為調(diào)制信號的二進制數(shù)字調(diào)制，本次課程設計主要針對就是最常用的二進制數(shù)字調(diào)制方式即二進制振幅鍵控、移頻鍵控和移相鍵控三進行系統(tǒng)仿真分析，通過學習Systemview仿真軟件，對對三種系統(tǒng)進行仿真，熟悉

10、2PSK的原理、已調(diào)信號的頻譜特點和各系統(tǒng)的抗噪聲性能。</p><p>　　所謂2PSK就是根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平使載波相位在兩個不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法 ，而2PSK的解調(diào)只能采用相干解調(diào)方法。</p><p><b>　　三、系統(tǒng)詳細設計</b></p><p>　　一、SystemView的基本介紹</p>

11、<p>　　SystemView是一個用于現(xiàn)代科學與科學系統(tǒng)設計及仿真打動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設計、信號處理、完整通信系統(tǒng)打設計與仿真，到一般打系統(tǒng)數(shù)字模型建立等各個領域，SystemView在友好而功能齊全打窗口環(huán)境下，為用戶提供啦一個精密的嵌入式分析工具。</p><p>　　進入SystemView后，屏幕上首先出現(xiàn)該工具的系統(tǒng)視窗，系統(tǒng)視窗最上邊一行為主菜單欄，包括：文件（File）、編輯

12、（Edit）、參數(shù)優(yōu)選（Preferences）、視窗觀察（View）、便箋（NotePads）、連接（Connetions）、編譯器（Compiler）、系統(tǒng)（System）、圖符塊（Tokens）、工具（Tools）和幫助（Help）共11項功能菜單。如下圖（1）所示。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　使用Systemview進行系統(tǒng)

13、仿真，一般要經(jīng)過以下幾個步驟：</p><p>　　(1)建立系統(tǒng)的數(shù)學模型 根據(jù)系統(tǒng)的基本工作原理，確定總的系統(tǒng)功能，并將各部分功能模塊化，找出各部分的關系，畫出系統(tǒng)框圖。</p><p>　　(2)從各種功能庫中選取、拖動可視化圖符，組建系統(tǒng)在信號源圖符庫、算子圖符庫、函數(shù)圖符庫、信號接受器圖符庫中選取滿足需要的功能模塊，將其圖符拖到設計窗口，按設計的系統(tǒng)框圖組建系統(tǒng)。</p&g

14、t;<p>　　(3)設置、調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)模擬參數(shù)設置包括運行系統(tǒng)參數(shù)設置(系統(tǒng)模擬時間，采樣速率等)和功能模塊運行參數(shù)(正弦信號源的頻率、幅度、初相，低通濾波器的截止頻率、通帶增益、阻帶衰減等)。</p><p>　　(4)設置觀察窗口， 分析模擬數(shù)據(jù)和波形在系統(tǒng)的關鍵點處設置觀察窗口，用于檢查、監(jiān)測模擬系統(tǒng)的運行情況，以便及時調(diào)整參數(shù)，分析結果。</p><p>　　

15、System View的工具欄</p><p>　　設計窗口中工具欄，如下圖2所示，由十六個常用快捷功能按鈕組成動作條，如圖所示。當鼠標移動到每個圖標時，系統(tǒng)會自動顯示該按鈕的作用。</p><p><b>　　圖2 工具欄</b></p><p>　　從左到右依次為切換按鈕、打開文件按鈕、保存按鈕、打印按鈕、清除按鈕、刪除按鈕、斷開連接按鈕、

16、連接按鈕、復制按鈕、反轉(zhuǎn)按鈕、便箋按鈕、創(chuàng)建嵌套系統(tǒng)按鈕、觀察嵌套系統(tǒng)按鈕、根軌跡按鈕、波特圖按鈕、重繪按鈕、取消操作按鈕、開始仿真按鈕、系統(tǒng)定時按鈕、分析窗口按鈕。</p><p>　　System View的圖標庫</p><p>　　圖標是System View仿真運算,處理的基本單元,共分為三大類;第一類包括信號源庫,它只有輸出端沒有輸入端;第二個類包括觀察窗庫,它只有輸入端沒有輸

17、出端;第三類包括其他所有圖表庫,這類圖標都有一定個數(shù)的輸入端和輸出端. 在設計窗口的左邊有一個圖標庫區(qū)，一組是基本庫（Main Libraries），共8個。另一組是可選擇的專業(yè)庫（Optional Libraries）,如通信庫、數(shù)字信號處理庫、邏輯庫、射頻/模擬庫等，支持用戶自己用C/C++語言編寫源代碼定義圖標以完成所需自定義功能的用戶自定義庫（Custom），及可調(diào)用、訪問Matlab的函數(shù)的M-Link庫，以及CDMA、DVB

18、、自適應濾波器庫等。</p><p><b>　　圖3 基本庫圖標</b></p><p>　　在上述八個圖符中，除雙擊加法器和乘法器圖符按鈕可直接使用外，雙擊其他按鈕會出現(xiàn)相應的對話框，應進一步設置圖符塊的操作參數(shù)。單擊圖符庫選擇區(qū)最上面的主庫開關按鈕“Main”，將出現(xiàn)選擇開關按鈕“Option”下的庫（user）、通信庫（comm）、DSP庫、邏輯庫(LOGIC

19、)、射頻/模擬庫(RF/ANALOG)和數(shù)學庫（MATALAB）選擇按鈕，可分別雙擊他們選擇調(diào)用。在設計窗口中間的大片區(qū)域就是工作區(qū)域，用戶可以在這里放置、定義和連接各種圖符，建立新的系統(tǒng)。</p><p>　　系統(tǒng)視窗左側(cè)豎排為圖符庫選擇區(qū)。圖符塊（Token）是構造系統(tǒng)的基本單元模塊，相當于系統(tǒng)組成框圖中的一個子框圖，用戶在屏幕上所能看到的僅僅是代表某一數(shù)學模型的圖形標志（圖符塊），圖符塊的傳遞特性由該圖符塊

20、所具有的仿真數(shù)學模型決定。創(chuàng)建一個仿真系統(tǒng)的基本操作是，按照需要調(diào)出相應的圖符塊，將圖符塊之間用帶有傳輸方向的連線連接起來。這樣一來，用戶進行的系統(tǒng)輸入完全是圖形操作，不涉及語言編程問題，使用十分方便。進入系統(tǒng)后，在圖符庫選擇區(qū)排列著8個圖符選擇按鈕創(chuàng)建系統(tǒng)的首要工作就是按照系統(tǒng)設計方案從圖符庫中調(diào)用圖符塊，作為仿真系統(tǒng)的基本單元模塊?？捎檬髽俗箧I雙擊圖符庫選擇區(qū)內(nèi)的選擇按鈕。</p><p>　　當需要對系統(tǒng)中

21、各測試點或某一圖符塊輸出進行觀察時，通常應放置一個信宿（Sink）圖符塊，一般將其設置為“Analysis”屬性。Analysis塊相當于示波器或頻譜儀等儀器的作用，它是最常使用的分析型圖符塊之一。</p><p>　　在SystemView系統(tǒng)窗中完成系統(tǒng)創(chuàng)建輸入操作（包括調(diào)出圖符塊、設置參數(shù)、連線等）后，首先應對輸入系統(tǒng)的仿真運行參數(shù)進行設置，因為計算機只能采用數(shù)值計算方式，起始點和終止點究竟為何值？究竟需要

22、計算多少個離散樣值？這些信息必須告知計算機。假如被分析的信號是時間的函數(shù)，則從起始時間到終止時間的樣值數(shù)目就與系統(tǒng)的采樣率或者采樣時間間隔有關。實際上，各類系統(tǒng)或電路仿真工具幾乎都有這一關鍵的操作步驟，SystemView也不例外。如果這類參數(shù)設置不合理，仿真運行后的結果往往不能令人滿意，甚至根本得不到預期的結果。有時，在創(chuàng)建仿真系統(tǒng)前就需要設置系統(tǒng)定時參數(shù)。</p><p>　　時域波形是最為常用的系統(tǒng)仿真分析

23、結果表達形式。進入分析窗后，單擊“工具欄”內(nèi)的繪制新圖按鈕（按鈕1），可直接順序顯示出放置信宿圖符塊的時域波形，</p><p>　　對于碼間干擾和噪聲同時存在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，給出系統(tǒng)傳輸性能的定量分析是非常繁雜的事請，而利用“觀察眼圖”這種實驗手段可以非常方便地估計系統(tǒng)傳輸性能。實際觀察眼圖的具體實驗方法是：用示波器接在系統(tǒng)接收濾波器輸出端，調(diào)整示波器水平掃描周期Ts，使掃描周期與碼元周期Tc同步（即Ts＝nT

24、c，n為正整數(shù)），此時示波器顯示的波形就是眼圖。由于傳輸碼序列的隨機性和示波器熒光屏的余輝作用，使若干個碼元波形相互重疊，波形酷似一個個“眼睛”，故稱為“眼圖”?！把劬Α睊甑迷酱螅砻髋袥Q的誤碼率越低，反之，誤碼率上升。SystemView具有“眼圖”這種重要的分析功能。當需要觀察信號功率譜時，可在分析窗下單擊信宿計算器圖標按鈕，出現(xiàn)“SystemView信宿計算器”對話框，單擊分類設置開關按鈕spectrum，完成功率譜的觀察。<

25、;/p><p>　　二、 二進制相移鍵控（2PSK）的調(diào)制</p><p>　　2.1. 2PSK的調(diào)制原理</p><p>　　2PSK是利用載波的不同相位去直接傳送數(shù)字信息的一種方式，若用相位π代表“0” 碼， 相位0代 表“ 1” 碼， 即規(guī)定數(shù)字基帶信號為“0” 碼時， 已調(diào)信號相對于載波的相位為π；數(shù)字基帶信號為“1”碼時 ，已調(diào)信號相對載波相位為同相。&l

26、t;/p><p>　　2PSK已調(diào)信號的時域表達式為： </p><p>　　μ2psk= A [Σang(t-nTs)]coswt (an=1或-1) </p><p>　　e2psk=Acos（wt+φn）</p><p>　　這種以載波的不同相位直接去表示二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式，稱為二進制絕對方式。 </p><p&g

27、t;　　數(shù)字相位調(diào)制是用數(shù)字基帶信號控制載波的相位， 使載波的相位發(fā)生跳變的一種調(diào)制方式，2PSK( 二進制相位鍵控) 調(diào)制可采用直接調(diào)相法即雙極性數(shù)字基帶信號與載波直接相乘的方法，也可采用相位選擇法即由振蕩器和反相器電路來實現(xiàn)調(diào)制的方法。其原理框圖如圖4，其中。圖（a）就是一般的模擬相乘法，用乘法器實現(xiàn)；圖（b）是一種數(shù)字鍵控法。</p><p>　　圖（a）模擬相乘法 </p><p>

28、;<b>　　圖（b）數(shù)字鍵控法</b></p><p>　　圖4 2PSK調(diào)制器原理框圖</p><p>　　2.2. 2PSK的調(diào)制的仿真設計</p><p>　　根據(jù)模擬相頻法原理圖，利用System View軟件進行仿真設計，得到圖5 </p><p>　　圖5 2PSK調(diào)制仿真設計圖</p>&l

29、t;p><b>　　參數(shù)設置：</b></p><p>　　Token 0：基帶信號--PN碼序列將參數(shù)設置為Rate=10HZ,</p><p>　　Amp(幅度)= 0.5v, Offset(偏移)= 0.5v；</p><p>　　Token 7、8：相乘器</p><p>　　Token 3: 載波，載波頻

30、率為10Hz</p><p>　　Token 2：延時器，delay=0.5s</p><p>　　Token 6：反相器</p><p>　　Token 9：加法器</p><p>　　Token 1、4、5、10: 分析觀察窗口</p><p>　　檢查仿真電路圖和參數(shù)設置無誤后，進行仿真運行，運行時間設置為：St

31、art Time: 0秒； Stop Time: 1秒；采樣頻率：Sample Rate：10000Hz。如圖6所示：</p><p>　　圖6 運行時間設置窗口</p><p>　　運行后可以很直觀地觀察到各點的波形如圖7、8、9所示</p><p>　　圖7二進制不歸零信號</p><p><b>　　圖8 載波波形</b

32、></p><p><b>　　圖9 調(diào)制輸出波形</b></p><p>　　基帶信號頻率=10HZ，載波頻率=10HZ。將雙極性不歸零信號同載波相乘得到2PSK信號。</p><p><b>　　圖10</b></p><p>　　信源：（發(fā)送0的概率幅度為1，發(fā)送1的概率幅度為-1）&l

33、t;/p><p><b>　　圖11</b></p><p><b>　　已調(diào)信號：</b></p><p><b>　　圖12</b></p><p>　　三、二進制相移鍵控（2PSK）的解調(diào)</p><p>　　3.1 2PSK的解調(diào)原理</p&g

34、t;<p>　　2PSK信號有多種解調(diào)方法，如非相干解調(diào)（包絡檢波法）、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法及差分檢波法等，這里給出相干解調(diào)法的接收系統(tǒng)組成方框圖如圖13所示。</p><p>　　圖13 2PSK解調(diào)器原理框圖</p><p>　　3.2 2PSK的解調(diào)的仿真設計</p><p>　　根據(jù)相干解調(diào)法原理圖，利用System View軟件進行

35、仿真設計，得到圖14</p><p>　　圖14 2PSK解調(diào)仿真設計圖</p><p><b>　　參數(shù)設置：</b></p><p>　　Token 0：基帶信號--PN碼序列將參數(shù)設置Rate=10Hz,</p><p>　　Amp(幅度)= 1v, Offset(偏移)= 0v；</p><p

36、>　　Token 2、9: 乘法器</p><p>　　Token 3、6: 載波，載波頻率為100Hz</p><p>　　Token 5：加法器</p><p>　　Token 11：IIR Butterworth低通濾波器，截止頻率60Hz，No.of Poles=3；</p><p>　　Token 13：比較器</p&g

37、t;<p>　　Token 14：保持器</p><p>　　Token 1、4、7、10、12、15: 分析觀察窗口</p><p>　　檢查仿真電路圖和參數(shù)設置無誤后，進行仿真運行，運行時間設置為：Start Time: 0秒； Stop Time: 1秒；采樣頻率：Sample Rate：10000Hz。如圖15所示：</p><p>　　圖15

38、 運行時間設置窗口</p><p>　　運行后可以很直觀地觀察到各點的波形如圖16、17、22、23、24、25所示。</p><p><b>　　圖16 原始信號</b></p><p>　　圖17 2PSK調(diào)制信號</p><p>　　基帶信號頻率=30HZ，電平=2，偏移=0，載波頻率=600HZ，模擬低通濾波器頻

39、率=225，極點個數(shù)為3。</p><p><b>　　圖18</b></p><p><b>　　模塊1為調(diào)制信號：</b></p><p><b>　　圖19</b></p><p>　　模塊2為解調(diào)后的調(diào)制信號</p><p><b>　

40、　圖20</b></p><p><b>　　模塊3為已調(diào)信號</b></p><p><b>　　圖21</b></p><p>　　圖22 加入高斯白噪聲的波形</p><p>　　圖23 調(diào)制信號加入噪聲經(jīng)過相乘器后的波形</p><p>　　圖24 經(jīng)過低

41、通濾波器后的波形</p><p>　　圖25 解調(diào)輸出的波形</p><p><b>　　四、調(diào)試與維護</b></p><p>　　2PSK調(diào)制相對2FSK、2ASK具有帶寬窄、頻帶利用率高 、抗干擾性強等優(yōu)點，因此被廣泛地運用于中、高速通信系統(tǒng)中。但在更高速的通信系統(tǒng)中，2PSK調(diào)制已不能滿足頻帶利用率和系統(tǒng)的有效性等要求，故基本采用多進制

42、系統(tǒng)。此外，絕對調(diào)相系統(tǒng)會產(chǎn)生倒相現(xiàn)象，因此應考慮采用相對相位調(diào)相系統(tǒng)。</p><p>　　產(chǎn)生倒相現(xiàn)象的原因是在2PSK信號的載波恢復過程中存在180°相位模糊，既恢復的本地載波與所需的相干載波可能同相，也可能反相，這種相位關系的不確定性將會造成解調(diào)出的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好相反，判決器輸出信號全部出錯，這也是2PSK方式在實際中很少采用的主要原因。另外，在隨機信號碼元序列中，信號波形

43、有可能出現(xiàn)長時間連續(xù)的正弦波形，致使在接受端無法辨認信號碼元的起止時刻。為了解決上述問題，可以采用差分相移鍵控體制。</p><p>　　2PSK系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)圖對比：</p><p><b>　　圖26</b></p><p><b>　　圖27</b></p><p>　　模塊1、模塊2分別為調(diào)制

44、信號、解調(diào)信號。它們波形整體一致，但是每段的起點處存在一定的波動誤差，造成的主要原因是調(diào)制系統(tǒng)的誤差。仿真結果準確。同樣已調(diào)信號不是很清楚，因為載波頻率太高的緣故。</p><p>　　相干解調(diào)錯一位，碼變換錯兩位；相干解調(diào)錯連續(xù)兩位，碼變換也錯兩位；相干解調(diào)錯連續(xù)n位，碼變換也錯兩位。</p><p><b>　　五、結束語</b></p><p

45、>　　通過課程設計實習課的學習，我對二進制數(shù)字調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)有更為深入的了解，尤其是對2PSK系統(tǒng)，同時我也充分認識到了理論和實踐相結合的重要性。平時我們一味的學習理論知識，很少有自己動手設計的機會，但這次課程設計為我們提供了一個好的機會，不僅鍛煉了我們的動手能力，還使我們對通信系統(tǒng)有了感性的認識。</p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p&g

46、t;　　[1] 樊昌信，曹麗娜編著，通信原理，電子工業(yè)出版社，2006。</p><p>　　[2] 李東生.《SystemView系統(tǒng)設計及仿真入門與應用》 電子工業(yè)出版社 2002</p><p>　　[3] 李哲英主編，SystemView動態(tài)系統(tǒng)分析與設計軟件學習版中文手冊1997。</p><p>　　[4] 陳星，劉斌，SystemView通信原理實驗指