2fsk課程設計--2fsk 系統(tǒng)仿真設計

1、<p>　　通信系統(tǒng)課程設計報告</p><p>　　課題名稱 2FSK 系統(tǒng)仿真設計 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　班 級 10通信2W </p><p>　　學 號 </p&g

2、t;<p>　　指導教師 </p><p>　　設計地點 60-511 </p><p>　　2013年 10月 31日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　序言.......................

3、..................................................1</p><p>　　課程設計要求.....................................................2</p><p>　　1.1 課程設計目的.....................................................

4、........2</p><p>　　1.2 課程設計內(nèi)容.....................................................2</p><p>　　Systemview介紹..................................................3</p><p>　　2.1 Systemview簡

5、介...........................................................3</p><p>　　2.2 Systemview系統(tǒng)仿真步驟.................................................3</p><p>　　2.3 systemview主要功能鍵介紹及作用...................

6、.................4 </p><p>　　第3章 2FSK調(diào)制解調(diào)原理.....................................5</p><p>　　3.1 2FSK調(diào)制原理....................................................5</p><p>　　3.2 2FSK解

7、調(diào)原理....................................................5</p><p>　　3.2.1包絡檢波法 ....................................................5</p><p>　　3.2.2 相干檢測法 ..........................................

8、..........6</p><p>　　3.2.3過零檢測法 ....................................................7</p><p>　　3.2.4差分檢測法 ....................................................7</p><p>　　第4章 2FSK仿真設計

9、及仿真結果分析..........................8</p><p>　　4.1 2FSK調(diào)制系統(tǒng)圖符設置.............................................8</p><p>　　4.2仿真結果及分析..................................................12</p><

10、p>　　參考文獻..................................................16</p><p>　　體會與建議................................................................................................17</p><p><b>　

11、　序言</b></p><p>　　現(xiàn)代通信系統(tǒng)是一個十分復雜的工程系統(tǒng)，通信系統(tǒng)設計研究也是一項十分復雜的技術。由于技術的復雜性，在現(xiàn)代通信技術中，越來越重視采用計算機仿真技術來進行系統(tǒng)分析和設計。隨著電子信息技術的發(fā)展，已經(jīng)從仿真研究和設計輔助工具，發(fā)展成為今天的軟件無線電技術，這就使通信系統(tǒng)的仿真研究具有更重要和更實用的意義。</p><p>　　計算機仿真技術的基礎，是

12、建立工程問題的數(shù)學模型。只有建立了工程問題的數(shù)學模型，才能通過計算機進行仿真，達到對系統(tǒng)分析和檢驗的目的。但由于現(xiàn)代通信系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的復雜性，在許多時候直接建立數(shù)學模型是相當復雜的，也不利于工程使用。因此，在電子系統(tǒng)的分析和設計中，人們一直希望有一種既能按物理概念直接建立分析和仿真模型，又能提供直觀數(shù)學模型分析和仿真的工具。SystemView就是一種比較適合這兩種建模方法的現(xiàn)代通信系統(tǒng)設計、分析和仿真試驗工具。</p>

13、<p>　　通信技術的發(fā)展日新月異，通信系統(tǒng)也日趨復雜，因此，在通信系統(tǒng)的設計研發(fā)環(huán)節(jié)中，在進行實際硬件系統(tǒng)試驗之前，軟件仿真已成為必不可少的一部分。目前，電子設計自動化EDA(Electronic Design Automatic)技術已經(jīng)成為電子設計的潮流。為了使繁雜的電子設計過程更加便捷、高效，出現(xiàn)了許多針對不同層次應用的EDA軟件。美國Elanix公司推出的基于PC機Windows平臺的Syste

14、mView動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，是一個已開始流行的、優(yōu)秀的EDA軟件。它通過方便、直觀、形象的過程構建系統(tǒng)，提供豐富的部件資源，強大的分析功能和可視化開放的體系結構，已逐漸被電子工程師、系統(tǒng)開發(fā)/設計人員所認可，并作為各種通信、控制及其它系統(tǒng)的分析、設計和仿真平臺以及通信系統(tǒng)綜合實驗平臺。 FSK是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式,它的主要優(yōu)點是: 實現(xiàn)起來較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應用。

15、</p><p>　　第1章 課程設計任務要求</p><p><b>　　1.1課程設計目的</b></p><p>　　通過實驗使學生加深對所學的通信原理知識的理解并學會應用，培養(yǎng)學生的專業(yè)素質(zhì)，提高其利用通信原理知識處理通信系統(tǒng)問題的能力，為今后專業(yè)課程的學習、畢業(yè)設計和工作打下良好的基礎。</p><p>　　1

16、.2 課程設計內(nèi)容</p><p>　　2FSK系統(tǒng)仿真設計</p><p><b>　　工作原理</b></p><p><b>　　圖1-1</b></p><p><b>　　系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　A.輸入二進制碼元速率為100Hz

17、；載波頻率分別為1300Hz和2100Hz</p><p>　　B.根據(jù)給定參數(shù)設計圖符參數(shù)，進行仿真，實時觀察輸入序列、FSK信號、兩個BPF輸出、乘法器輸出、兩個LPF輸出和解調(diào)輸出的波形和功率譜是否正確及其特點，并畫出個點波形。</p><p><b>　　1.3課程設計平臺</b></p><p>　　課程設計基于systemview軟

18、件</p><p>　　Systemview介紹</p><p>　　2.1 Systemview簡介</p><p>　　SystemView是一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設計、分析和仿真的可視化開發(fā)環(huán)境。它可以構造各種復雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌霞岸嗨俾氏到y(tǒng)，可用于各種線性、非線性控制系統(tǒng)的設計和仿真。尤具特色的是，它可以很方便地進行各種濾波器的設計。系統(tǒng)備有通信、邏輯、數(shù)

19、字信號處理(DSP)、射頻/模擬、碼分多址個人通信系統(tǒng)(CDMA/PCS)、數(shù)字視頻廣播(DVB)系統(tǒng)、自適應濾波器、第三代無線移動通信系統(tǒng)等專業(yè)庫可供選擇，適合于各種專業(yè)設計人員。該系統(tǒng)支持外部數(shù)據(jù)的輸入和輸出，支持用戶自己編寫代碼(C/C＋＋)，兼容Matlab軟件。同時，提供了與硬件設計工具的接口，支持Xilinx 公司的FPGA芯片和TI公司的DSP芯片，是一個用于現(xiàn)代工程和科學系統(tǒng)設計與仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析工具平臺。S

20、ystemView已大量地應用于現(xiàn)代數(shù)字信號處理、通信系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的設計與仿真等領域。軟件仿真要以理論知識為指導，軟件仿真對硬件開發(fā)提供方案論證和實踐指導。</p><p>　　2.2 Systemview系統(tǒng)仿真步驟</p><p>　　a.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><

21、;p>　　b.從功能庫中選取、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><p>　　c. 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)設置和功能模塊運行參數(shù)。</p><p>　　d. 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，分析

22、結果。</p><p>　　2.3systemview主要功能鍵介紹及作用</p><p>　　第3章 2FSK調(diào)制解調(diào)原理</p><p>　　3.1 2FSK調(diào)制原理</p><p>　　數(shù)字頻率調(diào)制又稱為頻移鍵控，記作FSK（Frequency Shift Keying），二進制頻移鍵控記作2FSK。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字

23、信息的，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率，由于數(shù)字只有有限個取值。那么，2FSK信號便是符號"1"對應與載波 ，而符號"0"對應于載頻 （與 不同的另一個載頻）的已調(diào)波形，而且 與 之間的改變是瞬間來完成的。從原理上講調(diào)頻可用模擬調(diào)頻來實現(xiàn)，也可用鍵控法來實現(xiàn)，后者較為簡便。2FSK鍵控法就是利用受矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通的。</p><p&

24、gt;　　2FSK信號的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬相乘法和數(shù)字鍵控法。</p><p><b>　　原理圖：</b></p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　3.2 2FSK解調(diào)原理</p><p><b>　　FSK信號的解調(diào) </b></p&g

25、t;<p>　　數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)方法很多，如鑒頻法、相干檢測法、包絡檢波法、過零檢測法、差分檢測法等。</p><p>　　3.2.1包絡檢波法 </p><p>　　包絡檢波法可視為由兩路2ASK解調(diào)電路組成。這里，兩個帶通濾波器（帶寬相同，皆為相應的2ASK信號帶寬；中心頻率不同,分別為（、）起分路作用，用以分開兩路2ASK信號，上支路對應 ，下支路對應，經(jīng)包絡檢測后分

26、別取出它們的包絡s(t)及；抽樣判決器起比較器作用，把兩路包絡信號同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號。若上、下支路s(t)及 的抽樣值分別用表示，則抽樣判決器的判決準則為 </p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　3.2.2 相干檢測法 </p><p>　　相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方

27、框圖如圖5-10所示。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值進行比較判決（判決規(guī)則同于包絡檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號。 </p><p><b>　　圖3-3</b></p><p><b&g

28、t;　　圖3-5</b></p><p>　　3.2.3過零檢測法 </p><p>　　過零檢測法單位時間內(nèi)信號經(jīng)過零點的次數(shù)多少，可以用來衡量頻率的高低。數(shù)字調(diào)頻波的過零點數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點數(shù)可以得到關于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。過零檢測法方框圖及各點波形如圖4所示。2FSK輸入信號經(jīng)放大限幅后產(chǎn)生矩形脈沖序列，經(jīng)微分及全波整流形成與頻率變化

29、相應的尖脈沖序列，這個序列就代表著調(diào)頻波的過零點。尖脈沖觸發(fā)一寬脈沖發(fā)生器，變換成具有一定寬度的矩形波，該矩形波的直流分量便代表著信號的頻率，脈沖越密，直流分量越大，反映著輸入信號的頻率越高。經(jīng)低通濾波器就可得到脈沖波的直流分量。這樣就完成了頻率－幅度變換，從而再根據(jù)直流分量幅度上的區(qū)別還原出數(shù)字信號“1”和“0”。 </p><p><b>　　圖3-5</b></p>&l

30、t;p>　　3.2.4差分檢測法 </p><p>　　差分檢波法基于輸入信號與其延遲τ的信號相比較，信道上的失真將同時影響相鄰信號，故不影響最終鑒頻結果。實踐表明，當延遲失真為0時，這種方法的檢測性能不如普通鑒頻法，但當信道有較嚴重延遲失真時，其檢測性能優(yōu)于鑒頻法。 </p><p>　　2FSK仿真設計及仿真結果分析</p><p>　　4.1 2FSK調(diào)

31、制系統(tǒng)圖符設置</p><p><b>　　表4-1</b></p><p>　　2FSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)圖符設置</p><p><b>　　表4-2</b></p><p>　　PN碼元速率100Hz,Amp=1v, Offset=0v, 碼元速率=100Hz, Level=2，Phase= 0 d

32、eg</p><p>　　載波頻率分別為1300Hz與2100Hz</p><p>　　帶通1上行頻率1500Hz，下行頻率1100Hz</p><p>　　帶通2上行頻率為2300Hz，下行頻率為1900Hz</p><p>　　低通濾波上行頻率120Hz，提取有用信號</p><p>　　比較器起抽樣判決作用<

33、;/p><p>　　進行系統(tǒng)定時，將Sample Rate設置為系統(tǒng)最高頻率的10倍，即為10000Hz；No.of Sample（采樣點數(shù)）設置為2048</p><p>　　4.2仿真結果及分析</p><p><b>　　結果總圖：</b></p><p><b>　　圖4-1</b></p

34、><p>　　分析：以上波形為本次試驗的總波形，顯示出從原始ＰＮ到解調(diào)波形過程中所有的波形調(diào)制情況，可以清晰比較各個環(huán)節(jié)中的波形轉換。</p><p><b>　　調(diào)制信號：</b></p><p><b>　　圖4-2</b></p><p>　　分析：輸入偽隨機PN序列即二進制碼元速率為100Hz，

35、碼元周期為0.01s。</p><p><b>　　2FSK信號波形：</b></p><p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　分析：使用開關選擇頻率為1300和2100Hz的正弦載波信號對原信號進行調(diào)制形成2FSK信號。</p><p>　　兩個帶通濾波器輸出波形：</p&

36、gt;<p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　分析：帶通濾波器為選擇一定頻段的調(diào)制信號，根據(jù)所設定的上下限頻率將不同頻段的信號進行分離。</p><p>　　兩個乘法器輸出波形：</p><p><b>　　圖4-5</b></p><p>　　分析：選擇與調(diào)制信號所

37、用載波同頻同相的正弦信號與調(diào)制信號相乘，形成相干解調(diào)功能，對調(diào)制信號進行解調(diào)。</p><p>　　兩個低通濾波器輸出波形：</p><p><b>　　圖4-6</b></p><p>　　分析：低通濾波器是選擇低于一定頻段的有用信號，如上實驗，用低通濾波器取出100Hz的輸入信號。</p><p><b>

38、　　解調(diào)輸出波形：</b></p><p><b>　　圖4-7</b></p><p>　　分析：通過抽樣判決，當a<=b正確時，取1，否則，取-1，完成解調(diào)信號，如上圖，解調(diào)信號與輸入信號基本相同。</p><p>　　調(diào)制與解調(diào)波形對比：</p><p><b>　　圖4-8</b

39、></p><p>　　分析：根據(jù)上圖比較，實驗結果正確執(zhí)行。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 樊昌信,曹麗娜編著， 通信原理(第6版) [M] . 北京:國防工業(yè)出版社,2008。</p><p>　　[2] 孫屹，戴妍峰編著，通信仿真開發(fā)手冊，國防工業(yè)出版社，2004。

40、</p><p>　　[3] 戴志平，梅進杰，羅菁，陳震云編著，數(shù)字通信系統(tǒng)仿真設計，北京有點大學出版社，2011。</p><p><b>　　體會與建議</b></p><p>　　通信原理課程設計對通信專業(yè)的學生來說，這無疑是很重要的專業(yè)基礎課之一。為了能夠進一步熟悉各種通信系統(tǒng)的工作原理，使我們能夠更進一步的了解通信系統(tǒng)的本質(zhì)，也能夠更

41、加充分理解通信在其專業(yè)領域的意義。因此,學好這門課程對于我們專業(yè)的學生來說,具有十分重要的意義。所以，借這次課程設計的機會，我們主要是使用System View對各種通信系統(tǒng)進行仿真分析。SystemView以模塊化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個嵌入式的分析引擎。使我們能方便快捷地掌握System View這個軟件的操作和運行，并能對仿真后的波形進行觀察和分析。</p><p&

42、gt;　　在這次設計中我學會了很多原來不懂的知識，同時也感到了團隊合作精神的寶貴。這門設計提高了我們對一些電子通信應用方面的軟件，為我們以后的學習奠定了堅實的基礎。</p><p>　　這次實訓有一些體會，紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。知不知道是一回事，能不能做成功可能又是另外一回事，做事要認真，仔細，馬虎不得，可能就是某一個小差錯，就會導致整個過程的錯誤，還有就是要由一定的自學能力，不是所有要學的東西都是有人