1、 基于Systemview的二進制數字頻帶傳輸系統設計2PSK系統0；SystemView的基本介紹 SystemView是一個用于現代科學與科學系統設計及仿真打動態系統分析平臺。從濾波器設計、信號處理、完整通信系統打設計與仿真，到一般打系統數字模型建立等各個領域，SystemView在友好而功能齊全打窗口環境下，為用戶提供啦一個精密的嵌入式分析工具。 進入SystemView后，屏幕上首先出現該工具的系統視窗，系統視窗最上邊一行為主菜單欄，包括：文件（File）、編輯（Edit）、參數優選（Preferences）、視窗觀察（View）、便箋（NotePads）、連接（Connetions）

2、、編譯器（Compiler）、系統（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。圖1 系統視窗左側豎排為圖符庫選擇區。圖符塊（Token）是構造系統的基本單元模塊，相當于系統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學模型的圖形標志（圖符塊），圖符塊的傳遞特性由該圖符塊所具有的仿真數學模型決定。創建一個仿真系統的基本操作是，按照需要調出相應的圖符塊，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。進入系統后，在圖符庫選擇區排列著8個圖符

3、選擇按鈕創建系統的首要工作就是按照系統設計方案從圖符庫中調用圖符塊，作為仿真系統的基本單元模塊?？捎檬髽藫駞^內的選擇按鈕。當需要對系統中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。 在SystemView系統窗中完成系統創建輸入操作（包括調出圖符塊、設置參數、連線等）后，首先應對輸入系統的仿真運行參數進行設置，因為計算機只能采用數值計算方式，起始點和終止點究竟為何值？究竟需要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

4、函數，則從起始時間到終止時間的樣值數目就與系統的采樣率或者采樣時間間隔有關。實際上，各類系統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，在創建仿真系統前就需要設置系統定時參數。 時域波形是最為常用的系統仿真分析結果表達形式。進入分析窗后，單擊“工具內的繪制新圖按鈕（按鈕1），可直接順序顯示出放置信宿圖符塊的時域波形， 對于碼間干擾和噪聲同時存在的數字傳輸系統，給出系統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傳輸性能。實際觀察眼圖的

5、具體實驗方法是：用示波器接在系統接收濾波器輸出端，調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TsnTc，n為正整數），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”。“眼睛”掙得越大，表明判決的誤碼率越低，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“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。1、技術指標：（1）設計出規定的2PSK數字通

6、信系統的結構； （2）根據通信原理，設計出各個模塊的參數（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）； （3）用Matlab或SystemView 實現該數字通信系統； （4）觀察仿真并進行波形分析； （5）系統的性能評價。2、基本原理；二進制移相鍵控（2PSK）的基本原理：2PSK,二進制移相鍵控方式，是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規律而改變的一種數字調制方式。就是根據數字基帶信號的兩個電平(或符號)使載波相位在兩個不同的數值之間切換的一種相位調制方法。兩個載波相位通常相差180度，此時稱為反向鍵控(PSK),也稱為絕對相移方式。3、建立模型描述；（1）2PSK信號的產生2PSK的產生：模擬法和數字

7、鍵控法，就模擬調制法而言，與產生2ASK信號的方法比較，只是對s(t)要求不同，因此2PSK信號可以看作是雙極性基帶信號作用下的DSB調幅信號。而就鍵控法來說，用數字基帶信號s(t)控制開關電路，選擇不同相位的載波輸出，這時s(t)為單極性NRZ或雙極性NRZ脈沖序列信號均可。 2PSK信號與2ASK信號的時域表達式在形式上是完全相同的，所不同的只是兩者基帶信號s(t)的構成，一個由雙極性NRZ碼組成，另一個由單極性NRZ碼組成。因此，求2PSK信號的功率譜密度時，也可采用與求2ASK信號功率譜密度相同的方法。（2）2PSK信號的功率譜 2PSK信號的功率譜密度及其功率譜示意圖如下: 

8、;  分析2PSK信號的功率譜：（1）當雙極性基帶信號以相等的概率（p=1/2）出現時，2PSK信號的功率譜僅由連續譜組成。而一般情況下，2PSK信號的功率譜由連續譜和離散譜兩部分組成。其中，連續譜取決于基帶信號經線性調制后的雙邊帶譜，而離散譜則由載波分量確定（2）2PSK的連續譜部分與2ASK信號的連續譜基本相同因此，2PSK信號的帶寬、頻帶利用率也與2ASK信號的相同    其中，數字基帶信號帶寬。這就表明，在數字調制中，2PSK的頻譜特性與2ASK相似。相位調制和頻率調制一樣，本質上是一種非線性調制，但在數字調相中，由于表征信息的相位變化

9、只有有限的離散取值，因此，可以把相位變化歸結為幅度變化。這樣一來，數字調相同線性調制的數字調幅就聯系起來了，為此可以把數字調相信號當作線性調制信號來處理了。（3）2PSK的解調系統2PSK信號屬于DSB信號,它的解調,不再能采用包絡檢測的方法,只能進行相干解調。2PSK相干解調系統框圖及個測試行波形如下：5.1-1 2PSK相干解調系統框圖及各個測試點波形利用Costas環對2PSK信號進行解調2PSK 調制和Costas環解調系統組成如下圖所示：圖2 2PSK 調制和Costas環解調系統組成4、模型組成模塊功能描述（或程序注釋）Systemview軟件對2PSK系統進行仿真4.1 2PSK

10、信號的產生5.2.1-1 鍵控法產生2PSK信號框圖其中：Token0：PN碼源，參數：Amp1v、Offset0v、Rate10Hz、No.of levels2；Token1：乘法器；Token2：正弦載波信號源，參數：Amp1v、Offset0v、Rate10Hz；Token3：Systemview觀察窗；Token4：Realtime觀察窗；分析：鍵控法產生2PSK信號，用數字基帶信號s(t)控制開關電路，選擇不同相位的載波輸出，我選用的s(t)為雙極性NRZ脈沖序列信號。 仿真結果如下：4.2.1-2 2PSK信號的波形分析：2PSK信號與2ASK信號的時域表達式在形式上是完全相同的，

11、所不同的只是兩者基帶信號的構成，一個由雙極性NRZ碼組成，另一個由單極性NRZ碼組成。4.2 2PSK相干解調系統 2PSK相干解調系統框圖其中：Token1，2，14，3，4:Realtime觀察窗；Token0：PN碼源，參數：Amp1v、Offset0v、Rate10Hz、No.of levels2；Token5,10：乘法器；Token9：加法器；Token11：巴特沃斯低通濾波器，截止頻率為15Hz（因為原始調制信號為10Hz）；Token12：抽樣判決器；Token6：高斯噪聲源；Token7，8，13：正弦載波信號源，Amp1v、Offset0v、Rate50Hz（因不是實際工程

12、應用，所以取低頻率以便于仿真觀察），其中Token13因需要作為抽樣判決器的判決門限應將其Amp設為0分析：2PSK信號相干解調的過程實際上是輸入已調信號與本地載波信號進行極性比較的過程，故常稱為極性比較法解調。由于2PSK信號實際上是以一個固定初相的末調載波為參考的，因此，解調時必須有與此同頻同相的同步載波。如果同步載波的相位發生變化，如0相位變為相位或相位變為0相位，則恢復的數字信息就會發生“0”變“1”或“1”變“0”，從而造成錯誤的恢復。這種因為本地參考載波倒相，而在接收端發生錯誤恢復的現象稱為“倒”現象或“反向工作”現象。絕對移相的主要缺點是容易產生相位模糊，造成反向工作。這也是它實

13、際應用較少的主要原因。仿真結果如下： 圖5.2.2-2 2PSK相干解調系統框圖分析：以上波形從上到下依次是調制信號波形、2PSK波形、相乘輸出波形、濾波后的波形、抽樣判決后輸出波形。2PSK信號的頻譜和功率譜：圖5.2.4 2PSK信號的頻譜和功率譜分析：2PSK信號的功率譜特點：（1）當雙極性基帶信號以相等的概率（p=1/2）出現時，2PSK信號的功率譜僅由連續譜組成。而一般情況下，2PSK信號的功率譜由連續譜和離散譜兩部分組成。其中，連續譜取決于數字基帶信號s(t)經線性調制后的雙邊帶譜，而離散譜則由載波分量確定。 （2）2PSK的連續譜部分與2ASK信號的連續譜基本相同（僅差一個常數因

14、子）。因此，2PSK信號的帶寬、頻帶利用率也與2ASK信號的相同 5.2.5 誤比特率BER分析（1）原理：誤比特率（BER：Bit Error Rate）是指二進制傳輸系統出現碼傳輸錯誤的概率，也就是二進制系統的誤碼率，它是衡量二進制數字調制系統性能的重要指標，誤比特率越低說明抗干擾性能越強。對于多進制數字調制系統，一般用誤符號率（Symble Error Rate）表示，誤符號率和誤比特率之間可以進行換算，例如采用格雷編碼的MPSK系統，其誤比特率和誤符號率之間的換算關系近似為： 其中，M為進制數，且誤比特率小于誤符號率。（2）2PSK系統BER分析的仿真分析系統圖5.2.5-1

15、 2PSK系統BER分析的仿真分析系統其中各圖符的名稱和參數如下表所示：編號圖符塊屬性（Attribute）類型（Type）參數設置（Parameters）0SourcePN SeqAmp=1v, Offset=0v, Rate=50Hz, Level=23,6SourceSinusoidAmp=1v, Freq=1000Hz, Phase= 0 deg4SourceGauss NoisePwr Density=0.007W/Hz, Mean=0v, System=50 ohms10OperatorGainGain Unit=dB Power, Gain=-30dB5OperatorLinea

16、r SysButterworth, Lowpass IIR, 5 Poles, Fc=200Hz1OperatorSamplerInterpolating, Rate=50Hz16CommBER RateNo.Trials=3 bits, Threshoid=0v, Offset=1 Sec25OperatorSmpl DelayFill Last register, Delay=1 samples15，1OperatorSamplerInterpolating, Rate=50Hz11SinkAnalysisStop Sink（停止接收計數器）24SinkNumericFinal Value

17、(終值接收計數器)26SinkGraphicSystemView（觀察疊加的高斯噪聲每次循環的強度變化）3030,SinkGraphic SystemView（觀察原始調制信號的50Hz采樣波形）27SinkGraphicSystemView（觀察通過高斯噪聲信道后相干解調得出的解調信號波形）對其中關鍵模塊的功能和系統參數設置說明如下：此測試系統目的在于研究比特誤碼率（BER）與信號信噪比（SNR）之間的關系，信噪比是自變量，所以，仿真時鐘應設置為循環模式，如下圖所示：系統時鐘設置其中循環次數設置為5，每次循環之前重置系統參數（必須）。模塊4為高斯噪聲源，和模塊10，7一起構成一個有噪信道，模

18、塊10為增益模塊，受控的增益模塊需要在系統菜單中設置全局關聯變量，以便每個測試循環完成后將系統參數改變到下一個信噪比值。具體關聯全局變量的操作如下圖所示：全局變量關聯菜單選擇在“Tools”菜單中選擇“Global Parameter Links”后出現如參數設置欄。在“Select Sysytem Token”中選擇Token10（增益圖符），在算術運算關系定義欄“Define Algebraic Relationship FGi,Vi”內將FGi,Vi的值設為-3*cl，cl為“Current Sysytem Loop”系統變量。設置完成之后結果如下圖所示：全局變量設置模塊10為BER計數

19、器，用以比較兩路輸入信號的誤差，當誤差超過“Threshold”參數中設置的門限時錯誤bit數加一。其輸出有3種，本實驗中選擇1：Cummulative Avg（EBR的累積均值）模塊11為停止接收計數器，與BER計數器錯誤總數輸出相連，它的作用是當錯誤總數超過預定值時停止本次循環的仿真進入下一循環，其參數設置中“Threshold”用設置成預定的錯誤總數?！癝elect Action”選項應選擇“Go To Next Loop”。設置完成之后如下圖所示：仿真分析圖5.2.5-2 疊加高斯噪聲強度隨循環每次減小3dB變化圖5.2.5-3 隨解調信號SNR改變的BER曲線分析：輸入的2PSK信號

20、功率保持不變，而疊加的高斯噪聲功率逐次（-3db）衰減，即SNR不斷增加。系統的誤信率一直在下降。5、調試過程及結論；調試中出的最大的紕漏便是將終值接收計算器圖符弄錯成 6、心得體會；經過本次課程設計，自己對Systemview軟件有了一定的了解，并且又加深了自己對2ASK、2PSK的理解。在做課程設計的過程中出現了很多問題，但通過自己對Systemview軟件的學習，問題被一一解決。比如在設計過程中,我開始把載波類型選擇為余弦。這在原理上是沒有問題的，但是如果這里選擇余弦會有/2 的相位差, 由于余弦也為正弦類信號, 所以載波類型選擇為正弦。在設計濾波器時, 要注意帶通濾波器的帶寬等于已調信

21、號的帶寬, 在做2FSK時我隨便選的帶寬，電路雖然對，但是結果不對。自己找了好久才發現原因。比如: 基帶頻率選擇10Hz,載波頻率選擇100Hz, 則帶通濾波器的低頻選90 Hz,高頻選110 Hz。低通濾波器的帶寬等于調制信號的帶寬。如果基帶頻率選擇10Hz, 低通濾波器的最高截至頻率選10 Hz, 同時還要注意時延的計算等于脈沖寬度, 比如基帶頻率選擇10Hz,時延為0.1ms.理論上完全正確, 但是如果選0.1ms, 仿真時會有毛刺和誤碼, 考慮到這一點, 時延的選擇在0.1ms 的基礎上偏移一點, 選0.099ms 再仿真就解決了毛刺和誤碼問題。2、2ASK、2PSK、2FSK、2DP

22、SK系統比較若傳輸的碼元時間寬度為Ts，則2ASK系統和2PSK(2DPSK)系統的頻帶寬度近似為2/Ts，即 ；2FSK系統的頻帶寬度近似為 ；2FSK系統的頻帶寬度大于2ASK系統或2PSK系統的頻帶寬度。因此，從頻帶利用率上看，2FSK系統的頻帶利用率最低。如果要求較高的頻帶利用率，則應選擇相干2PSK和2DPSK，而2FSK最不可取。在2FSK系統中，判決器是根據上下兩個支路解調輸出樣值的大小來作出判決，不需要人為地設置判決門限，因而對信道的變化不敏感。在2PSK系統中，當發送符號概率相等時，判決器的最佳判決門限為零，與接收機輸入信號的幅度無關。因此判決門限不隨信道特性的變化而變化，接收機總能保持工作在最佳判決門限狀態。對于2ASK系統，判決器的最佳判決門限為a/2(當P(1)=P(0)時)，它與接