1、武漢理工大學通信系統原理課程設計目錄1 緒論-22 設計任務與要求-23 四路基帶信號的2fsk傳輸系統的設計-3 3.1總體結構設計-3 3.2發送模塊與傳輸模塊-3 3.3同步模塊與接收模塊-44 發送模塊的具體實現-4 4.1時分復用原理設計-4 4.1.1時分復用的原理-5 4.1.2時分復用的實現-6 4.2 2FSK調制原理及頻分復用-7 4.2.1 2FSK鍵控調制電路-7 4.2.2頻分復用-8 4.2.3 2FSK的調制及頻分復用的實現-85 接收模塊的具體實現-9 5.1頻分復用及2FSK的解調-9 5.1.1頻分復用及2FSK的解調原理-9 5.1.2頻分復用及2FSK的

2、解調實現-10 5.2時分復用的分接-116 波形比較-127小結與體會-131 緒論在通信系統的設計研發過程中，通信系統的軟件仿真已成為必不可少的一部分。為了使復雜的設計過程更加便捷高效，使得分析與設計所需的時間和費用降低。SystemView仿真系統能仿真大量的應用系統，能快速方便地進行動態系統設計與仿真，在本文中可以方便地加入SystemView的結果，完備的濾波和線性設計，先進的信號分析和數據處理，完善的自我診斷功能等。這次課程，要求了解SystemView的運行環境及應用領域，逐步熟悉各種通信系統的仿真，由簡到難，運用所學對幾個實際系統的仿真進行分析和比較，熟悉SystemView的

3、運行環境，掌握SystemView系統的基本操作，并對簡單通信系統進行仿真。這次課程設計要求掌握仿真的簡單的通信系統有：模擬調制方式AM、 DSB、SSB調制解調，數字調制方式仿真2ASK、2FSK、2PSK調制解調，抽樣定理，時分復用。在課設最后一天，獨立按時完成老師指定的系統的仿真并最終選擇其中一個系統仿真分析，最終作為寫設計報告的內容。這次我所寫實驗報告是基于SystemView的2FSK系統的仿真與分析 2 設計任務與要求 初始條件：1路數字基帶信號的傳輸速率為 2000HZ ；時分復用信號路數為2 ； 頻分復用信號路數為2 ；同步信號的提取方法為 * 信道衰減為 20dB，存在白噪聲

4、； 仿真軟件為 SystemView。要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、設計復用信號的幀結構和幀同步碼；2、設計發送、傳輸（無ISI）、接收和同步電路（小組成員分工）； 3、確定部件類型、參數（電路放大倍數、帶寬）等性能指標； 4、連接部件組成系統，調試； 5、仿真驗證，要求收發信號波形基本一致并對結果進行分析； 6、說明書撰寫嚴格執行教務處文件。3 四路基帶信號的2fsk傳輸系統的設計 3.1總體結構設計 由于是4路基帶信號的2fsk調制與解調，所以我們需要用到時分復用使其能夠在同一信道上傳輸，2fsk的調制采用鍵控法，然后直接用加法器實現

5、頻分復用，假定信道衰減為20db，噪聲為高斯白噪聲。在解調端我們先用帶通濾波器得到各個波形，然后采用相干解調獲得時分復用基帶信號，最后送入時分復用解調電路解調獲得相應的輸出信號。第4路信號輸出第3路信號輸出第2路信號輸出第1路信號輸出時分復用分接時分復用分接Fsk解調Fsk解調加法器Fsk調制時分復用第4路信號第3路信號Fsk調制時分復用第2路信號第1路信號圖 3.1 總體結構框圖3.2 發送模塊與傳輸模塊 利用systemview的custom器件產生一個8位的預置數據當做數字基帶信號產生四路數字基帶信號后，需要對多路信號進行時分復用。時分復用的原理在于每路信號占用不同的時隙進行傳送，為達到

6、這個目的，可以用數選輪流選擇四路信號，形成復用幀。對四路基帶信號進行兩組時分復用后，我們得到兩路時分復用信號，分別用不同的載波對它們進行2FSK調制，實現了頻分復用和數模轉化，這樣就可以把調制后的信號送入信道中進行傳輸。信道的噪聲用軟件中的高斯噪聲源提供3.3同步模塊與接收模塊 在接收端，首先用4個帶通濾波器將用4個載頻進行調制的4路2FSK信號分開，之后便可以送入2FSK的解調系統對它們分別進行解調。解調后再兩兩相加應該得到的是與時分復用過后相同的信號，接下來進行解復接。解時分復用的過程即是時分復用的逆過程4 發送模塊的具體實現 4.1 時分復用原理設計4.1.1時分復用原理 時分復用的系統

7、框圖如下：16分頻8分頻4分頻邏輯電路時鐘信號8位數據選擇幀同步信號控制信號8位數據選擇8位數據選擇第1路信號復用輸出圖4.1.1 時分復用原理圖第二路信號8位數據選擇如分析中所述，我們將一個抽樣周期劃為3個時隙，則復用后的信號幀的結構為（幀同步碼）+（m（t）1）+（m（t）2）。單路數字信號通過復接器填充到相應的分配時隙，最后復合成合路信號通過信道傳輸后，再進行解復用。 表1 幀結構幀同步信號第一路信號第二路信號1111001000110000000011004.1.2時分復用的實現 實現電路如下： 圖4.1.2-1 時分復用仿真 如圖，各器件選用及參數調整如下： Token3為脈沖串Pu

8、lse Train，頻率為2000Hz: Token4、Token6、Token7為分頻器，分別為4、8、16分頻； Token8、16、14提供用戶自定義的碼元； Token5、13、15為數據選擇器，并行輸出自定義碼元； Token19數據選擇器分時段輸出三組碼元，構成時分復用信號輸出。波形： 圖4.1.2-2時分復用仿真波形4.2 2FSK調制原理及頻分復用 4.2.1 2FSK鍵控調制電路 鍵控調制電路框圖：cos（w1t） 復用信號2fsk調制信號 鍵控開關Cos（w2t）圖4.2.1鍵控調制原理圖如圖所示，復用信號為單極性非歸零碼(即“0”1”信號)。隨時鐘變化，輸入0時

9、，鍵控開關接入cos（w1t）信號；輸入為1時，鍵控開關接入cos（w2t）信號。W1、w2均為復用信號碼元速率的整數倍，且滿足w2-w1>=2Rb，才能使解調器在解調端分成2路獨立的信號。 4.2.2 頻分復用 兩路復用信號分別通過2fsk鍵控調制之后產生兩路2fsk調制信號，通過控制其頻率可以使兩路調制信號的帶寬不混疊，然后通過加法器把這兩路信號相加成1路調制信號，由于帶寬不同，所以在解調端可以輕松地獲得各個頻帶的的信號，即實現了頻分復用。 4.2.3 2FSK的調制及頻分復用的實現 實現電路如圖： 圖4.2.3-1 2FSK調制及頻分復用仿真如圖，各器件選用及參數調整如下： Tok

10、en79、88為數字鍵控器，控制信號為0是加低頻載波，控制信號為1時加高頻載波； Token233、232、234、236為不同頻率載波，頻率分別為2000Hz、6000Hz、10000Hz、14000Hz。頻分復用的波形： 圖4.2.3-2 輸出端波形 如圖，在相同的時鐘信號內，由于數字鍵控開關和2個不同頻率的載波的相乘，使波形發生如圖所示的時密時疏的變化，即將數字信號的0,1變化加載到了模擬信號的頻率之中，實現了2fsk的調制，然后將2路2FSK的的調制信號疊加到一路信號，即頻分復用。5 接收模塊的實現5.1 頻分復用及2FSK的解調 5.1.1 頻分復用及2FSK的解調原理： Cos（w

11、1t）抽樣判決加法器LPF乘法器BPFCos（w2t）倒相LPF乘法器BPF圖5.1.1 頻分復用原理圖 如圖，頻分復用信號經過帶通濾波器后會分解成為2路中心頻率不同的調制信號，然后采用相干解調的方法解調出的復用的基帶信號。5.1.2 頻分復用及2FSK的解調實現 實現電路： 圖5.1.2-1 頻分復用及2FSK的解調仿真波形： 圖5.1.2-2 頻分復用及2FSK的解調仿真波形5.2 時分復用的分接 實現電路： 圖5.2 時分復用的分接仿真電路波形：6 波形比較 用戶數據波形為：如圖，可以看到輸出波形與原用戶波形相比較，波形基本一致，但是由于噪聲和時延的關系，導致頻率與原信號有出入。7 小結

12、與體會 本次課程設計使我受益匪淺，學到很多方面的東西，包括System View軟件基本使用，FSK調制解調技術以及時分復用技術還有動手解決問題的能力。 System View這個軟件之前沒有學習過，在拿到畢業設計的題目后便從圖書館和網上查找了相關資料學習這個軟件的使用和操作。學習該軟件對于整個畢業設計十分重要，因為這個畢業設計不僅僅需要設計出2FSK調制解調器，并且需要用這個軟件電路仿真。如果只是設計出該調制解調器卻不進行仿真就不了解自己的設計是否能夠實現，等同于紙上談兵。通信系統中檢測系統設計的一個重要方面就是電路仿真，只有設計的系統在軟件上可以實現時，我們的設計才可能得到實際應用，很多具

13、體的方面僅僅在設計時是考慮不到的，所以學會使用System View軟件仿真設計的系統非常重要。 傳統的FSK調制解調都需要硬件電路實現，電路比較復雜且難于調試。用System View軟件進行該系統的仿真充分感受到該軟件的方便快捷，既不需要實際的硬件的電路，也不需要編譯具體的程序。通過對比輸入輸出的波形便可檢測系統的設計是否合理。用戶可以通過各個分析窗口觀察相應的波形，隨時進行調試，也可以根據設計要求改變軟件各個元器件和定時參數，來達到系統所設計的要求，驗證系統的合理性。所以綜合來看，System View軟件仿真比一般通過硬件進行系統仿真有較大的優勢，不僅方便快捷，不需要編譯程序，僅需使用

14、鼠標就可以實現通信系統仿真，而且相對于硬件仿真來說，System View軟件仿真方便隨時修改系統的各個部分和參數，節省資費金，通過輸入輸出波形增加了系統的可靠性。 由于數字調制技術與System View軟件相結合，提高了通信系統的性能，并且達到了2FSK調制解調器預期的仿真結果。通過本次畢業設計，使我從理論知識和實際的軟件操作和仿真學習到很多知識，讓我了解了數字調制技術的基本知識尤其是頻移鍵控（2FSK）方面的知識，學習使用了System View軟件，提高了動手設計能力，學會高效率運用工具書以及網絡查找相關的資料，自己學習軟件的基本操作，完成調制解調系統的仿真；也提高了思維能力，結合所學

15、的數字調制知識與資料將資料的調制解調系統進行改進了設計出更合理的系統。 本次畢業設計讓我也更多的重視了實踐的環節，僅僅知道理論還是不夠的，從理論變為實際的過程中還有很多的地方需要改進，所以不管在今后的學習還是工作中，需要不斷的親身實踐來積累經驗，更好的發揮自己的才能。參考文獻：1 王虹.通信原理系統.國防工業出版社 2 王衛東.高頻電子線路.電子工業出版社 3 周潤景,張斐.數字信號處理的System View設計與分析.北京航空航天大學出版社 5 馮育濤.通信系統仿真.國防工業出版社 6 樊昌信,曹麗娜通信原理國防工業出版社，2006 基于SystemView的數字信號基帶傳輸系統一：Sys

16、temView軟件的介紹SystemView是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環境下運行的用于系統仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)去描述程序，不用寫一句代碼即可完成各種系統的設計與仿真，快速地建立和修改系統、訪問與調整參數，方便地加入注釋。利用System View，可以構造各種復雜的模擬、數字、數模混合系統，各種多速率系統，它可用于各種線性或非線性控制系統的設計和仿真。用戶在進行系統設計時，只需從System View配置的圖標庫中調出有關圖標并進行參數設置，完成圖標間的連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統的仿真分析結果。Sy

17、stemView的庫資源十分豐富，包括含若干圖標的基本庫（Main Library）及專業庫(Optional Library)，基本庫中包括多種信號源、接收器、加法器、乘法器，各種函數運算器等；專業庫有通訊（Communication）、邏輯（Logic）、數字信號處理（DSP）、射頻/模擬（RF/Analog）等；它們特別適合于現代通信系統的設計、仿真和方案論證；并可進行各種系統時域和頻域分析、譜分析，及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路（混合器、放大器、RLC電路、運放電路等）進行理論分析和失真分析。System View能自動執行系統連接檢查，給出連接錯誤信息或尚懸空的待連接端信息，通知用

18、戶連接出錯并通過顯示指出出錯的圖標。System View的另一重要特點是它可以從各種不同角度、以不同方式，按要求設計多種濾波器，并可自動完成濾波器各指標之間的轉換。在系統設計和仿真分析方面，System View還提供了一個真實而靈活的窗口用以檢查、分析系統波形。在窗口內，可以通過鼠標方便地控制內部數據的圖形放大、縮小、滾動等。另外，分析窗中還帶有一個功能強大的“接收計算器”，可以完成對仿真運行結果的各種運算、譜分析、濾波。二：數字信號基帶傳輸原理通信的根本任務是遠距離傳遞信息，因而如何準確地傳輸數字信息是數字通信的一個重要組成部分。在數字傳輸系統中，其傳輸對象通常是二進制數字信息，它可能來

19、自計算機、網絡或其它數字設備的各種數字代碼。也可能來自數字電話終端的脈沖編碼信號，設計數字傳輸系統的基本考慮是選擇一組有限的離散的波形來表示數字信息。這些離散波形可以是未經調制的不同電平信號，也可以是調制后的信號形式。由于未經調制的脈沖電信號所占據的頻帶通常從直流和低頻開始。因而稱為數字基帶信號。在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠的情況下，數字基帶信號可以直接傳送，我們稱之為數字信號的基帶傳輸。而在另外一些信道，特別是無線信道和光信道中，數字基帶信號則必須經過調制，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。我們把這種傳輸稱為數字信號的調制傳輸（或載波傳輸）。如果把調制與解調過程看作是廣義信道

20、的一部分，則任何數傳輸系統均可等效為基帶傳輸系統。通過 SystemView 提供的仿真環境對數字基帶傳輸中的某些問題加以仿真、分析，能幫助我們進一步加深對這些抽象概念的理解，并加深感性認識。二進制數字基帶波形都是矩形波，在畫頻譜時通常只畫出了其中能量最集中的頻率范圍，但這些基帶信號在頻域內實際上是無窮延伸的。如果直接采用矩形脈沖的基帶信號作為傳輸碼型，由于實際信道的頻帶都是有限的，則傳輸系統接收端所得的信號頻譜必定與發送端不同，這就會使接收端數字基帶信號的波形失真。大多數有線傳輸情況下，信號頻帶不是陡然截止的，而且基帶頻譜也是逐漸衰減的，采用一些相對來說比較簡單的補償措施（如簡單的頻域或時域

21、均衡）可以將失真控制在比較小的范圍內。較小的波形失真對于二進制基帶信號影響不大，只是使其抗噪聲性能稍有下降，但對于多元信號，則可能造成嚴重的傳輸錯誤。當信道頻帶嚴格受限時（如數字基帶信號經調制通過頻分多路通信信道傳輸），波形失真問題就變得比較嚴重，尤其在傳輸多元信號時更為突出。基帶信號傳輸系統的典型模型，如圖所示。在發送端，數字基帶信號X(t)經發送濾波器輸入到信道，發送濾波器的作用是限制發送頻帶，阻止不必要的頻率成分干擾相鄰信道。傳輸信道在這里是廣義的，它可以是傳輸介質（電纜、雙絞線等等），也可以是帶調制解調器的調制信道。基帶信號在信道中傳輸時常混入噪聲n(t)，同時由于信道一般不滿足不失真

22、傳輸條件，因此要引起傳輸波形的失真。所以在接收端輸入的波形與原始的基帶信號X(t)差別較大，若直接進行抽樣判決可能產生較大的誤判。因此在抽樣判決之前先經過一個接收濾波器，它一方面濾除帶外噪聲，另一方面對失真波形進行均衡。抽樣和判決電路使數字信號得到再生，并改善輸出信號的質量。根據頻譜分析的基本原理，任何信號的頻域受限和時域受限不可能同時成立。因此基帶信號要滿足在頻域上的無失真傳輸，信號其波形在時域上必定是無限延伸的，這就帶來了各碼元間相互串擾問題。造成判決錯誤的主要原因是噪聲和由于傳輸特性（包括發、收濾波器和信道特性）不良引起的碼間串擾。基帶脈沖序列通過系統時，系統的濾波作用使脈沖拖寬，在時間

23、上，它們重疊到鄰近時隙中去。接收端在按約定的時隙對各點進行抽樣，并以抽樣時刻測定的信號幅度為依據進行判決，來導出原脈沖的消息。若重疊到鄰接時隙內的信號太強，就可能發生錯誤判決。若相鄰脈沖的拖尾相加超過判決門限，則會使發送的“0”判為“1”。實際中可能出現好幾個鄰近脈沖的拖尾疊加，這種脈沖重疊，并在接收端造成判決困難的現象叫做碼間串擾。因此可以看出，傳輸基帶信號受到約束的主要因素是系統的頻率特性。當然可以有意地加寬傳輸頻帶使這種干擾減小到任意程度。然而這會導致不必要地浪費帶寬。如果展寬得太多還會將過大的噪聲引入系統。因此應該探索另外的代替途徑，即通過設計信號波形，或采用合適的傳輸濾波器，以便在最

24、小傳輸帶寬的條件下大大減小或消除這種干擾。奈奎斯特第一準則解決了消除這種碼間干擾的問題，并指出信道帶寬與碼速率的基本關系。即： 式中為傳碼率，單位為比特/每秒（bps）。和分別為理想信道的低通截止頻率和奈奎斯特帶寬。上式說明了理想信道的頻帶利用率為實際上，具有理想低通特性的信道是難以實現的，而實際應用的是具有滾降特性的信道。其帶寬較奈奎斯特帶寬增加的程度滾降系數可以表示為 其中B表示滾降信道的帶寬。由于升余弦滾降濾波特性可使傳輸信號具有較大的功率，且收斂快而減小碼間干擾，故已得到了廣泛的應用。眼圖原理：眼圖張開的寬度決定了接收波形可以不受串擾影響而抽樣再生的時間間隔。顯然，最佳抽樣時刻應選在眼

25、睛張開最大的時刻。眼圖斜邊的斜率，表示系統對定時抖動（或誤差）的靈敏度，斜邊越陡，系統對定時抖動越敏感。眼圖左（右）角陰影部分的水平寬度表示信號零點的變化范圍，稱為零點失真量，在許多接收設備中，定時信息是由信號零點位置來提取的，對于這種設備零點失真量很重要。在抽樣時刻，陰影區的垂直寬度表示最大信號失真量。在抽樣時刻上、下兩陰影區間隔的一半是最小噪聲容限，噪聲瞬時值超過它就有可能發生錯誤判決；橫軸對應判決門限電平。系統框圖：參數設置：Token0：SourceNoise/PNPn Seg（幅度1V，頻率10HZ，電平數2，偏移0V，產生單極性不歸零碼，隨機產生）Token3：在專業庫中選擇Com

26、mProcessorsP shape（Select pulse ShapeRectangular，Time offset0，Width0.01s，產生矩形脈沖基帶信號）Token2：SourceNoise/PNGauss Noise（均值為0，均方差為0.1的高斯白噪聲）Token14：OperatorFilters/systemsLiner Sys Filters（comm-Raised cosine，design,Symbol Rate=10.e-3;Decimate By1,Quant Bit=None;Roll-off Factor=0.5,Tap=512）Token6：OperatorSample/Hold