目錄1選題背景 11.1背景介紹 11.2設計要求 11.3指導思想 12方案論證 13SystemView介紹 13.1SystemView軟件簡介 13.2SystemView軟件的特點 23.3SystemView的圖標庫 33.4SystemView的系統設計窗口 34QAM調制解調系統設計 44.1QAM調制解調原理 44.1.1QAM調制原理 44.1.2QAM解調原理 64.2系統設計 64.2.1仿真電路 64.2.2仿真結果 65MSK調制解調系統設計 115.1MSK調制解調原理 115.1.1MSK調制原理 115.1.2MSK解調原理 125.2系統設計 135.2.1仿真電路 135.2.2仿真結果 136結果分析 176.1QAM調制解調系統結果分析 176.2MSK調制解調系統結果分析 177結論及總結 17設計體會及今后的改進意見 19參考文獻資料1選題背景1.1背景介紹近年來,移動通信技術專家非常重視正交振幅調制(QuadratureAmplitudeModulation,縮寫為QAM)技術,它是根據載波的不同幅度和相位代表不同的編碼符號,利用了這樣的特點來傳遞信息。QAM調制具有抗噪聲性強、頻帶利用率高等特點,被廣泛應用于衛星通信和移動通信領域中,尤其適合有線電視電纜傳輸。由于電磁波惡劣的傳播條件、快衰落的影響，使得接收信號的質量急劇下降；同時，隨著通信技術的快速發展，業務量急劇增加，頻帶資源日趨緊張，因而調制技術及調制信號應具有較強的抗干擾能力，信號占用帶寬小，以提高頻譜利用率，在有限的帶寬內盡可能地提高傳輸數據的比特率，以適應通信系統的窄帶數據高速傳輸的要求。基于這兩方面的因素，最小移頻鍵控（MSK）等現代數字調制技術在數字移動通信中得到廣泛的應用。1.2設計要求通過基于SystemView的QAM和MSK調制解調系統的設計，熟悉SystemView軟件在通信系統設計中的具體應用，會使用SystemView觀察時域波形、頻譜、功率譜和星座圖的方法掌握現代數字調制技術原理及設計方法，通過對QAM和MSK系統的設計掌握QAM和MSK系統調制信號的產生和解調等一般過程和方法，進一步掌握一般通信系統設計的基本方法。1.3指導思想QAM和MSK現代調制技術的基本原理與SystemView的設計使用方法。2方案論證方案一：運用信號級的系統仿真軟件SystemView5.0，根據QAM與MSK調制與解調系統的原理框圖設計相應的調制解調仿真系統，解調是主要采用相干解調。設置合適參數，得到仿真結果，并對結果進行分析整理。方案二：，根據已知QAM與MSK調制解調系統表達式及原理，運用Matlab+Simulink對其進行編程建模，得到仿真結果，并對結果進行分析整理。方案選擇：由于SystemView是信號級的系統仿真軟件，特別適用于通信系統仿真的工具，且SystemView以模塊化和交互式的界面，操作簡單方便，一般不需編程，波形分析的功能強大。因此，選擇方案一進行系統設計。3SystemView介紹3.1SystemView軟件簡介SystemView是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環境的用于系統仿真分析的可視化軟件工具。它界面友好，使用方便SystemView是一個信號級的系統仿真軟件，主要用于電路與通信系統的設計、仿真，是一個強有力的動態系統分析工具，能滿足從數字信號處理、濾波器設計、直到復雜的通信系統等不同層次的設計、仿真要求。它可以構造各種復雜的模擬、數字、數模混合及多速率系統，可用于各種線性、非線性控制系統的設計和仿真SystemView以模塊化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口環境下，為用戶提供了一個嵌入式的分析引擎。使用SystemView你只需要關心項目的設計思想和過程，而不必花費大量的時間去編程建立系統仿真模型。用戶只需使用鼠標器點擊圖標即可完成復雜系統的建模、設計和測試，而不必學習復雜的計算機程序編制，也不必擔心程序中是否存在編程錯誤。3.2SystemView軟件的特點（1）能仿真大量的應用系統

能在DSP、通訊和控制系統應用中構造復雜的模擬、數字、混合和多速率系統。具有大量可選擇的庫，允許用戶有選擇地增加通訊、邏輯、DSP和射頻／模擬功能模塊。（2）快速方便的動態系統設計與仿真

使用用戶熟悉的Windows界面和功能鍵（單擊、雙擊鼠標的左右鍵），SystemView可以快速建立和修改系統，并在對話框內快速訪問和調整參數，實時修改實時顯示。只需簡單用鼠標點擊圖符即可創建連續線性系統、DSP濾波器，并輸入／輸出基于真實系統模型的仿真數據。不用寫一行代碼即可建立用戶習慣的子系統庫（MetaSystem）。（3）提供基于組織結構圖方式的設計

通過利用SystemView中的圖符和MetaSystem（子系統）對象的無限制分層結構功能，SystemView能很容易地建立復雜的系統。（4）多速率系統和并行系統

SystemView允許合并多種數據采樣率輸入的系統，以簡化FIR濾波器的執行。這種特性尤其適合于同時具有低頻和高頻部分的通信系統的設計與仿真，有利于提高整個系統的仿真速度，而在局部又不會降低仿真的精度。同時還可降低對計算機硬件配置的要求。（5）完備的濾波器和線性系統設計

SystemView包含一個功能強大的、很容易使用的圖形模板設計模擬和數字以及離散和連續時間系統的環境，還包含大量的FIR/IIR濾波類型和FFT類型，并提供易于用DSP實現濾波器或線性系統的參數。（6）先進的信號分析和數據塊處理SystemView提供的分析窗口是一個能夠提供系統波形詳細檢查的交互式可視環境。分析窗口還提供一個能對仿真生成數據進行先進的塊處理操作的接收計算器。（7）完善的自我診斷功能

SystemView能自動執行系統連接檢查，通知用戶連接出錯并通過顯示指出出錯的圖符。這個特點對用戶系統的診斷是十分有效的。3.3SystemView的圖標庫圖標是SystemView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出端;第三類包括其他所有圖表庫,這類圖標都有一定個數的輸入端和輸出端.在設計窗口的左邊有一個圖標庫區，一組是基本庫（MainLibraries），共8個。另一組是可選擇的專業庫（OptionalLibraries）,如通信庫、數字信號處理庫、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），及可調用、訪問Matlab的函數的M-Link庫，以及CDMA、DVB、自適應濾波器庫等。圖3-1基本庫圖標在上述八個圖符中，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相應的對話框，應進一步設置圖符塊的操作參數。單擊圖符庫選擇區最上面的主庫開關按鈕“Main”，將出現選擇開關按鈕“Option”下的庫（user）、通信庫（comm）、DSP庫、邏輯庫(LOGIC)、射頻/模擬庫(RF/ANALOG)和數學庫（MATALAB）選擇按鈕，可分別雙擊他們選擇調用。在設計窗口中間的大片區域就是工作區域，用戶可以在這里放置、定義和連接各種圖符，建立新的系統。3.4SystemView的系統設計窗口系統視窗第一行為主菜單欄它含有幾個下拉式菜單，通過這些菜單可以訪問重要的SystemView功能，包括：文件（File）、編輯（Edit）、參數優選（Preferences）、視窗觀察（View）、便箋（NotePads）、連接（Connetions）、編譯器（Compiler）、系統（System）、圖符塊（Tokens）、工具（Tools）和幫助（Help）。用鼠標選擇各菜單都會下拉顯示若干選項。新建或打開設計文件的操作步驟與其它軟件相同。圖3-2系統設計窗口4QAM調制解調系統設計正交幅度調制QAM是數字通信中一種經常利用的數字調制技術，它是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波雙邊帶調幅，利用這種已調信號的頻譜在同一帶寬內的正交性，實現兩路并行的數字信息的傳輸。該調制方式通常有二進制QAM（4QAM）、四進制QAM（16QAM）、八進制QAM（64QAM）、…，對應的空間信號矢量端點分布圖稱為星座圖，如圖1所示為二進制QAM（4QAM）的星座圖。圖4-14QAM信號星座圖4.1QAM調制解調原理4.1.1QAM調制原理正交振幅調制QAM(QuadratureAmplitudeModulation)就是一種頻譜利用率很高的調制方式，其在中、大容量數字微波通信系統、有線電視網絡高速數據傳輸、衛星通信系統等領域得到了廣泛應用。在移動通信中，隨著微蜂窩和微微蜂窩的出現，使得信道傳輸特性發生了很大變化。所謂正交振幅調制是用兩個獨立的基帶波形對兩個互相正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調制。在這種調制中，已調載波的振幅和相位都隨兩個獨立的基帶信號變化。采用多進制正交振幅調制，可記為MQAM（M>2）。增大M可提高頻率利用率，也即提高傳輸有效性。下面介紹MQAM的基本原理。MQAM信號表示式可寫成其中，Ai和Bi是振幅，表示為其中，i,j=1,2,…，L，當L=1時，是4QAM信號；當L=2時，是16QAM信號；當L=4時，是64QAM信號。選擇正交的基本信號為在信號空間中MQAM信號點(i,j=1,2,…,L)圖4-2是MQAM的星座圖，這是一種矩形的MQAM星座圖。圖4-2MQAM信號星座圖4.1.2QAM解調原理QAM信號采取正交相干解調的方法解調，其數學模型如圖2所示。解調器首先對收到的QAM信號進行正交相干解調。低通濾波器LPF濾除乘法器產生的高頻分量。LPF輸出經抽樣判決可恢復出電平信號和。因為和取值一般為±1，±3，…，±（-1），所以判決電平應設在信號電平間隔的中點，即＝0，±2，±4，…，±（-2）。根據多進制碼元與二進制碼元之間的關系，經/2轉換，可將電平信號轉換為二進制基帶信號和。圖4-3QAM調制解調框圖4.2系統設計4.2.1仿真電路圖4-4QAM仿真電路4.2.2仿真結果仿真結果除了觀察各信號接收器的波形外，還分別比較了I路和Q路解調輸出信號和輸入原碼（圖4-12，4-13），輸出I路和Q路解調輸出信號的功率譜和星座圖（圖4-14，4-15，4-16）圖4-5I路原碼圖4-6Q路原碼圖4-7I路輸入波形圖4-8Q路輸入波形圖4-9I與Q路疊加波形（有噪聲）圖4-10I路解調波形圖4-11Q路解調輸出圖4-12I路原碼與解調輸出比較圖4-13Q路原碼與解調輸出比較圖4-14I路解調輸出功率譜圖4-15Q路解調輸出功率譜圖4-16QAM星座圖5MSK調制解調系統設計5.1MSK調制解調原理最小頻移鍵控（MinimumShiftKeying）是二進制連續相位FSK（CPFSK）的一種特例，它能夠產生恒定包絡、連續相位信號，具有正交信號的最小頻率間隔，在相鄰碼元交界處相位連續。所謂“最小”是指這種調制方式能以最小的調制指數(0.5)獲得正交信號；而“快速”是指在給定同樣的頻帶內，MSK能比2PSK的數據傳輸速率更高，且在帶外的頻譜分量要比2PSK衰減的快。MSK信號具有如下特點：（1）已調信號的振幅是恒定的；（2）信號的頻率偏移嚴格地等于，相應的調制指數；（3）以載波相位為基準的信號相位在一個碼元期間內準確地線性變化；（4）在碼元轉換時刻信號的相位是連續的，或者說，信號的波形沒有突跳。5.1.1MSK調制原理MSK信號的時域表達式為：式中，表示載波頻率；A表示已調信號振幅；表示碼元寬度；表示第個碼元中的信息，其取值為；表示直到時的累積（記憶）相位值。由于，故MSK信號也可以看作是由兩個彼此正交的載波與分別被函數與進行振幅調制而合成的。已知因而故MSK信號可表示為式中，等號后面的第一項是同相分量，也稱分量；第二項是正交分量，也稱分量。和稱為加權函數（或稱調制函數）。是同相分量的等效數據，是正交分量的等效數據，它們都與原始輸入數據有確定的關系。令，可得，式中，。根據上式，可構成一種MSK調制器，其方框圖如圖5-1所示。圖5-1MSK調制器原理圖5.1.2MSK解調原理由于MSK信號調制指數較小，采用一般鑒頻器方式進行解調誤碼率性能不太好，因此在對誤碼率有較高要求時大多采用相干解調方式。圖5-2是MSK信號相干解調器原理圖，其由相干載波提取和相干解調兩部分組成。圖5-2MSK信號相干解調器原理圖5.2系統設計5.2.1仿真電路圖5-3MSK仿真電路5.2.2仿真結果圖5-4原碼圖5-5差分編碼圖5-6I路輸入圖5-7I路加權圖5-8Q路輸入圖5-9Q路加權圖5-10MSK調制輸出（無噪聲）圖5-11MSK調制輸出（有噪聲）圖5-12解調輸出波形圖5-13MSK調制輸出（無噪聲）功率譜圖5-14MSK調制輸出（有噪聲）功率譜6結果分析6.1QAM調制解調系統結果分析（1）由4-12和4-13可得，I路和Q路解調輸出的信號與原碼接近，經過電平判定比較后可以得到有時間偏移原碼信號。（2）由4-14和4-15可得，I路和Q路解調出來的信號的功率多集中在0~20Hz的頻率范圍內，且呈現衰落的形勢，I路和Q路原碼設置的頻率為10Hz，符合實際情況。（3）由4-16可得，此QAM調制系統為16QAM調制系統。6.2MSK調制解調系統結果分析（1）由5-4和5-12比較可得，MSK解調輸出的信號與原碼接近，但在時間上有延遲。（2）由5-10可得，在無噪聲情況下MSK已調信號的振幅是恒定的。（3）由5-13和5-14，MSK已調信號在40Hz處功率達到峰值，又因為設置的載波頻率為40Hz，功率譜結果符合實際情況。7結論及總結本次課程設計的主要任務就是用SystemView軟件仿真QAM和MSK的調制與解調系統，經過一段時間的努力，系統仿真完成。1.對QAM和MSK調制解調系統基本原理進行了較為深入地理解與分析，并且根據其原理構建了Systemview的仿真模型，學會了觀察功率譜星座圖的方法。2.較為熟悉地掌握了SystemView軟件在通信系統設計與仿真的基本步驟與方法。3.利用SystemView實現了簡單QAM調制與解調系統的設計，實現與仿真，并得到相應的調制解調波形，但QAM解調時缺乏對信號的電平判決，只是通過與原碼合并到一個窗口中進行粗略比較判定，在此方面的設計還欠缺。4.利用SystemView實現了MSK調制與解調系統的設計，發現解調信號波形與輸入信號波形存在一定時延，所以該系統的實時性有不足。設計體會及今后的改進意見經過這一周的通信原理課程設計的學習讓我受益匪淺。在通信原理設計課程即將結束之時，我對在這周來的學習進行了總結，總結這一周來的收獲與不足