./目錄緒論2第一章、Systemview軟件簡介41.1Systemview軟件簡介41.2Systemview軟件的特點41.3SystemView的圖標庫51.4SystemView的系統設計窗口5第二章最小頻移鍵控〔MSK系統的設計72.1MSK的基本原理72.2MSK的調制原理82.3MSK的解調原理11第三章正交振幅〔QAM系統的設計143.1MSK的基本原理143.2QAM的調制解調原理163.316QAM解調模塊的模型建立與仿真183.3.1相干解調183.3.2鎖相環解調18小結23參考文獻24致25緒論數字通信系統,按調制方式可以分為基帶傳輸和帶通傳輸。所謂調制,是用基帶信號對載波波形的某參量進行控制,使該參量隨基帶信號的規律變化從而攜帶消息。對數字信號進行調制可以便于信號的傳輸；實現信道復用；改變信號占據的帶寬；改善系統的性能。隨著數字通信的迅速發展,各種數字調制方式也在不斷地改進和發展,現代通信系統中出現了很多性能良好的數字調制技術。目前實際通信系統中常使用的幾種現代數字調制技術首先有幾種恒包絡調制,主要包括偏移四相相移鍵控〔OQPSK、π/4四相相移鍵控〔π/4-QPSK、最小頻移鍵控〔MSK和高斯型最小頻移鍵控〔GMSK；然后是正交幅度調制〔QAM,它是一種不恒定包絡調制。最后是多載波調制,其中最重要的是正交頻分復用〔OFDM。 本文主要介紹MSK和QAM的原理,SystemView的使用方法,以及通過SystemView仿真軟件對QAM、MSK數字調制及解調電路各功能模塊的工作原理進行分析,提出QAM、MSK數字調制及解調電路的設計方案,選用合適的模塊對所設計系統進行仿真并對仿真結果進行分析。第一章、Systemview軟件簡介1.1Systemview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。1.2Systemview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。。1.3SystemView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1-1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。1.4SystemView的系統設計窗口1.主菜單欄系統視窗第一行為《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1-2系統設計窗口2.快捷功能按鈕

設計窗口中菜單行的第二行為《工具欄》,它是由16個常用快捷功能按鈕組成的動作條。它包含了在系統設計、仿真中可能用到的各種操作按鈕。各按鈕的功能如下：圖1-3快捷功能按鈕第二章最小頻移鍵控〔MSK系統的設計2.1MSK的基本原理MSK<MinimumFrequencyShiftKeying>又稱快速移頻鍵控<FFSK>,是2FSK的改進形式。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,"快速"是指在給定同樣的頻帶,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是恒定包絡連續相位頻率調制,其信號的表示式為ωc為載波角頻率,Ts為碼元寬度,ak為第k個輸入碼元,取值為±1；φk為第k個碼元的相位常數,在時間kTs≤t≤<k+1>Ts中保持不變,其作用是保證在t=kTs時刻信號相位連續。令則信號的表示式為MSK信號的時間波形如圖所示圖2-1MSK信號的時間波形圖2.2MSK的調制原理由MSK信號的一般表示式可得因為所以令則根據上式,可采用正交調幅方式產生MSK信號,其調制的方框圖如下所示。圖2-2MSK調制的方框圖由上圖可知,MSK信號產生的過程為：對輸入數據序列進行差分編碼；把差分編碼器的輸出數據用串/并變換器分成兩路,并相互交錯一個比特寬度Ts；用加權函數cos<πt/2Ts>和sin<πt/2Ts>分別對兩路數據進行加權；用兩路加權后的數據分別對正交載波cosωct和sinωct進行調制；把兩路輸出信號進行疊加。根據以上的MSK調制原理框圖,在Systrmview上設計的仿真調試圖如下圖-11所示：圖2-3systemviewMSK調制仿真圖采樣器〔63：按設定的采樣速率采樣,輸出的結果是輸入信號在采樣寬度的線性組合。原理圖中的采樣速率為10HZ。保持器〔1.2.65：用于采樣或抽樣后返回系統采樣率。增益〔64：對輸入信號進行放大。延時〔：延時規定各單位的時間。異或們〔60：兩個或兩個以上的邏輯信號異或操作。脈沖信號〔0,3：用于產生相應的脈沖信號首先由信號源產生一個偽隨機序列〔0,此偽隨機序列的幅度為1V,頻率為10HZ,電平為2。偽隨機序列的信號波形如下圖2-4所示：圖2-4將其信號通過采樣器后輸入到異或們中,并將通過異或們輸出的一路信號通過增益后輸回到異或們,和原信號進行異或,然后在通過保持器,并輸入到波形觀察分析器65中,從而形成輸入差分碼,波形如下圖2-5所示：圖2-5將拆分編碼先進行并串/變換,分為兩路信號Q和I〔如圖14。I延遲T時間后與一載波頻率只有基帶信號頻率0.25倍的載波進行相乘,然后再通過相乘器與一個載波頻率等于200HZ,相位移相90度的載波進行相乘。而Q路信號,先和頻率只有基帶信號頻率0.25倍的載波相乘,然后再和一個沒有經過移相的載波頻率等于200HZ的載波相乘。Q路信號和I路信號通過相加器相加,從而得到我們需要的MSK信號。MSK波形信號如圖2-6所示圖2-6圖2-72.3MSK的解調原理MSK信號屬于數字頻率調制信號,因此可以采用相干解調的方法進行解調,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。MSK解調的原理圖如下圖2-8所示：圖2-8MSK解調的原理框圖基于這MSK解調的原理框圖,在Systemview上對其進行系統的設計的結構如圖2-9所示：圖2-9正弦信號源〔18.19：產生正弦載波信號。巴特沃斯濾波器〔20.21：低通濾波器用于濾除乘載波時產生的高頻分量模擬比較器〔45,46用于將并行信號轉換成串行信號。將調制出的MSK信號首先與一幅度為1V,頻率為2.5HZ和頻率為200HZ的載波進行相乘,再經過巴特沃斯濾波器后進行濾波,將采樣后的波形與模擬比較器相比較,將信號進行并串轉換,即可得到Q路信號和I路信號輸出。其波形如圖2-10所示。圖2-10將得到的Q/I路信號與脈沖信號源提供的頻率為5HZ,幅度為1V的脈沖波通過延時器相乘后,將得到解調后的差分碼〔如圖2-11.圖2-11將此差分碼分為兩路。一路延遲后送往異或門〔35,一路直接送往異或門〔35從而得到我們調制所得到的原基帶信號波形〔如圖2-12.圖2-12第三章正交振幅〔QAM系統的設計3.1MSK的基本原理正交振幅調制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3.1是MQAM的星座圖,這是一種矩形的MQAM星座圖。圖3-1MQAM信號星座圖為了說明MQAM比MPSK具有更好的抗干擾能力,圖示出了16PSK和16QAM的星座圖,這兩個星座圖表示的信號最大功率相等,相鄰信號點的距離d1,d2分別為：2DPSK16QAM結果表明,d2>d1,大約超過1.64dB。合理地比較兩星座圖的最小空間距離應該是以平均功率相等為條件。可以證明,在平均功率相等條件下,16QAM的相鄰信號距離超過16PSK約4.19dB。星座圖中,兩個信號點距離越大,在噪聲干擾使信號圖模糊的情況下,要求分開兩個可能信號點越容易辦到。因此16QAM方式抗噪聲干擾能力優于16PSK。圖3-216QAM和16PSK的星座圖MQAM的星座圖除正方形外,還有圓形、三角形、矩形、六角形等。星座圖的形式不同,信號點在空間距離也不同,誤碼性能也不同。MQAM和MPSK在相同信號點數時,功率譜相同,帶寬均為基帶信號帶寬的2倍。3.2QAM的調制解調原理MQAM的調制解調框圖如圖所示。在發送端調制器中串/并變換使得信息速率為Rb的輸入二進制信號分成兩個速率為Rb/2的二進制信號,2/L電平轉換將每個速率為Rb/2的二進制信號變為速率為Rb/〔2lbL的電平信號,然后分別與兩個正交載波相乘,再相加后即得MQAM信號。在接收端解調器中可以采用正交的相干解調方法。接受到的信號分兩路進入兩個正交的載波的相干解調器,再分別進入判決器形成L進制信號并輸出二進制信號,最后經并/串變換后得到基帶信號。MQAM調制圖3-3MQAM調制框圖調制這個過程在Systemview的仿真設計框圖如下圖所示圖3-4信號源〔50：用于產生脈沖信號。隨機信號發生器<51>:用于產生一個隨機信號列。串并轉換系統〔64.96.128:用于將信號進行串并轉換。串并轉換系統如下圖所示:圖3-5調制的過程是信號源產生脈沖波形幅度為2V,頻率為1000HZ的二進制脈沖波形,經過隨機數列后產生輸入的波形如下圖所示：圖3-6產生的隨機信號經過串并轉換電路后,產生兩路四進制信號與正弦信號相乘得正交信號如下圖所示：圖3-7兩路信號相疊加即得調制的信號如下圖所示：圖3-83.316QAM解調模塊的模型建立與仿真16QAM解調原理框圖如圖4.1所示,解調器實現的核心在于4//2電平判決模塊及并串轉換模塊。在本次仿真中,載波恢復輸出的同頻同相波是直接由調制模塊中的載波提供的,也就是說在仿真實驗中并沒有做載波恢復。相干解調系統先前所得的16QAM調制信號通過高斯白噪聲信道以后便可以解調了。本系統所采用的解調器原理為相干解調法,即已調信號與載波相乘,送入到低通濾波器,其對應原理圖號輸入并與載波相乘后通過LPF的部分,輸出送入到判決器判決,在這里,低通濾波器的設計很重要,在Systemview中提供了一些濾波器,我們可以加以利用,但它的參數設定對后續判決產生誤差有很大關系,所以要對該濾波器的參數設定要慎重。在本實驗中涉及的仿真濾波器均選擇貝塞爾低通濾波器。這里對LPF的參數設定如下,而輸出波形如圖4.10所示。下面為解調部分總電路和低通濾波器的參數值設置：圖3-93.3.2鎖相環解調電路說明：1、這部分電路分為直接用與調制端相同的載波進行解調和用設計的鎖相環進行鎖相之后進行解調兩個部分。將兩個結果進行對比。2、鎖相環t164部具體電路如下,FM參數見圖中所示。Fm為調頻器。將其部參數的頻率值設定為5KHz與調制載波頻率相同。兩路輸入均為經過調制后的信號。將其與Fm輸出的同相和正交分量進行相乘,然后會得到高頻分量,經過低通濾波器后將高頻分量濾除,就會得到相應的相位信息,再將兩路相位信息相乘經過環路濾波器,該相位信息反映了輸入信號與Fm產生的載波的相位差,從而可以調整Fm的輸出信號的相位。具體數學模型見下：圖3-10在這里,我們假設t172輸入的信息表達式為,經過與Fm輸出的載波相乘后得到,經化簡可得,再經過低通濾波器后將的頻率濾除,得到和。這兩個信號經過t171相乘器后得到。再經過帶通濾波器后得到相位信息。該相位信息由在Fm調頻器中反映出Fm的輸出信號相位情況。其輸入經過積分就可以改變Fm輸出載波的相位,從而達到調節相位的作用。說明：FM為調頻器,所以其頻率初始應與接收信號調制時的設置不同以表現其調頻作用,這里設為5002Hz,調制增益為7.2Hz/V。同時兩個低通濾波器的參數設置進行了變化。定位900Hz,能夠達到濾波的作用。T169截止頻率設定為300Hz,將得到的壓控信號進行再次濾波,是環路濾波器的作用。圖3-11鎖相環部結構電路及參數設置。下圖為systemview電路連接。各個器件的參數設置如下,可以從中看出兩個時鐘的脈寬與前面分析的一致。圖3-10systemview并串轉換子系統所以,當輸入脈沖序列為0時,選擇器輸出第一路信號；當輸入脈沖序列為1時,選擇器輸出第二路信號。這樣本次仿真經并串轉換以后便最終實現了16QAM信號的解調,其并變串波形如下,t246為并變串的輸出,應該與前面進行2-4電平轉換時輸入的t56相對應。可見并變串是正確的。這只是4-2電平變換后的并串轉換波形。對于另一路4-2電平變換的并串轉換也可用同樣的子系統。圖3-11將最后得到的兩路信號在進行并串轉換即可。圖3-12該電路圖部分中t440和t721實現的就是上面的經過四二電平轉換和波形整形后進行的并串轉換子系統。在t1002中再次調用并串轉換子系統,即可將最后的兩路并行信號轉換成串行信號。但是要注意此時的兩個時鐘信號脈寬設定。由于t440和t721的輸出信元周期已經發生變化,所以按照之前設定的比例,就要重新設定兩個脈寬。具體設定如下：圖3-13經最后的轉換輸出波形應與最初的信源波形一樣,也就是t808要與信源t55相同。我們看下面的波形即可：圖3-14分析：上圖中,兩個信號分別為信源輸出波形和解調輸出波形,從波形上來看,第二路輸出結果是正確的,但是存在時間上的延時,但整體來講解調得到的信號是完全正確的。16QAM的星座圖如下圖所示：圖3-15小結本次課設的主要任務就是用SystemView軟件仿真MSK和QAM的調制與解調系統,經過一段時間的努力,終于把這個系統仿真完了。1.對16QAM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。2.較為熟悉地掌握了Systemview軟件在通