课程设计-----数字通信系统的仿真与原理分析

课程设计（论文）任务书

课题名称： 数字通信系统的仿真与原理分析

完成期限：2009年 12月25日至2010年1 月3日

院系名称 电子信息工程学院 指导教师 XXX 专业班级 电信XX 指导教师职称 XXX 学生姓名 XXX 学号XXX

一、 课题训练内容：

(1)利用Simulink(CAD软件、SystemView)等仿真软件对数字通信的原理进行仿真，并结合通信原理实验箱进行的实验较分析讨论；掌握系统各功能模块的基本工作原理.

(2)培养并掌握通信系统设计的基本思路和方法： (3)能提高学生对所学理论知识的理解能力；

(4)能提高和挖掘学生对所学知识的实际应用能力即创新力； (5)提高学生的科技论文写作能力。

二、课程设计的任务及要求

1)基本要求：

(1)学习Simulink(或SystemView)仿真软件：验证实验结果 (2)对需要仿真的通信系统各功能模块的工作原理进行分析； (3)提出系统的设计方案，选用合适的模块；

(4)对所设计系统进行仿真，并对仿真过程进行屏幕录像

(5)结合实验箱的试验对仿真结果进行分析，并将仿真过程录像发到82112496@qq.com。 2)课程设计论文编写要求

(1)要按照设计报告的规格打印 (2)课程设计包括目录、绪论、正文 (3)装订按学校的统一要求完成

(4)论文中如果有框图或原理图直接copy的按不及格处理；论文雷同的成绩为不及格 3)答辩标准：

(1)完成原理分析(20分) (2)系统方案选择(30分)

(3)结合实验箱仿真结果分析(30分) (4)课程设计论文写作（20）

三、主要参考资料：

樊昌信，曹丽娜《通信原理》（第六版），国防工业出版社2006年

摘要

本文首先介绍了一种常用的仿真软件System View，即它是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。然后详细介绍了System View的安装及操作方法，对软件中各菜单进行了阐述。其次介绍了数字通信系统中常见的2ASK、2FSK调制原理，调制方法，给出它的计算公式，原理框图。对2ASK信号用相干解调法进行了解调，对2FSK用非相干解调法进行了解调。最后并用System View对2ASK调制系统和解调系统，2FSK调制系统和解调系统分别进行了仿真，做出实验总结。

目录

一、 概述………………………………………………………1

二、 学习System View仿真软件………………………1

2.1System View软件概述………………………………….1 2.2System View的操作 …………………………………..1

三、二进制振幅键控系统设计……………………………….3

3.1 2ASK调制方法……………………………………….3 3.2 2ASK的解调方法…………………………………….4

3.3 2ASK仿真...................................5

四、二进制频移键控…………………………………………7

4.1 2FSK调制方法………………………………………..7 4.2 2FSK信号的解调方法………………………………8 4.3 2FSK的仿真………………………………………….11

五、总结……………………………………………………..14

一、概述

数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。为了使数字信号在带通信 道中传输，必须用数字系带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程叫做数字调制，在接收端通常把包括调制和解调过程的数字传输系统叫做数字带通传输系统。数字调制技术有两种方法：利用模拟调制的方法去实现数字式调制；通过开关键控载波，通常称为键控法。其基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控

System View是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的

用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)描述程序。利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。 二、 学习

System View仿真软件

2.1 System View软件概述

随着计算机技术的发展，系统仿真技术在电子工程领域的应用已越来越广泛，信号级系统仿真软件SystemView的出现标志着仿真技术在通信领域的应用达到了一个新的水平。

SystemView是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。SystemView以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。使用SystemView你只需要关心项目的设计思想和过程，而不必花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。用户只需使用鼠标器点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试，而不必学习复杂的计算机程序编制，也不必担心程序中是否存在编程错误。

SystemView提供一种可视化、动态的系统模式。利用功能元件库中的Token来代表某一种处理过程,在SystemView系统窗口中完成系统或子系统的设计。设计的过程便是在系统窗口中从不同的元件库中选择Token并在设计区域域中连接同时设置每一个Token的参数,控制系统的起始时间、中止时间、采样频率,最后从分析窗中分析结果,从而达到设计系统、分析系统的目的。

2.2 System View的操作

启动SystemView后就会出现如图2.21所示的系统设计窗口。它包括标题栏、

菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计窗工作区。其中设计窗口工作区是用于设置、连接各种图符以创建系统，进行系统仿真等操作；提示栏用于显示系统仿真的状态信息、功能快捷键的功能信息提示和图符的参数显示；滚动条用于移动观察当前的工作区域。当鼠标器位于功能图符上时，则该图符的具体参数就会自动弹出显示。

SystemView提供了9个基本的图符库和6个扩展的图符库。使用这些图符时只需用鼠标器拖动放入设计工作区即可，也可直接在该图符图标上双击鼠标器。在设计工作区内双击图符，则可以定义该图符的具体功能和参数。下面简单介绍一下这些图符的作用。如下图2.22

图2.22

分析窗口是用户观察SystemView数据输出的基本工具。有多种选项可以增强显示的灵活性和用途。这些功能可以通过单击分析窗工具条上的快捷按钮或通过下

拉菜单来激活。在系统设计窗口中单击分析窗口按钮，即可访问分析窗口。在分析窗口中单击系统按钮即可返回系统设计窗口。分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、活动图形窗口和提示信息区。同设计窗口一样，滚动条包括用于左右滚动的水平滚动条和用于上下滚动的垂直滚动条；提示信息区显示分析窗口的状态信息、坐标信息和分析的进度指示；活动图形窗显示输出的各种图形，如波形图、功率谱、眼图等。

三、二进制振幅键控系统设计

3.1 2ASK调制方法

1.基本原理调

频移键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。一种常用的也是最简单的二进制振幅键控方式称为通—断键控（OOK），其表达式为：

1”时Acosct,以概率P发送“ （3-1） eOOK(t)0,以概率1P发送“0\"时典型波形如图3-1所示：

图3-1

2ASK信号的一般表达式为：

e2ASK(t)s(t)cosct （3-2）

ns(t)ang(tnTs) （3-4）

时钟：Ts － 码元持续时间；

g(t) － 持续时间为Ts的基带脉冲波形，通常假设是高

度为1，宽度等于Ts的矩形脉冲；

an－ 第N个符号的电平取值，若取

1,概率为P an1P0，概率为则相应的2ASK信号就是OOK信号。

2ASK/OOK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法，

相应的调制器如图3.2。图（a）就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；图（吧）是一种数字键控法，其中的开关电路受s(t)控制。

二进制 不归零信号 s(t) e乘法器 2ASK(t) cost c

（a）模拟相乘法

cosct e2ASK s(t)

(b)数字键控法 图3.2

3.2 2ASK的解调方法

与AM信号的解调方法一样。2ASK/OOK有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），相应的接收系统方框图如图：

e2ASK(t) 带通 滤波器 a b 全波 整流器 低通 滤波器 c 抽样 判决器 定时 脉冲 d 输出

（a）非相干解调（包络检波）

e2ASK 带通 滤波器 相乘器 低通 滤波器 抽样 判决器 输出 cost c定时脉 冲

(b)相干解调

图3.3 2ASK/OOK调制框图

3.3 2ASK的仿真

1、2ASK信号的调制仿真如图3.4所示。

Token5输出频率为20Hz,幅值为500e-3的矩形波作为调制电路输入信号，token7输出频率80Hz,幅值为1V的正弦波，Token6为乘法器，矩形波与正弦波经乘法器相乘输出2ASK/OOK信号。Token8、Token9为分析观察点。

图3.4 2ASK调制图

Token8显示波形（随机数字信号）：

Token9显示波形（2ASK调制信号）

2、2ASK信号的解调仿真

Token0，Token2,Token9,Token17,Token18 组成2ASK调制电路Token10,Token11,Token12,Token13,Token14,Token15组成2ASK相干解调电路，

Token10、13为抽样判决器；Token11、17为相乘器；Token10、13为抽样判决器；Token7为逻辑缓冲器；Token18，19,20为分析观察点. 2ASK调制信号波形Token18：

输入随机数字序列：

2ASK相干解调输出波形：

相干解调法输出波形，可见与上面的基本相同，相比于调制信号在时间上有一定延迟，但基本上是相同的。

四、二进制频移键控

4.1 2FSK调制方法

1.基本原理调

频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息，而其振幅保持不变。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在达式为：

Acos(t),发送“1”时n1e2FSK(t)Acos(t),发送“0\"时 （4-1）

2nf1和

f2两个频率点之间变化。其表

：

图4.1 2FSK信号时间波形

由图可见，2FSK信号的波形（a）可以分解为波形（b）和波形（c）,也就是

说，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。因此，2FSK信号的时域表达式也可写成：

式中：g(t) 为单个矩形脉冲，宽度等于Ts

是

P1,概率为 an1P0，概率为anan的反码。

4.2 2FSK信号的解调方法

2FSK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法，相

应的调制器如图4.2。图（a）就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；图（b）是一种数字键控法，其中的开关电路受s(t)控制。

振荡器1 f选通开关 1 基带信号 反相器 相加器 e2FSK(t) 振荡器2 f 2选通开关

（b）数字键控法

图4.2 2FSK调制框图

2FSK信号有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调

（同步检测法），相应的接收系统方框图如图：

带通 滤波器 e2FSK  1包络 检波器 cos1 带通 滤波器包络 检波器 定时 脉冲 抽样 判决器 输出 2 cos2t （a）非相干解调（包络检波）

带通 滤波器 相乘器  1低通 滤波器 输出 定时脉 冲 抽样 判决器 e2ASK cos 1cos带通 滤波器 2 相乘器 2 低通 滤波器

（b）相干解调（同步检测）

图4.3 2FSK信号的接收系统组成方框图

下图为2FSK信号非相干解调过程的时间波形：

图4.4 2FSK信号非相干解调过程的时间波形

4.3 2FSK的仿真

1、2FSK信号调制图如图3.1所示

图3.1 2FSK调制图

Token8为随机数字信号，F=30Hz,A=500e-3,Token9为延迟，Token7,12为载波信号，频率和幅度分别为：75Hz,1V;150Hz,1V，Token10,13,14,15为观测点，且Token 14输出为2FSK调制信号； Token10输出：

Token13输出：

Token15:

2FSK调制信号（Token14输出） :

2．2FSK信号解调的仿真

如图3.1为2FSK信号的非相干解调电路，输入随机数字信号频率为10Hz,载波分别为90Hz和120Hz,Token0,1,3,15,20,32组成2FSK调制电路，Token4,5,24,25,12,27,28,29,14,10组成2FSK信号非相干解调电路。

Token4为加法器，Token24,27带通滤波器，25，28为全流整波器，12，29为低通滤波器，14为抽样判决器，10和32为观测分析点。 Token32:

2FSK非相干解调输出：

上图为非相干解调法得到的输出波形，可见其与输入波形出入不大。

五、总结

通过实验，基本掌握了SystemView的基本功能和使用方法，对数字基带传输系统有了一定的了解，加深了对2ASK和2FSK信号的调制原理的认识，理解了如何对他们进行解调，掌握了2ASK信号相干解调法和2FSK非相干解调法，通过使用System View仿真，对个调制和解调电路中各元件的特性有了较为全面的理解。

对于2ASK信号，由调制时通过仿真所得结果可知，调制信号变化规律与输入随机数字信号基本一致，只是调制信号存在一定的相位差，表明载波信号和随机信号参数设置符合要求。在解调系统中，由仿真结果可知，输入随机数字信号与相干解调输出信号变化规律完全一致，不存在相位差等，表明参数设置正确。

对于2FSK信号，在调制时，由仿真结果可知，调制信号变化规律与输入随机数字信号基本一致，也存在一定相位差，但这是允许的。在解调时，由仿真结果可知，非相干解调输出信号与输入数字随机信号变化规律几乎是一致的，但是由于通信系统往往存在码间串扰和噪声干扰，使解调系统的输出与输入随机信号 有些差别，但这是允许的。