[论文精品]2ASK数字传输系统仿真及设计.doc

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1、通信原理课程 设计报告 题 目 2ASK 数字传输系统仿真及设计 学院(部) 电子信息工程学院 专 业 电子信息工程（本） 学生姓名 学 号 年级 2008 指导教师 职称 副教授 二二 O O 一一 0 0 年年 十二十二 月月 通信原理课程设计报告 - 1 - 目目 录录 序 言2 一 绪 论3 二 SYSTEMVIEW 软件简介4 2.1 SYSTEMVIEW 软件特点5 三 二进制振幅键控（2ASK）8 3.1 二进制振幅键控的基本原理8 3.2 用 SYSTEMVIEW 软件对 2ASK 系统进行仿真及结果分析10 3.2.1 2ASK 系统（无噪声）10 3.2.2 2ASK 系统

2、（带噪声）12 四 心得体会15 参考文献16 通信原理课程设计报告 - 2 - 序 言 数字基带信号的功率谱从零频开始而且集中在低频段，因此只适合在低通 型信道中传输。但常见的实际信道是带通型的，不能直接传送基带信号，因此 必须用数字基带信号对载波进行调制，使基带信号的功率谱搬移到较高的载波 频率上。从原理上来说，受调载波的波形可以是任意的，只要已调信号适合于 信道传输就可以了。但实际上，在大多数数字通信系统中，都选择正弦信号作 为载波。这是因为正弦信号形式简单，便于产生及接收。 数字调制的种类比较多，而且还会根据需要发展出新的方式来。它们都是 以基带数字信号直接控制载波的某一参量（幅度、频

3、率或相位）来实现的，形 成振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）和相移键控（PSK）。数字基带信号可以 是二进制的，也可以是多进制的，因此就有二进制数字调制和多进制数字调制。 数字调制都是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端也只 要对载波信号的离散调制参量进行检测。 本次课程设计就是基于 Systemview 的通信系统的仿真，也就是 Systemview 软件环境下进行二进制振幅键控（2ASK）系统的设计，具体 Systemview 软件的 应用和通信系统的设计与仿真下面会具体介绍。 通信原理课程设计报告 - 3 - 一一、绪绪 论论 数字通信系统, 按调制方式可以分为基带传

4、输和带通传输。数字基带信号 的功率一般处于从零开始到某一频率（如06M）低频段，因而在很多实际的通 信（如无线信道）中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移， 将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式， 称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。 所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带 信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输；实 现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。 和模拟调制不同的是，由于数字基带信号具有离散取值的特点，所以调制后 的载波参量只有有限的几个数值，因而数字调制在实现的过程中常

5、采用键控的 方法，就像用数字信息去控制开关一样，从几个不同参量的独立振荡源中选参 量，由此产生的三种基本调制方式分别称为振幅键控（ASK,Amplitude-Shift keying）、移频键控（FSK,Frequency-Shift keying）和移相键(PSK,Phase- Shift keying )或差分移相键（DPSK,DifferentPhase-Shift keying）。数字 调制系统的基本结构如图： 图 1.1 在数字调制中，数字基带信号可以是二进制的，也可以是多进制的，对应 的就有二进制数字调制和多进制数字调制两种不同的数字调制，最简单的情况 即是以二进制数字基带信号作为

6、调制信号的二进制数字调制，本次课程设计主 要针对就是最常用的二进制数字调制方式即二进制振幅键控、移频键控和移相 键控三进行系统仿真分析，通过学习Systemview仿真软件，对对三种系统进行 仿真，熟悉2ASK、2FSK和2DPSK的原理、已调信号的频谱特点和各系统的抗噪声 通信原理课程设计报告 - 4 - 性能。 二二、S Sy ys st te em mv vi ie ew w 软软件件简简介介 2.1 Systemview 软件特点 Elanix 公司的 SystemView 是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可 视化环境，是一个适合多种操作系统的单机和网络平台。 在 SystemV

7、iew 环境下，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和 各种速率的系统，可用于线性或非线性控制系统的设计和仿真。SystemView 包 括基本库和专业库。基本库包括信号源、接收器、加法器、乘法器，函数库和 算子库等。利用基本库可以进行一般的系统设计和仿真，例如：用不同方式设 计多种形式的滤波器，可以自动完成滤波器幅频特性(波特图)、传递函数和根 轨迹图等模型之间转换。专业库包括通信(Communication)、逻辑(Logic)、数 字信号处理(DSP)库、射频/模拟(RF/Analog)、支持高级语言的用户代码库 (Custom Library)、自动程序生成库(APG)、Matl

8、ab 连接库(M-link)、Xilinx FPGA 库、CDMA/PCS 库、数字视频广播(DVB)、自适应滤波器库(Adaptive Filter Library)、实时 DSP 代码生成库(与 TI Code Composer Studio 协同仿 真)、符合第三代移动通信的 3G 库、TurboCode Libary(TPC)库和 XDSL 库和 ANSI C 代码产生器等，与 Xpedion 公司 Golden Gate RF 设计工具联合构成新 的更加全面的仿真方式。SystemView 可以实时仿真各种 DSP 结构，并进行各种 系统时域和频域分析、谱分析，对各种逻辑电路、射频/

9、模拟电路(混合器、放 大器、RLC 电路和运放电路)等进行理论分析和失真分析。SystemView 的各种专 业库特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。随着通信技术的不断 发展，通信系统越来越复杂， 设计和仿真难度也随之加大，利用 SystemView 可以十分方便地完成相应的通信 系统设计和 仿真。 SystemView 是目前国际上最优秀的系统设计和仿真软件之一，其主要特点 有： 1. 直观 在 SystemView 的设计窗口中，各功能模块用形象直观的图符表示，和方框 图一样一目了然。SystemView 能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或 悬空的待连接端信息，用户按照提

10、示修改系统。在编译时，系统状态栏显示仿 真运行的时间进度，方便调试。另外，系统还提供了一个灵活的动态系统棒功 能，仿真实际的示波器或频谱分析仪的工作界面。利用系统分析窗口直观显示 二维分析结果，图形放大、缩小、滚动等均可通过鼠标方便地实现。分析窗口 中的“接收计算器()”功能强大，可以完成对仿真运行结果的各种运算分析， 诸如谱分析、相关和卷积等各种基本的信号分析。 2. 简单 只要通过鼠标从 SystemView 库中选择图符并将其拖动到设计窗口中即可创 建线性和非线性、离散和连续、模拟和数字，以及混合模式的系统，并且 通信原理课程设计报告 - 5 - SystemView 的所有图符都有相似

11、的参数定义窗口。设计者所要做的只是修改各 个图符的参数，而不需要编写源代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地 建立和修改系统、访问与调整参数，并方便地加入注释。 3. 易用 可以方便快捷地在设计窗口和分析窗口之间切换，使得调试设计系统易如 反掌，其简单的操作界面和直观的图标使得初学者特别容易上手。 4. 支持多速率系统和并行系统 SystemView 允许合并多种数据速率输入系统，简化 FIR 滤波器的执行，并 能支持多系统同时执行，这样可以在一次执行中快速方便地比较系统各种变换 的不同效果。 5. 无限制分层结构 通过使用 MetaSystem 对象创建子系统，SystemView 能够很

12、容易地建立大 而复杂的系统。理论上，只要计算机具有足够的资源，设计的系统复杂度是无 限的。 6. 丰富的功能块 SystemView 包含数百种信号源、接收端、操作符和功能块，提供了从 DSP、通信信号处理、控制到构造通用数学模型的应用，并能处理各种文件格式 的输入输出数据，可以很方便地调用函数。它可以与外部文件接口，直接获得 并处理从外部采集来的一些物理数据。除了一般的方案论证外，SystemView 还 提供了与硬件设计的接口，与 Xilinx 公司的软件 Core Generator 配套，可以 将 SystemView 系统中的部分器件生成下载 FPGA 芯片所需的数据文件。另外， S

13、ystemView 还有与 DSP 芯片设计的接口，可以将其 DSP 库中的部分器件生成 DSP 芯片编程的 C 语言源代码。 7. 广泛的滤波和线性系统设计 SystemView 包含一个功能强大容易使用图形模板设计的模拟和数字、离散和连 续时间系统的设计环境，并有大量的 FIR/IIR 滤波器类型。 8. 可扩展性 SystemView 允许用户插入使用高级语言编写的用户代码库，插入的用户库 自动集成到 SystemView 中，能够和内建库一样使用，并提供了与编程语言 VC+或仿真工具 Matlab 的接口。其中的 APG 功能可以利用 VC 环境，将系统编 译为可脱离 SystemVi

14、ew 独立运行的可执行文件。同时大大提高了运行速度，在 内存较大时效果尤为明显。 2.2 使用使用Systemview进行系统仿真的步骤进行系统仿真的步骤 (1)建立系统的数学模型 根据系统的基本工作原理，确定总的系统功能，并将 各部分功能模块化，找出各部分的关系，画出系统框图。 (2)从各种功能库中选取、拖动可视化图符，组建系统在信号源图符库、算子图 符库、函数图符库、信号接受器图符库中选取满足需要的功能模块，将其图 符拖到设计窗口，按设计的系统框图组建系统。 (3)设置、调整参数，实现系统模拟参数设置包括运行系统参数设置(系统模拟 通信原理课程设计报告 - 6 - 时间，采样速率等)和功能

15、模块运行参数(正弦信号源的频率、幅度、初相， 低通滤波器的截止频率、通带增益、阻带衰减等)。 (4)设置观察窗口， 分析模拟数据和波形 在系统的关键点处设置观察窗口，用 于检查、监测模拟系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。 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

16、 的具体参数就会自动弹出显示。 图 2.21 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 通信原理课程设计报告 - 7 - 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

17、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。 通信原理课程设计报告 - 8 - 三三、 二二进进制制振振幅幅键键控控（ 2 2A AS SK K） 2ASK 系统仿真设计要求 （a）输入 PN 序列：单极性信号，速率 100Hz； 载波频率：Fc=1000Hz，幅度=1V； 高斯噪声：均值=0.1，功率谱密度=0.001W/Hz。 （b

18、）首先不加入噪声，根据给定参数设置图符参数，进行仿真，实时观察输入序列、ASK 信号、BPF 输出、LPF 输出和解调输出的波形和功率谱是否正确和特点，并画出各点波形。 （c）再加入噪声，进行仿真，观察和分析输入序列、ASK 信号、BPF 输出、LPF 输出和 解调输出的波形特点。 3.1、二进制振幅键控的基本原理 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： （3-1）)(t eOOK 时发送“以概率

19、 ”时发送“以概率 “01, 0 1,cos P PtA c 典型波形如图 3-1 所示： 图 3-1 （1）2ASK信号的产生方法通常有两种，如下图： 通信原理课程设计报告 - 9 - 2AS 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 （b）是一种数字键控法，其中的开关电路受 s(t)控制。 乘法器 二进制 不归零信号 s(t) )( 2 t eASK t ccos （a）模拟相乘法 t c cos s(t) eASK 2 (b)数字键控法 图 3.2 （1）与 AM 信号的解调方法一样。2A

20、SK/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： 带通 滤波器 全波 整流器 低通 滤波器 抽样 判决器 abc d 输出 定时 脉冲 )( 2 t eASK （a）非相干解调（包络检波） 带通 滤波器 相乘器低通 滤波器 抽样 判决器 eASK 2 t ccos 输出 定时 脉 冲 (b)相干解调 )( 2 t eASK 通信原理课程设计报告 - 10 - 图3.3 3.2 用用 SystemviewSystemview 软件对软件对 2ASK2ASK 系统进行仿真系统进行仿真及结果分析及结果分析 3.2.13.2.1 2A

21、SK2ASK 系统系统（无噪声）（无噪声） 1 2ASK2ASK系统（无噪声）框图如下： 图3.2.1-1 2ASK系统（无噪声） 2 参数设计： 1、5为乘法器， 2、6为载波，载波频率=1000HZ， 8为滤波器； 11为 模拟低通滤波器，设置滤波器极点数目：No.of Poles=5（5阶） ，设置滤波器截 止频率：LoCuttoff=200 Hz。0为基带信号，频率=50HZ，电平=0.5，偏移=0.5。 3 仿真分析： 基带信号 通信原理课程设计报告 - 11 - 基带信号与载波相乘得到的调制信号 经过带通滤波器后的信号 经过带通滤波器后再与载波相乘的信号 经过带通滤波器后再与载波相

22、乘的信号取包络 通信原理课程设计报告 - 12 - 经过抽样判决后得到的解调信号 3.2.2 2ASK2ASK 系统（带噪声）系统（带噪声） 1 2ASK2ASK 系统（带噪声）框图如下： 图3.2.2-1 2ASK系统（带噪声） 2 参数设计： 系统的参数设计如下：1、5为乘法器， 2、6为载波，载波频率=1000HZ， 8为Adder为滤波器； 11为模拟低通滤波器，设置滤波器极点数目：No.of Poles=5（5阶） ，设置滤波器截止频率：LoCuttoff=200 Hz。0为基带信号，频率 =50HZ，电平=0.5，偏移=0.5。 3 仿真分析： 基带信号 通信原理课程设计报告 -

23、13 - 经过带通滤波器后再与载波相乘的信号 经过带通滤波器后的信号 基带信号与载波相乘得到的调制信号 基带信号与载波相乘得到的调制信号取包络 通信原理课程设计报告 - 14 - 经过抽样判决后得到的解调信号 通信原理课程设计报告 - 15 - 四四、 心心得得体体会会 通信原理课程设计结束了。我对 Systemview 软件有了一定的了解，也加 深了自己对 2ASK 的理解。在课程设计的过程中遇到了很多问题，但通过自己 的学习、查阅资料以及老师的指导，所有的问题都已解决。 经过大三这一个学期通信原理的学习，我对通信系统有了更进一步的认 识，开始学习设计 2ASK 数字调制系统。仔细看了下设计

24、要求我就开始查找相 关的资料，然后动手设计起来，事实却不是想象中的那样。用基于二进制数字 键控信号的产生方法，首先我想到的是开关法产生 2ASK 信号，类似于 2FSK 数字调制的思路，确定了设计思路后就开始进行系统仿真。然后一步步完成实 验设计。 这次课程设计花了很多心血，同时也学到了不少的知识,巩固了基础知识。 。学会要自己独立完成任务，同时不懂得的要向老师和同学请教。在这次的课 程设计的过程当中大家都有不同程度的收获。在学习的过程中带着问题去学会 可以在一定程度上使效率得到提高，但是由于我们的知识水平有限，难免会出 现一些问题，但在老师的指导和同学的帮助下可以得到解决。也使我懂得了理 论

25、联系实际的重要性，理论上成立的东西在实际中往往因为各种原因而不能成 立，需要我们自己思考解决问题，因此，我们更改应该在掌握理论知识的基础 上自己独立的动手去做一些与实际相关的课题，来提高自身能力。所有的都是 靠实际，靠实践做出来的，理论上的东西不一定能够达到，所以条件允许的情 况下我们一定要自己动手。这才是真正能够提高自己的方法。 一个课程设计有时候会很简单，至少有时候我们会这样认为。但事实上却 并不一定如此，我们需要去尝试，去体验失败，体验摸不着头脑，才会让我们 真的明白这其中的作用。学习、不断地学习，才能真正的提升我们。 通信原理课程设计报告 - 16 - 参参考考文文献献 1 曹志刚，钱亚生编著，现代通信原理，清华大学出版社，1992。 2 罗伟雄，韩力，原东昌编著，通信原理与电路，北京理工大学出版社， 1999。 3 李哲英主编，SystemView 动态系统分析与设计软件学习版中文手册， 内部资料，1997。 4 陈星，刘斌编写，SystemView 通信原理实验指导，北京航空航天大学 电子工程系内部讲义，1997。 5樊昌信,张甫翊,徐炳祥,吴成柯. 通信原理(第五版) M . 北京:国防 工业出版社,2002