基于System View的2FSK的調制系統(tǒng)設計.doc

xxxxxxxxxxxxx廣播電視方向課程設計基于System View的2FSK的調制系統(tǒng)設計 學生姓名學 號所在學院專業(yè)名稱班 級指導教師成 績 Xxxxxxxxxxxxxxx二一五年五月xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx課程設計報告課程設計任務書學生姓名學生學號學生專業(yè)學生班級指導教師職 稱發(fā)題日期 2015年4月1日完成日期 2015年5月31日設計題目基于System View的2FSK的調制系統(tǒng)設計設計目的：1學習System View軟件的使用。2使學生掌握利用工具軟件來實現(xiàn)信號系統(tǒng)基本概念、基本原理的方法。具體任務及要求：1掌握System View軟件的使用。2了解2FSK的調制解調基本概念。3在軟件上進行仿真實驗，并記錄仿真的結果。4按照課程設計報告要求，完成設計報告，參加課程設計答辯。課程設計進度安排：序號內容安排時間1收集資料，確定實施方案4月15日前2軟件設計5月15日前3整理資料，編寫設計報告5月25日前4完成定稿，打印報告5月31日前課程設計參考文獻：1 白木，周潔擴頻通信的原理、工作方式、特點和應用電力系統(tǒng)通信2 羅衛(wèi)兵，張捷.System View 動態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設計西安電子技大學出版社 3 孫鵬勇直接序列擴頻通信處理增益的分析遼寧工程技術大學學報 4 曾興雯.乃安.獻璞.擴展頻譜通信及其多址技術.西安：西安電子科技大學出版社指導教師簽字院長審核簽字基于System View的2FSK的調制系統(tǒng)設計內容摘要：現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠，通信容量大、傳輸質量好。作為其關鍵技術之一的解調技術一直是人們研究的一個重要方向。從最早的模擬調幅調頻技術的日趨完善，到現(xiàn)在數(shù)字調制技術的廣泛應用。使得信息的傳輸更為有效和可靠。二進制數(shù)字振幅鍵控是一種古老的調制方式，也是各種數(shù)字調制的基礎。本課程設計主要是利用SystemView仿真軟件平臺，設計一個FSK調制解調器系統(tǒng)，用示波器觀察調制前后的信號波形，并將其記錄下來，分析該系統(tǒng)的性能。通過SystemView的仿真功能模擬實際中的FSK解調。本課程設計研究的是基于SystemView的FSK解調系統(tǒng)設計。文中對解調的兩種方法進行簡單的介紹，進而對比，選擇出合適的方法完成設計。關鍵詞：System View 2FSK 調制系統(tǒng)System View is based on the modulation system 2FSKSummary: Modern communication systems require communication distance, large communication capacity, better transmission quality. As one of the key technologies demodulation technology it has been an important direction for researchers. From the earliest maturing AM FM analog technology, now widely used in digital modulation techniques. So that the transmission of information more efficient and reliable. Binary digital amplitude shift keying modulation is an old model, which is the basis of a variety of digital modulation. The course design is the use of System View simulation software platform to design a FSK modem system, using an oscilloscope modulated signal waveform before and after, and recorded, analyzed the performance of the system. System View simulation functional simulation of the actual FSK demodulation. This course is designed to study the FSK demodulation system based on System View. In this paper two methods demodulated brief introduction, and then compare the selected appropriate method to complete the design.Keywords: System View 2FSK Modulation system 目 錄前言11 課程設計的任務與要求11.1 課程設計的任務11.2 課程設計的要求11.3 課程設計的研究基礎12 FSK調制解調的方案22.1 2FSK調制的方案22.1.1 模擬調頻法22.1.2 鍵控法鍵控法22.2 2FSK解調方案32.2.1 非相干解調32.2.2 相干解調42.3 2FSK數(shù)字系統(tǒng)解調原理43 System View的應用53.1 System View簡介53.2 System View的操作步驟53.2.1 選擇設置信號源（Source）53.2.2 選擇設置分析窗（Sink）63.2.3 系統(tǒng)定時（System Time）63.3 System View的用戶環(huán)境63.4 System View的基本使用73.5 System View的系統(tǒng)定時窗口74 基于System View的仿真84.1 2FSK調制84.1.1 調制原理圖84.1.2 解調原理圖94.1.3 2FSK調制解調模型94.2 2FSK的調制電路仿真154.2.1 調制電路仿真154.2.2 解調電路仿真175 結束語22參考文獻2426基于System View的2FSK的調制系統(tǒng)設計前言當今社會通信技術的發(fā)展速度可謂日新月異，計算機的出現(xiàn)在現(xiàn)代通信技術的各種媒體中占有獨特的地位，計算機在當今社會的眾多領域里不僅為各種信息處理設備被使用，而且它與通信向結合，使電信業(yè)務更加豐富。隨著人類經(jīng)濟和文化的發(fā)展，人們對通信技術性能的需求也越來越迫切，從而又打打推動了通信科學的發(fā)展。在通信理論上，先后形成了“過濾和預測理論”、“香濃信息論”、“糾錯編碼理論”、“信源統(tǒng)計特性理論”、“調制理論”等。通信作為社會的基本設施和必要條件，引起的世界各國的廣泛關注，通信的目的就是從一方向另一方傳送信息，給對方以信息，但是消息的傳送一般都不是直接的，它必須借助于一定形式的信號才能便于遠距離快速傳輸和進行各種處理。system view是一種電子仿真工具。它是一個信號級的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設計和仿真，是一個強有力的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號處理，濾波器設計，直到復雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設計。1 課程設計的任務與要求1.1 課程設計的任務仿真設計主要研究2FSK信號的調制解調系統(tǒng)的實現(xiàn)，完成對數(shù)字信號的調制及解調，使系統(tǒng)簡單，并要調制解調過程容易實現(xiàn)，能正確的完成調制解調任務。由于FSK調制解調原理相對比較簡單，作為數(shù)字通信原理的入門學，理解FSK后可以容易理解其他更復雜的調制系統(tǒng)，為以后的進一步發(fā)展打下基礎。1.2 課程設計的要求仿真設計主要研究2FSK信號的調制解調系統(tǒng)的實現(xiàn)，完成對數(shù)字信號的調制及解調，使系統(tǒng)簡單，并要調制解調過程容易實現(xiàn)，能正確的完成調制解調任務。由于FSK調制解調原理相對比較簡單，作為數(shù)字通信原理的入門學，理解FSK后可以容易理解其他更復雜的調制系統(tǒng)，為以后的進一步發(fā)展打下基礎。1.3 課程設計的研究基礎數(shù)字頻率調制又稱頻移鍵控(FsKFrequency Shift Keying)，二進制頻移鍵控記作2FSK。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2FSK信號便是符號“1”對應于載頻，而符號“0”對應于載頻（與不同的另一載頻）的已調波形，而且與之間的改變是瞬間完成的。System View 是一個用于現(xiàn)代工程與科學系統(tǒng)設計及仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學模型建立等各個領域，System View 在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。System View 是一個用于現(xiàn)代工程與科- 3 - 學系統(tǒng)設計及仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學模型建立等各個領域，System View 在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具2 FSK調制解調的方案2.1 2FSK調制的方案2FSK（二進制頻移鍵控，F(xiàn)requency Shift Keying）信號是用載波頻率的變化來傳遞數(shù)字信息，被調載波的頻率隨二進制序列0、1狀態(tài)而變化。我們可以認為，一個2FSK信號可以看成是兩個不同載頻的2FSK信號的疊加。從原理上講，數(shù)字調頻可用模擬調頻法來實現(xiàn)，也可用鍵控法來實現(xiàn)。2.1.1 模擬調頻法模擬調頻法是利用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調頻，是頻移鍵控通信方式早期采用的實現(xiàn)方法。用數(shù)字基帶信號去控制一個振蕩器的某種參數(shù)而達到改變振蕩頻率的目的。如圖2-1所示。圖2-1 相位連續(xù)FSK調制2.1.2 鍵控法鍵控法鍵控法鍵控法則是利用受矩形脈沖序列控制的開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。在二進制基帶矩形脈沖序列的控制下通過開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通，使其在每一個碼元Ts期間輸出f1或f2兩個載波之一，該方法就是在二進制基帶矩形脈沖序列的控制下通過開關電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通，使其在每一個碼元sT期間輸出1f或2f兩個載波之一。其原理如f1 門電路1 門電路2 相加倒相f2 基帶信號輸入圖2-2所示，它將產生二進制FSK信號。圖中，數(shù)字信號控制兩個獨立振蕩器。門電路（即開關電路）和按數(shù)字信號的變化規(guī)律通斷。若門打開，則門關閉故輸出為1f，反之則輸出2f。這種方法的特點是轉換速度快、波形好，而且頻率穩(wěn)定度可以做得很高。頻率鍵控法還可以借助數(shù)字電路來實現(xiàn)。圖2-2 鍵控法電路圖2.2 2FSK解調方案2FSK信號有多種解調方法，如非相干解調（包絡檢波法）、相干解調法、鑒頻法、過零檢測法及差分檢波法等，下面就相干檢測法、非相干檢測法進行介紹。2.2.1 非相干解調 非相干解調2FSK信號的包絡檢波法解調方框圖如圖2-3所示，其可視為由兩路2ASK解調電路組成。這里，兩個帶通濾波器（帶寬相同，皆為相應的2ASK信號帶寬；中心頻率不同，分別為f1、f2起分路作用，用以分開兩路2ASK信號，上支路對應，下支路對應，經(jīng)包絡檢測后分別取出它們的包絡及；抽樣判決器起比較器作用，把兩路包絡信號同時送到抽樣判決器進行比較，從而判決輸出基帶數(shù)字信號。若上、下支路及的抽樣值分別用、表示，則抽樣判決器的判斷準則為圖2-3 2FSK信號非相干解調方框圖2.2.2 相干解調相干檢測的具體解調電路是同步檢波器，原理方框圖如圖2-4所示。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值、進行比較判決（判決規(guī)則同于包絡檢波法），即可還原出基帶數(shù)字信號。圖2-4 2FSK信號相干解調方框圖2.3 2FSK數(shù)字系統(tǒng)解調原理2FSK解調方式有相干解調方式和非相干解調方式兩種，我們采用的是相干解調方式，下面詳細介紹：已調信號由f1和f2調制而成，先用兩個頻率分別為f1、f2的帶通濾波器對已調信號進行濾波，然后再分別將濾波后的信號與相應的載波f1、f2相乘進行相干解調，在分別經(jīng)過低通濾波器，給定定時脈沖進行抽樣判決。原理圖2-5如下：圖2-5 2FSK數(shù)字系統(tǒng)解調原理3 System View的應用3.1 System View簡介利用System View，可以構造各種復雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)的仿真分析結果。SystemView的庫資源十分豐富，包括含若干圖標的基本庫（Main Library）及專業(yè)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(shù)運算器等；專業(yè)庫有通訊（Communication）、邏輯（Logic）、數(shù)字信號處理（DSP）、射頻/模擬（RF/Analog）等；它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設計、仿真和方案論證；并可進行各種系統(tǒng)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。在系統(tǒng)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(tǒng)波形。在窗口內，可以通過鼠標方便地控制內部數(shù)據(jù)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。3.2 System View的操作步驟3.2.1 選擇設置信號源（Source）選中該圖標并按住鼠標左鍵將其拖至設計區(qū)內，這時所選中的圖標會出現(xiàn)在設計區(qū)域中。雙擊設計窗口中的圖標后，彈出的對話框，通過Periodic Noise/PN Aperiodic和Import按鈕進行分類選擇和調用。選中后單擊對話框中的參數(shù)按鈕Parameters，在出現(xiàn)的參數(shù)設置對話框中設置幅度、頻率、相位。完成后分別單擊參數(shù)設置和源庫對話框的按鈕OK，從而完成該圖標的設置。3.2.2 選擇設置分析窗（Sink）當需要對系統(tǒng)中各測試點或某一圖標輸出進行觀察時，則應放置一個分析窗（Sink）圖標，一般將其設置為“Analysis”屬性。Analysis圖標相當于示波器或頻譜儀等儀器的作用，它是最常使用的分析型圖標之一。具體操作和信號源設置類似。3.2.3 系統(tǒng)定時（System Time）System View系統(tǒng)是一個離散時間系統(tǒng)。在每次系統(tǒng)運行之前，首先需要設定一個系統(tǒng)頻率。各種仿真系統(tǒng)運行時，是先對信號以系統(tǒng)頻率進行采樣，然后按照系統(tǒng)對信號的處理計算各個采樣點的值，最后在輸出時，在分析窗內，按要求畫出各個點的值或擬合曲線。3.3 System View的用戶環(huán)境進入System View 后，屏幕上首先出現(xiàn)設計窗口，所有系統(tǒng)的設計、搭建等基本操作，都是在設計窗口內完成的。在設計窗口中間的大片區(qū)域就是設計區(qū)域，也就是供用戶搭建各種系統(tǒng)的地方。在設計窗口的最上端一行是下拉式命令菜單行，通過調用這些菜單可以執(zhí)行System View的各項功能；設計窗口中菜單行的下面，緊鄰在設計區(qū)域上端一行是工具欄，它包含了在系統(tǒng)設計、仿真中可能用到的各種操作按鈕；在工具欄的最右端是提示信息，當鼠標置于某一工具按鈕上時,在該處會顯示對該按鈕的說明和提示信息；緊鄰在設計區(qū)域左端是各種器件圖標庫，下面介紹些常用的幾個庫圖標，如表3-1所示。表3-1 常用圖標3.4 System View的基本使用利用System View進行系統(tǒng)的設計、構建、仿真與分析，這一過程可概括為以下3個步驟：(1) 根據(jù)設計要求與系統(tǒng)原理畫出系統(tǒng)原理框圖。(2) 選擇合適的圖符和實現(xiàn)結構，把系統(tǒng)原理框圖轉化為System View模型，在System View設計窗口完成所設計的圖形化仿真系統(tǒng)。(3) 運行仿真程序，分析仿真結果。3.5 System View的系統(tǒng)定時窗口System View系統(tǒng)是一個離散時間系統(tǒng)，也就是說，在每次系統(tǒng)運行之前，首先需要設定一個系統(tǒng)頻率。各種系統(tǒng)在仿真時，首先對各信號以系統(tǒng)頻率進行采樣，然后按照系統(tǒng)對信號的處理計算各個采樣點的值，最后輸出時，在觀察窗內按要求畫出各個點的位置或擬合曲線。因此，系統(tǒng)定時是系統(tǒng)運行之前一個必不可少的步驟。在設計窗口中單擊工具欄中的“System Time”（系統(tǒng)定時按鈕），就能打開如圖3-1所示的系統(tǒng)定時對話框。圖3-1 系統(tǒng)定時對話框4 基于System View的仿真4.1 2FSK調制4.1.1 調制原理圖圖4-1調制原理圖4.1.2 解調原理圖圖4-2解調原理圖用同頻同相得本地高頻型號進行解調得到同步信號，在用低通濾波器濾除高頻載波，通過反向器并通過加法器相加后，得到原始基帶型號，通過抽樣，保持，判決，得到準確的原始信號。4.1.3 2FSK調制解調模型圖4-3 2FSK調制解調模型模塊參數(shù)設置Token0 基帶信號PN（頻率為10HZ，電平2level，偏移=0）Token1半波整流器，門限電壓=-1V Token2半波整流器，門限電壓=-1V Token3 反相器Token4 乘法器Token5 乘法器Token6 載波正弦波發(fā)生器（頻率1=200HZ）Token7 載波正弦波發(fā)生器（頻率2=400HZ）Token8 加法器Token9 觀察窗Token10 觀察窗Token11 觀察窗Token12 觀察窗Token13 觀察窗Token14 觀察窗Token15載波正弦波發(fā)生器（頻率1=200HZ）Token16載波正弦波發(fā)生器（頻率2=400HZ）Token17乘法器Token18乘法器Token19 模擬低通濾波器（截止頻率1=200HZ）Token20模擬低通濾波器（截止頻率1=200HZ）Token21加法器Token22反相器Token23 觀察窗Token24 觀察窗Token25 觀察窗Token27 觀察窗Token28抽樣器（抽樣頻率=1000HZ）Token29 保持器Token30 判決器（ab True Output=1v False=-1v）Token31 觀察窗Token32 比較電平發(fā)生器（電平=0V 頻率=0HZ）Token33 觀察窗Token34 觀察窗運行時間設置運行時間=2s 采樣頻率=1000HZ 運行系統(tǒng)，利用觀察窗觀察各波形形狀4.1.4 仿真結果圖4-4 原波形（sink9）圖4-5 頻率f1（sink13）圖4-6 頻率f2（sink14）圖4-7 半波整流后加到高頻載波上的波形（sink11）圖4-8 半波整流后加到高頻載波上的波形（sink10）圖4-9 2FSK調制波形（sink12）圖4-10 解調后波形（sink23）圖4-11 經(jīng)過抽樣判決后的最終波形（sink31）圖4-12 功率譜改變參數(shù)Token6載波正弦波發(fā)生器（頻率f1=40HZ）Token7 載波正弦波發(fā)生器（頻率f2=80HZ）Token15 載波正弦波發(fā)生器（頻率f1=40HZ）Token16 載波正弦波發(fā)生器（頻率f2=80HZ）得到各頻譜圖為 圖3-13 各頻譜圖圖4-14 輸出功率譜4.2 2FSK的調制電路仿真4.2.1 調制電路仿真根據(jù)模擬調頻法和鍵控法的原理圖，利用System View軟件進行仿真設計，得到圖4-15（我們把調頻法與鍵控法的電路合成在一張電路圖上，這樣產生的波形易于觀察和對比）圖4-15 2FSK信號產生的兩種方法參數(shù)設置：Token 0：基帶信號-PN碼序列將參數(shù)設置為Rate=20HZ, Amplitude(幅度)= 0.5v, Offset(偏移)= 0.5v Token 1：頻率調制 FM Token 2、6：信號接收分析器Token 3：鍵控開關Token 4、5: 載波-正弦波發(fā)生器（頻率分別為50HZ、100Hz）檢查仿真電路圖和參數(shù)設置無誤后，進行仿真運行，運行時間設置為：Start Time: 0秒；Stop Time: 255e-3秒；采樣頻率：Sample Rate：1000Hz。如圖4-16所示圖4-16 運行時間設置將電路圖連接完畢后，設置這個元器件的參數(shù)，點開運行時間設置窗口，確保這個參數(shù)設置完畢，點擊仿真按鈕，得到調制信號與功率頻譜圖如下圖所示。圖4-17 調頻法2FSK的輸出圖4-18鍵控法2FSK的輸出圖4-19 鍵控法2FSK的功率譜圖圖 4-20 調頻法2FSK的功率譜圖分析：從上到下依次是調制信號波形、頻率為f1的已調信號波形，頻率為f2的已調信號波形，2FSK信號波形。由圖中可以觀察到2FSK信號就是兩個2ASK信號疊加而成，因此2FSK頻譜可以近似表示成頻率分布為f1和f2的兩個2ASK頻譜的組合。其中兩個波形不同且下凹的點為相位不連續(xù)點。4.2.2 解調電路仿真非相干解調法根據(jù)非相干解調法（包絡檢波法）法的原理圖，利用System View軟件進行仿真設計，得到圖4-21。圖4-21 非相干解調電路圖參數(shù)設置：Token 0: NP碼元，Amplitude=0.5V，Ofsetf=0.5V，Rate=10Hz，Levels=2；Token 1、2：載波，正弦波發(fā)生器（頻率分別為100Hz和150Hz）Token 3: 單刀雙擲開關Token 4: 加法器Token 5: 高斯噪聲 std=0.5v Token 6、7: 線性系統(tǒng)濾波器Token 8、9：半波整流Token 10、11：信號接收分析器Token 12、13: 線性系統(tǒng)濾波器Token 14: 模擬比較器Token 15: 延遲器檢查仿真電路圖和參數(shù)設置無誤后，進行仿真運行，運行時間設置為：Start Time: 0秒；Stop Time: 255e-3秒；采樣頻率：Sample Rate：1000Hz。如圖4-22所示圖4-22 運行時間設置窗口將電路圖連接完畢后，設置這個元器件的參數(shù)，點開運行時間設置窗口，確保這個參數(shù)設置完畢，點擊仿真按鈕，得到調制信號與功率頻譜圖如下圖所示。圖4-23 非相干解調輸出圖4-24 原始波形圖4-25 非相干解調功率譜圖圖4-26 原始波形功率譜圖分析：原始波形與非相干解調出的波形相同，證明此事解調成功，仿真成功。將兩路信號接入高低電平值分別設置為1 V 和-1 V ,選擇輸出輸出的信號就將是解調信號根據(jù)相干解調法法的原理圖，利用System View軟件進行仿真設計，得到圖4-27所示圖4-27 相干解調電路參數(shù)設置：Token 0: NP碼元，Amplitude=0.5V，Ofsetf=0.5V，Rate=10Hz，Levels=2；Token 1、2、15、16：載波，正弦波發(fā)生器（頻率分別為100Hz和150Hz 100Hz和150Hz）Token 3: 單刀雙擲開關Token 4、17: 加法器Token 5: 高斯噪聲 std=0.5v Token 6、7、10、11: 線性系統(tǒng)濾波器Token 12: 延遲器Token 13、14：乘法器Token 18：緩沖器檢查仿真電路圖和參數(shù)設置無誤后，進行仿真運行，運行時間設置為：Start Time: 0秒；Stop Time: 4.095秒；采樣頻率：Sample Rate：1000Hz。如圖4-28所示圖4-28 運行時間設置窗口將電路圖連接完畢后，設置這