通信原理課程設(shè)計(jì) 說明書

1、1引言通信按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸，信息的傳輸離不開它的傳輸工具，通信系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，我們此次課題的目的就是要對(duì)調(diào)制解調(diào)的通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。有調(diào)制器，接收端要有解調(diào)器，這就用到了調(diào)制技術(shù)，調(diào)制可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。模擬調(diào)制常用的方法有AM調(diào)制、DSB調(diào)制、SSB調(diào)制；數(shù)字調(diào)制常用的方法有BFSK調(diào)制等。經(jīng)過調(diào)制不僅可以進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸或便于信道多路復(fù)用的已調(diào)信號(hào)，而且它對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊?。調(diào)制方式往往決定著一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。 隨著通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，通信系統(tǒng)也日趨復(fù)雜。因此，在通信

2、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，通信系統(tǒng)的軟件仿真已成為必不可少的一部分。目前，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA(Electronic Design Automatic)已成為通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主潮流。為了使復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程更加便捷高效，使得分析與設(shè)計(jì)所需的時(shí)間和費(fèi)用降低。美國(guó)Elanix公司推出的基于PC機(jī)Windows平臺(tái)的SystemView動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，是一個(gè)比較流行的，優(yōu)秀的仿真軟件。SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、能滿足從信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)，到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等要求。SystemView借助大家熟悉的Windows窗口環(huán)境，以模塊化和交互式的界面，為用戶

3、提供一個(gè)嵌入式的分析引擎。SystemView仿真系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)；能快速方便地進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真；在本文中可以方便地加入SystemView的結(jié)果；完備的濾波和線性設(shè)計(jì)；先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理；完善的自我診斷功能等。SystemView由兩個(gè)窗口組成，分別是系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口的分析窗口。系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口，包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、滾動(dòng)條、提示欄、圖符庫(kù)和設(shè)計(jì)工作區(qū)。所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建等基本操作，都是在設(shè)計(jì)窗口內(nèi)完成。分析窗口包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、流動(dòng)條、活動(dòng)圖形窗口和提示信息欄。提示信息欄顯示分析窗口的狀態(tài)信息、坐標(biāo)信息和指示分析的進(jìn)度；活動(dòng)圖形窗口顯示輸出的各種

4、圖形，如波形等。分析窗口是用戶觀察SystemView數(shù)據(jù)輸出的基本工具，在窗口界面中，有多種選項(xiàng)可以增強(qiáng)顯示的靈活性和系統(tǒng)的用途等功能。在分析窗口最為重要的是接收計(jì)算器，利用這個(gè)工具我們可以獲得輸出的各種數(shù)據(jù)和頻域參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行分析、處理、比較，或進(jìn)一步的組合運(yùn)算。例如信號(hào)的頻譜圖就可以很方便的在此窗口觀察到。2 軟件SystemView的介紹SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、能滿足從信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)，到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等要求。SystemView借助大家熟悉的Windows窗口環(huán)境，以模塊化和交互式的界面，為用戶提供一個(gè)嵌入式的分析引擎

5、。SystemView由兩個(gè)窗口組成，分別是系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口的分析窗口。系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口，包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、滾動(dòng)條、提示欄、圖符庫(kù)和設(shè)計(jì)工作區(qū)。所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建等基本操作，都是在設(shè)計(jì)窗口內(nèi)完成。分析窗口包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、流動(dòng)條、活動(dòng)圖形窗口和提示信息欄。提示信息欄顯示分析窗口的狀態(tài)信息、坐標(biāo)信息和指示分析的進(jìn)度；活動(dòng)圖形窗口顯示輸出的各種圖形，如波形等。分析窗口是用戶觀察SystemView數(shù)據(jù)輸出的基本工具，在窗口界面中，有多種選項(xiàng)可以增強(qiáng)顯示的靈活性和系統(tǒng)的用途等功能。在分析窗口最為重要的是接收計(jì)算器，利用這個(gè)工具我們可以獲得輸出的各種數(shù)據(jù)和頻域參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行分析、處理、

6、比較，或進(jìn)一步的組合運(yùn)算。例如信號(hào)的頻譜圖就可以很方便的在此窗口觀察到。System View主界面如圖2-1所示：圖2-1 system view 主界面使用SystemView,我們不用關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過程，而不用花費(fèi)大量的時(shí)間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。我們只用鼠標(biāo)點(diǎn)擊器圖標(biāo)即可完成系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測(cè)試，而不用學(xué)習(xí)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序編制，也不必?fù)?dān)心程序中是否存在編程錯(cuò)誤。SystemView仿真系統(tǒng)具有許多的優(yōu)點(diǎn)：1.能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)能在DSP、通訊和控制系統(tǒng)應(yīng)用中構(gòu)造復(fù)雜的模擬、數(shù)字、混合和多速率系統(tǒng)。具有大量的可選擇的庫(kù)，允許用戶有選擇地增加通訊、邏輯、DSP和射頻/模擬功能模塊

7、。特別適合于無線電話、無繩電話、調(diào)制解調(diào)器以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)；課進(jìn)行各種系統(tǒng)是與/頻域分析和譜分析；對(duì)射頻/模擬電路進(jìn)行理論分析和失真分析。2.快速方便的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真SystemView圖標(biāo)庫(kù)包括幾百種信號(hào)源、接收端、操作符合功能塊，提供從DSP、通信、信號(hào)處理、自動(dòng)控制、直到構(gòu)造通用數(shù)學(xué)模型等應(yīng)用。信號(hào)源和接收端圖標(biāo)允許在SystemView內(nèi)部生成和分析信號(hào)，并提供可外部處理的各種文件格式和輸入/輸出數(shù)據(jù)接口。3.在報(bào)告中方便地加入SystemView的結(jié)論SystemView通過Notes(注釋)很容易在屏幕上描述系統(tǒng)，生成的SystemView系統(tǒng)餓輸出的波形圖可以很方便地

8、使用復(fù)制和粘貼命令插入微軟word等文字處理器。4.提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(jì)通過利用SystemView中的圖符和MetaSystem(子系統(tǒng))對(duì)象的無限制分層結(jié)構(gòu)功能，SystemView能很容易地建立復(fù)雜的系統(tǒng)。5.多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)SystemView允許合并多種數(shù)據(jù)采樣率輸入的系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化FIR濾波器的執(zhí)行。這種特性尤其適合于同時(shí)具有低頻和高頻部分的痛ixnxitongd而設(shè)計(jì)于仿真，有利于提供整個(gè)系統(tǒng)的仿真速度，而在局部又不會(huì)降低仿真的精度。同時(shí)還可以降低對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置的要求。6.完備的濾波器和線性系統(tǒng)設(shè)計(jì) SystemView包含一個(gè)功能強(qiáng)大的、很容易使用的圖形模板設(shè)計(jì)模擬

9、和數(shù)字以及離散和連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的環(huán)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(shí)現(xiàn)濾波器或線性系統(tǒng)的參數(shù)。7.先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)塊處理SystemView提供的分析窗口是一個(gè)能夠提供系統(tǒng)波形詳細(xì)檢查的交互式可視環(huán)境。分析窗口還提供一個(gè)能歲仿真生成數(shù)據(jù)進(jìn)行先進(jìn)的塊處理操作的接受計(jì)算器。SystemView還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查系統(tǒng)波形。內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動(dòng)、譜分析、標(biāo)尺以及濾波等，全部都是通過敲擊鼠標(biāo)器實(shí)現(xiàn)的。8.可擴(kuò)展性SystemView允許用戶插入自己用C/C+編寫的用戶代碼庫(kù)，插入的用戶庫(kù)自動(dòng)集成到SystemView中，如同系統(tǒng)內(nèi)建的庫(kù)

10、一樣使用。9.完善的自我診斷功能SystemView能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，通知用戶連接出錯(cuò)并通過顯示指出出錯(cuò)的圖符。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)用戶系統(tǒng)的診斷是十分有效的?？傊?，SystemView的設(shè)計(jì)者希望它成為一種強(qiáng)大有力的基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)的通信系統(tǒng)仿真工具，以實(shí)現(xiàn)在不具備先進(jìn)儀器的條件下同樣也能完成復(fù)雜的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。3 模擬調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析模擬調(diào)制系統(tǒng)可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制，本課程設(shè)計(jì)只研究線性調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。線性調(diào)制系統(tǒng)中，常用的方法有AM調(diào)制，DSB調(diào)制，SSB調(diào)制。線性調(diào)制的一般原理：載波：。調(diào)制信號(hào)：式中基帶信號(hào)。線性調(diào)制器的一般模型如圖3-1所示：乘法器圖3-1線性

11、調(diào)制系統(tǒng)的一般模型 在該模型中，適當(dāng)選擇帶通濾波器的沖擊響應(yīng)，便可以得到各種線性調(diào)制信號(hào)。線性解調(diào)器的一般模型如圖3-2所示：解調(diào)器帶通濾波器加法器圖3-2線性解調(diào)系統(tǒng)的一般模型其中已調(diào)信號(hào)，信道加性高斯白噪聲3.1 DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)3.1.1 DSB調(diào)制解調(diào)原理設(shè)計(jì)的DSB調(diào)制及解調(diào)模型如圖3-3所示。乘法器信道BPF乘法器低通濾波器 圖3-3 DSB調(diào)制與解調(diào)模型如果輸入的基帶信號(hào)沒有直流分量，且是理想帶通濾波器，則得到的輸出信號(hào)便是無載波分量的雙邊帶信號(hào)，或稱雙邊帶抑制載波(DSB-SC)信號(hào)，簡(jiǎn)稱DSB信號(hào)，其時(shí)域表示式為3.1.2 DSB調(diào)制解調(diào)仿真圖根據(jù)以上原理用System V

12、iew軟件仿真出來的電路圖如圖3-4所示：圖3-4 DSB調(diào)制解調(diào)仿真圖具體參數(shù)如下：基帶信號(hào)幅度1V，頻率100HZ，載波幅度1V，頻率2000HZ,低通濾波器截止頻率為300HZ。3.1.3 DSB調(diào)制解調(diào)仿真波形仿真后的波形如圖3-5所示：圖3-5 DSB調(diào)制解調(diào)后仿真圖上圖3-5中，w0為基帶信號(hào)的波形，w1為載波信號(hào)的波形，w2為經(jīng)過DSB調(diào)制后的波形，w3為經(jīng)解調(diào)后的波形。其中，基帶信號(hào)，載波，調(diào)制信號(hào)和解調(diào)后信號(hào)的頻譜分析圖如圖3-6所示：圖3-6 DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)頻譜分析圖3.1.4 DSB調(diào)制解調(diào)仿真結(jié)果分析DSB調(diào)制為線性調(diào)制的一種，由圖3-5可以看出，在波形上，已調(diào)信號(hào)

13、的幅值隨基帶信號(hào)變化而呈正比地變化；由圖3-6可以看出，在頻譜結(jié)構(gòu)上，它完全是基帶信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移。且由頻普?qǐng)D可看出沒有載波分量，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)送功率的提高。用相干解調(diào)法解調(diào)出的信號(hào)與基帶信號(hào)基本一致，只是在時(shí)域上有一定的延時(shí)，但也實(shí)現(xiàn)了無失真?zhèn)鬏敗?.2 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)雙邊帶已調(diào)信號(hào)包含有兩個(gè)邊帶，即上、下邊帶。由于這兩個(gè)邊帶包含的信息相同，因而，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，傳輸一個(gè)邊帶就夠了。所謂單邊帶調(diào)制就是只產(chǎn)生一個(gè)邊帶的調(diào)制方式。3.2.1 SSB調(diào)制解調(diào)原理利用圖3-4所示的調(diào)制器一般模型，同樣可以產(chǎn)生單邊帶信號(hào)。若加高通濾波器，能產(chǎn)生上邊帶信號(hào)；若加低通濾波器，則產(chǎn)生下

14、邊帶信號(hào)。下邊帶時(shí)域表達(dá)式為上邊帶SSB信號(hào)時(shí)域表達(dá)式為：3.2.2 SSB調(diào)制解調(diào)仿真圖根據(jù)以上原理可以得到如圖3-7所示的SSB調(diào)制解調(diào)仿真圖：圖3-7 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真電路圖具體參數(shù)：基帶信號(hào)幅度1V,頻率100HZ，載波頻率2000HZ，幅度1V，低通濾波器截止頻率300HZ。3.2.3 SSB調(diào)制解調(diào)仿真波形利用System View 對(duì)圖3-7仿真圖進(jìn)行仿真得到的波形如圖3-8所示：圖3-8 SSB調(diào)制解調(diào)后得到的波形上圖3-8中，w0是經(jīng)SSB調(diào)制后上邊帶信號(hào)波形，w1是經(jīng)SSB調(diào)制后的下邊帶信號(hào)波形，w2是下邊帶信號(hào)經(jīng)相干解調(diào)后得到的波形，w3是基帶信號(hào)的波形。其中對(duì)于S

15、SB系統(tǒng)的基帶信號(hào)，調(diào)制信號(hào)以及解調(diào)信號(hào)的頻譜分析如圖3-9所示：圖3-9 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)頻譜分析圖上圖3-9中，w7是基帶信號(hào)的頻譜波形圖，w6是經(jīng)SSB調(diào)制解調(diào)后恢復(fù)的波形的頻譜波形圖，w4是上邊帶信號(hào)頻譜波形圖，w5是下邊帶信號(hào)頻譜波形圖。3.2.4 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真結(jié)果分析SSB線性調(diào)制的一種，由圖3-8及圖3-9可以看出，在波形上，已調(diào)信號(hào)的幅值隨基帶信號(hào)變化而呈正比地變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，功率譜密度與理論相符，解調(diào)信號(hào)與原信號(hào)基本相同，實(shí)現(xiàn)無失真?zhèn)鬏敗?.2.5 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)與DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)比較假設(shè)所有系統(tǒng)在接收機(jī)輸入端具有相等的輸入信號(hào)功率，且加性噪聲都是均值為

16、0、雙邊功率譜密度為的高斯白噪聲，基帶信號(hào)的帶寬均為。假設(shè)為正弦波信號(hào)。1.抗噪聲性能由以上各調(diào)制波形及解調(diào)波形可以看出，DSB調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能優(yōu)于SSB系統(tǒng)。2.頻帶利用率SSB的帶寬最窄，和基帶信號(hào)的帶寬一致，即其頻帶利用率最高，而DSB調(diào)制系統(tǒng)的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的2倍。3.特點(diǎn)與應(yīng)用DSB調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是功率利用率高，且?guī)捠腔鶐盘?hào)的2倍，但接受要求同步解調(diào)，設(shè)備較復(fù)雜。應(yīng)用較少，一般只用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專用通信。SSB調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗干擾能力優(yōu)于DSB，而帶寬只有DSB的一半；缺點(diǎn)是發(fā)送和接受設(shè)備都很復(fù)雜。鑒于這些特點(diǎn)，SSB長(zhǎng)用于頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中。3.3 A

17、M超外差收音機(jī)的設(shè)計(jì)3.3.1 AM超外差接收機(jī)的工作原理超外差接收技術(shù)廣泛用于無線通信系統(tǒng)中。圖3-10所示的是一個(gè)基本的超外差收音機(jī)AM超外差收音機(jī)的原理方框圖。圖3-10超外差收音機(jī)原理框圖通常的AM中波廣播收音機(jī)覆蓋的頻率范圍為540-1700KHz，中頻IF頻率為455KHz。商業(yè)廣播發(fā)射采用常規(guī)調(diào)幅，調(diào)制度為1，且發(fā)射功率大，因此收音機(jī)為節(jié)省成本、減小體積，一般解調(diào)器采用最佳簡(jiǎn)單的二極管包絡(luò)檢波。本地振蕩的典型設(shè)置都高于所希望的RF信號(hào)，即所謂的高邊調(diào)諧。輸入濾波器用于擬止所不希望的信號(hào)和噪聲，更重要的是去除與期望頻率解調(diào)中頻有關(guān)的鏡像頻率2信號(hào)。實(shí)際電路使用陶瓷濾波器能得到很好的

18、性能，增加一級(jí)增益后再檢波。3.3.2 AM超外差收音機(jī)的SystemView仿真一個(gè)基本的AM收音機(jī)的系統(tǒng)仿真框圖如圖3-11所示。圖3-11 AM超外差收音機(jī)仿真圖形AM超外差收音機(jī)仿真波形圖如圖3-12所示：圖3-12 AM差外差收音機(jī)仿真波形本圖主要說明超外差A(yù)M收音機(jī)的工作原理及信號(hào)解調(diào)過程。為節(jié)省仿真時(shí)間，沒有按實(shí)際的540-1700KHz的頻率覆蓋范圍和455KHz中頻頻率設(shè)計(jì)，而采用了20KHz作為IF。另外設(shè)了30KHz，40KHz，50KHz三個(gè)載波頻率的發(fā)射信號(hào)（模擬三個(gè)電臺(tái)），模擬調(diào)制信號(hào)的帶寬為5KHz以下。并設(shè)希望接受的頻率為第二個(gè)電臺(tái)的頻率40KHz，收音機(jī)使用高

19、邊調(diào)諧，則本振應(yīng)為40+20=60 KHz，且存在一個(gè)鏡像干擾頻率為40+2*20=80 KHz。3.3.3 AM超外差收音機(jī)仿真參數(shù)的分析收音機(jī)仿真參數(shù)的測(cè)量，可以通過SystemView測(cè)量經(jīng)過IF濾波器后輸出的希望信號(hào)與非希望信號(hào)的功率比來求得。但該測(cè)量必須通過兩次特殊的仿真才能進(jìn)行。首先先關(guān)閉所有干擾濾波，即把30KHz和50KHz的信號(hào)源幅度設(shè)置為零，使用分析窗口的窗口統(tǒng)計(jì)功能求IF的輸率。3.4雙路FM 語音通信系統(tǒng)3.4.1非線性調(diào)制如果由調(diào)制信號(hào)去控制載波的角度參量，正弦載波的角度將與調(diào)制信號(hào)具有固定的相應(yīng)關(guān)系，于是已調(diào)載波以角度參量“載荷”要傳送的有用信息，此種調(diào)制方式稱為角

20、度調(diào)制。由于它不像線性調(diào)制那樣，調(diào)制后的頻譜是基帶信號(hào)頻譜的線性位移。它的調(diào)角波頻譜與調(diào)制信號(hào)毫無共點(diǎn)，即呈非線性特征。3.4.2 FM調(diào)頻信號(hào)由載波實(shí)施角度調(diào)制分兩種具體方式頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。FM方式是使載波在某一固定載頻條件下，以調(diào)制信號(hào)去控制載波頻率，在基礎(chǔ)上的增減“頻偏”與信號(hào)成正比變化。即FM一般表達(dá)式為：3.4.3 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生產(chǎn)生調(diào)頻波的方法通常有兩種：直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法。1、直接法，直接法就是用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的電抗元件參數(shù)，使輸出信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)呈線性變化。目前人們多采用壓控振蕩器（VCO）作為產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制器。振蕩頻率由外部電壓控制

21、的振蕩器叫做壓控振蕩器（VCO），它產(chǎn)生的輸出頻率正比于所加的控制電壓。直接法的主要優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的要求下，可以獲得較大的頻偏。缺點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度不高，往往需要附加穩(wěn)頻電路來穩(wěn)定中心頻率。2、間接法，間接法又稱倍頻法，它是由窄帶調(diào)頻通過倍頻產(chǎn)生寬帶調(diào)頻信號(hào)的方法。其原理框圖如圖3-13所示。圖3-13 間接產(chǎn)生WBFM的框圖3.4.4 非相干解調(diào)非相干解調(diào)器由限幅器、鑒頻器和低通濾波器等組成，其方框圖如圖3-14所示。限幅器輸入為已調(diào)頻信號(hào)和噪聲，限幅器是為了消除接收信號(hào)在幅度上可能出現(xiàn)的畸變；帶通濾波器的作用是用來限制帶外噪聲，使調(diào)頻信號(hào)順利通過。鑒頻器中的微分器把調(diào)頻信號(hào)變成調(diào)幅調(diào)頻波

22、，然后由包絡(luò)檢波器檢出包絡(luò)，最后通過低通濾波器取出調(diào)制信號(hào)。圖3-14 調(diào)頻信號(hào)的非相干解調(diào) 3.4.5相干解調(diào)由于窄帶調(diào)頻信號(hào)可分解成正交分量與同相分量之和，因而可以采用線性調(diào)制中的相干解調(diào)法來進(jìn)行解調(diào)。其原理框圖如圖3-15所示。圖中的帶通濾波器用來限制信道所引入的噪聲，但調(diào)頻信號(hào)應(yīng)能正常通過。圖3-15 調(diào)頻信號(hào)的非相干解調(diào) 3.4.6 雙路FM語音通信系統(tǒng)仿真根據(jù)以上原理用SystemView仿真圖如圖3-16。圖3-16 雙路FM語音通信系統(tǒng)仿真3.4.7雙路FM語音通信系統(tǒng)仿真波形經(jīng)過雙路FM語音通信系統(tǒng)仿真得到的波形如圖3-17所示：圖3-17 雙路FM語音通信系統(tǒng)仿真波形圖仿真

23、結(jié)果分析，上圖3-16中，以語音波形文件（后綴名為“.wav”）作為信號(hào)源,頻率調(diào)制直接使用SystemView 函數(shù)庫(kù)FM ,解調(diào)使用延時(shí)相乘結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn),信道用高斯白噪聲來模擬，接收端分別解調(diào)出相應(yīng)的語音信號(hào)。此次設(shè)計(jì)采用的兩路信號(hào)頻率均為22050Hz。低通濾波器的截止頻率分別為5000Hz和10000Hz，所對(duì)應(yīng)的Fm分別為5000Hz和10000Hz,高斯噪聲為10000Hz,延時(shí)器的參數(shù)分別為0.25ms和0.5ms，放大倍數(shù)均為200倍。由于本次設(shè)計(jì)采用的是語音信號(hào)的雙聲道的信號(hào)，所以輸入信號(hào)和接受信號(hào)的波形圖相差較大，只接收到了其中一個(gè)聲道的信號(hào)，但大致與理論值是相符的。4 數(shù)字

24、調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸。然而，實(shí)際中的大多數(shù)信道因具有帶通特性而不能直接傳送基帶信號(hào)，這是因?yàn)閿?shù)字基帶信號(hào)往往具有豐富的低頻分量。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號(hào)與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：(1)利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制，即把數(shù)字調(diào)制看成是模擬調(diào)制的一個(gè)特例，把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)做模擬信號(hào)的特殊情況處理；(2)利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過開關(guān)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這種方法通常稱為鍵控法。對(duì)載波的幅度進(jìn)行鍵控

25、得到振幅鍵控信號(hào)；對(duì)載波的頻率進(jìn)行鍵控得到頻移鍵控信號(hào)；對(duì)載波的相位進(jìn)行鍵控得到相移鍵控信號(hào)。4.1抽樣定理的仿真與分析抽樣定理是模擬信號(hào)數(shù)字化的理論基礎(chǔ)，它告訴我們：如果對(duì)某一帶寬的有限時(shí)間連續(xù)信號(hào)（模擬信號(hào)）進(jìn)行抽樣，且抽樣率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，根據(jù)這些抽樣值可以在接收端準(zhǔn)確地恢復(fù)原信號(hào)，也就是說，要傳輸模擬信號(hào)不一定傳輸模擬信號(hào)本身，只需要傳輸按抽樣定理得到的抽樣值就可以了。根據(jù)要進(jìn)行抽樣的信號(hào)形式的不同，抽樣定理可分為低通信號(hào)的抽樣定理和帶通信號(hào)的抽樣定理。本次課程設(shè)計(jì)主要介紹低通信號(hào)的抽樣定理。4.1.1低通信號(hào)的抽樣定理均勻抽樣定理指出：對(duì)一個(gè)帶限在內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)，如果以的時(shí)間間隔對(duì)

26、其進(jìn)行等間隔抽樣，則將被所得到的抽樣值完全確定。即抽樣速率大于等于信號(hào)帶寬的兩倍就可保證不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的混迭。是抽樣的最大間隔，也稱為奈奎斯特間隔。4.1.2信號(hào)的抽樣與恢復(fù)仿真原理如圖4-1所示，是低通信號(hào)采樣與恢復(fù)的原理圖。圖4-1 信號(hào)的采樣與恢復(fù)原理圖信號(hào)源信號(hào)處理器抽樣定理低通濾波器恢復(fù)信號(hào)相乘器4.1.3信號(hào)的抽樣與恢復(fù)仿真圖根據(jù)圖4-2所示的原理圖，對(duì)應(yīng)的SystemView仿真圖如圖12所示：圖4-2信號(hào)抽樣與恢復(fù)仿真電路4.1.4信號(hào)的抽樣與恢復(fù)仿真波形信號(hào)的抽樣與恢復(fù)仿真波形如圖4-3所示：圖4-3 抽樣與恢復(fù)仿真波形 如上圖4-3所示，w0為經(jīng)過恢復(fù)后的波形，w1是經(jīng)過抽樣

27、后的波形，w2是基帶信號(hào)的波形，w3是抽樣信號(hào)波形。4.1.5信號(hào)的抽樣與恢復(fù)仿真結(jié)果分析由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以觀察到，當(dāng)采樣頻率小于奈奎斯特頻率時(shí)，在接收端恢復(fù)的信號(hào)失真比較大，這是因?yàn)楫a(chǎn)生了信號(hào)混迭；當(dāng)采樣頻率大于或等于奈奎斯特頻率時(shí)，恢復(fù)信號(hào)與原信號(hào)基本一致。理論上，理想的抽樣頻率為2倍的奈奎斯特帶寬，但實(shí)際工程應(yīng)用中，帶限信號(hào)絕不會(huì)嚴(yán)格限帶，且實(shí)際濾波器特性并不理想，通常抽樣頻率為57倍的以避免失真。4.2增量調(diào)制的設(shè)計(jì)與分析增量調(diào)制是可以看成PCM的一個(gè)特例 ，但是在PCM 中，信號(hào)的代碼表示模擬信號(hào)的抽樣值，而且為了減小量化噪聲，一般需要較長(zhǎng)的代碼和較復(fù)雜的編譯設(shè)備。而增量調(diào)制是將模擬信號(hào)

28、變換成僅由一位二進(jìn)制碼組成的數(shù)字調(diào)制序列，并且在接受端也只需要一個(gè)線性網(wǎng)絡(luò)，便可復(fù)制出原模擬信號(hào)。另方面，可以從DPCM系統(tǒng)的角度看待增量調(diào)制，即當(dāng)DPCM系統(tǒng)的量化電平取為2和預(yù)測(cè)器時(shí)一個(gè)延遲為T的延遲時(shí)，該DPCM系統(tǒng)被稱為增量調(diào)制系統(tǒng)。4.2.1（M 或 DM）增量調(diào)制原理1.M的譯碼問題接收端只要收到一個(gè)“1”碼就是輸出上升一個(gè)值，每收到一個(gè)“0“碼就下降一個(gè)值，連續(xù)收到“1”碼（或“0”碼）就是輸出一直上升或下降，這樣就可以近似的復(fù)制出階梯波形。這種功能的譯碼器可以由一個(gè)積分器來完成，積分器遇到一個(gè)“1”就上升一個(gè)E，并讓E等于，遇到“0”碼所示的-E脈沖就下降一個(gè)E.2.M的編碼原

29、理一個(gè)簡(jiǎn)單的M編碼器由相減器，抽樣判決器，發(fā)端譯碼器及抽樣脈沖產(chǎn)生器組成。抽樣判決器將在抽樣脈沖到來時(shí)刻對(duì)輸入信號(hào)的變化做出判決，并輸出脈沖。這種編碼器的工作過程如下：將模擬信號(hào)與發(fā)端譯碼器輸出階梯波形進(jìn)行比較，即先進(jìn)行相減，然后在抽樣脈沖作用下將相減結(jié)果進(jìn)行抽樣判決。如果在給定時(shí)刻有則判決器輸出為“1”碼。如果則發(fā)“0”碼。從上述討論可以看出，M信號(hào)是按臺(tái)階來量化的，因而同樣存在量化噪聲問題。M系統(tǒng)中的量化噪聲有兩種形式：一種稱為過載量化噪聲，另一種為一般量化噪聲。設(shè)抽樣時(shí)間間隔，則一個(gè)臺(tái)階上最大斜率K為它被稱為譯碼器最大跟蹤斜率，當(dāng)譯碼器實(shí)際斜率超過這個(gè)最大跟蹤斜率時(shí)，則將造成過載噪聲。4

30、.2.2增量調(diào)制解調(diào)仿真圖增量調(diào)制解調(diào)的仿真圖如圖4-4所示：圖4-4 增量調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真電路圖經(jīng)過增量調(diào)制解調(diào)后具體波形如圖4-5所示：圖4-5 增量調(diào)制解調(diào)后仿真波形圖在圖4-4中，信號(hào)源為一個(gè)最大幅度為1V，最大頻率為HZ的高斯噪聲。符號(hào)13顯示的波形是信號(hào)源的波形圖，符號(hào)12現(xiàn)實(shí)的波形圖是信源經(jīng)低通濾波器后再經(jīng)過延時(shí)器后的波形圖，符號(hào)2顯示的是經(jīng)過比較器得到的對(duì)信源的編碼圖形，符號(hào)14是經(jīng)過增量調(diào)制系統(tǒng)后的調(diào)制波形圖，符號(hào)4是經(jīng)過解碼器后的波形圖。4.2.3增量調(diào)制結(jié)果分析由仿真結(jié)果，我們可以得出，增量調(diào)制要求的抽樣頻率達(dá)到幾十kb/s以上，且在接收端階梯電壓如果通過一個(gè)理想的低通濾

31、波器平滑后，就可以得到十分接近編碼器原輸入的模擬信號(hào)。但它的缺點(diǎn)是當(dāng)增量調(diào)制器的輸入信號(hào)斜率超過階梯波的最大可能斜率值時(shí)，將發(fā)生過載量化噪聲。所以，為了避免發(fā)生過載量化噪聲，必須使量化臺(tái)階和抽樣頻率的乘積足夠大，使信號(hào)的斜率不會(huì)超過這個(gè)值。4.3 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸對(duì)象主要是二進(jìn)制數(shù)字信息。它可能來自計(jì)算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)或其他數(shù)字設(shè)備的各種數(shù)字代碼，也可能來自數(shù)字電話終端的脈沖編碼信號(hào)。對(duì)于數(shù)字傳輸系統(tǒng)可以考慮選擇一組有限的離散的波形來表示數(shù)字信息。這些離散的波形可以是未經(jīng)調(diào)制的不同電平信號(hào)，也可以是調(diào)制后的信號(hào)形式。由于未經(jīng)調(diào)制的的脈沖信號(hào)所占據(jù)的頻帶通常是從直流和低頻開

32、始，因而稱為數(shù)字基帶信號(hào)。4.3.1數(shù)字基帶信號(hào)傳輸無失真的條件原始二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)波形多數(shù)都是矩形波，在畫頻譜圖時(shí)通常只畫出其能量最集中的范圍，但這些基帶信號(hào)在頻域內(nèi)實(shí)際上是無窮延伸的，如果直接采用矩形脈沖的基帶信號(hào)作為傳輸碼型，由于實(shí)際信道的頻帶是有限的，則傳輸系統(tǒng)接收端所得的信號(hào)頻譜必定與發(fā)送端不同，這就會(huì)使接收端數(shù)字基帶信號(hào)的波形失真。大多數(shù)有線傳輸情況下，信號(hào)頻帶不是陡然截止的，而且基帶頻譜也是逐漸衰減的，采用一些相對(duì)較簡(jiǎn)單的補(bǔ)償措施，則可以將失真控制在比較小的范圍內(nèi)。較小的波形失真對(duì)于二進(jìn)制基帶信號(hào)影響不大，只是使其抗噪聲性能稍有下降，但對(duì)于多元信號(hào)，則可能造成嚴(yán)重的傳輸錯(cuò)誤。為

33、了研究波形傳輸是真的問題，我們首先來看一下基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)的典型模型，如圖4-6所示：圖4-6 基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)方框圖在發(fā)送端，數(shù)字基帶信號(hào)X（t）是經(jīng)濾波器輸入到信道，發(fā)送濾波器的作用是限制發(fā)送頻帶，阻止不必要的頻率成分干擾信道。傳輸基帶信號(hào)收到約束的主要因素是系統(tǒng)的頻率特性。當(dāng)然可以有意的加寬傳輸頻帶使這種干擾減小。但是這樣會(huì)導(dǎo)致不必要的頻帶浪費(fèi)。如果展寬的太多還會(huì)將過大的噪聲引入系統(tǒng)。奈奎斯特第一準(zhǔn)則給我們指明了消除這種碼間干擾的方法，并指出了信道帶寬與碼速率的基本關(guān)系，即式中為傳碼率，單位為波特/秒。和分別為理想信道的低通截止頻率和奈奎斯特帶寬。上式說明了理想信道的利用率為實(shí)際上，具有

34、理想低通特性的信道是難以實(shí)現(xiàn)的，而實(shí)際應(yīng)用的是具有滾降特性的信道。其帶寬較奈奎斯特帶寬增加的程度（）可以表示為其中B表示滾降信道的帶寬。由于升余弦滾降濾波特性可使傳輸信號(hào)具有較大的功率，且收斂快而干擾小，已得到廣泛應(yīng)用。4.3.2 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真電路 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真電路如圖4-7所示：圖4-7 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真電路在圖4-7中，基帶脈沖用PN序列碼代替，信道中加入了高斯噪聲，以使仿真系統(tǒng)更加真實(shí)。符號(hào)10是顯示輸入的基帶脈沖，符號(hào)12是顯示基帶脈沖經(jīng)過信道加高斯噪聲后的波形，符號(hào)13是信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后的波形，之后連續(xù)經(jīng)過抽樣，保持，比較電路得到傳輸后的波形在符號(hào)14中顯示。

35、仿真波形如圖4-8所示：圖4-8 數(shù)字基帶系統(tǒng)仿真波形4.3.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的分析上述討論了無噪聲影響時(shí)能夠消除碼間干擾的基帶傳輸特性。若要獲得良好的基帶傳輸系統(tǒng)，則必須使碼間干擾和噪聲的綜合影響足夠小，使系統(tǒng)的總的誤碼率達(dá)到規(guī)定的要求。4.4二進(jìn)制移頻鍵控BFSK采用鍵控法產(chǎn)生的二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)，即利用矩形脈沖序列控制的開關(guān)電力對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。頻移鍵控FSK是用數(shù)字基帶信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。因?yàn)閿?shù)字信號(hào)的電平是離散的，所以載波頻率的變化也是離散的。在實(shí)驗(yàn)中，二進(jìn)制基帶信號(hào)是用正負(fù)電平表示的，載波頻率隨著調(diào)制信號(hào)為1或-1而變化，其中1對(duì)應(yīng)于載波頻率f1，-1對(duì)應(yīng)于載波頻率f2. 二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：其中二進(jìn)制移頻鍵控信號(hào)的產(chǎn)生可以采用模擬調(diào)頻電路來實(shí)現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字鍵控法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的原理圖如圖4-9所示：圖4-9 鍵控法產(chǎn)生BFSK信號(hào)二進(jìn)制FSK信號(hào)解調(diào)方法常用非相干解調(diào)和相干解調(diào)法，這里的抽樣判決器是判斷哪一個(gè)輸入的樣值大，此時(shí)可以不專門設(shè)置門限電平。本題