FSK课程设计--2FSK系统仿真设计.doc

通信系统课程设计报告课题名称 2FSK 系统仿真设计 学生姓名 班 级 10通信2W 学 号 指导教师 设计地点 60-511 2013年 10月 31日目 录 序言.1第1章 课程设计要求.21.1 课程设计目的.21.2 课程设计内容.2第2章 Systemview介绍.32.1 Systemview简介.32.2 Systemview系统仿真步骤.3 2.3 systemview主要功能键介绍及作用.4 第3章 2FSK调制解调原理.5 3.1 2FSK调制原理.5 3.2 2FSK解调原理.5 3.2.1包络检波法 .5 3.2.2 相干检测法 .6 3.2.3过零检测法 .7 3.2.4差分检测法 .7 第4章 2FSK仿真设计及仿真结果分析.8 4.1 2FSK调制系统图符设置.8 4.2仿真结果及分析.12参考文献.16体会与建议.17 序言现代通信系统是一个十分复杂的工程系统，通信系统设计研究也是一项十分复杂的技术。由于技术的复杂性，在现代通信技术中，越来越重视采用计算机仿真技术来进行系统分析和设计。随着电子信息技术的发展，已经从仿真研究和设计辅助工具，发展成为今天的软件无线电技术，这就使通信系统的仿真研究具有更重要和更实用的意义。计算机仿真技术的基础，是建立工程问题的数学模型。只有建立了工程问题的数学模型，才能通过计算机进行仿真，达到对系统分析和检验的目的。但由于现代通信系统和电子系统的复杂性，在许多时候直接建立数学模型是相当复杂的，也不利于工程使用。因此，在电子系统的分析和设计中，人们一直希望有一种既能按物理概念直接建立分析和仿真模型，又能提供直观数学模型分析和仿真的工具。SystemView就是一种比较适合这两种建模方法的现代通信系统设计、分析和仿真试验工具。通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，因此，在通信系统的设计研发环节中，在进行实际硬件系统试验之前，软件仿真已成为必不可少的一部分。目前，电子设计自动化EDA(ElectronicDesignAutomatic)技术已经成为电子设计的潮流。为了使繁杂的电子设计过程更加便捷、高效，出现了许多针对不同层次应用的EDA软件。美国Elanix公司推出的基于PC机Windows平台的SystemView动态系统仿真软件，是一个已开始流行的、优秀的EDA软件。它通过方便、直观、形象的过程构建系统，提供丰富的部件资源，强大的分析功能和可视化开放的体系结构，已逐渐被电子工程师、系统开发/设计人员所认可，并作为各种通信、控制及其它系统的分析、设计和仿真平台以及通信系统综合实验平台。 FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。第1章 课程设计任务要求1.1课程设计目的通过实验使学生加深对所学的通信原理知识的理解并学会应用，培养学生的专业素质，提高其利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。1.2 课程设计内容 2FSK系统仿真设计（1） 工作原理 图1-1（2） 系统仿真 A.输入二进制码元速率为100Hz；载波频率分别为1300Hz和2100Hz B.根据给定参数设计图符参数，进行仿真，实时观察输入序列、FSK信号、两个BPF输出、乘法器输出、两个LPF输出和解调输出的波形和功率谱是否正确及其特点，并画出个点波形。1.3课程设计平台 课程设计基于systemview软件第2章 Systemview介绍2.1 Systemview简介SystemView是一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化开发环境。它可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。尤具特色的是，它可以很方便地进行各种滤波器的设计。系统备有通信、逻辑、数字信号处理(DSP)、射频/模拟、码分多址个人通信系统(CDMA/PCS)、数字视频广播(DVB)系统、自适应滤波器、第三代无线移动通信系统等专业库可供选择，适合于各种专业设计人员。该系统支持外部数据的输入和输出，支持用户自己编写代码(C/C)，兼容Matlab软件。同时，提供了与硬件设计工具的接口，支持Xilinx公司的FPGA芯片和TI公司的DSP芯片，是一个用于现代工程和科学系统设计与仿真的动态系统分析工具平台。SystemView已大量地应用于现代数字信号处理、通信系统及控制系统的设计与仿真等领域。软件仿真要以理论知识为指导，软件仿真对硬件开发提供方案论证和实践指导。2.2 Systemview系统仿真步骤 a.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。b.从功能库中选取、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。c. 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和功能模块运行参数。d. 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，分析结果。2.3systemview主要功能键介绍及作用图标名称作用信号源用于产生系统输入信号，包括周期性信号（Periodic）、噪声及伪随机信号（Noise/PN）、非周期信号（Aperiodic）、加载外部信号（Import）。加法器库图标代表加法器,完成几个输入信号的加法运算算子库算子库中的每个图标相当于一个算子，把输入数据作为运算自变量进行某种运算或变换，包括滤波器/系统（Filter/System）、逻辑运算（Logic）、采样/保持器（Sample/Hold）、延迟器（Delay）、增益（Gain/Scale）等。乘法器完成几个输入信号的乘法运算，最多可有20个输入。分析窗分析窗库中包括各种信号接收器图标。用来实现信号收集、显示、分析、数据处理以及输出等功能，它是用户观察系统运行结果的窗口。逻辑库图标代表逻辑库,其中包括了各种门电路及模拟/数字信号处理电路等模块。该库中的各图标可以根据上升时间和下降时间的形式设定门延迟参数，以实现对门电路的真实仿真。射频/模拟库电路图标代表库图标/模拟库，其中包括射频/模拟电路中常用的RC、LC电路、运算放大器电路、二极管电路等。第3章 2FSK调制解调原理3.1 2FSK调制原理 数字频率调制又称为频移键控，记作FSK（Frequency Shift Keying），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字信息的，即用所传送的数字消息控制载波的频率，由于数字只有有限个取值。那么，2FSK信号便是符号1对应与载波 ，而符号0对应于载频 （与 不同的另一个载频）的已调波形，而且 与 之间的改变是瞬间来完成的。从原理上讲调频可用模拟调频来实现，也可用键控法来实现，后者较为简便。2FSK键控法就是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通的。 2FSK信号的产生方法通常有两种：模拟相乘法和数字键控法。原理图： 图3-13.2 2FSK解调原理FSK信号的解调 数字调频信号的解调方法很多，如鉴频法、相干检测法、包络检波法、过零检测法、差分检测法等。3.2.1包络检波法 包络检波法可视为由两路2ASK解调电路组成。这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的2ASK信号带宽；中心频率不同,分别为（、）起分路作用，用以分开两路2ASK信号，上支路对应 ，下支路对应，经包络检测后分别取出它们的包络s(t)及；抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。若上、下支路s(t)及 的抽样值分别用表示，则抽样判决器的判决准则为 图3-23.2.2 相干检测法 相干检测的具体解调电路是同步检波器，原理方框图如图5-10所示。图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值进行比较判决（判决规则同于包络检波法），即可还原出基带数字信号。 图3-3图3-53.2.3过零检测法 过零检测法单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。过零检测法方框图及各点波形如图4所示。2FSK输入信号经放大限幅后产生矩形脉冲序列，经微分及全波整流形成与频率变化相应的尖脉冲序列，这个序列就代表着调频波的过零点。尖脉冲触发一宽脉冲发生器，变换成具有一定宽度的矩形波，该矩形波的直流分量便代表着信号的频率，脉冲越密，直流分量越大，反映着输入信号的频率越高。经低通滤波器就可得到脉冲波的直流分量。这样就完成了频率幅度变换，从而再根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0”。 图3-53.2.4差分检测法 差分检波法基于输入信号与其延迟的信号相比较，信道上的失真将同时影响相邻信号，故不影响最终鉴频结果。实践表明，当延迟失真为0时，这种方法的检测性能不如普通鉴频法，但当信道有较严重延迟失真时，其检测性能优于鉴频法。 第4章 2FSK仿真设计及仿真结果分析4.1 2FSK调制系统图符设置表4-1编号图符块属性类型参数设置0Source信息源库PN Seq伪随机PN序列Amp=1v, Offset=0v, Rate=10Hz, Level=2，Phase=0dge1Source信息源库Sinusoid正弦波Amp=1v,Freq=1300HZ,Phase=0dge5Logic逻辑库SPDT单刀双掷Switch Delay=0sec，Shreshold=500e-3v，Max Rate=10000Hz6Source信息源库Sinusoid正弦波Amp=1v,Freq=2100HZ,Phase=0dge7、8Sink观察窗库Analysis分析型观察窗显示波形变化2FSK调制解调系统图符设置表4-2编号图符块属性类型参数设置0Source信息源库PN Seq伪随机PN序列Amp=1v, Offset=0v, Rate=100Hz, Level=2，Phase= 0 deg1Source信息源库Sinusoid正弦波Amp=1v,Freq=1300HZ,Phase=0dge5Logic逻辑库SPDT单刀双掷Switch Delay=0sec，Shreshold=500e-3v，Max Rate=10000Hz6Source信息源库Sinusoid正弦波Amp=1v,Freq=2100HZ,Phase=0dge9Operator算字库LinearSys线性系统Butterworth Bandpass IIR,3 Poles,Low Fc=1100Hz，Hi Fc=1500Hz10Operator算字库LinearSys线性系统Butterworth Bandpass IIR,3 Poles,Low Fc=1900Hz，Hi Fc=2300Hz13、14Operator算字库LinearSys线性系统Butterworth Lowpass IIR,3 Poles,Fc=120HZ27、28Multiplier乘法器29Source信息源库Sinusoid正弦波Amp=1v,Freq=1300HZ,Phase=0dge30Source信息源库Sinusoid正弦波Amp=1v,Freq=2100HZ,Phase=0dge7、8、20、21、23、24、26、31、32Sink观察窗库Analysis分析型观察窗显示波形变化PN码元速率100Hz,Amp=1v, Offset=0v, 码元速率=100Hz, Level=2，Phase= 0 deg 载波频率分别为1300Hz与2100Hz 带通1上行频率1500Hz，下行频率1100Hz 带通2上行频率为2300Hz，下行频率为1900Hz 低通滤波上行频率120Hz，提取有用信号比较器起抽样判决作用进行系统定时，将Sample Rate设置为系统最高频率的10倍，即为10000Hz；No.of Sample（采样点数）设置为20484.2仿真结果及分析结果总图：图4-1分析：以上波形为本次试验的总波形，显示出从原始到解调波形过程中所有的波形调制情况，可以清晰比较各个环节中的波形转换。调制信号： 图4-2分析：输入伪随机PN序列即二进制码元速率为100Hz，码元周期为0.01s。2FSK信号波形：图4-3分析：使用开关选择频率为1300和2100Hz的正弦载波信号对原信号进行调制形成2FSK信号。两个带通滤波器输出波形：图4-4分析：带通滤波器为选择一定频段的调制信号，根据所设定的上下限频率将不同频段的信号进行分离。两个乘法器输出波形：图4-5分析：选择与调制信号所用载波同频同相的正弦信号与调制信号相乘，形成相干解调功能，对调制信号进行解调。两个低通滤波器输出波形：图4-6分析：低通滤波器是选择低于一定频段的有用信号，如上实验，用低通滤波器取出100Hz的输入信号。解调输出波形：图4-7分析：通过抽样判决，当a=b正确时，取1，否则，取-1，完成解调信号，如上图，解调信号与输入信号基本相同。调制与解调波形对比：图4-8分析：根据上图比较，实验结果正确执行。参考文献1 樊昌信,曹丽娜编著， 通信原理(第6版) M