成都理工大学通信原理课设基于labview的数字带通传输系统设计

1、摘要在当今高度信息化时代，通信对人们的生活方式、经济发展、政治、军事等方面产生了重要而深远的影响。通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统。与模拟通信系统相比, 数字通信系统具有抗干扰能力强、 差错可控、数字处理灵活等优点，并且得到了广泛应用。本文基于LabVIEW软件强大的信号处理功能对数字频带传输系统中的二进制振幅键控（2ASK、二进制频移键控（2FSK调制解调器系统进行模拟仿真,简单介绍二进制振幅键 控（2ASK、二进制频移键控（2FSK调制解调原理,详细说明基于LabVIEW软件设计二进 制振幅键控（2ASK、二进制频移键控（2FSK调制解调的过程,并给出程序框图和运行结 果,最后对二进

2、制振幅键控（2ASK、二进制频移键控（2FSK的抗噪声性能进行比较。关键词：通信；LabVIEW；数字通信系统；模拟仿真;目录第1章导论1.1研究背景 1.2研究内容第2章LabVIEW概述2.1 LabVIEW 简介2.2 LabVIEW 的特点第3章二进制数字频带传输系统3.1二进制振幅键控（2ASK ） 3.2二进制频移键控（2FSK）第4章基于LabVIEW 的2ASK仿真4.1仿真设计内容4.2 2ASK 仿真 4.3总体界面第5章 基于LabVIEW 的2FSK仿真5.1仿真设计内容5.2 2FSK 仿真 5.3总体界面第6章2ASK与2FSK仿真结果比较 参考文献第1章导论1.1

3、研究背景通信技术的发展推动了人类社会的飞速进步， 随着通信系统性能越来越强，其构成也越来越复杂，成本也随之上升。为了满足缩短开发周期、降低成本的要求，需要通过 强大的计算机辅助分析设计技术和工具来实现通信系统强大性能。这些功能强大的仿真软件，使得通信系统仿真的设计与分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于我们更好的研究通信系统性能。LabVIEW是分析通信系统常用的工具之一。LabVIEW有可以完成任何编程的庞大函 数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、串口控制、数据分析、数据显示、数据存储等。本文主要采用基

4、于LabVIEW的套完整的通信系统常用模块化子程序，设计了数字频带 传输系统，并进行了相关仿真。1.2研究内容本文主要研究二进制数字频带传输系统，利用LabVIEW仿真了 2ASK与 2FSK的信号 时间波形和功率谱密度，分析了频谱特性和带宽，并根据设计的调制解调原理框图仿真了它们的调制解调波形，最后对2ASK与2FSK的抗噪声性能进行了比较，分析了影响数 字频带传输系统性能的因素。第2章LabVIEW概述2.1LabVIEW 简介LabVIEW是 一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。 利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器,其

5、图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的程序语言，又称为“ G'语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念。因此, 向最终用户的工具。LabVIEW是 一个面利用LabVIEW可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的多重要的软件一样，LabVIEW提供了 Windows UNIX的多种版本。32位编译器。像许与其他常见的编程语言相比，它最大的特点就在于它是一种图形化编程语言。也就是说，我们在用LabVIEW编程时，面对的不是高度抽象的文本语言， 而是图形化的方式。而文本语言和图形化语言也就

6、相当于DOS系统和Windows系统。2.2 LabVIEW 的特点(1)直观、易学易用用G语言编写程序，产生的程序时框图形式，用框图代替了传统的程序代码。(2)通用的编程系统LabVIEW有 一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。该函数库包括数据采集、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。 LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设 置断点、单步执行等，便于程序的调试。LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其他语言开发环境更方便、有效。(3)模块化LabVIEW中使用的基本节点和函数等就是一个个小的模块，可以直接使用；另外,由LabVIEWS写

7、的程序即虚拟仪器模块(Virtrual INSTRUMENTVI)，除了作为独立程序运行外，还可作为另一个虚拟仪器模块的子模块(即子VI)供其他模块程序使用。第3章二进制数字频带传输系统3.1二进制振幅键控(2ASK)3.1.1 2ASK 原理振幅键控是利用二进制信号来对载波幅度进行调制，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”和“ 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(00K, 2ASK信号的一般表达 式为:(1)Ts高度为1?2?) = s(t)cos?其中s(t) = £?(? ?Ts为码元持续时

8、间；式中K?(? ?为二进制序列，g(t)为持续时间为的矩形脉冲。由于?= 10概率为P概率1-P故2ASK信号可以表示为_ ?概率为 P?2?= 0 概率为1-P信号的时间波形如图31所示。3.1.2 2ASK2ASK分为模拟调法。利用模拟调制2ASK二进制信号载波的调制方法制法和键控图3-1 2ASK信号的时间波形法如图调制原理3-2所示：用乘法器实现二进制数字信号与载波信号的结合，最后得到调制信号。2ASK二进制序列s(t)乘法器?2?)图 3-2 2ASK 模拟相乘法原理框图的另一种调制方式称为键控法，主要是利用开OS电踏 S (t)控制开关“闭”“合”从而实现载 波的“有” “无”。

9、具体实现方式如图3-3所示。开关电路cos?图 3-33.1.3 2ASK调制原2ASK的基本解调方法有两种非相干解调(?)”理也络检波法)和相干解调(同步检测法)，非相干解调避免了调制器与解调器之间需要同步的问题，而相干解调需要产生一 个与载波同频同相的波形。非相干解调方式系统组成方框图如图 34所示。二进制频移键控(2FSK利用载波的频率来传递数字信息。在2FSK中，载波频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。_ ?:os(?+ ? e2?= ?:os(w2 + ?)发送发送“时“0时若二进制基带信号的“ 1”符号对应于载波频率f1，“0”符号对应于载波频率f2，则二进制频移键控

10、信号的表达式为:?2?t)=刀?(? ?*? cos(?+ ? + 刀?(? COS(W2 + ?)? ?其中g(t)是持续时间为？?高度为1的矩形脉冲，？?与？?互为反码。当?为1时?为0,当？?为0时? 1。1?= 0概率为P概率为1-P(7)?= 10概率为P概率为1-P(8)?与 ?分别为第n个信号的初始相位,在2FSK中?与?不携带任何信息，通常情况下可令其为零。其波形如图3-6所示。3.2.2 2FSK调制原理2FSK信号的产生方法主要有两种。一种可以用模拟调频电路来实现；另一种可以 用键控法来实现。键控法主要是由二进制序列控制开关电路对两个不同频率的载波进行 选通，使之达到在一个

11、码元？?时间内输出频率为f1或者f2的载波。如图3-7所示，这个过程也可以看做是不同载波频率的 2ASK信号的相加。图3-7键控法产生2FSK信号的原理框3.2.3 2FSK解调原理由于2FSK可以看成是两个不同频率的 2ASK的叠加，于是2FSK的解调方式与2ASK 相似，即2FSK解调方式有：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。其 原理就是将2FSK信号分解成两路信号分别通过不同频率的带通滤波器，再经过包络检 波或者相干解调、抽样判决来恢复原有的二进制信号。其相干解调原理图如图3-8所示, 相干解调如图3-9所示。除了这两种解调方式，2FSK还有鉴频法、过零检测法等。图3-8

12、 2FSK非相干解调原理框图?2?)图3-9 2FSK相干解调原理?)第4章 基于LabVIEW的2ASK仿真在2ASK信号的仿真过程中，先将调制解调过程分为一个个小模块，再将各个模块整合为一个整体。各个模块分别为信号调制模块（含二进制信号产生模块、信号调制模块、载波信号产生模块）、信道加噪模块、信号解调模块、输出。利用LabVIEW设计这 些模块，最后产生2ASK调制解调波形图。4.2 2ASK 仿真4.2.1产生输入信号与调制信号此过程主要完成二进制序列、载波的产生，以及形成 2ASK信号。首先，创建二进 制序列，命名为“产生子序列 VI”。其程序图如图4-1所示，前面板如图4-2所示.图

13、4-1产生子序列原理框图图4-2产生子序列前面板其次，还需要产生载波。载波产生程序图如下图4-3所示，前面板如图4-4所示。图4-3载波子序列原理框图图4-4载波子序列前面板4.2.2信道加噪实际通信传输系统中存在噪声，为了更好的模拟仿真 2ASK信号，需要在信道中加 入高斯白噪声。原理图如图4-5所示。图4-5信道加噪原理图4.2.3信号解调本次仿真采用相干解调法，通过信道加噪后2ASK信号与载波相乘，再经由低通滤 波器滤除高频噪声。为使基带信号通过低通滤波器，低通滤波器的截止频率应大于等于 基带信号带宽。 最后通过抽样判决恢复出原有信号。原理图如图 4-6所示。图4-6信号解调原理框图4.

14、3总体界面4.3.1程序框图2ASK总体程序框图如图4-7所示。图中包括了 2ASK调制解调全过程。图4-7 2ASK解调与调制程序框图4.3.2前面板前面板设计如下图4-8所示。云 Bll厂鼠倍 f :z f JO. J 小 :F i f 序iiax至trSTCVFQ沖财1W « m 剧 «n=二：7n羽r:* LU r» m M ?K' KC帖 :iClD4iJ:2-CJ-【", H n i I j IF昭旳E程报觑?x烦:EI2 drk師诫削喩顷剛fitw图4-8 2ASK调制与解调前面板第5章基于LabVIEW的2FSK仿真由于2FSK可

15、以看成是两个不同2ASK的叠加，故2FSK调制解调与2ASK相似。但是2FSK系统拥有两路载波，所以要将 2FSK信号分为两路，“0”、“1”分别对应两路不同频率的载波后再进行与2ASK相同的调制解调的过程。与2ASK仿真不同的是，2FSK多了转置模块。5.2 2FSK仿真在前面板添加数值输入控件和数组控件，将数值输入控件拖入数组控件中，作为为 输入序列数组。将输入序列连接“产生序列”子 VI并为该子VI连接码速率、采样率等输入控件，经“产生序列”子VI得到输入序列波形后再将此信号与载波 1相乘，然后再将输入序列波形信号经转置子 VI取反后与载波2相乘，两信号相加所得便为2FSK信号，连接波形

16、图控件得到2FSK波形。程序框图如图5-1所示。图5-1 2FSK程序框图由于在2ASK仿真时,已经产生二进制序列以及载波，故在进行2FSK仿真时，只需再添加一个转置模块即可。序列为“ T时对应频率为2FSK调制过程中需要用到两种不同频率的载波，即二进制 fi的载波，为“ 0”时对应频率为f2的载波，由于“ 0”与任何数相乘都为零，所以需要用到转置模块使二进制序列“ 0”、“ 1”互换再与载波相乘便可得到序列数值为“ 0”时所对应的载波波形。转置子VI如图5-2，运用FOR循环将二进制数组元素依次取出进入条件结构判 断是否为“ 0”，若为真输出“1”，若为假输出“ 0”。图5-2转置程序框图转

17、置VI前面板如图5-3所示。图5-3转置程序前面板5.2.2信道加噪模块图1-4信道加噪原模块5.2.3信号解调模块本次2FSK仿真解调用的是相干解调法。将2FSK与频率分别为f1和f2的载波相乘,再进行滤波，抽样判决，得到原始二进制信号。其程序框图如图5-5所示。图6-4 2FSK仿真结果5.3总体界面5.3.1总体程序图2FSK总体程序图如图5-6所示。图5-6 2FSK总体程序框图5.3.2前面板前面板如图5-7所示。图5-7 2FSK总体程序框图前面板第6章2ASK与 2FSK仿真结果比较输入序列:01010100;码速率：10；采样点数：1000；载频1:10 ;采样率：10006-1与图6-2所示。6-3、6-4。载频2:50 ;噪声标准差：0.1.2ASK与2FSK前面板分别如图图6-1 2ASK仿真结果图6-2 2FSK仿真结果当噪声标准差为2时，2ASK与 2FSK仿真结果分别如图图6-3 2ASK仿真结果由上图对比结果