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.docx
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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
1.1研究背景 1
1.2研究内容 1
第2章LabVIEW概述 2
2.1LabVIEW简介 2
2.2LabVIEW的特点 2
第3章二进制数字频带传输系统 3
3.1二进制振幅键控（2ASK） 3
3.2二进制频移键控（2FSK） 5
第4章基于LabVIEW的2ASK仿真 8
4.1仿真设计内容 8
4.22ASK仿真 8
4.3总体界面 10
第5章基于LabVIEW的2FSK仿真 12
5.1仿真设计内容 12
5.22FSK仿真 12
5.3总体界面 15
第6章2ASK与2FSK仿真结果比较 16
参考文献 18
第1章导论
1.1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。
本文主要采用基于LabVIEW的一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。
17
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，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。
利用LabVIEW可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位编译器。
像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX的多种版本。
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相当于DOS系统和Windows系统。
2.2LabVIEW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LabVIEW编写的程序——即虚拟仪器模块（VirtrualINSTRUMENT，VI），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）
3.1.12ASK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（OOK），2ASK信号的一般表达式为：
e2ASK（t）=s（t）cosωct
（1）
其中
s（t）=nang（t-nTs）
（2）
Ts为码元持续时间；式中nang（t-nTs）为二进制序列，g（t）为持续时间为Ts高度为1的矩形脉冲。
由于
an=1概率为P0概率1-P（3）
故2ASK信号可以表示为
e2ASK=COSωCt概率为P0概率为1-P（4）
信号的时间波形如图3—1所示。
2ASK
载波
二进制信号
图3-12ASK信号的时间波形
t
t
t
3.1.22ASK调制原理
2ASK的调制方法分为模拟调制法和键控法。
利用模拟调制法如图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。
cosωct
e2ASK（t）
乘法器
二进制序列s（t）
图3-22ASK模拟相乘法原理框图
2ASK的另一种调制方式称为键控法，主要是利用开关电路s（t）控制开关“闭”“合”从而实现载波的“有”“无”。
具体实现方式如图3-3所示。
开关电路
S（t）
cosωct
e2ASK（t）
图3-32ASK数字键控法原理框图
3.1.32ASK调制原理
2ASK的基本解调方法有两种：
非相干解调（包络检波法）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3—4所示。
定时脉冲
输出
e2ASK（t）
带通滤波器
全波整流器
抽样判决器
低通滤波器
图3-42ASK非相干解调方式原理框图
定时脉冲
输出
e2ASK（t）
带通滤波器
乘法器
抽样判决器
低通滤波器
cosωct
2ASK的相干解调原理如图3—5所示。
图3-52ASK相干解调方式原理框图
3.2二进制频移键控（2FSK）
3.2.12FSK原理
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。
e2FSK=Acosw1t+φn发送“1”时Acosw2+φn发送“0”时 （5）
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，则二进制频移键控信号的表达式为：
e2FSK（t）=nang（t-nTs）cosw1t+φn+nang（t-nTs）cosw2+θn
（6）
其中g（t）是持续时间为Ts高度为1的矩形脉冲，an与an互为反码。
当an为1时an为0，当an为0时an为1。
an=1概率为P0概率为1-P （7）
an=1概率为P0概率为1-P （8）
φn与θn分别为第n个信号的初始相位，在2FSK中φn与θn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。
s1（t）cosω1t
s2（t）cosω2t
0
1
1
2FSK信号
0
图3-62FSK信号的时间波形
3.2.22FSK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，使之达到在一个码元Ts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。
基带信号
输出
振荡器f1
振荡器f2
选通开关
反相器
选通开关
相加器
图3-7键控法产生2FSK信号的原理框
3.2.32FSK解调原理
e2FSK（t）
带通滤波器W1
带通滤波器W2
包络检波器
包络检波器
定时脉冲
抽样判决器
输出
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。
输出
cosω1t
cosω2t
e2FSK（t）
带通滤波器W1
带通滤波器W2
乘法器
乘法器
定时脉冲
抽样判决器
图3-82FSK非相干解调原理框图
图3-92FSK相干解调原理
第4章基于LabVIEW的2ASK仿真
4.1仿真设计内容
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。
4.22ASK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
4.3总体界
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