基于system view的2ASK解调系统设计.docx
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基于systemview的2ASK解调系统设计
XXXXXXXXXXXXXXX课程设计
基于SystemView的2ASK解调系统设计
学生姓名
学号
所在学院
专业名称
班级
指导教师
成绩
XXXXXXXXXXXXXX
二○一五年五月
课程设计任务书
学生姓名
学生学号
学生专业
学生班级
指导教师
职称
发题日期
2015年4月10日
完成日期
2015年5月30日
设计题目
基于systemview的2ASK解调系统设计
设计目的：
1、掌握systemview仿真软件的使用
2、实现2ASK的解调方法（包络解调法、相干解调法）的仿真
具体任务及要求：
1、首先熟悉2ASK的解调的基本原理
2、其次熟练掌握systemview仿真软件的使用方法
3、运用systemview仿真软件进行测试并观察结果
4、根据结果写出仿真结果再进行总结
课程设计进度安排：
序号
内容安排
时间
1
翻阅资料及学习课本了解2ASK的原理
4月20日
2
下载并熟练掌握systemview的运用方法
4月25日
3
将2ASK信号在systemview软件中进行解调仿真
5月3日
4
经过多次仿真得出结论并总结
5月17日
5
完成课程设计
5月20日
课程设计参考文献：
[1]关清山：
数字调制解调基础，科学出版社，2002.8，P75-P87，P110-P125
[2]张会生：
现代通信系统原理，高等教育出版社，2003.6，P49-P56
[3]林理明：
数字通信技术[M]，高等教育出版社，2006.4，P39-P43
[4]罗伟雄、韩力：
通信原理与电路，理工大学出版社，1999.9，P89-P95
指导教
师签字
院长审核签字
基于systemview的2ASK解调系统设计
内容摘要：
现代通信系统要求通信距离远，通信容量大、传输质量好。
作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。
从最早的模拟调幅调频技术的日趋完善，到现在数字调制技术的广泛应用。
使得信息的传输更为有效和可靠。
二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式，也是各种数字调制的基础。
本次课程设计主要是利用SystemView仿真软件平台，设计一个2ASK解调器系统，用示波器观察解调前后的信号波形，并将其记录下来，分析该系统的性能。
通过SystemView的仿真功能模拟实际中的2ASK解调。
本课题研究的是基于SystemView的2ASK解调器设计。
对解调进行简单的介绍，选择出合适的方法完成设计。
关键词：
SystemView解调2ASK仿真
2ASKdemodulationsystembasedonsystemview
Abstract：
Moderncommunicationsystemsrequirefarcommunicationdistance,largecommunicationcapacity,goodtransmissionquality.Asoneofthekeytechnologiesofmodulationanddemodulationtechnologyhasbeenanimportantresearchdirectionofthepeople.FromtheearliestanalogAMFMtechnologyisbecomingmoreandmoreperfect,nowwidelyuseddigitalmodulationtechnique.Makesdatatransmissionmoreefficientandreliable.Binaryamplitudeshiftkeyingmodulationisoneoftheoldest,andalsoisthefoundationofallkindsofdigitalmodulation.本次课程设计主要是利用SystemView仿真软件平台，设计一个2ASK解调器系统，用示波器观察解调前后的信号波形，并将其记录下来，分析该系统的性能。
通过SystemView的仿真功能模拟实际中的2ASK解调。
ThiscourseisdesignedusingSystemViewsimulationsoftwareplatform,thedesignofa2ASKdemodulationsystem,signaldemodulationandobservedwithanoscilloscope,andrecordit,analysistheperformanceofthesystem.ThroughthesimulationfunctionofSystemViewsimulationof2ASKdemodulationinpractice.
本课题研究的是基于SystemView的2ASK解调器设计。
对解调进行简单的介绍，选择出合适的方法完成设计。
Thisresearchisthedesignof2ASKdemodulatorbasedonSystemView.Thepapergivesasimpleintroductionofdemodulation,choosetheappropriatemethodtocompletethedesign.
Keywords：
SystemViewDemodulation2ASKSimulation
基于systemview的2ASK解调系统设计
前言
我们这次课设的目的就是要对调制解调的通信系统进行仿真研究，数字信号的传输方式可以分为基带传输和带通传输。
为了使信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道特性相匹配。
在这个过程中就要用到数字调制。
本次课程设计的目的是通过Systemview仿真软件，实现对2ASK数字解调系统的仿真，同时对该系统有深入的了解。
Systemview是美国ELANIX公司于1995年开始推出的软件工具，它为用户提供了一个完整的动态系统设计、仿真与分析的可视化软件环境，能进行模拟、数字、数模混合系统、线性和非线性系统的分析设计，可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。
SystemView基本属于一个系统级工具平台，可进行包括数字信号处理（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析，并配置了大量图符块（Token）库，用户很容易构造出所需要的仿真系统，只要调出有关图符块并设置好参数，完成图符块间的连线后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱、星座图和各类曲线形式给出系统的仿真分析结果。
此次课程，学会熟练掌握Systemview的用法，在该软件的配合下完成各个系统的结构图，还有调试结果图。
Systemview对系统的分析主要分为两大块，调制系统的分析和解调系统的分析。
由于调制是解调的基础，没有调制就不可能有解调，为了表现解调系统往往需要很高的采样频率来减少滤波带来的解调失真，所以调制的已调信号通过波形模块观察起来不是很清楚，为了更好的弄清楚调制是怎么样的一个过程，在这里，我们把调制单独列出来，用较低的频率实现它，就能从单个周期上观察调制系统的运作模式，更深刻地表现调制系统的调制过程。
12ASK解调的基本原理
1.12ASK的定义
数字幅度调制又称幅度键控（ASK），二进制幅度键控记作2ASK。
2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波。
使载波时断时续。
有载波输出时表示送“1”，无载波输出时表示发送“0”。
（1-1）
2ASK信号可表示为：
（1-2）
式中
为载波角频率，
为单极性NRZ矩形脉冲序列
（1-3）
其中，
是持续时间为
、高度为1的矩形脉冲，常称为门函数；
为二进制数字。
二进制振幅键控信号时域波形如图1-1所示，可以看出2ASK信号的时间波形随二进制基带信号通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）。
图1-12ASK信号时域波
1.22ASK的解调
2ASK信号的解调的常用方法主要有两种：
包络检波法和相干检波法。
包络检波法的原理如图1-2所示。
带通滤波器恰好使2ASK信号完整的通过，经包络检测后，输出其包络。
低通滤波器的作用是滤除高频杂波，使基带信号（包络）通过。
抽样判决器包括抽样、判决及码元形成器。
定时抽样脉冲（位同步信号）是很窄的脉冲，通过位于每个码元的中央位置，其重复周期等于码元的宽度。
不计噪声影响时，带通滤波器输出为2ASK信号，即
包络检波器输出为
。
经抽样、判决后将码元再生，即可恢复出数字序列{
}。
图1-2包络检波法
相干检波法原理方框图如图1-3所示。
相干检测就是同步调解，要求接收机产生一个与发送载波同频同相的本地载波信号，称其为同步载波或相干载波。
利用此载波与收到的已调信号相乘，输出为
（1-4）
经低通滤波器滤除第二项高频分量后，即可输出
信号。
低通滤波器的截止频率与基带数字信号的最高频率相等。
由于噪声影响及传输特性的不理想，低通滤波器输出波形有失真，经抽样判决、整形后再生数字基带脉冲。
图1-3相干检波法
1.32ASK功率谱密度
由于二进制序列一般为随机序列，其频域分析的对象应为信号功率谱密度。
设
为归一化矩形脉冲，若
的傅氏变换为
，
则为二进制随机单极性矩形脉冲序列，且任意码元为0的概率为P，则
的功率谱密度表达式为：
（1-5）
式中，
；
Hz，并与二进制序列的码元速率Rs在数值上相等。
可以看出，单极性矩形脉冲随机序列含有直流分量。
2ASK信号的双边功率谱密度表达式为：
（1-6）
表明，2ASK信号的功率谱密度由两个部分组成：
（1）由
经线性幅度调制所形成的双边带连续谱；
（2）由被调载波分量确定的载频离散谱。
图1-4为2ASK信号的单边功率谱示意图。
图1-4二进制振幅键控信号的功率频谱密度
对信号进行频域分析的主要目的之一就是确定信号的带宽。
在不同应用场合，信号带宽有多种度量定义，但最常用和最简单的带宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的“谱零点带宽”，这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣包含信号大部分功率的信号。
显然，2ASK信号的谱零点带宽为：
（Hz）（1-7）
式中，Rs为二进制序列的码元速率，它与二进制序列的信息率（比特率）Rb（bit/s）在数值上相等。
2SystemView的基本介绍
美国ELANIX公司于1995年开始推出SystemView软件工具，最早的1.8版为16bit教学版，自1.9版开始升为32bit专业版，目前已推出了3.0版。
SystemView是在Windows95/98环境下运行的用于系统仿真分析的软件工具，它为用户提供了一个完整的动态系统设计、仿真与分析的可视化软件环境，能进行模拟、数字、数模混合系统、线性和非线性系统的分析设计，可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。
2.1SystemView的基本特点
SystemView基本属于一个系统级工具平台，可进行包括数字信号处理（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析，并配置了大量图符块（Token）库，用户很容易构造出所需要的仿真系统，只要调出有关图符块并设置好参数，完成图符块间的连线后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱、星座图和各类曲线形式给出系统的仿真分析结果。
SystemView的库资源十分丰富，主要包括：
含若干图符库的主库（MainLibrary）、通信库（CommunicationsLibrary）、信号处理库（DSPLibrary）、逻辑库（LogicLibrary）、射频/模拟库（RFAnalogLibrary）和用户代码库（UserCodeLibrary）。
2.2SystemView系统视窗
2.2.1主菜单功能
SystemView是一个用于现代科学与科学系统设计及仿真打动态系统分析平台。
从滤波器设计、信号处理、完整通信系统打设计与仿真，到一般打系统数字模型建立等各个领域，SystemView在友好而功能齐全打窗口环境下，为用户提供啦一个精密的嵌入式分析工具。
进入SystemView后，屏幕上首先出现该工具的系统视窗，系统视窗最上边一行为主菜单栏，包括：
文件（File）、编辑（Edit）、参数优选（Preferences）、视窗观察（View）、便笺（NotePads）、连接（Connetions）、编译器（Compiler）、系统（System）、图符块（Tokens）、工具（Tools）和帮助（Help）共11项功能菜单。
如下图2-1所示。
图2-1系统视窗
系统视窗左侧竖排为图符库选择区。
图符块（Token）是构造系统的基本单元模块，相当于系统组成框图中的一个子框图，用户在屏幕上所能看到的仅仅是代表某一数学模型的图形标志（图符块），图符块的传递特性由该图符块所具有的仿真数学模型决定。
创建一个仿真系统的基本操作是，按照需要调出相应的图符块，将图符块之间用带有传输方向的连线连接起来。
这样一来，用户进行的系统输入完全是图形操作，不涉及语言编程问题，使用十分方便。
进入系统后，在图符库选择区排列着8个图符选择按钮创建系统的首要工作就是按照系统设计方案从图符库中调用图符块，作为仿真系统的基本单元模块。
可用鼠标左键双击图符库选择区内的选择按钮。
当需要对系统中各测试点或某一图符块输出进行观察时，通常应放置一个信宿（Sink）图符块，一般将其设置为“Analysis”属性。
Analysis块相当于示波器或频谱仪等仪器的作用，它是最常使用的分析型图符块之一。
在SystemView系统窗中完成系统创建输入操作（包括调出图符块、设置参数、连线等）后，首先应对输入系统的仿真运行参数进行设置，因为计算机只能采用数值计算方式，起始点和终止点究竟为何值?
究竟需要计算多少个离散样值?
这些信息必须告知计算机。
假如被分析的信号是时间的函数，则从起始时间到终止时间的样值数目就与系统的采样率或者采样时间间隔有关。
实际上，各类系统或电路仿真工具几乎都有这一关键的操作步骤，SystemView也不例外。
如果这类参数设置不合理，仿真运行后的结果往往不能令人满意，甚至根本得不到预期的结果。
有时，在创建仿真系统前就需要设置系统定时参数。
时域波形是最为常用的系统仿真分析结果表达形式。
进入分析窗后，单击“工具栏”内的绘制新图按钮（按钮1），可直接顺序显示出放置信宿图符块的时域波形，
对于码间干扰和噪声同时存在的数字传输系统，给出系统传输性能的定量分析是非常繁杂的事请，而利用“观察眼图”这种实验手段可以非常方便地估计系统传输性能。
实际观察眼图的具体实验方法是：
用示波器接在系统接收滤波器输出端，调整示波器水平扫描周期Ts，使扫描周期与码元周期Tc同步（即Ts＝nTc，n为正整数），此时示波器显示的波形就是眼图。
由于传输码序列的随机性和示波器荧光屏的余辉作用，使若干个码元波形相互重叠，波形酷似一个个“眼睛”，故称为“眼图”。
“眼睛”挣得越大，表明判决的误码率越低，反之，误码率上升。
SystemView具有“眼图”这种重要的分析功能。
当需要观察信号功率谱时，可在分析窗下单击信宿计算器图标按钮，出现“SystemView信宿计算器”对话框，单击分类设置开关按钮spectrum，完成功率谱的观察。
执行菜单命令操作较简单，例如，用户需要清除系统时，可单击“File”菜单，出现一个下拉菜单，单击其中的“Newsystem”工具条即可。
2.2.2快捷功能按钮
在主菜单栏下，SystemView为用户提供了16个常用快捷功能按钮，按钮功能如下：
清除系统删图符块切断连线布放连线
复制图符便笺注释终止运行系统运行
系统定时分析窗口进亚系统建亚系统
根轨迹波特图重画图形图符翻转
2.2.3图符库选择按钮
系统视窗左侧竖排为图符库选择区。
图符块（Token）是构造系统的基本单元模块，相当于系统组成框图中的一个子框图，用户在屏幕上所能看到的仅仅是代表某一数学模型的图形标志（图符块），图符块的传递特性由该图符块所具有的仿真数学模型决定。
创建一个仿真系统的基本操作是，按照需要调出相应的图符块，将图符块之间用带有传输方向的连线连接起来。
这样一来，用户进行的系统输入完全是图形操作，不涉及语言编程问题，使用十分方便。
进入系统后，在图符库选择区排列着8个图符选择按钮，即：
信源库亚器件库加法器输入/输出
操作库函数库乘法器信宿库
在上述8个按钮中，除双击“加法器”和“乘法器”图符按钮可直接使用外，双击其它按钮后会出现相应的对话框，应进一步设置图符块的操作参数。
单击图符库选择区最上边的主库开关按钮main，将出现选择库开关按钮Option下的用户库（User）、通信库（Comm）、DSP库（DSP）、逻辑库（Logic）、射频模拟库（RF/Analog）和数学库（Matlab）选择按钮，可分别双击选择调用。
2.3系统定时（systemtime）
在SystemView系统窗中完成系统创建输入操作（包括调出图符块、设置参数、连线等）后，首先应对输入系统的仿真运行参数进行设置，因为计算机只能采用数值计算方式，起始点和终止点究竟为何值?
究竟需要计算多少个离散样值?
这些信息必须告知计算机。
假如被分析的信号是时间的函数，则从起始时间到终止时间的样值数目就与系统的采样率或者采样时间间隔有关。
实际上，各类系统或电路仿真工具几乎都有这一关键的操作步骤，SystemView也不例外。
如果这类参数设置不合理，仿真运行后的结果往往不能令人满意，甚至根本得不到预期的结果。
有时，在创建仿真系统前就需要设置系统定时参数。
当在系统窗下完成设计输入操作后，首先单击“系统定时”快捷功能按钮，此时将出现系统定时设置（SystemTimeSpecification）对话框，如图2-2所示。
用户需要设置几个参数框内的参数，包括以下几条：
2.3.1起始时间（StartTime）和终止时间（StopTime）
SystemView基本上对仿真运行时间没有限制，只是要求起始时间小于终止时间。
一般起始时间设为0，单位是秒（s）。
终止时间设置应考虑到便于观察波形。
2.3.2采样间隔（TimeSpacing）和采样数目（No.ofSamples）
采样间隔和采样数目是相关的参数，它们之间的关系为：
采样数目＝（终止时间－起始时间）×（采样率）＋1
SystemView将根据这个关系式自动调整各参数的取值，当起始时间和终止时间给定后，一般采样数目和采样率这两个参数只需设置一个，改变采样数目和采样率中的任意一个参数，另一个将由系统自动调整，采样数目只能是自然数。
2.3.3频率分辨率（Freq.Res.）
当利用SystemView进行FFT分析时，需根据时间序列得到频率分辨率，系统将根据下列关系式计算频率分辨率：
频率分辨率＝采样率／采样数目
2.3.4更新数值（UpdateValues）
当用户改变设置参数后，需单击一次“TimeValues”栏内的Update按钮，系统将自动更新设置参数，然后单击OK按钮。
2.3.5自动标尺（AutoScale）
系统进行FFT运算时，若用户给出的数据点数不是2的整次幂，单击此按钮后系统将自动进行速度优化。
2.3.6系统循环次数（No.ofSystemLoops）
在拦内输入循环次数，对于“Resetsystemonloop”项前的复选框，若不选中，每次运行的参数都将被保存，若选中，每次运行时的参数不被保存，经多次循环运算即可得到统计平均结果。
应当注意的是，无论是设置或修改参数，结束操作前必须单击一次OK按钮，确认后关闭系统定时对话框。
2.4分析窗介绍
设置好系统定时参数后，单击“系统运行”快捷功能按钮，计算机开始运算各个数学模型间的函数关系，生成曲线待显示调用。
此后，单击“分析窗口”快捷功能按钮，进入分析视窗（SystemViewAnalysis）进行操作。
分析视窗如图2-3所示。
分析视窗的主要功能是显示系统窗中信宿（主要是Analysis块）处的给类分析波形、功率谱、眼图、信号星座图等信息，每个信宿对应一个活动波形窗口，各以多种排列方式同时或单独显示，也可将若干个波形合成在同一个窗口中显示，以便进行结果对比
2.5在分析窗下观察分析结果
通信系统的仿真分析结果主要以不同形式的时域或频域系统响应波形、特性曲线来表示，主要包括：
时域波形、眼图、功率谱、信号星座图、误码特性曲线等形式，并以活动窗口给出。
各类波形显示操作主要与“SystemView信宿计算器”对话框的操作有关。
当完成了系统创建输入、设置好系统定时参数并运行后，便可进入分析视窗。
单击分析窗下端信宿计算器按钮，出现“SystemView信宿计算器”对话框，如图2-4所示，该对话框左上部共有11个分类设置开关按钮，右上角的“SelectoneormoreWindows:
”窗口内顺序给出了分析系统中的“波形号：
用户信宿名称（信宿块编号）”。
2.5.1观察时域波形
时域波形是最为常用的系统仿真分析结果表达形式。
进入分析窗后，单击“工具栏”内的绘制新图按钮（按钮1），可直接顺序显示出放置信宿图符块的时域波形，并可任意单击分析窗工具栏中的“窗口竖排列”（按钮7）、“窗口横排列”（按钮8）。
2.5.2观察功率谱
当需要观察信号功率谱时，可在分析窗下单击信宿计算器图标按钮，出现“SystemView信宿计算器”对话框，单击分类设置开关按钮Spectrum，出现如图2-5所示对话框。
接下来选择计算功率谱的条件，如选中“PowerSpectrum[dBmin50ohms]”项，则表示计算功率谱的条件为50欧负载上的对数功率谱；在“SelectOneWindow:
”栏目内选择信号观测点；最后单击按钮OK返回分析窗，等待功率谱显示活动窗口的出现。
在通信系统分析过程中，对信号进行功率谱分析是十分重要的内容。
3基于SystemView的调制解调系统设计
前面第一章节简单的介绍了2ASK的解调工作原理，下面将用SystemView实现2ASK的解调系统，并进行仿真。
因为信号的解调也有两种方法，所以可以有两种2ASK调制解调器。
经过优化后的处理，可以得到2ASK调制解调器的总体电路图。
3.1.1包络检波解调法
调制部分：
采用乘法模拟法调制，包含的元件序号是：
0、1、2、3、4；
解调部分：
采用包络检波解调法（也即非相干解调法）解调，包含的元件序号是：
5、6、7、8；
如图3-1所示；
图3-1包络检波解调
模块说明：
3为正弦载波，0为随机NRZ信号（也即是二进制基带信号），5和7是滤波器，2是乘法器，6是半波整流器，8是
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