洛阳理工通信系统原理课程设计报告.docx
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洛阳理工通信系统原理课程设计报告
洛阳理工学院
课程设计报告
通信系统原理课程设计
课程名称___________________________________
AM、DSB、2ASK、2FSK、2PSK的调制与解调
设计题目___________________________________
通信工程
专业___________________________________
B120509
班级___________________________________
B12050923
学号___________________________________
徐国旗
姓名___________________________________
2014年12月28日
完成日期___________________________________
课程设计任务书
AM、DSB、2ASK、2FSK、2PSK的调制与解调
设计题目：
_______________________________________________
设计内容与要求：
设计内容：
1）了解SystemView的运行环境及应用领域；
2）逐步掌握各种调制与解调系统的原理；
3）运用所学专业知识对几个实际系统的仿真进行分析和比较；
4）分析各种调制与解调系统的信号波形和频谱。
设计要求：
1）掌握SystemView系统的基本操作，并对简单通信系统进行仿真；
2）独立完成对各个系统的仿真与分析；
3）根据自己做的系统仿真分析，写出设计报告的内容。
指导教师：
范文
2014年12月25日
课程设计评语
成绩：
指导教师：
_______________
年月日
目录
前言1
一、软件SystemView的介绍2
二、模拟调制系统的设计与分析3
2.1常规双边带调制AM3
2.1.1AM调制解调原理3
2.1.3AM系统仿真电路图4
2.1.4AM系统仿真结果分析5
2.2抑制载波的双边带调制DSB5
2.2.1DSB调制解调原理5
2.2.3DSB系统仿真电路图7
2.2.4DSB系统仿真结果分析8
三、数字调制系统的设计与分析8
3.1二进制振幅键控2ASK8
3.1.12ASK调制解调原理8
3.1.22ASK系统仿真电路图10
3.1.32ASK系统仿真结果分析12
3.2二进制频移键控2FSK12
3.2.12FSK调制解调原理12
3.2.22FSK系统仿真电路图13
3.2.32FSK系统仿真结果分析14
3.3二进制相移键控2PSK14
3.3.12PSK调制解调原理14
3.3.22PSK系统仿真电路图15
3.3.32ASK系统仿真结果分析16
四、心得体会16
五、参考文献17
前言
通信（Communication）就是信息的传递，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息。
通信是人与人之间通过某种媒体进行的信息交流与传递，从广义上说，无论采用何种方法，使用何种媒质，只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。
通信的方式：
古代的烽火台、击鼓、驿站快马接力、信鸽、旗语等，现代的电信等。
古代的通信对远距离来说，最快也要几天的时间，而现代通信以电信方式，如电报，电话，快信，短信，E-MAIL等，实现了即时通信。
美国联邦通信法对通信的定义是:
包括电信和广播电视。
世贸组织（WTO）、国际电联（ITU）和中国的电信管理条例对电信的定义是：
包括公共电信和广播电视。
通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。
模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统；数字通信系统是利用数字信号来传递信息的。
根据信道中传输的信号是否经过调制，将通信系统分为基带传输系统和带通传输系统，其中带通传输系统是对各种信号调制后传输的总称，调制方式有很多，经过调制不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响。
调制方式往往决定着一个通信系统的性能。
随着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过程中，通信系统的软件仿真已成为必不可少的一部分。
为了使复杂的设计过程更加便捷高效，使得分析与设计所需的时间和费用降低，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，是一个比较流行的，优秀的仿真软件。
这次课程设计仿真的通信系统有：
模拟调制方式AM、DSB调制与解调；数字调制方式2ASK、2FSK、2PSK调制与解调。
一、软件SystemView的介绍
Elanix公司的SystemView是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化环境，是一个适合多种操作系统的单机和网络平台。
在SystemView环境下，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种速率的系统，可用于线性或非线性控制系统的设计和仿真。
SystemView包括基本库和专业库。
基本库包括信号源、接收器、加法器、乘法器，函数库和算子库等。
利用基本库可以进行一般的系统设计和仿真，例如：
用不同方式设计多种形式的滤波器，可以自动完成滤波器幅频特性（波特图）、传递函数和根轨迹图等模型之间转换。
专业库包括通信（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）库、射频/模拟（RF/Analog）、支持高级语言的用户代码库（CustomLibrary）、自动程序生成库（APG）、Matlab连接库（M-link）、XilinxFPGA库、CDMA/PCS库、数字视频广播（DVB）、自适应滤波器库（AdaptiveFilterLibrary）、实时DSP代码生成库（与TICodeComposerStudio协同仿真）、符合第三代移动通信的3G库、TurboCodeLibary（TPC）库和XDSL库和ANSIC代码产生器等，与Xpedion公司GoldenGateRF设计工具联合构成新的更加全面的仿真方式。
SystemView可以实时仿真各种DSP结构，并进行各种系统时域和频域分析、谱分析，对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路和运放电路）等进行理论分析和失真分析。
SystemView的各种专业库特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。
SystemView由两个窗口组成，分别是系统设计窗口的分析窗口。
系统设计窗口，包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计工作区。
所有系统的设计、搭建等基本操作，都是在设计窗口内完成。
分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具条、流动条、活动图形窗口和提示信息栏。
提示信息栏显示分析窗口的状态信息、坐标信息和指示分析的进度；活动图形窗口显示输出的各种图形，如波形等。
分析窗口是用户观察SystemView数据输出的基本工具，在窗口界面中，有多种选项可以增强显示的灵活性和系统的用途等功能。
在分析窗口最为重要的是接收计算器，利用这个工具我们可以获得输出的各种数据和频域参数，并对其进行分析、处理、比较，或进一步的组合运算。
例如信号的频谱图就可以很方便的在此窗口观察到。
SystemView仿真系统具有许多的优点。
1能仿真大量的应用系统。
2快速方便的动态系统设计与仿真。
3在报告中方便地加入SystemView的结论。
4提供基于组织结构图方式的设计。
5多速率系统和并行系统。
6完备的滤波器和线性系统设计。
7先进的信号分析和数据块处理。
8课扩展性。
9完善的自我诊断功能。
总之，SystemView的设计者希望它成为一种强大有力的基于个人计算机的动态的通信系统仿真工具，以实现在不具备先进仪器的条件下同样也能完成复杂的通信系统设计与仿真。
二、模拟调制系统的设计与分析
2.1常规双边带调制AM
2.1.1AM调制解调原理
标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅（AM）。
假设调制信号
的平均值为0，将其叠加一个直流分量
后载波相乘（图1），即可形成调幅信号。
其时域表达为
式中：
为外加的直流分量；
可以是确知信号，也可以是随机信号。
设计的AM调制模型如图3-3
图1AM调制模型
AM解调原理
本电路采用了相干解调的方法进行解调，其组成方框图如图2
2.1.3AM系统仿真电路图
（1）在SystemView仿真软件选中所需要的器件,并根据设计思路和需求设置器件的性质和参数等.根据线性调制AM调制原理设计仿真电路如下所示：
图3ＡＭ调制解调原理仿真电路
（3）AM调制通过调制和解调之后,已调信号和解调信号的波形如下所示：
图4已调信号和解调信号的波形
（4）ＡＭ调制后在仿真软件中可以观察其频谱,如下所示：
图
5AM已调信号和解调信号的频谱：
2.1.4AM系统仿真结果分析
AM调制为线性调制的一种，由图4可以看出，在波形上，已调信号的幅值随基带信号变化而呈正比地变化；由图5可以看出，在频谱结构上，它完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。
用相干解调法解调出来的信号与基带信号基本一致，实现了无失真传输。
从解调信号的频谱图可以看出频谱特性不是太理想，是由于在仿真中加入了高斯噪声的影响。
2.2抑制载波的双边带调制DSB
2.2.1DSB调制解调原理
1.DSB调制原理
DSB是线性调制的一种在消息信号m（t）上不加上直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，简称双边带（DSB）信号。
DSB调制器模型如图6，可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘。
图6DSB信号调制器模型
其时域表示式分别如下:
SDSB（t）=m（t）cos（wct）
DSB信号的波形和频谱分别如图7
图7DSB信号的波形与频谱
2.DSB解调原理
DSB因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。
但由于DSB信号的包络不再与m（t）成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调。
图8DSB信号相干解调模型
图8中SL（t）为本地载波，也叫相干载波，必须与发送端的载波完成同步。
2.2.3DSB系统仿真电路图
（1）在SystemView仿真软件选中所需要的器件,画出DSB调制与解调原理设计仿真电路如下所示：
图9DSB调制与解调原理
（2）DSB调制通过调制和噪声干扰之后,已调信号和通过带通滤波器滤波之后的已调信号和通过低通滤波器滤波之后的解调信号的波形如下所示
图10DSB已调信号（加噪声）、滤波后和解调信号波形
（3）DSB调制后在仿真软件中可以观察其频谱,通过带通滤波器滤波之后的已调信号和通过低通滤波器滤波之后的解调信号的频谱如下：
图11滤波后的已调信号和解调信号的频谱图
2.2.4DSB系统仿真结果分析
DSB调制为线性调制的一种，由图10可以看出，在波形上，已调信号的幅值随基带信号变化而呈正比地变化；由图11可以看出，在频谱结构上，它完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。
且由频普图可看出没有载波分量，从而实现发送功率的提高。
用相干解调法解调出的信号与基带信号基本一致，实现了无失真传输。
在信道中加了噪声后，会使已调信号波形发生变化，这时在解调前必须先通过带通滤波器。
三、数字调制系统的设计与分析
3.1二进制振幅键控2ASK
3.1.12ASK调制解调原理
1、2ASK调制原理
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”或“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），其表达式为：
典型波形如图12所示：
图12通—断键控（OOK）波形
2ASK信号的产生方法通常有两种：
模拟调制法（相乘器法）和键控法，相应的调制器如图13。
图132ASK信号的产生方法
与AM信号的解调方法一样。
2ASK/OOK有两种基本的解调方法：
非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），相应的接收系统方框图如图：
图142ASK两种解调框图
3.1.22ASK系统仿真电路图
（1）在SystemView仿真软件选中所需要的器件,并根据设计思路和需求设置器件的性质和参数等，2ASK调制与解调原理设计仿真电路如下所示：
图152ASK调制与解调仿真图
（2）2ASK调制通过调制和噪声干扰之后,各个过程的波形如下所示
数字基带信号和带通信号波形
相干解调波形
非相干解调波形
图16基带信号和已调信号波形
图17相干解调、非相干解调过程波形
（3）调制后在仿真软件中可以观察其频谱，如下所示：
图18已调信号、相干解调、非相干解调频谱
3.1.32ASK系统仿真结果分析
2ASK调制方式的设备简单，频带利用率较高，但抗噪声性能差，并对信道特性变化敏感，不易使抽样判决器工作在最佳判决门限状态。
采用相干解调法对2ASK信号进行解调，它的抗噪声性能要优于包络检波法，但在大信噪比的情况下，两者性能相差不大。
而且相干解调不存在门限效应。
3.2二进制频移键控2FSK
3.2.12FSK调制解调原理
1、2FSK调制原理
频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。
在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两点间变化，其表达式为：
时
2FSK信号产生的方式主要有两种方法：
一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用数字键控来实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一，如图19所示。
图19数字键控法实现2FSK信号调制原理
2、2FSK解调原理
常用的2FSK解调方法有两种，即相干解调法和非相干解调法。
此次采用非相干解调法，如下图所示：
相干解调也是利用包络检波法检测得到的。
原理框图如下：
图202FSK非相干解调原理图
3.2.22FSK系统仿真电路图
（1）在SystemView仿真软件选中所需要的器件,并根据设计思路和需求设置器件的性质和参数画出2FSK调制与解调原理设计仿真电路如下所示：
图212FSK键控调制与包络检波解调
（2）2FSK调制通过调制和解调之后,各个过程的波形如下所示
图222FSK已调信号波形
图23包络检波解调两路过程波形
（3）经过解调后的频谱如下：
图24已调信号、经带通滤波器后、解调信号的波形
3.2.32FSK系统仿真结果分析
2FSK非相干解调就是分别对单极性码进行调频，再对调制后的已调信号分别进行带通滤波，滤波完进行包络检波，包络检波器与一个整流器和低通滤波器是等价的。
然后抽样判决，上面的大，则判“1”，下面的抽样值大，则判“0”。
在判决时会有延迟。
3.3二进制相移键控2PSK
3.3.12PSK调制解调原理
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。
2PSK中，通常用初始相位0和∏分别表示二进制“1”和“0”。
由于表示信号的两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号一般可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘。
2PSK信号的解调通常采用相干解调法。
由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180度的相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“1”，判决器输出数字信号全部出错。
3.3.22PSK系统仿真电路图
（1）在SystemView仿真软件选中所需要的器件,并根据设计思路和需求设置器件的性质和参数等.根据线性调制2PSK调制与解调原理设计仿真电路如下所示：
图252PSK调制与解调原理设计仿真电路
（2）2FSK调制通过调制和解调之后,各个过程的波形如下所示
图252PSK相干解调过程图
（3）经过相干解调频谱
图262PSK解调信号频谱图
3.3.32ASK系统仿真结果分析
二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK的十分相似，带宽也是基带信号带宽的二倍。
在2PSK系统中，判决门限不随信道特性的变化而变化，接收机总能保持工作在最佳判决门限状态。
2PSK系统抗干扰能力强，频带利用率较高，但存在相位模糊，因此在实际中很少采用2PSK方式。
四、心得体会
五、参考文献
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