通信原理课程设计报告.docx
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通信原理课程设计报告
目录
一概述--------------------------------------------------2
二设计要求-----------------------------------------------2
三SystemView动态系统仿真软件简介------------------------3
3.1SystemView系统的特点------------------------------3
3.2使用Systemview进行通信系统仿真的步骤--------------5
四设计原理-----------------------------------------------5
4.12DPSK系统简介------------------------------------------------------6
4.22DPSK系统组成原理--------------------------------6
4.32DPSK信号的调制原理------------------------------6
4.42DPSK信号的解调原理------------------------------7
五模型建立及分析----------------------------------------7
5.1差分编码和差分译码模块------------------------------7
5.2调制模块-------------------------------------------9
5.3信道模块-------------------------------------------9
5.4解调模块------------------------------------------9
5.52DPSK系统模块------------------------------------10
5.62DPSK信号系统的相干解调误比特率测试----------------11
5.72DPSK信号系统的差分相干解调误比特率测试-----------14
六参考文献----------------------------------------------16
一概述
《通信原理》课程设计是通信工程、电子信息工程专业教学的重要的实践性环节之一，《通信原理》课程是通信、电子信息专业最重要的专业基础课，其内容几乎囊括了所有通信系统的基本框架，但由于在学习中有些内容未免抽象，而且不是每部分内容都有相应的硬件实验，为了使学生能够更进一步加深理解通信电路和通信系统原理及其应用，验证、消化和巩固其基本理论，增强对通信系统的感性认识，培养实际工作能力和从事科学研究的基本技能，在通信原理的理论教学结束后我们开设了《通信原理》课程设计这一实践环节。
Systemview是ELANIX公司推出的一个完整的动态系统设计、模拟和分析的可视化仿真平台。
从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域，Systemview在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。
它作为一种强有力的基于个人计算机的动态通信系统仿真工具，可达到在不具备先进仪器的条件下也能完成复杂的通信系统设计与仿真的目的，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。
在通信系统分析和设计领域具有广阔的应用前景。
在本课程设计中学生通过运用先进的仿真软件对通信系统进行仿真设计，既可深化对所学理论的理解，完成实验室中用硬件难以实现的大型系统设计，又可使学生在实践中提高综合设计及分析解决实际问题的能力，加强系统性和工程性的训练。
二设计要求
DPSK信号的产生原理、调制解调的方法以及误比特率的分析是通信原理教学中的一个重点和难点，以相干接收2DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，被调载频为1000Hz，以PN码作为二进制信源，码速率Rb＝100bit/s，信道为加性高斯白噪声信道，对该系统的误比特率BER进行分析。
1：
分析内容要求
（1）．观测仿真过程中原始基带信号波形、差分码波形、2DPSK信号波形、本地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、抽样判决输出波形以及码反变换后的输出波形。
观测输入和输出波形的时序关系；
（2）．在2DPSK系统中，“差分编码／译码”环节的引入可以有效地克服接收提取的载波存在180°相位模糊度，即使接收端同步载波与发送端调制载波间出现倒相180°的现象，差分译码输出的码序列不会全部倒相。
重新设置接收载波源的参数，将其中的相位设为180°，运行观察体会2DPSK系统时如何克服同步载波与调制载波间180°相位模糊度的。
（3）、利用建立的SystemViewDPSK系统相干接收的仿真模型进行BER测试，产生该系统的BER曲线以此评估通信系统的性能；它以相干接收DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，信道模型为加性高斯白噪声信道，利用全局参数链接功能通过设置循环来改变噪声功率得到不同信噪比下的误比特率,
2．分析目的
误比特率（BER：
BitErrorRate）是指二进制传输系统出现码传输错误的概率，也就是二进制系统的误码率，它是衡量二进制数字调制系统性能的重要指标，误比特率越低说明抗干扰性能越强。
对于多进制数字调制系统，一般用误符号率（SymbleErrorRate）表示，误符号率和误比特率之间可以进行换算，例如采用格雷编码的MPSK系统，其误比特率和误符号率之间的换算关系近似为：
其中，M为进制数，且误比特率小于误符号率。
通过仿真操作掌握SystemView系统误比特率分析的方法。
三SystemView动态系统仿真软件简介
1．SystemView系统的特点
SystemView属于一个系统级的工作平台，它通过方便、直观、形象的过程构建系统，提供了丰富的部件资源、强大的分析功能和可视化开放的体系结构，已逐渐成为各种通信、信号处理、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。
整个系统具有如下特点：
（1）强大的动态系统设计与仿真功能
SystemView提供了开发电子系统的模拟和数字工具，在基本库中包括多种信号源、接收器、各种函数运算器等，大量的信号源和丰富的算子图符和函数库便于设计和分析各种系统；多种信号接受器为时频域的数值分析提供了便捷的途径；它还自带有通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等专业库以备选择，正是由于这些库中提供了大量完成具体功能的直观的图符单元，使复杂的系统设计和模拟变得易于实现，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。
它还可以实时的仿真各种DSP结构，以及对各种逻辑电路、射频电路进行理论分析和失真分析。
随着现代通信技术的发展，无线通信技术已日趋成熟和完善，利用SystemView带有的CDMA、DVB等扩展库即可十分方便的完成这些系统的设计和仿真。
（2）方便快捷
SystemView使用了用户熟悉的Windows界面功能键，采用功能模块去描述系统。
设计窗口中各功能模块都用形象直观的图符表示，图符参数可根据需要实时调整，无需进行复杂编程即可完成各种系统的设计与功能级上的仿真。
同时其无限制的分层结构使建立庞大而复杂的系统变得容易。
在系统仿真方面，SystemView还提供了一个灵活的动态探针功能，可以仿真实际的示波器或频谱分析仪的工作，用于输出信号观察。
用户可以方便快捷地在设计窗口和分析窗口之间切换，分析窗口带有的“接收计算器”功能强大，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波以及眼图与星座图绘制等，通过真实而灵活的分析窗口用以检查系统波形。
使得对所设计的系统可达到实时修改、实时直观显示的操作效果，
（3）可扩展性
Systemview具有与外部数据文件的接口，可直接获得并处理输入/输出的数据，使信号分析更加灵活方便。
另外，它还提供了与编程语言VC++或仿真工具Matlab的接口，可以很方便的调用其函数。
除了一般的方案论证外，SystemView还提供了灵活的硬件设计的接口：
与Xilinx公司的软件CoreGenerator配套，可以将SystemView系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件；SystemView还有与DSP芯片设计的接口，可以将其DSP库中的部分器件生成DSP芯片编程的C语言源代码。
总之，Systemview是一个功能强大、用途广泛的工具平台，并且特别适合于信号的分析、处理及系统的设计和模拟。
目前他在工程技术、教学和产品开发等方面得到越来越广泛的应用。
2．使用Systemview进行通信系统仿真的步骤
（1）建立系统模型：
根据通信系统的基本原理确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，根据各个部分之间的关系，画出系统框图。
（2）基本系统搭建和图标定义：
从各种功能库中选取满足需要的可视化图符和功能模块，组建系统，设置各个功能模块的参数和指标，在系统窗口按照设计功能框图完成图标的连接；
（3）调整参数，实现系统模拟参数设置，包括运行系统参数设置（系统模拟时间、采样速率等）等。
（4）运行结果分析：
在系统的关键点处设置观察窗口，利用接收计算器分析仿真数据和波形，用于检查、监测模拟系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。
四设计原理
1．2DPSK系统简介
在几种种基本的数字调制方式中，2PSK具有最好的误码率性能，但2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，易造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。
这个问题将直接影响2PSK信号用于长距离传输。
为克服此缺点并保存2PSK信号的优点，采用二进制差分相移键控（2DPSK），2DPSK信号是将2PSK输入信号经过差分编码变成相对码传输，在接受端再通过差分译码输出信号。
2．2DPSK系统组成原理
2DPSK系统组成原理如图4-1所示，系统中差分编、译码器是用来克服2PSK系统中接收提取载波的180°相位模糊度。
3.2DPSK的调制原理
一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。
（1）模拟调制法
2DPSK信号的的模拟调制法框图如图4-2所示，其中码变换的过程为将输入的绝对码转换为相对码。
图4-2模拟调制法
（2）键控法
2DPSK信号的的键控调制法框图如图4-3所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。
选相开关作用为当输入为数字信息“0”时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi。
开关电路
图4-3键控法
42DPSK的解调原理
2DPSK信号最常用的解调方法有两种，一种是相干解调法，另一种是差分相干解调法。
（1）2DPSK的相干解调法
它的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决的到基带信号的差分码，再经过逆差分器，就得到了基带信号。
它的原理框图如图4-4所示。
图4-42DPSK相干解调原理框图
（2）2DPSK信号差分相干解调法
差分相干解调的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，此后该信号分为两路，一路延时一个码元的时间后与另一路的信号相乘，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，抽样判决器的输出即为原基带信号。
它的原理框图如图4-5所示。
图4-52DPSK差分相干解调原理框图
2DPSK系统误比特率测试
相干DPSK系统BER测试利用SystemView来产生一个通信系统的BER曲线以此评估通信系统的性能；它以相干DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，信道模型为加性高斯白噪声信道，利用全局参数链接功能通过设置循环来改变噪声功率得到不同信噪比下的误比特率,相干2DPSK系统误比特率测试的结构框图如图4-6所示：
图4-6相干2DPSK系统误比特率测试的结构框图
五模型建立及分析
5.1差分编码和差分译码模块
差分变换模型的功能是将输入的绝对码变为它的相对码，同理差分译码模型的功能是将输入的相对码变为它的绝对码。
用到的SystemView模块有延时器Delay异或门。
（1）差分编码模块
差分编码的过程就是将基带信号与差分码前一个码元求异或，所以异或门的输出经单位延时后与基带信号分别接到异或门的两个输入端，异或门的输出就是基带信号的差分码，如图5-1所示。
（2）差分译码模块
差分译码的过程就是将差分码与差分码前一个码元求异或，所以差分码经单位延时后与差分码别接到异或门的两个输入端，异或门的输出就是基带信号的绝对码，如图5-2所示。
图5-1图5-2
如图5-3所示为差分编码的输入信号，图5-4是差分编码的输出信号，经过图5-1的差分编码模块将绝对码变成相对码。
图5-3
图5-4
5.2调制模块
该模块的功能是将差分码加载波（sin或cos）便于传输。
其模块及输出波形如图5-5所示。
图5-5调制模块及输出波形
5.3信道模块
信道可以用高斯白噪声代替，其模型及输出波形如图5-6所示。
图5-6信道模块及输出波形
5.4解调模块
解调模块有低通滤波和抽样判决组成。
低通滤波由低通滤波器组成，低通滤波器模型的作用是只允许通过（0，fh）范围内的频率分量，并且将其他范围的频率分量衰减到极低水平。
若码元传输速率是100B，则低通滤波器的截止频率设为90HZ较好；抽样判决器的功能是根据位同步信号和设置的判决电平来还原基带信号，样判决由抽样器、保持器和比较器组成。
解调模块如图5-7所示，滤波输出如图5-8所示，抽样判决输出如图5-9所示。
图5-7解调模块
图5-8滤波输出
图5-9抽样判决输出
5.52DPSK系统模块
2DPSK系统由信源模块、差分编码模块、调制模块、信道模块、解调模块、差分译码模块组成，在低频时对比输入输出，检验其抗噪声性能，其系统模型如图5-10所示，仿真图形如图5-11所示，由上到下依次为:
绝对码波形、相对码波形、调制波形、加噪声波形、低通滤波输出波形、抽样判决输出波形（相对码）、输出绝对码波形。
图5-102DPSK系统模块
图5-11仿真结果波形图
仿真时，系统时钟定义为No.ofSamples=128,SampleRate=1e+3Hz.图中各图符参数主要如下表5-1.
表5-1：
标号
名称
参数
0
PN信源
Amplitude=1v,Rate=20Hz,
Offset=0v,No.Levels=2
2、18
Delay延时
Non-interpolatingDelay=50e-3
6、20
正弦载波
Amplitude=1v,Fre.=20Hz
11
GaussNoise
Densityin1ohm
Density=2e-3w/Hz
13
Lowpass
LowCuttoff=25Hz
14、24
Sampler
SamplerRate=1000Hz
其中32和33标号是消除码元由高变低时的冲击。
仿真生成的瀑布图见附录。
5.62DPSK信号系统的相干解调误比特率测试
相干解调法是2PSK解调加差分译码，2PSK解调器将输入的2DPSK信号还原成相对码，再由差分译码器（码反变换器）把相对码转换成绝对码输出。
设计模块图如图5-12所示。
图5-12误码率测试模型图
进入系统视窗后，设置“时间窗”参数：
No.ofSamples=131072;
SampleRate=30e+3Hz;
No.ofSystemLoops=10.
图中各图符主要参数如下设置：
表5-2：
编号
名称
参数
0
PN信源
Amplitude=1v,Rate=1e+3Hz
No.Levels=2,Offset=0v
1、15
Delay
Non-interpolating
Dela=1e-3sec
11、12
本地载波
Amplitude=1v，Fre.=1e+3Hz
13
GaussNoise
Densityin1ohm
Density=3e-3W/Hz
37
Lowpass
LowCuttoff=1100Hz
7、18
Sampler
SampleRate=1e+3Hz
44
gain
dBPowerGain=-17
22
BER
No.Trials=1e+3Bits
Threshold=0v
在系统窗下，创建以2PSK传输系统为BER分析对象的仿真分析系统，在创建的系统中，必须使与2PSK信号叠加的高斯噪声强度自动可变，才能得到随SNR改变的BER分析曲线，可在高斯噪声源与加法器之间插入一个增益随每次循环改变的“Gain”图符块；每次循环时，输入的2DPSK信号功率保持不变，而叠加的高斯噪声功率逐次衰减，即SNR不断增加。
通常为了衡量一种信道的优劣，常常将测出的BER/SNR曲线与标准的DPSK的理论BER曲线进行比较。
相干解调误码率曲线如图5-13所示：
图5-13相干解调下的误码率曲线
上面一条曲线是实际的误码率曲线，下面一条曲线是理论误码率曲线。
5.72DPSK信号系统的差分相干解调误比特率测试
差分相干解调法是直接比较前后码元的相位差而构成的，故也称为相位比较法解调。
这种方法不需要码变换器，也不需要专门的相干载波发生器，因此设备比较简单、实用。
延时电路的输出起着参考载波的作用。
乘法器起着相位比较（鉴相）的作用。
设计模块如图5-14所示。
图5-14差分相干解调下的误码率曲线
进入系统视窗后，设置“时间窗”参数：
No.ofSamples=131072;
SampleRate=30e+3Hz;
No.ofSystemLoops=10.
图中各图符主要参数如下设置：
表5-3：
编号
名称
参数
0
PN信源
Amplitude=1v,Rate=1e+3Hz
No.Levels=2,Offset=0v
1、51
Delay
Non-interpolating
Dela=1e-3sec
11
本地载波
Amplitude=1v，Fre.=1e+3Hz
13
GaussNoise
Densityin1ohm
Density=3e-3W/Hz
53
Lowpass
LowCuttoff=1100Hz
7、18
Sampler
SampleRate=1e+3Hz
44
gain
dBPowerGain=-17
60
BER
No.Trials=1e+3Bits
差分相干解调误码率曲线如图5-15所示：
图5-15差分相干解调下的误码率曲线
综上，非相干解调方法下的误码率波形不如相干解调方法下的BER波形好。
六：
参考文献：
[1]樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯.通信原理（第五版）[M]北京：
国防工业出版社，2002
[2]罗卫兵，孙桦，张捷.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M]北京：
电子工业出版社，2002
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SystemView系统设计及仿真入门与应用[M]北京:
电子工业出版社,2002
[4]青松,程岱松,武建华等。
数字通信系统的SystemView仿真与分析[M]北京:
北京航空航天大学出版社,2001
[5]仇润鹤,刘世地,唐明浩.SystemView及其通信系统仿真分析实验指导书.东华大学信息学院通信系内部实验指导书,2005．
[6]韩力.SVU实验指导书,北京理工大学内部资料,2008
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