基于SystemView的2FSK的调制系统设计说明.docx

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基于SystemView的2FSK的调制系统设计说明

xxxxxxxxxxxxx广播电视方向课程设计

基于SystemView的2FSK的调制系统设计

学生

学号

所在学院

专业名称

班级

指导教师

成绩

Xxxxxxxxxxxxxxx

二○一五年五月

课程设计任务书

学生

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1日

完成日期

2015年5月31日

设计题目

基于SystemView的2FSK的调制系统设计

设计目的：

1．学习SystemView软件的使用。

2．使学生掌握利用工具软件来实现信号系统基本概念、基本原理的方法。

具体任务及要求：

1．掌握SystemView软件的使用。

2．了解2FSK的调制解调基本概念。

3．在软件上进行仿真实验，并记录仿真的结果。

4．按照课程设计报告要求，完成设计报告，参加课程设计答辩。

课程设计进度安排：

序号

容安排

时间

1

收集资料，确定实施方案

4月15日前

2

软件设计

5月15日前

3

整理资料，编写设计报告

5月25日前

4

完成定稿，打印报告

5月31日前

课程设计参考文献：

[1]白木，周洁．扩频通信的原理、工作方式、特点和应用．电力系统通信

[2]罗卫兵，捷.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计．电子技大学

[3]鹏勇．直接序列扩频通信处理增益的分析．工程技术大学学报

[4]曾兴雯.乃安.献璞.扩展频谱通信及其多址技术.：

电子科技大学

指导教

师签字

院长审核签字

基于SystemView的2FSK的调制系统设计

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。

本课程设计主要是利用System View仿真软件平台，设计一个FSK调制解调器系统，用示波器观察调制前后的信号波形，并将其记录下来，分析该系统的性能。

通过System View的仿真功能模拟实际中的FSK解调。

本课程设计研究的是基于System View的FSK解调系统设计。

文中对解调的两种方法进行简单的介绍，进而对比，选择出合适的方法完成设计。

关键词：

SystemView 2FSK调制系统

SystemViewisbasedonthemodulationsystem2FSK

Summary:

Moderncommunicationsystemsrequirecommunicationdistance,largecommunicationcapacity,bettertransmissionquality.Asoneofthekeytechnologiesdemodulationtechnologyithasbeenanimportantdirectionforresearchers.FromtheearliestmaturingAMFManalogtechnology,nowwidelyusedindigitalmodulationtechniques.Sothatthetransmissionofinformationmoreefficientandreliable.Binarydigitalamplitudeshiftkeyingmodulationisanoldmodel,whichisthebasisofavarietyofdigitalmodulation.

ThecoursedesignistheuseofSystemViewsimulationsoftwareplatformtodesignaFSKmodemsystem,usinganoscilloscopemodulatedsignalwaveformbeforeandafter,andrecorded,analyzedtheperformanceofthesystem.SystemViewsimulationfunctionalsimulationoftheactualFSKdemodulation.

ThiscourseisdesignedtostudytheFSKdemodulationsystembasedonSystemView.Inthispapertwomethodsdemodulatedbriefintroduction,andthencomparetheselectedappropriatemethodtocompletethedesign.

Keywords:

SystemView2FSKModulationsystem

前言1

1课程设计的任务与要求1

1.1课程设计的任务1

1.2课程设计的要求1

1.3课程设计的研究基础1

2FSK调制解调的方案2

2.12FSK调制的方案2

2.1.1模拟调频法2

2.1.2键控法键控法2

2.22FSK解调方案3

2.2.1非相干解调3

2.2.2相干解调4

2.32FSK数字系统解调原理4

3SystemView的应用5

3.1SystemView简介5

3.2SystemView的操作步骤5

3.2.1选择设置信号源（Source）5

3.2.2选择设置分析窗（Sink）6

3.2.3系统定时（SystemTime）6

3.3SystemView的用户环境6

3.4SystemView的基本使用7

3.5SystemView的系统定时窗口7

4基于SystemView的仿真8

4.12FSK调制8

4.1.1调制原理图8

4.1.2解调原理图9

4.1.32FSK调制解调模型9

4.22FSK的调制电路仿真15

4.2.1调制电路仿真15

4.2.2解调电路仿真17

5结束语22

参考文献24

基于SystemView的2FSK的调制系统设计

前言

当今社会通信技术的发展速度可谓日新月异，计算机的出现在现代通信技术的各种媒体中占有独特的地位，计算机在当今社会的众多领域里不仅为各种信息处理设备被使用，而且它与通信向结合，使电信业务更加丰富。

随着人类经济和文化的发展，人们对通信技术性能的需求也越来越迫切，从而又打打推动了通信科学的发展。

在通信理论上，先后形成了“过滤和预测理论”、“香浓信息论”、“纠错编码理论”、“信源统计特性理论”、“调制理论”等。

通信作为社会的基本设施和必要条件，引起的世界各国的广泛关注，通信的目的就是从一方向另一方传送信息，给对方以信息，但是消息的传送一般都不是直接的，它必须借助于一定形式的信号才能便于远距离快速传输和进行各种处理。

systemview是一种电子仿真工具。

它是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计和仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理，滤波器设计，直到复杂的通信系统等不同层次的设计。

1课程设计的任务与要求

1.1课程设计的任务

仿真设计主要研究2FSK信号的调制解调系统的实现，完成对数字信号的调制及解调，使系统简单，并要调制解调过程容易实现，能正确的完成调制解调任务。

由于FSK调制解调原理相对比较简单，作为数字通信原理的入门学，理解FSK后可以容易理解其他更复杂的调制系统，为以后的进一步发展打下基础。

1.2课程设计的要求

仿真设计主要研究2FSK信号的调制解调系统的实现，完成对数字信号的调制及解调，使系统简单，并要调制解调过程容易实现，能正确的完成调制解调任务。

由于FSK调制解调原理相对比较简单，作为数字通信原理的入门学，理解FSK后可以容易理解其他更复杂的调制系统，为以后的进一步发展打下基础。

1.3课程设计的研究基础

数字频率调制又称频移键控（FsK—FrequencyShiftKeying），二进制频移键控记作2FSK。

数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。

2FSK信号便是符号“1”对应于载频，而符号“0”对应于载频（与不同的另一载频）的已调波形，而且与之间的改变是瞬间完成的。

SystemView是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。

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。

SystemView是一个用于现代工程与科-3-学系统设计及仿真的动态系统分析平台。

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

2FSK调制解调的方案

2.12FSK调制的方案

2FSK（二进制频移键控，FrequencyShiftKeying）信号是用载波频率的变化来传递数字信息，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化。

我们可以认为，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2FSK信号的叠加。

从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。

2.1.1模拟调频法

模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方法。

用数字基带信号去控制一个振荡器的某种参数而达到改变振荡频率的目的。

如图2-1所示。

图2-1相位连续FSK调制

2.1.2键控法键控法

键控法键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。

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，使其在每一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一，该方法就是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，使其在每一个码元sT期间输出1f或2f两个载波之一。

其原理如f1门电路1门电路2相加倒相f2基带信号输入图2-2所示，它将产生二进制FSK信号。

图中，数字信号控制两个独立振荡器。

门电路（即开关电路）和按数字信号的变化规律通断。

若门打开，则门关闭故输出为1f，反之则输出2f。

这种方法的特点是转换速度快、波形好，而且频率稳定度可以做得很高。

频率键控法还可以借助数字电路来实现。

图2-2键控法电路图

2.22FSK解调方案

2FSK信号有多种解调方法，如非相干解调（包络检波法）、相干解调法、鉴频法、过零检测法及差分检波法等，下面就相干检测法、非相干检测法进行介绍。

2.2.1非相干解调

非相干解调2FSK信号的包络检波法解调方框图如图2-3所示，其可视为由两路2ASK解调电路组成。

这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的2ASK信号带宽；中心频率不同，分别为f1、f2起分路作用，用以分开两路2ASK信号，上支路对应

，下支路对应

，经包络检测后分别取出它们的包络

及

；抽样判决器起比较器作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。

若上、下支路

及

的抽样值分别用

、

表示，则抽样判决器的判断准则为

图2-32FSK信号非相干解调方框图

2.2.2相干解调

相干检测的具体解调电路是同步检波器，原理方框图如图2-4所示。

图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。

它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值

、

进行比较判决（判决规则同于包络检波法），即可还原出基带数字信号。

图2-42FSK信号相干解调方框图

2.32FSK数字系统解调原理

2FSK解调方式有相干解调方式和非相干解调方式两种，我们采用的是相干解调方式，下面详细介绍：

已调信号由f1和f2调制而成，先用两个频率分别为f1、f2的带通滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，在分别经过低通滤波器，给定定时脉冲进行抽样判决。

原理图2-5如下：

图2-52FSK数字系统解调原理

3SystemView的应用

3.1SystemView简介

利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。

用户在进行系统设计时，只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。

SystemView的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（MainLibrary）及专业库（OptionalLibrary），基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证；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。

在系统设计和仿真分析方面，SystemView还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。

在窗口，可以通过鼠标方便地控制部数据的图形放大、缩小、滚动等。

另外，分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。

3.2SystemView的操作步骤

3.2.1选择设置信号源（Source）

选中该图标并按住鼠标左键将其拖至设计区，这时所选中的图标会出现在设计区域中。

双击设计窗口中的图标后，弹出的对话框，通过PeriodicNoise/PNAperiodic和Import按钮进行分类选择和调用。

选中后单击对话框中的参数按钮Parameters，在出现的参数设置对话框中设置幅度、频率、相位。

完成后分别单击参数设置和源库对话框的按钮OK，从而完成该图标的设置。

3.2.2选择设置分析窗（Sink）

当需要对系统中各测试点或某一图标输出进行观察时，则应放置一个分析窗（Sink）图标，一般将其设置为“Analysis”属性。

Analysis图标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标之一。

具体操作和信号源设置类似。

3.2.3系统定时（SystemTime）

SystemView系统是一个离散时间系统。

在每次系统运行之前，首先需要设定一个系统频率。

各种仿真系统运行时，是先对信号以系统频率进行采样，然后按照系统对信号的处理计算各个采样点的值，最后在输出时，在分析窗，按要求画出各个点的值或拟合曲线。

3.3SystemView的用户环境

进入SystemView后，屏幕上首先出现设计窗口，所有系统的设计、搭建等基本操作，都是在设计窗口完成的。

在设计窗口中间的大片区域就是设计区域，也就是供用户搭建各种系统的地方。

在设计窗口的最上端一行是下拉式命令菜单行，通过调用这些菜单可以执行SystemView的各项功能；设计窗口中菜单行的下面，紧邻在设计区域上端一行是工具栏，它包含了在系统设计、仿真中可能用到的各种操作按钮；在工具栏的最右端是提示信息，当鼠标置于某一工具按钮上时,在该处会显示对该按钮的说明和提示信息；紧邻在设计区域左端是各种器件图标库，下面介绍些常用的几个库图标，如表3-1所示。

表3-1常用图标

3.4SystemView的基本使用

利用SystemView进行系统的设计、构建、仿真与分析，这一过程可概括为以下3个步骤：

（1）根据设计要求与系统原理画出系统原理框图。

（2）选择合适的图符和实现结构，把系统原理框图转化为SystemView模型，在SystemView设计窗口完成所设计的图形化仿真系统。

（3）运行仿真程序，分析仿真结果。

3.5SystemView的系统定时窗口

SystemView系统是一个离散时间系统，也就是说，在每次系统运行之前，首先需要设定一个系统频率。

各种系统在仿真时，首先对各信号以系统频率进行采样，然后按照系统对信号的处理计算各个采样点的值，最后输出时，在观察窗按要求画出各个点的位置或拟合曲线。

因此，系统定时是系统运行之前一个必不可少的步骤。

在设计窗口中单击工具栏中的“SystemTime”（系统定时按钮），就能打开如图3-1所示的系统定时对话框。

图3-1系统定时对话框

4基于SystemView的仿真

4.12FSK调制

4.1.1调制原理图

图4-1调制原理图

4.1.2解调原理图

图4-2解调原理图

用同频同相得本地高频型号进行解调得到同步信号，在用低通滤波器滤除高频载波，通过反向器并通过加法器相加后，得到原始基带型号，通过抽样，保持，判决，得到准确的原始信号。

4.1.32FSK调制解调模型

图4-32FSK调制解调模型

模块参数设置

Token0基带信号—PN（频率为10HZ，电平2level，偏移=0）

Token1半波整流器，门限电压=-1V

Token2半波整流器，门限电压=-1V

Token3反相器

Token4乘法器

Token5乘法器

Token6载波正弦波发生器（频率1=200HZ）

Token7载波正弦波发生器（频率2=400HZ）

Token8加法器

Token9观察窗

Token10观察窗

Token11观察窗

Token12观察窗

Token13观察窗

Token14观察窗

Token15载波正弦波发生器（频率1=200HZ）

Token16载波正弦波发生器（频率2=400HZ）

Token17乘法器

Token18乘法器

Token19模拟低通滤波器（截止频率1=200HZ）

Token20模拟低通滤波器（截止频率1=200HZ）

Token21加法器

Token22反相器

Token23观察窗

Token24观察窗

Token25观察窗

Token27观察窗

Token28抽样器（抽样频率=1000HZ）

Token29保持器

Token30判决器（a>bTrueOutput=1vFalse=-1v）

Token31观察窗

Token32比较电平发生器（电平=0V频率=0HZ）

Token33观察窗

Token34观察窗

运行时间设置

运行时间=2s采样频率=1000HZ

运行系统，利用观察窗观察各波形形状

4.1.4仿真结果

图4-4原波形（sink9）

图4-5频率f1（sink13）

图4-6频率f2（sink14）

图4-7半波整流后加到高频载波上的波形（sink11）

图4-8半波整流后加到高频载波上的波形（sink10）

图4-92FSK调制波形（sink12）

图4-10解调后波形（sink23）

图4-11经过抽样判决后的最终波形（sink31）

图4-12功率谱

改变参数

Token6载波正弦波发生器（频率f1=40HZ）

Token7载波正弦波发生器（频率f2=80HZ）

Token15载波正弦波发生器（频率f1=40HZ）

Token16载波正弦波发生器（频率f2=80HZ）

得到各频谱图为

图3-13各频谱图

图4-14输出功率谱

4.22FSK的调制电路仿真

4.2.1调制电路仿真

根据模拟调频法和键控法的原理图，利用SystemView软件进行仿真设计，得到图4-15（我们把调频法与键控法的电路合成在一电路图上，这样产生的波形易于观察和对比）

图4-152FSK信号产生的两种方法

参数设置：

Token0：

基带信号--PN码序列将参数设置为Rate=20HZ,Amplitude（幅度）=0.5v,Offset（偏移）=0.5v

Token1：

频率调制FM

Token2、6：

信号接收分析器

Token3：

键控开关

Token4、5:

载波--正弦波发生器（频率分别为50HZ、100Hz）

检查仿真电路图和参数设置无误后，进行仿真运行，运行时间设置为：

StartTime:

0秒；StopTime:

255e-3秒；采样频率：

SampleRate：

1000Hz。

如图4-16所示

图4-16运行时间设置

将电路图连接完毕后，设置这个元器件的参数，点开运行时间设置窗口，确保这个参数设置完毕，点击仿真按钮，得到调制信号与功率频谱图如下图所示。

图4-17调频法2FSK的输出

图4-18键控法2FSK的输出

图4-19键控法2FSK的功率谱图

图4-20调频法2FSK的功率谱图

分析：

从上到下依次是调制信号波形、频率为f1的已调信号波形，频率为f2的已调信号波形，2FSK信号波形。

由图中可以观察到2FSK信号就是两个2ASK信号叠加而成，因此2FSK频谱可以近似表示成频率分布为f1和f2的两个2ASK频谱的组合。

其中两个波形不同且下凹的点为相位不连续点。

4.2.2解调电路仿真

非相干解调法根据非相干解调法（包络检波法）法的原理图，利用SystemView软件进行仿真设计，得到图4-21。

图4-21非相干解调电路图

参数设置：

Token0:

NP码元，Amplitude=0.5V，Ofsetf=0.5V，Rate=10Hz，Levels=2；

Token1、2：

载波，正弦波发生器（频率分别为100Hz和150Hz）

Token3:

单刀双掷开关

Token4:

加法器

Token5:

高斯噪声std=0.5v

Token6、7:

线性系统滤波器

Token8、9：

半波整流

Token10、11：

信号接收分析器

Token12、13:

线性系统滤波器

Token14:

模拟比较器

Token15:

延迟器

检查仿真电路图和参数设置无误后，进行仿真运行，运行时间设置为：

StartTime:

0秒；StopTime:

255e-3秒；采样频率：

SampleRate：

1000Hz。

如图4-22所示

图4-22运行时间设置窗口

将电路图连接完毕后，设置这个元器件的参数，点开运行时间设置窗口，确保这个参数设置完毕，点击仿真按钮，得到调制信号与功率频谱图如下图所示。

图4-23非相干解调输出

图4-24