基于SystemView的PM系统设计.docx
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基于SystemView的PM系统设计
基于SystemView的PM系统设计
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摘要调相（PhaseModulation，缩写：
PM）是一种以载波的瞬时相位转变来表示信息的调变方式。
在模拟应用中，载波的相位跟从输入信号的幅度直接成等比例转变。
调相技术除直接用于传输外，也经常使用作间接产生PM信号的过渡。
本课程设计要紧是实现模拟信号的调相进程，同时对已调信号加以解调。
设计通过SystemView软件实现系统的设计和仿真，最后仿真成效与理论分析一致。
关键词调相；解调；设计和仿真；SystemView
1、引言
信号调制的本质是频谱的搬移，把携带基带信号的频谱搬移到较高的频带上，适于信道的传输。
模拟信号的调相（PM），即已调信号瞬时相位偏移受基带信号的操纵而改变的调制进程，调相信号的瞬时相位偏移与基带信号呈线性关系。
已调信号频谱可不能是原调制信号频谱的线性搬移，而会产生与频谱搬移不同的新的相位，故又称为非线性调制。
本课程设要紧是设计一个模拟信号的调相和相干解调系统的传输进程，同时运用SystemView加以实现和仿真。
课程设计的目的
第一要深切了解模拟信号调相和解调的原理，同时把握SystemView平台的利用，然后设计模拟系统的传输进程并仿真，观看调制信号与解调信号的波形，和已调信号与调相信号的频谱转变，最后加入噪声，分析系统的抗噪声性能。
课程设计的要求
设计平台为SystemView集成环境。
在SystemView下构建调制解调电路，运行仿真后，观看解调信号与调制信号的波形并分析，要求解调后的波形与调制波形大体一致。
同时观看调制前后的信号频谱转变并分析，要求符合调相信号的频谱非线性搬移特性。
在调制解调电路上加入噪声源（高斯白噪声）后，观看解调信号的失真情形并加以分析，要求系统在必然范围内具有良好的抗噪声性能。
独立完成所有的设计。
2、设计原理
调相信号的产生——直接调相法
调相确实是用调制信号操纵载波的频率转变。
调相信号的瞬时相位偏移能够表示为：
其中
为载波瞬时相位偏移，
为调制信号，
为调相灵敏度，含义是单位调制信号幅度引发PM信号的相位偏移量。
调相信号的时域表达式为：
调相信号的产生那个地址要紧介绍了直接调相法。
直接调相确实是用调制信号直接去操纵载波振荡器的相位，使其按调制信号的规律线性地转变。
能够由外部电压操纵振荡器相位的叫做压控振荡器（VCO）。
每一个压控振荡器自身确实是一个PM调制器，因为它的振荡相位正比于输入操纵电压，即
假设用调制信号作操纵电压信号，就能够产生PM波，如图：
图调相器
假设被操纵的振荡器是LC振荡器，那么只需操纵振荡回路的某个电抗元件（L或C），使其参数随调制信号转变。
目前经常使用的电抗元件是变容二极管。
用变容二极管实现直接调相，由于电路简单，性能良好，已成为目前最普遍采纳的调相电路之一。
在直接调相法中，振荡器与调制器合二为一。
这种方式的要紧优势是在实现线性调相的要求下，能够取得较大的相偏；其要紧缺点是相位稳固度不高。
调相信号的解调——相干解调
由于调相信号能够分解成同相分量与正交分量之和，因此能够采纳线性调制中的相干解调法来进行解调，如图：
图PM信号相干解调
依照公式能够设调相信号
并设相干载波
那么相乘器的输出为
经太低通滤波器掏出其低频分量
再经微分器，即得解调输出
可见，相干解调能够恢恢复调制信号。
这种解调方式需要本地载波与调制载波同步，不然将使解调信号失真。
3、设计步骤
设计模拟调相与解调系统
利用SystemView的设计窗口，绘制出模拟信号调相与解调系统流程。
由于SystemView系统是一个离散时刻系统[4]。
在每次系统运行之前，第一需要设定一个系统频率。
仿真各类系统运行时，先对信号以系统频率进行采样，然后依照系统对信号的处置计算各个采样点的值，最后在输出时，在观看窗内，按要求画出各个点的值或拟合曲线。
本次系统的时刻设置为：
起始时刻（StartTime）1s，停止时刻（StopTime）2s,时刻距离（TimeSpacing），样本数（Sample）1001，具体在SystemView中实现如图：
图时刻设置
设置系统时刻以后，就利用设计窗口绘制模拟信号的调相与解调的SystemView模型，设计参数如下：
图符14：
积分器，增益为0。
图符0：
调制信号，设置为正弦曲线，振幅为1v,，频率为10Hz，初始相位为0；
图符1：
调相器，振幅为1v，频率为100Hz，相位为0，增益为50Hz/v。
SystemView中提供的调相器实现了系统的调相进程，相当于原理中直接调相法中的压控振荡器。
图符2：
带通滤波器，滤波器类型为切比雪夫带通滤波器，滤波器阶数为3，最低频率为90Hz，最高频率为100Hz。
带通滤波器是为了让调制信号顺利通过，同时滤除带外噪声及高次谐波分量。
图标3：
乘法器，将已调信号与相干载波相乘。
图标5：
反相器，相干载波源提供信号，再通过反相器得到系统所需相干载波。
图标6：
低通滤波器，滤波器类型为切比雪夫，阶数为5，低通频率为10，通太低通滤波器，掏出相乘器输出信号的低频分量。
图标7：
微分器，增益为0，信号的低频分量通过微分器，即可取得解调信号。
图标8，9，10：
信号同意器
上述所有参数如表3-1所示：
表3-1PM调制解调系统图符设置
图符编号
库、图符名称
参数
0
Source：
Sinusoid
Amp=1v，Freq=10Hz，Phase=0deg
1
Function：
PM
Amp=1v，Freq=100Hz，ModGain=50
表3-1续PM调制解调系统图符设置
图符编号
库、图符名称
参数
2
Operator：
LinearSys
ChebyshevBandpass，3Poles，LowCuttoff=90，HighCuttoff=100
3
Multiplier
5
Negate
6
Operator：
LinearSys
ChebyshevLowpassIIR，5Poles，Fc=10Hz
7
Derivative
Gain=0
8、9、10
Sink：
Analysis
相关元件参数如以下图一、二、3、4所示：
图1输入信号的参数
图2带通滤波器图1
图3带通滤波器图2
图4低通滤波器
综上所述，设计系统第一通过信号源（图标0），提供调制信号，通过积分器（图标14），然后信号通过调相器（图标1），对调制信号进行调相，取得调相信号，再通过加法器（图标12）。
接下来，调相信号进入相干解调部份。
调相信号通过一个带通滤波器（图标2）滤除调相信号中的外带噪声和高次谐波分量，然后加入一个相干载波与调相信号相乘。
相干载波由信号源（图标4）通过反相器（图标5）取得。
相乘后的信号经太低通滤波器（图标6），掏出低频分量，再通过微分器（图标7），即取得解调输出。
具体在SystemView中实现，如下图：
图模拟系统调相与解调的SystemView模型
在设计系统模型中要紧碰到了一下几个难点：
1.带通滤波器和低通滤波器的参数设置碰到了障碍，最后通过度析调制信号和调相器的参数，反复修改验证，取得了系统所需滤波器的参数。
2..起初设计系统时没有考虑调制信号的延时问题，仿真后，解调信号和调制信号波形频率振幅相等，可是画到一路吻合成效不明显，如下图：
图未加延时器是调制信号和解调波形
加入延时器后，这一问题取得解决，具体成效可参照下一末节的调制波形与解调波形的分析比较。
调制信号、调相信号、解调信号的波形分析
运行SystemsView模拟信号调相与解调模型以后，能够取得如图所示的调制信号与解调信号：
图调制信号与解调信号
由图的调制信号与解调信号成效图能够明显的看出调制信号与解调信号大体重叠，仅是起始端有些细微的不同，这是因为解调系统在现在还未能进入状态，还未能对信号进行正确的解调，从图中能够看出通过很短的时刻，相干解调系统就实现了对信号的正确解调。
因此能够证明系统的设计是成功的。
通过SystemView分析窗口中的“Sink Calcutor”也确实是同意计算器可以计算出调制信号的频谱和调相信号的频谱，计算结果如图和图：
图调制信号的频谱
图调相信号的频谱
比较调制信号与调相信号的频谱能够明显的看出调相信号相对于调制信号频谱扩展了，这能够充分证明调相是非线性调制，正如调相的原理所述，调制信号的频谱不是原调制信号的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率部份，故又称为非线性调制。
同时从调相信号的时域波形（图）能够明显的看出，调制信号的频率明显增高，这完全符合引言中对于调制本质的描述，调制的本质确实是把携带基带信号的频谱搬移到较高的频带上。
图调相信号时域波形
综上所述，本次设计的模拟调相与相干解调系统实现了信号的调制与解调的进程，仿真波形与频谱也符合原理的描述。
系统的抗噪声性能
加入噪声后，系统的SystemView模型如下图：
图加入噪声后的系统SystemView模型
由于加性噪声被以为只对已调信号的同意产生阻碍，因此通信系统的抗噪声性能能够通过解调系统的抗噪声性能来衡量。
设计中，在调制信号进入解调系统之前加入一个高斯白噪声，噪声由信号源（图符17）提供，通过加法器（图符12），加入系统中。
系统加入噪声后的模型相对原系统增加了以下两个图符：
图符12：
加法器，将噪声加入调相信号
图符17：
噪声源，高斯白噪声
上述参数如表3-2所示：
表3-2系统加入噪声后的补充图符设置
图符编号
图符名称
参数
12
Adder
17
Source：
GaussNoise
Amp=1v
再次运行系统能够取得输入与输出波形对照，如下图：
图噪声为时输入信号与输出信号的对照
由此解调波形可知，加入噪声后的解调波形严峻失真，为了解决失真严峻的问题，能够尝试改变高斯白噪声的幅值，减小噪声。
第一次将的幅值降到了，从图能够明显的看出解调信号的失真情形取得了减缓，尽管还不是很理想，可是能够证明减小噪声幅值，能够减小失真，因此能够继续尝试，取得理想的解调波形。
第二次将幅值降到了，如图，失真相关于的幅值又有了必然程度的减小。
第三次将幅值降到了，如图，失真相关于的幅值进一步减小。
第四次将幅值降到，如图，失真就已经比较小了。
由上述进程能够看出系统在加入高斯白噪声的幅值小于时抗噪声性能良好。
图噪声为是输入信号与输出信号的对照
图噪声为时输入信号与输出信号的对照
图噪声为时输入信号与输出信号的对照
图噪声为是输入信号与输出信号的对照
4、显现的问题及解决方式
设计中显现的问题
（1）设计初，对本次设计的设计平台SystemView全然不了解。
（2）设计初，对PM的相关原理明白得不是很深刻。
（3）设计系统传输进程时，对选择非相干解调仍是相干解调不是很明确。
（4）运用SystemView设计运行出来的波形不是很理想。
（5）输出信号与解调信号的幅度不同。
解决方式
（1）认真研读教师给予咱们的辅助教材，并上网下载了SystemView的相关教程，同时请教班上对此软件运用较熟悉的同窗，到最后终于能大体独立地运用该软件设计实现系统。
（2）认真研究通信原理的相关资料，请教了一些对PM原理明白得较深的同窗，对PM原理有了足够程度的了解。
（3）调相信号的解调有相干解调和非相干解调两种解调方式，由于相干解调的同步信号限制，故应用范围较小，实际中一样采纳非相干解调，并且非相干解调的抗噪声性能较好。
起初打算选择非相干解调，但老是无法显现令人中意的结果，最后尝试了相干解调法，使得解调波形知足了设计要求。
（4）1.系统的解调波形与调制信号不能专门好的吻合，不能明显地看出解调成效，加入一个延迟器，解决了这一问题。
2.加入噪声后，解调波形失真比较严峻，反复减小加入噪声的幅值，失真情形取得了必然程度的减缓。
（5）反复调剂解调载波的参数，最后使得输出信号与解调信号的幅度大体相同。
5、终止语
自从接到这一实习任务，到此刻完成这次课程设计，已通过去了一个多礼拜。
这一礼拜来，我从一个对SystemView一窍不通的懵懂学生，变成了一个粗通该项技术的设计者，感觉收成是庞大的，心情是喜悦的，阳光是灿烂的，学习是美好的。
这一礼拜里，有困惑，也有感悟；有沮丧，也有振奋。
这短短的一个礼拜，也使我明白了很多道理。
任何一项事业，贵在坚持，贵在钻研。
教师和同窗们给了我很多帮忙，我很感激。
我想，这才是人一辈子进程中一种真正宝贵的财富吧。
一个礼拜前，在终止了所有的考试后，咱们迎来了本学期最后一项学习任务—通信原理课程设计。
说实话，这门课我学的并非是专门好。
因此，对这次课程设计，我并非是很有把握。
结果课程设计任务发下来以后，我看到了我的题目---基于systemview的PM系统设计。
PM系统由于与FM系统联系较紧密，而FM系统相关资料较PM系统多很多。
在查阅了大量的资料后，我在对FM系统有了必然了解后，开始着手于我的PM系统设计。
事实上，这次设计的最大难题是，咱们以前全然没有接触到systemview那个软件，对它全然不了解。
于是，咱们从图书馆借来大量的systemview方面的资料，从网上下载了教程，开始对该系统的钻研。
通过一段时刻的熟悉与锻炼，在对该软件有了必然程度的把握后，咱们开始了课程设计。
设计进程中，咱们碰到了很多困难，显现了很多问题。
咱们失败过，但并非气馁。
大伙儿从犯错的地址认真推敲、实验，一次次、一遍遍，终于换来了今天的成功果实。
在此，我要向敬爱的蔡教师和单教师致以真挚的谢意，感激你们为咱们这次课程设计的成功做出的庞大帮忙与热诚辅导。
没有你们的倾情教育与鼓舞，咱们是不可能完成这次课程设计的。
咱们从这次宝贵的实践中熟悉到，课堂教育与实践活动是紧密相连的。
咱们不仅要学习好课堂知识，还要有必然的实践能力。
教师是给予咱们如此机遇的最仁厚的长者。
咱们必然要把握扎实的学习基础，锻炼出壮大的实践能力。
如此才是教师辛勤教育的最大回报。
此刻要过春节了，学生就在那个地址提早给教师拜个早年———祝教师躯体健康、合家欢乐、工作顺利、一生平安！
参考文献
[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理.第6版.北京：
国防工业出版社，2020-3
[2]孙屹，戴研峰.SystemView通信仿真开发手册.国防工业出版社2004-11
[3]张辉，曹丽娜.现代通信原理.西安电子科技大学出版社
[4]SystemView教程与实例.OpenHW网站.：
2005
[5]罗伟雄，韩立，原东昌.通信原理与电路.北京：
北京理工大学出版社，1999
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