通信原理课程设计基于Sysem View的MSK系统仿真.doc

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1、通信原理课程设计实验报告目录1. 实验目的P32. 实验要求P33. 实验环境P34. System view简介 P35. 实验原理P46. 实验内容P97. 心得体会P138. 附录-P149. 参考文献P18一 实验目的： 培养学生掌握电路设计的基本思路和方法；使学生掌握系统各功能模块的基本工作原理；提高学生对所学理论知识的理解能力；能提高对所学知识的实际应用能力；提高学生的科技论文写作能力。二 实验要求： （1）学习SystemView仿真软件的使用；（2）对需要仿真的通信系统各功能模块的工作原理进行分析；（3）提出系统的设计方案，选用合适的模块；（4）对所设计系统进行仿真；（5）并对

2、仿真结果进行分析。三实验环境： Windows系统 System view操作软件四System view 简介: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。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，

3、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。

4、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

5、，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TsnTc，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

6、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。五实验原理：最小移频键控(MSK)是移频键控(FSK)的一种改进型。在FSK方式中，相邻码元的频率不变或者跳变一个固定值。在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位通常是不连续的。MSK是对FSK信号作某种改进，使其相位始终保持连续不变的一种调制。 二进制MSK信号的表达式可写为；（1）或者这里，（2

7、）式中- 载波角频率; - 码元宽度;（在程序中用Tb来表示）- 第个码元中的信息，其取值为;（在程序中对应a里面的内容）- 第个码元的相位常数，它在时间中保持不变。由式（1）可见，当时，信号的频率为当时，信号的频率为由此可得频率间隔为MSK信号的调制因为，所以MSK信号也可以看作是由两个彼此正交的载波与分别被函数与进行振幅调制而合成的。已知，因而故MSK信号可表示为(6.7-5)式中，等号右边的第一项是同相分量，也称为分量;第二项是正交分量，也称为分量。 和称为加权函数(或称调制函数)。是同相分量的等效数据，是正交分量的等效数据，它们都与原始输入数据有确定的关系。令，代入式(6.7-5)可得

8、根据上式，可构成一种MSK调制器，其方框图如图3所示。图3 MSK调制器的方框图MSK信号的产生步骤先对输入数据进行差分编码，这是接收端相干载波解调的需要。 把差分编码器的输出用串/并变换器合成两路，并相互错开一个码元宽度，得到和。 用加权函数和分别对和进行加权。 最后，对加权数据用正交载波和分别进行调制，并相加，相加之后的信号通过低通滤波器后即可得到MSK信号。 MSK信号的解调MSK信号的解调与FSK信号相似，可以采用相干解调，也可以采用非相干解调。图6-7-4给出了一种采用延时判决的相干解调原理方框图。关于相干解调的原理与2FSK信号时没有什么区别。这里，重点讨论延时判决法的原理。下面举

9、例说明在时间内判决出一个码元信息的基本原理。图4 MSK信号相干解调原理方框图设时间内，则MSK的的变化规律可用图6-7-4表示，在时刻，的可能相位为0、。现如果把这时的接收信号与相干载波相乘，则相乘输出为滤掉高频分量，可得图5 MSK信号在内的相位变化及相干解调的输出波形由图5(a)中可知:当输入数据为11或10时，为正极性; 当输入数据为00或10时，为负极性; 的示意波形如图5(b)所示。由此我们可知:如果经抽样判决后为正极性，则可断定数字信息不是“11”就是“10”,于是可判定第一个比特为“1”，而第二个比特等下一次再作决定。这里，利用了第二个码元提供的条件，所以判决的第一个码元所含信

10、息的的正确性就有所提高。这就是延时判决法的基本含义。从图4可以看出，输入MSK信号同时与两路的相应相干载波相乘，并分别进行积分判决。这里的积分判决是交替工作的，每次积分时间为。如果一积分在进行，则另一积分在进行，两者相差。六实验内容：MSK调制系统的方框图MSK调制系统原理图MSK解调系统的方框图MSK调制系统原理图 基带信号串/并变换后的P路信号串并变换后的Q路信号 P路加权信号 Q路加权信号MSK调制输出信号MSK解调输出信号结果分析与结论在System View仿真环境下，取采样频率为10000Hz，仿真运行时间0.04s,得到上面所示的一系列图形。经过上述仿真，可以验证MSK信号具有的

11、特征：（1）信号包络恒定；（2）在一个比特宽度T内，若a(t)=+1,则频率为，若a(t)=-1,则频率为，频率差为，频率指数为0.5。 ( 3 )在两个码元的交接处，相位是连续的。（4）在一个比特宽度内，相对于载波相位，附加相位按 变化。七.心得体会：经过这一周的通信原理课程设计的学习让我受益菲浅。在通信原理设计课程即将结束之时，我对在这周来的学习进行了总结，总结这一周来的收获与不足。取之长、补之短，在今后的学习和工作中有所受用。 本周的课程设计使用了System View软件对MSK信号的产生调制和解调进行了仿真。System View 仿真软件是通信原理实验中十分重要的工具，简化了许多繁

12、琐的运算和实际操作，本次经过一周的使用我已经可以比较熟练的操作此款软件。首先，本次课程设计培养了我的动手能力。“实验就是为了让你动手做，去探索一些你未知的或是你尚不是深刻理解的东西。”每个步骤我都亲自去做，不放弃每次锻炼的机会。经过这周，让我的动手能力有了明显的提高。其次，在使用System View仿真设计的过程中培养了我掌握电路设计的基本思路和方法；使我掌握了系统各功能模块的基本工作原理；提高了我对所学理论知识的理解与结合的能力。最重要的是本次设计提高了我分析问题解决问题的能力。在电路的调试过程中常常会问到各种各样的问题以致不能出现正常的波形，这就需要我们对电路进行分析找出问题所在。究竟是

13、调试还是解调的部分出现了错误，逐步小范围查阅资料，同学间互相讨论，检查参数，通过各种方式和手段最后顺利完成本次的课程设计。本次课程设计虽然即将结束，但从中我收获良多，这些科学的学习方式和方法使我终生受用。八附录图1 MSK信号的频率间隔与波形如图所示，MSK信号与普通2FSK信号的差别在于:选择两个传信频率与，使这两个频率的信号在一个码元期间的相位积累严格的相差。由图2(b)中的波形可以看出，“+”信号与“-”信号在一个码元期间恰好相差二分之一周期。下面来说明MSK信号的频率间隔是如何确定的。MSK信号的频率间隔对于一般移频键控(2FSK),两个信号波形具有以下的相关系数(6.7-3)式中，是

14、载波频率。MSK是一种正交调制，其信号波形的相关系数等于零。因此，对于MSK信号来说，式(6.7-3)应为零，也就是上式右边两项均应为零。第一项等于零的条件是，令等于其最小值1,则这正是MSK信号所要求的频率间隔。第二项等于零的条件是，即这说明，MSK信号在每一码元周期内，必须包含四分之一载波周期的整倍数。由此可得(为正整数;)相应地图6-7-1(b)中的信号波形是，的特殊情况。相位常数的选择应保证信号相位在码元转换时刻是连续的。根据这一要求，由式(6.7-2)可以导出以下的相位递归条件，或者称为相位约束条件，即(6.7-4)上式表明，MSK信号在第个码元的相位常数不仅与当前的有关，而且与前面

15、的及相位常数有关。或者说，前后码元之间存在相关性。对于相干解调来说，的起始参考值可以假定为零，因此，从式(6.7-4)可以得到式(6.7-2)中的称为附加相位函数，它是MSK信号的总相位减去随时间线性增长的载波相位而得到的剩余相位。式(6.7-2)是一直线方程式，其斜率为，截距是。另外，由于的取值为，故是分段线性的相位函数(以码元宽度为段)。在任一个码元期间内，的变化量总是。当时，增大;当时，减小。图2(a)是针对一特定数据序列画出的附加相位轨迹;图2(b)表示的是附加相位路径的网格图，它是附加相位函数由零开始可能经历的全部路径。表1中给出了与之间关系的一个例子。图2 附加相位函数及附加相位路

16、径网络(a)附加相位函数 (b)附加相位路径网络表1 相位常数与的关系实验参数设置编号 图标名称 参数设置 0 PN seq Amp=1v,Offset=0v,Rate=100Hz Level=2,Phase=0deg1 Sampler Interpolating,Rate=100Hz2 Smpl Delay Fill Last Register, Delay=2 Samples3 Smpl Delay Fill Last Register, Delay=2 Samples4,5 Sampler Interpolating,Rate=50Hz 6,7 Hold Last Value,Gain=

17、1,OutRate=10.e+3Hz8,34,36,39 Delay Non- Interpolating,Dealy=10.e-3sec11 Sinusoid Amp=1v,Freq=25Hz,Phase=90 deg14 Sinusoid Amp=1v,Freq=1000Hz,Phase=0 deg15 Gain Gain Units=Linear, Gain=-117-21 Real Time -22,40 Analysis -23 Sinusoid Amp=1v,Freq=25Hz,Phase=90 deg26 Costas VCO Freq=100Hz ,VCO Phase=0 de

18、g Mod Gain=1,Loop Fltr a/b:027,28 Butterworth Lowpass IIR Low cutoff=6Hz29,30,32 Sampler Sample Rate=50Hz31,41 Compare Select Comparison:a=b,True Output=1v, False Output = -1v33 Step Fct Amplitude=0v,Start Time=0sec,Outset=0v35,42 Hold Last Sample,Gain=137 Pulse Train Amplitude=1v,Frequency=50Hz, Pulse Widths=10.e-3sec 九参考文献1 樊昌信，曹丽娜编著，通信原理，国防工业出版社，2006。2 李东生.SystemView系统设计及仿真入门与应用 电子工业出版社3 罗伟雄，韩力，原东昌编著，通信原理与电路，北京理工大学出版社，1999。4 陈萍.现代通信实验系统的计算机仿真 国防工业出版社17