基于System View的2FSK调制解调器设计.docx
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基于SystemView的2FSK调制解调器设计
摘要
目前,随着科学技术的迅猛发展,信息技术已成为促进社会发展的强大动力。
通过广泛的传播与利用,信息才可显示其真正的价值。
信息凭借着各种通信技术才得以传播。
对于通信技术而言,通信质量的好坏对于信息传递至关重要。
相对于模拟通信系统,数字通信系统在此方面具有更多的优点。
为了使基带信号的功率谱搬移到较高的载波频率上和实现远距离传输通信,我们通常采用三种方法进行数字调制:
相移键控(PSK)、频移键控(FSK)和幅移键控(ASK)。
当调制信号为二进制数字信号的调制方式称为二进制数字调制,又可分为二进制相移键控(2PSK)、二进制频移键控(2FSK)和二进制幅移键控(2ASK)等多种基本类型。
本毕业设计主要通过SystemView软件,设计一个2FSK调制解调器,并用SystemView软件实现该调制解调器,从而对2FSK系统进行仿真,观察仿真并进行波形分析,分析2FSK的信号的调制解调方式和频谱特性,对2FSK的抗噪声性能分析从而进行系统的性能评价。
关键词:
SystemView;2FSK;调制;解调
Abstract
Atpresent,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,informationtechnologyhasbecomeastrongforcetopromotethedevelopmentofsociety.Informationcanshowitsrealvaluethroughextensivecommunicationandutilization.Itistheallkindsofcommunicationtechnologythatspreadinformation.Forcommunicationtechnology,thecommunicationqualityisvitalforinformationtransfer.Comparedwiththeanalogcommunicationsystem,digitalcommunicationsystemhasmoreadvantagesinthisaspect.Inordertomakethebasebandsignalpowerspectrumtoahighercarrierfrequencyandrealizeremotetransmissioncommunication,Weusuallyadoptthreemethodsfordigitalmodulation:
phaseshiftkeying(PSK)、frequencyshiftkeying(FSK)andamplitudeshiftkeying(ASK).Whenthemodulatedsignalisabinarydigitalsignals,wecalledbinarydigitalmodulation.Binaryisdividedintobinaryphaseshiftkeying(2PSK)、binaryfrequencyshiftkeying(2FSK)、binaryamplitudeshiftkeying(2ASK)andotherbasictypes.
ThisgraduationdesignismainlythroughtheSystemViewsoftware,todesigna2FSKmodemandtorealizethemodembyuseoftheSystemViewsoftwareinordertothesimulationofthe2FSKsystem,observethesimulationandanalysethewaveform,analysethemethodsofmodulationanddemodulationandthespectrumpropertiesof2FSKsignal.
Keywords:
SystemView;2FSK;Modulation;Demodulation;
第一章绪论
1.1课题的来源
目前,教学中最活跃的领域之一就是电子技术实验教学。
传统的教学大部分是纯硬件的,即需要通过实际的电路元器件进行试验。
但近些年来,随着EDA(ElectronicDesignAutomation,电子设计自动化)技术的普及,引进了各种软件设备来进行试验的仿真,进而使很多电子试验和系统的设计方法产生了翻天覆地的变化。
该技术改变了电子技术试验教学基础上传统的试验方法,构成了各种由计算机软件组成的虚拟器件和仪器,从而一方面可以很大程度的降低试验教学成本,另一方面又可以充分发挥同学的能力去设计和仿真各种电路系统,大大提高了同学的实际操作能力和设计能力,为以后的就业提供的良好的条件。
因此,软件电子技术试验教学将在今后的教学领域中越来越重要,基于计算机平台的电子仿真技术不可或缺。
课题来源于老师,旨在设计一个更佳的2FSK调制解调系统。
1.2课题的意义
现代通信的一个核心内容就是数字调制解调技术。
由于数字信号在数字通信系统中含有丰富的低频成份,若进行长距离或无线传输会造成信号失真,所以需要进行数字调制,经过调制就可使基带信号的功率谱搬移到较高的载波频率上和实现远距离传输通信。
相对于模拟调制而言,数字调制有自己突出的特点:
(1)通信过程中若有干扰,数字信号容易检测,所以抗干扰能力较强;
(2)数字信号容易转变为光脉冲信号,所以便于通信过程中进行传输;(3)数字通信过程中各类信号可以变成二进制,便于处理存储,并且可靠性高,可以控制传输过程中的错误;(4)数字信号保密性好并且可以加密。
常用的数字调制方式有PSK(移相键控)、FSK(移频键控)、ASK(移幅键控)等。
时分复用的基本技术之一就是数字调制,其中用数字信号去调制载波的频率称为FSK技术,当数字信号为“0”和“1”时,该调制为2FSK技术,该技术应用广泛尤其是在通信系统中。
学习2FSK调制/解调基本原理,设计一个完整可靠的2FSK调制解调系统,用SystemView对系统进行波形仿真分析与波形设计,以此提高自己的分析问题、解决问题和设计系统的能力。
通信系统中的核心技术之一是调制解调技术,该技术对于通信系统起着至关重要的作用,它的好坏决定了系统的整体性能,是无线通信的关键所在。
2FSK解调调制技术不但可以提高系统频带宽带,还可以更精准的处理信号相位。
该技术广泛应用与短距离传输的、数据率较低数量比较小的无线通信领域。
FSK在多个领域已经有了许多成熟的研究,比如
1.电子消费的低成本和便携式,为使各种功能集成在单一片中的设备。
若手机、3G无线端可携带设备、PAD等使用单一低电压电源的系统,由于工作周期长并且不能持续供电导致设备不能长时间使用,所以进行低功耗的设计迫在眉睫,然而FSK刚好容易集成至单片芯片中且适合这些低压系统。
2.蓝牙通信设备,使用FSK调制解调技术的领域之一的应用是蓝牙通信。
蓝牙可以在各种设备之间实现无线通信,可以代替短距离的通信电缆,在商务等很多领域有良好的前景。
3.2FSK技术可以用于医学上的微电子器件植入,微电子器件植入的医疗技术在未来几年具有广阔的前景,可以使更多的病人受益,尤其可以治疗那些药物不起任何作用的器官缺陷或者机能缺陷的病人。
1.3SystemView系统
SystemView是由美国公司Elanix生产的软件,它属于一个用于科学系统设计仿真分析的系统级工具平台,它是一种可用于各种系统的动态设计、仿真和分析的可视化软件,该软件是基于Windows环境下运行的可提供电子系统的模拟,主要应用于滤波器设计、通信系统、信号处理和控制系统的设计仿真,它使用的程序是功能模块描述。
本毕业设计是在SystemView软件平台上面实现2FSK调制解调器的设计和仿真。
1.4主要研究内容
了解研究2FSK调制解调的原理,学习SystemView软件的使用,通过网络和书籍收集资料,选择合适的电路元器件以及参数并进行连接从而设计一个2FSK调制解调系统,并用SystemView软件对此系统进行仿真,通过对波形的分析,对设计的系统进行性能评价,从而指出该系统的优缺点。
第二章SystemView的介绍
2.1SystemView概述
2.1.1SystemView简介
美国Elanix公司研制了该软件,Elanix公司主要从事硬件和软件的信号处理和通信系统等的研发设计。
SystemView是一款在Windows环境下运行的可视化软件工具,它通过使用功能模块来描述程序,不需要任何的程序语言即可用于系统仿真分析,也就是说该软件不像其它软件那样需要写代码才可以完成各种通信系统的设计仿真。
从通信系统的设计仿真、滤波器设计、信号仿真处理直到各个领域中,SystemView在完整功能和友好的环境下,给用户提供了一个良好的分析工具,从而灵活快捷的建立各种通信系统、修改与调整系统参数。
通过SystemView可构造各种复杂的通信系统例如各种多速率以及各种模拟、数字、数模混合系统。
因此,使用SystemView可以进行各种控制系统的设计和仿真。
用户进行系统仿真设计时,仅仅需要从图标库中选出需要的图标并设置有关的参数,将各个图标的引脚连接起来,然后系统定时后仿真操作,最终观察时域波形图、功率谱图等得出系统的仿真分析结果,对系统的性能进行分析。
SystemView能自动检查系统的连接,以发出错误连接信号或尚悬空的待连接端信号,用户从而可以发现连接出错并通过显示修改发生错误的图标。
这个功能对用户系统的诊断很有效果。
SystemView的另一重要功能是它可以按照多种要求设计滤波器,以不同的办法、不同的视角进行各滤波器间不同指标的转换。
SystemView在通信系统设计、波形仿真和系统分析方面提供了一个方便灵活的窗口用来分析系统波形。
用户可以在该窗口中通过鼠标控制内部数据的图形放大、缩小、合并、组合、截图等。
此外,分析窗口中有一个多功能的“接收计算器”,可对仿真运行结果进行各种运算、滤波和分析等处理。
SystemView还具有接口与外部文件相连,可直接获得并处理输入、输出数据。
并且提供了仿真工具Matlab或编程语言VC++的接口,可以很方便的调用函数进行仿真或者分析。
SystemView还有可以与DSP芯片相连从而可将DSP库中部分器件生成该芯片所编程的语言源代码的接口。
SystemView的资源库非常丰富,包括包含了各种信号源、加法器、函数运算器、接收器、乘法器的基本库,也包含了逻辑、射频(模拟)、通讯、数字信号处理的专业库。
这些资源库十分适合设计和仿真现代通信系统,包括无绳电话、调制解调器(Modem)、手机等。
也可进行各种系统时域、频域、频谱分析,以及对各种逻辑电路、射频/模拟电路进行理论和失真分析等。
2.1.2SystemView主要原件介绍
:
信号发生器,该发生器波形为周期性的正弦波,用于调制部分的载波输入。
:
锯齿波信号发生器,用于产生周期性的锯齿波。
:
原始基带信号产生器,产生一个由不同电平幅度脉冲组成的按设定速率伪随机信号源。
:
均匀噪声信号产生器,可以产生一个分布噪声信号,该信号是在最大值和最小值之间均匀分布的。
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加法器,将若干个输入信号的进行加法运算,最多可有20个输入,本毕业设计中完成2FSK信号和噪声的加法运算。
:
对输入信号进行FFT变换。
:
乘法器,完成载波信号和基带信号的乘法运算和延时信号与原信号的乘法运算。
:
延时器,使原信号产生一个码元的延迟。
:
带通滤波器,主要功能是滤除杂波,使频率在最高截止频率和最低截止频率之间的信号保留。
:
低通滤波器,主要功能是滤除与原始载波相乘后信号中的高频成分,保留低频信号通过。
:
抽样判决器,主要功能是抽样判决经过低通后的信号,高于门限电压的信号判为1,低于门限电压的信号判为0,其目的是还原原始基带信号。
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异或门电路,对输入信号作“异或”运算。
:
单刀双掷开关,在本毕业设计中,主要实现2FSK信号的调制。
:
反向器。
:
基本信号接收器,该接收器一般不显示,必须进入系统分析窗口才能观察和分析输出结果。
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数据列表,它用于生成一个数据表,该表是在系统窗口显示接收到的。
:
SystemView的标准化观察窗口,当系统运行结束后,可用它在系统窗口中显示输出波形。
2.1.3SystemView特点
SystemView是当前用户使用的最优秀通信系统设计和通信仿真软件之一,该软件是用于科学系统设计仿真和现代工程的动态系统分析平台,它的主要特点有:
1.直观
SystemView的各个设计窗口中,每个功能模块都是和方框图那样简单明了,因为每个功能模块都用形象简单的图标表示。
SystemView可以自动地检查系统连接,不需要用户发出指令就可以显示出待连接的悬空端信息或者是连接错误信息,按照这些提示用户即可方便地修改系统,大大减少了用户使用过程中查找错误的时间,使用起来方便灵活,该功能诊断用户系统十分有效。
编译时候系统状态栏会实时显示仿真运行的时间进度,以让用户参考从而方便调试。
系统此外也提供了一个动态探针功能,可以灵活显示频谱分析仪或仿真实际的示波器的界面。
利用系统分析窗口可以显示二维分析结果,通过鼠标可以方便地对图形进行处理,比如放大,合成,缩小等。
2.丰富的功能块
SystemView的基本库和专业库包含了数百种信号源、接收端、各种函数运算器、操作符和功能块,提供了从信号处理、DSP、控制到构造通用数学模型的应用,并可以很方便的调用库中各种函数甚至可以自己创造函数,它可以与外部文件接口,直接获得并处理从外部采集来的一些物理数据。
它也可以处理分析各种格式的输入、输出数据。
3.简单
用户使用该软件进行信号处理和通信系统仿真分析时,只要使用鼠标从SystemView各种库中选择需要的元器件图标并将其拖动到设计窗口中,用户只需要修改各个元器件的参数并进行元器件的连接后即可简单地创建离散和连续、模拟和数字、线性和非线性和混合模式的系统,并且SystemView系统的所有图符都有相似的参数定义窗口。
用户不需要学习各种语言,也不需要编写任何源代码即可设计各种系统和波形仿真以及性能分析,由于简单的操作界面和直观的图标用户可以从零基础开始简单快速的连接和调整系统,读取与修改参数。
用户仅需使用鼠标就可以的在各个窗口中切换,使得设计调试仿真系统易如反掌。
4.无限分层
用户可以使用MetaSystem对象创建多个子系统,SystemView能够很容易的建立庞大错综复杂的系统。
理论中,当计算机所拥有的资源是足够多时,设计系统的复杂度是无止境的。
5.支持多速率并行系统
SystemView允许用户将多种数据不同输入速率的系统合成,从而简化执行FIR滤波器,而且可以同时支持多系统并行使用,当系统运行时用户可灵活简单的比较各种系统变换的不同效果。
6.易扩展性
SystemView可以插入和使用用户已经用高级语言编写过的用户代码,插入的用户能够和内建库一样使用自动集成到SystemView中,而且提出了与仿真工具Matalb或编程语言C++的借口。
软件的APG功能是使用VC环境,编译系统使之成为可以脱离SystemView独立运行的可执行文件。
当内存较大时该软件尤为明显地较大幅度地提升了系统的运行速度。
7.设计广泛的滤波和线性系统
SystemView软件包含一个功能丰富而且容易使用各种图形模板来设计的数字和模拟系统、连续和离散时间系统的设计环境,并拥有很多各种类型的FIR\IIR滤波器。
2.1.4SystemView的应用领域
(1)调制、解调以及对通道的建模;
(2)信号处理,波形仿真,系统分析;
(3)完整的DSP系统设计仿真和测试;
(4)包含数字、模拟和混合模式系统的通信和控制;
(5)线性系统和非线性系统的设计、仿真和测试;
(6)线性和非线性系统对应的微分方程的求解;
(7)相位和频率锁相环;
(8)用于模数变换系统、量化和采样系统、同相和正交系统。
2.1.5SystemView的使用
用户使用该软件进行信号的处理仿真与分析以及通信系统的设计和建立,实现这些功能需要如下的三个步骤:
(1)用户依照自己的需求与相关的原理设计出原理框图。
由系统微分方程和系统的要求可以设计出满足该系统要求的框图,使用SystemView软件的步骤中,这一步对于实现系统的设计和仿真非常重要。
(2)将系统的框图变换为SystemView模型之后,进入软件后在SystemView设计主窗口挑选合适的图符块并进行连线和设置图符块以及定时参数。
完成第一步后,需要选择合适的图符块并将其连线设置参数从而将系统原理完全变换成为SystemView模型。
分析系统原理后便可以选择仿真所需要的图符块和参数,就可以用鼠标建立该系统。
(3)对建立的系统进行仿真,分析仿真的波形和结果。
结束系统的仿真后,通过指针以及接收器的波形要分析仿真的结果。
2.2SystemView系统视窗
2.2.1主菜单功能
进入SystemView后,屏幕上首先出现的是整个SystemView的系统视窗,如下图2-1所示。
图2-1SystemView系统视窗
该软件的系统视窗最上边一行为主菜单栏,其中包括:
文件(File)菜单、编辑菜单(Edit)、参数选择菜单(Preferences)、视窗观察菜单(View)、便笺菜单(NotePads)、连接菜单(Connections)、编译器菜单(Compiler)、系统菜单(System)、图符块菜单(Tokens)、工具菜单(Tools)和帮助菜单(Help)共11项功能菜单。
用户执行菜单命令操作比较简单,例如,用户需要打开当前系统时,可单击“File”菜单,出现一个下拉菜单,单击其中的“OpenRecentSystem”工具条就可以实现该功能。
为了说明问题简单起见,将上述操作命令记作:
File>>OpenRecentSystem,以下相同。
各菜单下的工具条以及其对应的功能如下表2-1所示:
表2-1SystemView各菜单下的工具条及其相应功能
菜单工具条命令
各工具条的功能简述
File菜单
File>>NewSystem
清除当前系统,创建一个新系统
File>>OpenRecentSystem
打开最新的SystemView文件,系统会显示出最近的设计以供用户从中选择一个打开
File>>OpenExistingSystem
打开已存在的SystemView文件以供用户修改和分析
File>>OpenSysteminSafeMode
用安全模式打开某个已存在的系统
File>>SaveSystem
保存当前的系统内容
File>>SaveSystemAs
将当前系统内容另存为新的文件名
File>>SaveSelectedMetaSystem
存储当前选择的系统中某个部分以子系统方式保存
File>>SystemFileInformation
显示系统的文件信息
File>>PrintSystem:
TextTokens
打印系统屏幕内容,图符块用文字代替
File>>PrintSystem:
SymbolicTokens
以图形的方式如实打印屏幕内容,包括图符块
File>>PrintSystemSummary
打印系统摘要,即图符块表
File>>PrintConnectionList
打印系统的连接表
File>>PrintRealTimeSink
选择系统中任何一个实时接收器的图标,将会打印实时接收器的波形和数据
File>>PrintSystemViewSink
打印SystemView信宿接收器的波形和数据
File>>Printer/PageSetup
打印的相关设置
File>>PrinterFonts
打印字体设置
File>>Exit
退出SystemView系统,返回Windows
Edit菜单
Edit>>UndoLast
撤销上一步的操作
Edit>>Redo
恢复之前撤销的操作
Edit>>ViewUndoLast
显示之前撤销的操作
Edit>>CustomizeUndoItems
用户自行可以撤销操作选项
Edit>>SelectAll
全选
Edit>>CopySystemViewSink
复制SystemView接收器,将所选的有关图形复制到剪贴板上
Edit>>CopyEntiretoClipboard
复制系统到剪贴板
Edit>>CopySystem:
SelectedArea
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Edit>>CopySystem:
TextTokens
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View>>MetaSystem
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View>>HideTokenNumbers
隐藏显示图符编号
View>>AnalysisWindows
进入分析窗
View>>Calculator
计算器
View>>UnitsConverter
统一转换
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- 基于System View的2FSK调制解调器设计 基于 System View FSK 调制解调器 设计