基于System-view的2PSK和2dpsk调制及解调课程设计报告

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通信原理仿真设计报告

基于System view的2psk/2dpsk调制与解调学 院：电子工程学院 年 级：2014级 专 业：通信工程 组 员：陈继锦 3 潘欢养 4 指导教师：林战平

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2016年 6月

目 录

一、SystemView的基本介绍*

二、二进制相移键控（2PSK）的调制* 三、2DPSK的调制和相关解调* 四、结束语* 五、参考文献*

一、SystemView的基本介绍

SystemView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、仿真、能满足从信号处理、滤波器设计到复杂的通信系统等要求。SystemView借助大家熟悉的Windows窗口环境以模块化和交互式的界面为用户提供一个嵌入式的分析引擎。SystemView由两个窗口组成分别是系统设计窗口的分析窗口。系统设计窗口，包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计工作区。所有系统的设计、搭建等基本操作都是在设计窗口内完成。分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具条、流动条、活动图形窗口和提示信息栏。提示信息栏显示分析窗口的状态信息、坐标信息和指示分析的进度活动图形窗口显示输出的各种图形如波形等。分析窗口是用户观察SystemView数据输出的基本工具在窗口界面中有多种选项可以增强显示的灵活性和系统的用途等功能。在分析窗口最为重要的是接收计算器利用这个工具我们可以获得输出的各种数据和频域参数并对其进行分析、处理、比较或进一步的组合运算。例如信号的频谱图就可以很方便的在此窗口观察到。

SystemView仿真系统具有许多的优点： 1利用System View可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混系统各种多速率系统因此它可用于各种线性或非线性控制系的设计和仿真。用户在进行系统设计时只需从System View配置的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。

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2SystemView的库资源十分丰富包括含若干图标的基本库Main Library及专业库(Optional Library)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munication、逻辑Logic、数字信号处理DSP、射频/模拟RF/Analog等 3System View能自动执行系统连接检查给出连接错误信息或悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。 4System View的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不方式，按要求设计多种滤波器并可自动完成滤波器各指标—如幅频特性波特图、传递函数、根轨迹图等之间的转换。 5在系统设计和仿真分析方面System View还提供了一个真实灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、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。

6·System View还具有与外部文件的接口可直接获得并处理输入/输出数据。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。还具备与硬件设计的接口与Xilinx公司的软件Core Generator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另外System View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。 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（piler）、系统（System）、图符块（Tokens）、工具（Tools）和帮助（Help）共11项功能菜单。如下图（1）所示。

使用Systemview进行系统仿真，一般要经过以下几个步骤：

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(1)建立系统的数学模型 根据系统的基本工作原理，确定总的系统功能，并将各部分功能模

块化，找出各部分的关系，画出系统框图。

(2)从各种功能库中选取、拖动可视化图符，组建系统在信号源图符库、算子图符库、函数图

符库、信号接受器图符库中选取满足需要的功能模块，将其图符拖到设计窗口，按设计的系统框图组建系统。

(3)设置、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)和功能模块运行参数(正弦信号源的频率、幅度、初相，低通滤波器的截止频率、通带增益、阻带衰减等)。

(4)设置观察窗口， 分析模拟数据和波形在系统的关键点处设置观察窗口，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。 System View的工具栏

设计窗口中工具栏，如下图2所示，由十六个常用快捷功能按钮组成动作条，如图所示。当鼠标移动到每个图标时，系统会自动显示该按钮的作用。

工具栏

从左到右依次为切换按钮、打开文件按钮、保存按钮、打印按钮、清除按钮、删除按钮、断开连接按钮、连接按钮、复制按钮、反转按钮、便笺按钮、创建嵌套系统按钮、观察嵌套系统按钮、根轨迹按钮、波特图按钮、重绘按钮、取消操作按钮、开始仿真按钮、系统定时按钮、分析窗口按钮。

System View的图标库

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图标是System View仿真运算,处理的基本单元,共分为三大类;第一类包括信号源库,它只有输出端没有输入端;第二个类包括观察窗库,它只有输入端没有输出端;第三类包括其他所有图表库,这类图标都有一定个数的输入端和输出端. 在设计窗口的左边有一个图标库区，一组是基本库（Main Libraries），共8个。另一组是可选择的专业库（Optional Libraries）,如通信库、数字信号处理库、逻辑库、射频/模拟库等，支持用户自己用C/C++语言编写源代码定义图标以完成所需自定义功能的用户自定义库（Custom），及可调用、访问Matlab的函数的M-Link库，以及CDMA、DVB、自适应滤波器库等。

基本库图标

在上述八个图符中，除双击加法器和乘法器图符按钮可直接使用外，双击其他按钮会出现相应的对话框，应进一步设置图符块的操作参数。单击图符库选择区最上面的主库开关按钮“Main”，将出现选择开关按钮“Option”下的库（user）、通信库（m）、DSP库、逻辑库(LOGIC)、射频/模拟库(RF/ANALOG)和数学库（MATALAB）选择按钮，可分别双击他们选择调用。在设计窗口中间的大片区域就是工作区域，用户可以在这里放置、定义和连接各种图符，建立新的系统。

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，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

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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。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，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Ts＝nTc，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，

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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。

二、二进制相移键控（2PSK）的调制解调

2.1. 2PSK的调制原理

2PSK是利用载波的不同相位去直接传送数字信息的一种方式，若用相位π代表“0” 码， 相位0代 表“1” 码， 即规定数字基带信号为“0” 码时， 已调信号相对于载波的相位为π；数字基带信号为“1”码时 ，已调信号相对载波相位为同相。

2PSK已调信号的时域表达式为：

μ2psk= A [Σang(t-nTs)]coswt (an=1或-1)

e2psk=Acos（wt+φn）

这种以载波的不同相位直接去表示二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对方式。

数字相位调制是用数字基带信号控制载波的相位， 使载波的相位发生跳变的一种调制方式，2PSK( 二进制相位键控) 调制可采用直接调相法即双极性数字基带信号与载波直接相乘的方法，也可采用相位选择法即由振荡器和反相器电路来实现调制的方法。其原理框图如图4，其中。图（a）就是一般的模拟相乘法，用乘法器实现；图（b）是一种数字键控法。

图（a）模拟相乘法

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图（b）数字键控法 2PSK调制器原理框图

2.2. 2PSK的调制的仿真设计

根据模拟相频法原理图，利用System View软件进行仿真设计，得到图

2PSK调制仿真设计图

参数设置：

Token 0：基带信号--PN码序列将参数设置为Rate=10HZ, Amp(幅度)= 1v, Offset(偏移)= 0v，；

Token 3、7：相乘器

Token 2,17: 载波，载波频率为10Hz

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Token 19：带通滤波器，butterworth，bandpass，low 5Hz,Hi 15Hz,DSP Mode Disable. Token 16：高斯白噪声，stdDeviation 1v,mean 0v.

Token 18：低通滤波器，butterworth，lowpass，low 12Hz,DSP Mode Disable.

Token 5：加法器

Token 1、4、9、22,10,14,21: 分析观察窗口

检查仿真电路图和参数设置无误后，进行仿真运行，

运行后可以很直观地观察到各点的波形如图所示

二进制不归零信号

调制输出波形

解调出来的信号：

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仿真分析：

由于2psk信号的载波恢复过程中存在着180º的相位模糊，即恢复解调出的数字基

带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“1”，判决器输出数字信号全部出错。这种现象成为2psk方式的倒π现象或反相工作。

三、2DPSK的调制和解调

3.1、实验原理：

2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为

则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系如下表所示

0,表示数字信息“0”1，表示数字信息“”

二进制数字信息：1 1 0 1 0 0 1 102DPSK信号相位：0 0 0 0或 0 00 0 0 0数字信息与之间的关系也可以定义为

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10,表示数字信息“”，表示数字信息“0”2DPSK信号调制过程波形如图1所示。

绝对码1 0 0 1 0 1 1 0

11100100

2

相对码载波DPSK信号

图12DPSK信号调制过程波形

可以看出，2DPSK信号的实现方法可以采用：首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位键控信号。2DPSK信号调制器原理图如图2所示。

图2 2DPSK信号调制器原理图

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开关电路cosct0°180°移相码变换e2DPSK(t)s(t)- - -

其中码变换即差分编码器如图3所示。在差分编码器中：{an}为二进制绝对码序列，{dn}为差分编码序列。D触发器用于将序列延迟一个码元间隔，在SystemView中此延迟环节一般可不采用D触发器，而是采用操作库中的“延迟图符块”。 an dn

发送码时钟 dn-1 Q D

CK

图3、差分编码器

3.2 2dpsk调制和相关解调系统组成、图符块参数设置：

图符参数设置:

Token 0：基带信号--PN码序列将参数设置为Rate=10HZ,

Amp(幅度)= 1v, Offset(偏移)= 0v，levels 2,phase 0。

Token 2、4：相乘器。

Token 13、11: 载波，载波频率为20Hz

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Token 1、8：差分器，logic,xor,gate delay 0,threshold 0,true output 1,false output -1, Token 5：低通滤波器，butterworth，lowpass，low11Hz,DSP Mode Disable. Token 9\\10：延时器，100e-3.

Token 6：采样保持器，sample hold，0.

Token 7：判决器，pare，a》=b，true 1，false -1，

Token 12：脉冲，source pulse train,freq 10Hz,pulseW 5e-3,offset 500e-3,phase 0. Token 3：加法器

Token 14、15、16、17、18、19、20、21: 分析观察窗口。 仿真结果：

基带信号

相对码

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2dpsk

解调后

抽样判决

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延迟后

输出码

系统仿真结果分析：

Sink1、sink6分别为调制解调信号，两个图像完全一致，说明该调制解调系统的准确。Sink9为滤波后的信号，存在一定的波动误差，而sink6为转换后的相对码波形。

相干解调错一位，码变换错两位；相干解调错连续两位，码变换也错两位；相干解调

错连续n位，码变换也错两位。

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3.3 2dpsk调制和差分解调系统组成、图符块参数设置：

图符参数设置:

Token 0：基带信号--PN码序列将参数设置为Rate=10HZ,

Amp(幅度)= 1v, Offset(偏移)= 0v，levels 2,phase 0。

Token 8、10：相乘器。

Token 16: 载波，Amp(幅度)= 1v,载波频率为20Hz

Token 17：差分器，logic,xor,gate delay 0,threshold 0,true output 1,false output -1, Token 11：低通滤波器，butterworth，lowpass，low 15Hz,DSP Mode Disable. Token13、14：延时器，100e-3.

Token12：判决器，pare，a<=b，true 1，false -1， Token9：加法器

Token 1、2、3、4、5、6: 分析观察窗口。 仿真结果：

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基带信号

相对码

2dpsk

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解调码

抽样判决

输出信号

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系统仿真结果分析：

Sink1、sink6分别为调制解调信号，两个图像完全一致，说明该调制解调系统的准确。Sink9为滤波后的信号，存在一定的波动误差，而sink6为转换后的相对码波形。

相干解调错一位，码变换错两位；相干解调错连续两位，码变换也错两位；相干解调

错连续n位，码变换也错两位。

四、结束语

通过课程设计实习课的学习，我对二进制数字调制和解调系统有更为深入的了解，尤其是对2PSK/2dpsk系统，同时我也充分认识到了理论和实践相结合的重要性。平时我们一味的学习理论知识，很少有自己动手设计的机会，但这次课程设计为我们提供了一个好的机会，不仅锻炼了我们的动手能力，还使我们对通信系统有了感性的认识。

五、参考文献

[1] 樊昌信，曹丽娜编著，通信原理，电子工业，2006。

[2] 李东生.《SystemView系统设计及仿真入门与应用》 电子工业 2002

[3] 李哲英主编，SystemView动态系统分析与设计软件学习版中文手册1997。 [4] 陈星，X斌，SystemView通信原理实验指导，航空航天大学1997。

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