数字仿真毕业设计论文利用仿真软件SYSTEM VIEW进行数字调制仿真.docx
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1、毕业设计(论文)题目利用仿真软件System View进行数字调制仿真摘要数字调制是指用数字数据调制模拟信号,主要有三种形式:移幅键控法ASK、移频键控法FSK、移相键控法PSK。该论文阐述了用System View软件实现通信系统仿真的方法,并以ASK FSK PSK为例,详细论述了仿真过程、仿真结果表明,通过用System View软件仿真,可以很方便的得到所设计电路的结果与分析波形。关键词:数字调制;System View;通信系统;仿真目录第一章数字调制的基本概念1一、数字调制的基本形式1二、数字调制概述1三、数字调制的条件1四、数字调制的发展2五、数字调制的方式2第二章 数字调制方式
2、理论分析3一、幅移键控(ASK)31、ASK简介32、实验原理33、二进制幅度键控信号产生原理图44、2ASK的波形4二、频移键控(FSK)41、FSK简介42、实验原理43、2FSK信号的产生原理框图54、2FSK的波形5三、相移键控(PSK)51、PSK简介52、实验原理63、2PSK信号的产生原理框图64、2PSK的波形6第三章 软件介绍6一、IBM的SystemView网络管理系统6二、可视化软件工具71、工具简介72、主要作用73、工具特点74、System View的主要特点8第四章 利用System View系统进行仿真9一、System View仿真系统运行步骤9二、仿真过程:
3、91、ASK的调制与解调92、FSK的调制与解调133、PSK的调制与解调19第五章 ASK、FSK、PSK的比较总结23一、二进制2ASK与四进制MASK调制性能的比较:24二、PSK-又称相移键控法24三、FSK-又称频移键控法24四、ASK、FSK、PSK比较和总结24第六章 谢辞25参考文献26第一章数字调制的基本概念一、数字调制的基本形式数字调制的三种基本形式:移幅键控法ASK、移频键控法FSK、移相键控法PSK。 图2.7 数字调制的三种基本形式 图1.1在ASK方式下,用载波的两种不同幅度来表示二进制的两种状态。ASK方式容易受增益变化的影响,是一种低效的调制技术。在电话线路上,
4、通常只能达到1200bps的速率。在FSK方式下,用载波频率附近的两种不同频率来表示二进制的两种状态。在电话线路上,使用FSK可以实现全双工操作,通常可达到1200bps的速率。在PSK方式下,用载波信号相位移动来表示数据。PSK可以使用二相或多于二相的相移,利用这种技术,可以对传输速率起到加倍的作用。由PSK和ASK结合的相位幅度调制PAM,是解决相移数已达到上限但还要提高传输速率的有效方法。二、数字调制概述 数字信号的载波调制是信道编码的一部分,之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制,未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信
5、道的频带资源总是有限的,因此在充分得利用现有资源的前提下,提高传输效率就是通信系统所追求的最重要指标之一。模拟通信很难控制传输效率,最常见到的单边带调幅(SSB)或残留边带调幅(VSB)可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有“0”和“1”两种状态,所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关键控制载波的过程,因此数字信号的调制方式一般均为较简单的键控方式。常用的数字调制技术有2ASK(Amplitude Shift Keying,幅移键控)、4ASK、8ASK、BIT/SK(Phase Shift Keying,相移键控)、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等,频带利用率从1bit/s/H
6、z3bit/s/Hz。更有将幅度与相位联合调制的QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交振幅调制)技术,目前数字微波中广泛使用的256QAM,其频带利用率可达8bit/s/Hz,8倍于2ASK或BIT/SK。此外,还有可采用减小相位跳变的MSK等特殊的调制技术,为某些专门应用环境提供了强大的工具。近年来,四维调制等高维调制技术的研究也得到了迅速发展,并已应用于高速MODEM中,为进一步提高传输效率奠定了基础。总之,数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信,调制技术的种类也远远多于模拟通信,大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。三、数字调制的
7、条件对移动通信的数字调制技术的要求如下: 在信道衰落条件下,误码率要尽可能低; 发射频谱窄,对相邻信道干扰小; 高效率的解调,以降低移动台功耗,进一步缩小体积和成本; 能提供较高的传输速率; 易于集成数字调制技术分为线性调制方式和恒定包络调制方式,线性调制方式又可分为频谱高效和功率高效两种,在移动通信系统中,由于存在着严重的衰落现象,故所需要的“信噪比”比较高。调制技术的最终目的就是使得调制以后的信号对干扰有较强的抵抗作用,同时对相邻的信道信号干扰较小,解调方便且易于集成。四、数字调制的发展1934年美国学者李佛西提出脉冲编码调制(PCM)的概念,从此之后通信数字化的时代应该说已经开始了,但是
8、数字通信的高速发展却是20世纪70年代以后才开始的。随着时代的发展,用户不再满足于听到声音,而且还要看到图像;通信终端也不局限于单一的电话机,而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆、微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。五、数字调制的方式数字调制就是将数字符号变成适合于信道传输的波形。所用载波一般是余弦信号,调制信号为数字基带信号。利用基带信号去控制载波的某个参数,就完成了调制。调制的方法主要是通过改变余弦波的幅度、相位或频率来传送信息。其基本原理是把数据信号寄生在载波的上述三个参数中的一个上,即用数据信号来进行幅度调制、频率调制或相位调制。数字信号只有几个离散值,因此调制后
9、的载波参数也只有有限个值,类似于用数字信息控制开关,从几个具有不同参量的独立振荡源中选择参量,为此把数字信号的调制方式称为“键控”。数字调制分为调幅、调相和调频三类,分别对应“幅移键控”(ASK)、“相移键控”(PSK)和“频移键控”(FSK)三种数字调制方式。在“幅移键控”方式中,当“1”出现时接通振幅为A的载波,“0”出现时关断载波,这相当于将原基带信号(脉冲列)频谱搬到了载波的两侧。如果用改变载波频率的方法来传送二进制符号,就是“频移键控”的方法,当“1”出现时是低频,“0”出现时是高频。这时其频谱可以看成码列对低频载波的开关键控加上码列的反码对高频载波的开关键控。如果用“0”和“1”来
10、改变载波的相位,则称为“相移键控”。这时在比特周期的边缘出现相位的跳变,但在间隔中部保留了相位信息。接收端解调通常在其中心点附近进行。一般来说,PSK系统的性能要比开关键控FSK系统好,但必须使用同步检波。调制的基本原理是用数字信号对载波的不同参量进行调制,其基本公式如下:载波S(t) = Acos(t+)S(t)的参量包括:幅度A、频率、初相位,调制就是要使A、或随数字基带信号的变化而变化。其中ASK调制方式是用载波的两个不同振幅表示0和1;FSK调制方式是用载波的两个不同频率表示0和1;而PSK调制方式是用载波的起始相位的变化表示0 和1。 根据传输信号是二进制信号还是多进制信号和对载波的
11、哪个参数进行调制,可以把数字频带传输分为:二进制、多进制数字振幅键控(ASK)二进制、多进制数字频移键控(FSK)二进制、多进制数字相移键控(PSK)二进制、多进制差分相移键控(DPSK) 除上面所述的二相位、二频率和二幅度系统外,还可以采用各种多相位、多振幅和多频率的方案。在DVB系统中卫星传输采用QPSK,有线传输采用QAM方式,地面传输采用COFDM(编码正交频分复用)方式。但ASK、PSK和FSK这三种数字调制方式仍是最主要的。第二章 数字调制方式理论分析一、幅移键控(ASK)1、ASK简介ASK指的是振幅键控方式。这种调制方式是根据信号的不同,调节正弦波的幅度。 幅度键控可以通过乘法
12、器和开关电路来实现。载波在数字信号1或0的控制下通或断,在信号为1的状态载波接通,此时传输信道上有载波出现;在信号为0的状态下,载波被关断,此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。对于二进制幅度键控信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍。载波幅度是随着调制信号而变化的。其最简单的形式是,载波在二进制调制信号控制下通断, 这种方式还可称作通断键控或开关键控(OOK)。2、实验原理 调制方法:用相乘器实现调制器。 调制类型:2ASK,MASK。 解调方法:相干法,非相干法。 MASK,又称多进制数字调制法。在二进制数字调制中每个符号只能表示0和1(+
13、1或-1)。但在许多实际的数字传输系统中却往往采用多进制的数字调制方式。与二进制数字调制系统相比,多进制数字调制系统具有如下两个特点: 第一,在相同的信道码源调制中,每个符号可以携带log2M比特信息,因此,当信道频带受限时可以使信息传输率增加,提高了频带利用率。但由此付出的代价是增加信号功率和实现上的复杂性。 第二,在相同的信息速率下,由于多进制方式的信道传输速率可以比二进制的低,因而多进制信号码源的持续时间要比二进制的宽。加宽码元宽度,就会增加信号码元的能量,也能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响等。 二进制2ASK与四进制MASK调制性能的比较: 在相同的输出功率和信道噪声条件下,MA
14、SK的解调性能随信噪比恶化的速度比OOK要迅速得多。这说明MASK应用对SNR的要求比普通OOK要高。在相同的信道传输速率下M电平调制与二电平调制具有相同的信号带宽。即在符号速率相同的情况下,二者具有相同的功率谱。虽然,多电平MASK调制方式是一种高效率的传输方式,但由于它的抗噪声能力较差,尤其是抗衰落的能力不强,因而它一般只适宜在恒参信道下采用。3、二进制幅度键控信号产生原理图图2.1.14、2ASK的波形 图2.1.2二、频移键控(FSK)1、FSK简介FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是: 实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用
15、。所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率。 2、实验原理调制方法:2FSK可看作是两个不同载波频率的ASK以调信号之和。 解调方法:相干法和非相干法。 类型:二进制移频键控(2FSK),多进制移频键控(MFSK)。 在上述三种基本的调制方法之外,随着大容量和远距离数字通信技术的发展,出现了一些新的问题,主要是信道的带宽限制和非线性对传输信号的影响。在这种情况下,传统的数字调制方式已不能满足应用的需求,需要采用新的数字调制方式以减小信道对所传信号的影响,以便在有限的带宽资源条件下获得更高的传输速率。这些技术的研究,主要是围绕充分节省频谱和高效率的利用频带展开的。多进制调制,是提高频谱利用率的有
16、效方法,恒包络技术能适应信道的非线性,并且保持较小的频谱占用率。 从传统数字调制技术扩展的技术有最小移频键控(MSK)、高斯滤波最小移频键控(GMSK)、正交幅度调制(QAM)、正交频分复用调制(OFDM)等等。3、2FSK信号的产生原理框图图2.2.14、2FSK的波形 图2.2.2三、相移键控(PSK)1、PSK简介在数字通信的三种调制方式(ASK、FSK、PSK)中,就频带利用率和抗噪声性能(或功率利用率)两个方面来看,理论上都是PSK系统最佳。所以PSK在中、高速数据传输中得到了广泛的应用。2、实验原理根据数字基带信号的两个电平使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。 产
17、生PSK信号的两种方法: 调相法:将基带数字信号(双极性)与载波信号直接相乘的方法: 选择法:用数字基带信号去对相位相差180度的两个载波进行选择。 两个载波相位通常相差180度,此时称为反向键控(PSK)。 S PSK =AS DIG (T)COS(W 0 T+O 0 ) 式中:S DIG (T)=1或-1 解调方法:只能采用相干解调。 类型:二进制相移键控(2PSK),多进制相移键控(MPSK)。3、2PSK信号的产生原理框图 图2.3.1 4、2PSK的波形图2.3.2第三章 软件介绍一、IBM的SystemView网络管理系统IBMSystemView是一种用于在异构环境识别和管理多个
18、系统的企业级网络管理系统,它是IBM最早认可的工业标准协议产品之一。这些工业标准包括传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)和开放式系统互联(OSI)协议,而不仅仅是它自己的系统网络体系结构(SNA)协议。SystemView建造于系统应用体系结构(SAA)环境。它使用OSI公用管理信息协议(CMIP)。网络上的资源的信息存储于对象数据库。虽然SystemView是一种侧重于对IBM设备进行管理的IBM产品,它仍然包括了OSI标准,从而可以胜任管理企业级网络的工作。二、可视化软件工具1、工具简介SystemView是美国ELANIX公司推出的,基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可
19、视化软件工具,它使用功能模块(Token)去描述程序,无需与复杂的程序语言打交道,不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真,快速地建立和修改系统、访问与调整参数,方便地加入注释。2、主要作用利用System View,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,因此,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System View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。3、工具特点SystemView的库资源十分丰富,包括含若干图标的基本库(Main
20、 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,尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统;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。System View能自动执行系统连接检查,给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息,通
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