通信原理课程设计

湖南科技大学 信息与电气工程学院

《通信原理》 课程设计报告

题 目： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号：

课程设计任务书

题 目 《通信原理》课程设计 设 计 时 间 2012.7.2-2012.7.6 设 计 目 的： 设 计 要 求： 建立系统的数学模型：在System View仿真环境下，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、信号接收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；设置、调整参数，实现系统模拟；设置观察窗口，分析模拟数据和波形。 总体方案实现： 指导教师评语：

一、课程设计的目的。（宋体，四号字，粗体，段前、段后0.5行）

1、学习2DPSK调制解调的原理。 2、了解二相差分编译码原理及作用。

3、掌握2DPSK调制解调的硬件实现方法。

4、掌握基本的system view的使用方法，能过用其进行实验仿真。 5、了解信道的高斯白噪声对系统可靠性的影响；

二、设计方案的论证。

1、SystemView软件介绍

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。

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。

SystemView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。 System View的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式，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（伯特图）、传递函数、根轨迹图等之间的转换。 在系统设计和仿真分析方面，System View还提供了一个真实而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。 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System View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。

2、二进制差分相移键控的原理

现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善，到现在数字调制技术的广泛运用，使得信息的传输更为有效和可靠。在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。因为在调制过程中，2PSK调制容易出反 向工作问题，影响2PSK 信号长距离传输。为克服此缺点，并保持2PSK信号的优点，将2PSK体制改进为二进制差分相移键控体制[1]。

二进制差分相移键控简称为二相相对调相，记作2DPSK。它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。与2PSK的波形不同，2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位才唯一确定信息符号。这说明解调2DPSK信号时，并不依赖于某一固定的载波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个相位关系就可正确恢复数字信息。这就避免了2PSK方式中的“倒 ”现象发生。由于相对移相调制无“反问工作”问题，因此得到广泛的应用。单从波形上看，2DPSK与2PSK是无法分辩的。这说明，一方面，只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；另一方面，相对移相信号可以看作是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成。这就为2DPSK信号的调制与解调指出了一种借助绝对移相途径实现的方法。

2.1 2DPSK信号原理

2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。

图2.1 2DPSK信号

在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。

定义为本码元初相与前一码元初相之差，假设： →数字信息“0”； →数字信息“1”。

则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下： 数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 DPSK信号相位：0 

或：

2.2 2DPSK信号的调制原理

一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK信号的的模拟调制法框图如图2.2.1所示，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。

s(t) 码变换 相乘 eo(t) 载波 图2.2.1 模拟调制法

2DPSK信号的的键控调制法框图如图2.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0” 时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi。

图2.2.2 键控法调制原理图

2.3 2DPSK信号的解调原理

2DPSK信号最常用的解调方法有两种，一种是极性比较和码变换法，另一种是差分相干解调法。

2.3.1 2DPSK信号解调的极性比较法

它的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决的到基带信号的差分码，再经过逆差分器，就得到了基带信号。它的原理框图如图2.3.1所示。

2DPSK 带通 滤波器 相乘器 低通 滤波器 抽样 判决器 逆差分器 本地载波 图 2.3.1 极性比较解调原理图

2.3.2 2DPSK信号解调的差分相干解调法

差分相干解调的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，此后该信号分为两路，一路延时一个码元的时间后与另一路的信号相乘，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，抽样判决器的输出即为原基带信号。它的原理框图如图2.3.2所示。

2DPSK 带通滤波器 相乘器 低通滤波器 抽样判决器 延迟T 图 2.3.2 差分相干解调原理图

三、设计、调试及结果分析。

3.1 差分和逆差分变换模型

差分变换模型的功能是将输入的基带信号变为它的差分码。用到的SystemView[2]模块有延时器Delay,异或门。由于求差分码的过程就是将基带信号与差分码前一个码元求异或，所以异或门的输出经单位延时后与基带信号分别接到异或门的两个输入端，异或门的输出就是基带信号的差分码。

3.2 带通滤波器和低通滤波器的模型

带通滤波器模型的作用是只允许通过（fl，fh）范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平。低通滤波器模型的作用是只允许通过（0，fh）范围内的频率分量，并且将其他范围的频率分量衰减到极低水平。在SystemView中带通滤波器和低通滤波器的模型可以用operator library中的模块模拟。

3.3 抽样判决器模型

抽样判决器的功能是根据位同步信号和设置的判决电平来还原基带信号。在SystemView中抽样判决器可以用Logic Library中的模块来模拟。它的模型框图如图所示，它的内部结构图如图3.3所示。

图 3.3 抽样判决器

3.4 2DPSK模拟调制和差分相干解调法仿真

图3.4.2 2DPSK模拟调制和差分相干解调法仿真图

3.5.1 信号源 Source library

SystemView 软件本身提供了很多产生二进制信号的模块，在这次的设计中我

们采用的信号源是PN Seq，它的模型图如图 4.1所示，可以设置的参数是Amplitude和Rate。我们设置为Amplitude 1V, Rate 1e+3。

图 4.1 信号源

3.5.2 差分器

由于2DPSK信号的键控调制法中需要用到相对码，我们需要对信号源出来的基带信号进行差分处理。差分器的框图如图4.2所示。它是由二个模块组成的子系统。其中异或门有两个参数需要设置Gate Delay为0，Threshold为100e-3,True Output为800e-3。

图 4.2 差分变换模块

3.5.3 调制和加噪模块

该模块的功能是2DPSK的调制和添加高斯白噪声[3]，其中参数设置有正弦波：

·幅度（Amplitude）：这里采用默认值1。

·频率（Frequency）：单位是HZ,在仿真中设置为2000。

·相位（Phase）：单位是rad，在产生正弦波是设置为0，余弦波时设置为pi。

键控开关Switch :键控开关采用SystemView中的Logic模块，其参数设置为Gate Delay为0S,Ctrl Thresh为100e-3V。噪声模块不需要设置参数。其调制框图如下所示：

图 4.3 调制和加噪模块

3.5.4解调模块

在2DPSK系统的设计中可以用两种方法实现解调：差分相干法解调和极性比较法解调。如下图所示，其中的参数设置主要是滤波器的设置，滤波器用System -View中的Operator Library模块。输入滤波器设计参数，即可通过该模型来实现滤波器。他的主要参数有：

滤波器设计方法：有巴特沃斯(Butterworth)﹑切比雪夫1型(Chebyshev I)﹑切比雪夫2型(Chebyshev 错误！未找到引用源。)以及椭圆型（Elliptic）。

滤波器类型：低通（Lowpass）﹑高通（Highpass）﹑带通（Bandpass）和带阻(Bandstop)。通带下边频率：单位是rad/s，是带通和带阻滤波器的设计参数。通带下边频率：单位是rad/s，是带通和带阻滤波器的设计参数。除此之外还有相乘器，延时器和抽样判决器。它的功能是将输入的两个信号相乘后输出。延时器采用SystemView中的Operator Library模块。它的功能是将输入的信号值延时一个预先设置的时间后输出。抽样判决器由SystemView中的已经存在的Operator Library模块组装成子系统。抽样判决器由D触发器，脉冲发生器和继电器组成。D触发器的功能是在脉冲发生器的电平发生跳变是将输入端的电平输出，在不跳

变时输出不发生改变，继电器（Relay）的功能是将输入的电平转换为严格的0电平和1电平形式。

图4.4.1 差分相干法解调

图 4.4.2 极性比较法解调

两种方法的比较：差分相干解调法。它是直接比较前后码元的相位差而构成的，故也称为相位比较法解调。这种方法不需要码变换器，也不需要专门的相干载波发生器，因此设备比较简单、实用。延时电路的输出起着参考载波的作用。乘法器起着相位比较（鉴相）的作用。极性比较法解调，此法即是2PSK解调加差分译码，2PSK解调器将输入的2DPSK信号还原成相对码，再由差分译码器（码反变换器）把相对码转换成绝对码，输出 。

四、对本次课程设计的心得体会。

通过两周的通信原理课程设计，我们能够比较系统的了解理论知识，学到了很多的东西，课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。而这次的课程设计，在高度集中的时间里，通过SystemView这个软件还有实验室所提供的设备，综合全面地测试了我的动手和思考能力，现在我对通信原理又有了进一步的认识。在我们以往的学习过程中，我们刻意地去加强理论的基础，并把学习过的东西与实际联系起来，如果无法使理论和实际联系起来，那么再好的设计也只是纸上谈兵。课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。本次课程设计在刚开始的过程中无从下手，手忙脚乱，时间又紧，最终决定用SystemView来实现2DPSK调制解调的设计。

当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题，在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决问题，无形间提高了我们的动手，动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。

本次课程设计有机地结合了理论与实践，既考察了我们对理论知识的掌握情况，还反映出我们实际动手能力，更主要的是它激起我们创新思维，为今后的进一步学习创下良好条件，为以后的就业也打下一个根基，真可谓一举多得。刚开始，不知道从哪里入手，经历了一次次的困难，却积累了很多宝贵的经验。这次设计我也深深体会到自己对知识的不足，很多时间都是和同学一起讨论，融合大家的汗水，终于基本达到了设计要求，完成了任务。

总的来说，这次课程设计让我们收获颇多，不仅让我们更深一步理解书本的知识，提高我们分析问题和解决问题的能力，而且让我们体会到知识的重要性。

五、参考文献

参考书目：

[1] 樊昌信,张甫翊,徐炳祥,吴成柯.通信原理（第5版）.国防工业大学出版社，2001 [2] 罗卫兵,孙桦,张捷.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M].北京:电子工业出版社,2002

[3] 杜武林.高频电路原理与分析[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.13-15