基于system-view-的MSK和QAM的调制与解调

目录绪论....................................................0第一章、Systemview软件简介..............................21.1Systemview软件简介........................................21.2Systemview软件的特点......................................21.3SystemView的图标库........................................31.4SystemView的系统设计窗口..................................3第二章最小频移键控（MSK）系统的设计.....................52.1MSK的基本原理..............................................52.2MSK的调制原理..............................................62.3MSK的解调原理..............................................9第三章正交振幅（QAM）系统的设计........................123.1MSK的基本原理.............................................123.2QAM的调制解调原理.........................................143.316QAM解调模块的模型建立与仿真.............................163.3.1相干解调............................................163.3.2锁相环解调...........................................16小结...................................................21参考文献...............................................22致谢...................................................23华东交通大学课程设计1绪论数字通信系统,按调制方式可以分为基带传输和带通传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输；实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。随着数字通信的迅速发展，各种数字调制方式也在不断地改进和发展，现代通信系统中出现了很多性能良好的数字调制技术。目前实际通信系统中常使用的几种现代数字调制技术首先有几种恒包络调制，主要包括偏移四相相移键控（OQPSK）、π/4四相相移键控（π/4-QPSK）、最小频移键控（MSK）和高斯型最小频移键控（GMSK）；然后是正交幅度调制（QAM），它是一种不恒定包络调制。最后是多载波调制，其中最重要的是正交频分复用（OFDM）。本文主要介绍MSK和QAM的原理，SystemView的使用方法，以及通过SystemView仿真软件对QAM、MSK数字调制及解调电路各功能模块的工作原理进行分析，提出QAM、MSK数字调制及解调电路的设计方案，选用合适的模块对所设计系统进行仿真并对仿真结果进行分析。基于Systemview的现代数字调制系统的仿真2第一章、Systemview软件简介1.1Systemview软件简介SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真分析的可视化软件工具。它界面友好，使用方便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，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。它可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真SystemView以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。使用SystemView你只需要关心项目的设计思想和过程，而不必花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。用户只需使用鼠标器点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试，而不必学习复杂的计算机程序编制，也不必担心程序中是否存在编程错误。1.2Systemview软件的特点1能仿真大量的应用系统能在DSP、通讯和控制系统应用中构造复杂的模拟、数字、混合和多速率系统。具有大量可选择的库，允许用户有选择地增加通讯、逻辑、DSP和射频／模拟功能模块。2快速方便的动态系统设计与仿真使用用户熟悉的Windows界面和功能键（单击、双击鼠标的左右键），SystemView可以快速建立和修改系统，并在对话框内快速访问和调整参数，实时修改实时显示。只需简单用鼠标点击图符即可创建连续线性系统、DSP滤波器，并输入／输出基于真实系统模型的仿真数据。不用写一行代码即可建立用户习惯的子系统库（MetaSystem）。3提供基于组织结构图方式的设计通过利用SystemView中的图符和MetaSystem（子系统）对象的无限制分层结构功能，SystemView能很容易地建立复杂的系统。4多速率系统和并行系统SystemView允许合并多种数据采样率输入的系统，以简化FIR滤波器的执行。这种特性尤其适合于同时具有低频和高频部分的通信系统的设计与仿真，有利于提高整个系统的仿真速度，而在局部又不会降低仿真的精度。同时还可降低对计算机硬件配置的要求。5完备的滤波器和线性系统设计华东交通大学课程设计3SystemView包含一个功能强大的、很容易使用的图形模板设计模拟和数字以及离散和连续时间系统的环境，还包含大量的FIR/IIR滤波类型和FFT类型，并提供易于用DSP实现滤波器或线性系统的参数。6先进的信号分析和数据块处理SystemView提供的分析窗口是一个能够提供系统波形详细检查的交互式可视环境。分析窗口还提供一个能对仿真生成数据进行先进的块处理操作的接收计算器。7完善的自我诊断功能SystemView能自动执行系统连接检查，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图符。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。。1.3SystemView的图标库图标是SystemView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（MainLibraries），共8个。另一组是可选择的专业库（OptionalLibraries）,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。信源库加法器逻辑库算子库函数库乘法器新宿库图1-1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（comm）、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。1.4SystemView的系统设计窗口1.主菜单栏系统视窗第一行为《主菜单栏》它含有几个下拉式菜单，通过这些菜单可以访问重要的SystemView功能，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）和基于Systemview的现代数字调制系统的仿真4帮助（Help）。用鼠标选择各菜单都会下拉显示若干选项。新建或打开设计文件的操作步骤与其它软件相同。图1-2系统设计窗口2.快捷功能按钮设计窗口中菜单行的第二行为《工具栏》，它是由16个常用快捷功能按钮组成的动作条。它包含了在系统设计、仿真中可能用到的各种操作按钮。各按钮的功能如下：图1-3快捷功能按钮华东交通大学课程设计5第二章最小频移键控（MSK）系统的设计2.1MSK的基本原理MSK(MinimumFrequencyShiftKeying)又称快速移频键控(FFSK)，是2FSK的改进形式。所谓“最小”是指这种调制方式能以最小的调制指数(0.5)获得正交信号，“快速”是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK的数据传输速率更高，且在带外的频谱分量要比2PSK衰减的快。MSK是恒定包络连续相位频率调制，其信号的表示式为ωc为载波角频率，Ts为码元宽度，ak为第k个输入码元，取值为±1；φk为第k个码元的相位常数，在时间kTs≤t≤(k+1)Ts中保持不变，其作用是保证在t=kTs时刻信号相位连续。令则信号的表示式为MSK信号的时间波形如图所示图2-1MSK信号的时间波形图()cos,1,12kMSKckssksastttkTtkTaT()2kkksattT()cos()MSKcksttt1211:;2211:22kcskcsafTafT当时当时1210.52ssffffhTf调制指数基于Systemview的现代数字调制系统的仿真62.2MSK的调制原理由MSK信号的一般表示式可得因为所以令则根据上式，可采用正交调幅方式产生MSK信号，其调制的方框图如下所示。图2-2MSK调制的方框图华东交通大学课程设计7由上图可知，MSK信号产生的过程为：1)对输入数据序列进行差分编码；2)把差分编码器的输出数据用串/并变换器分成两路，并相互交错一个比特宽度Ts；3)用加权函数cos(πt/2Ts)和sin(πt/2Ts)分别对两路数据进行加权；4)用两路加权后的数据分别对正交载波cosωct和sinωct进行调制；5)把两路输出信号进行叠加。根据以上的MSK调制原理框图，在Systrmview上设计的仿真调试图如下图-11所示：图2-3systemviewMSK调制仿真图采样器（63）：按设定的采样速率采样，输出的结果是输入信号在采样宽度内的线性组合。原理图中的采样速率为10HZ。保持器（1.2.65）：用于采样或抽样后返回系统采样率。增益（64）：对输入信号进行放大。延时（5.6.17）：延时规定各单位的时间。异或们（60）：两个或两个以上的逻辑信号异或操作。脉冲信号（0,3）：用于产生相应的脉冲信号首先由信号源产生一个伪随机序列（0），此伪随机序列的幅度为1V，频率为10HZ，电平为2。伪随机序列的信号波形如下图2-4所示：基于Systemview的现代数字调制系统的仿真8图2-4将其信号通过采样器后输入到异或们中，并将通过异或们输出的一路信号通过增益后输回到异或们，和原信号进行异或，然后在通过保持器，并输入到波形观察分析器65中，从而形成输入差分码，波形如下图2-5所示：图2-5将拆分编码先进行并串/变换，分为两路信号Q和I（如图---14）。I延迟T时间后与一载波频率只有基带信号频率0.25倍的载波进行相乘，然后再通过相乘器与一个载波频