基于SystemView的MSK系统的仿真实现

课程设计题目：基于SystemView的MSK系统的仿真实现班级：学号：姓名：指导教师姓名：设计地点：2015年9月13日JIANGSUTEACHERSUNIVERSITYOFTECHNOLOGY通信原理课程设计报告通信电子线路实验与设计报告1目录序言…………………………………………………………………………2第1章软件简介……………………………………………………3第2章工作原理……………………………………………………6第3章MSK调制的仿真……………………………………………………83.1仿真的方案与原理……………………………………………………83.1.1系统参数……………………………………………………83.2建模的思想……………………………………………………83.3仿真的框图……………………………………………………83.4仿真结果分析……………………………………………………103.4.1差分编码电路……………………………………………………103.4.2串并/交换电路……………………………………………………113.4.3加权调制……………………………………………………123.4.4正交载波调制……………………………………………………13参考文件…………………………………………………………………16体会与建议………………………………………………………………17附录………………………………………………………………18通信电子线路实验与设计报告2序言随着数字通信技术的日益发展和广泛应用，数字调制技术作为这个领域中极为重要的一个方面得到了迅速发展。特别是今年来随着远距离数字通信的发展，系统中出现了新的问题——信道中同时存在着带限与线性的特性。在这种信道条件下，传统的数字调制方式则面临这一场新的挑战。为了适应这类信道的特性，又发展起来了一种新的数字调制方式技术——现代恒定包络数字调制技术。人类社会是建立在信息交流基础上的，通信是推动人类社会文明、进步与发展的巨大动力，特别是当今信息社会，通信更是整个社会的高级“神经中枢”。而通信系统的质量在很大程度上依赖与所采用的调制方式。现代恒定包络数字调制技术的发展过程，就是已调波的相位路径不断得到改进与完善的过程。因为一个已调波的频谱特性与其相位路径有着紧密的联系（dtdt）。为了控制已调波的频谱特性，则必须控制它的相位路径。首先出现的是二相移相键控（BPSK），继而，为了提高信道频带利用率，又在它的基础上提出了四相移相键控（QPSK）。这两种调制方式所产生的已调波，在码元转换时刻上都可能产生180o相位突跳，使得功率谱高频滚降缓慢，带外辐射大。为了消除180o相位突跳，在QPSK基础上又提出了交错正交移相键控（OQPSK），它虽然克服了180o相位突跳的问题，但是，在码元转换时刻上仍可能有90o的相位突跳，同样使的功率谱高频不能很快地滚降，为了彻底解决相位突跳的问题，人们很自然地会想到相邻码元间的相位变化不应该瞬时地突变，而应该在一个码元时间内逐渐累积来完成，从而保持码元转换时刻相位联系，于是又提出了最小移频键控（MSK）。本文将在讨论MSK信号的基础上，研究其调制的理论基础，并提出调制的实现方案，最终用SystemView仿真软件对其进行仿真，进而证明MSK调制技术的优越性。通信电子线路实验与设计报告3第1章SystemView的简介SystemView是一个信号级的系统仿真软件。它不但使设计人员能够设计、开发和统而且能全面地从头到尾集成系统。直观而有力的SystemView能够提供模拟、数字、混合模式系统的开发；线性和非线性系统设计；Laplace和Z变换线性系统等，其用户界面使这些特点非常容易理解，用于通信、逻辑、DSP和射频/模拟设计的大量可供选择的库能够使工程设计人员灵活选择使用。在对SystemView的功能展开系统论述之前，首先简单介绍SystemView仿真系统的特点:（1）用户不必为通信系统的各个部分都进行建模，SystemView把一些最常用的功能模块进行了封装，如一些基本的调制解调方法、信道模型、编解码、常用的滤波器用户在使用时只需根据自己的具体要求对其参数进行设定。（2）采用的基于组织结构图方式的设计方法，工程设计人员利用图符和子系统对象的无限制分层结构功能，便可方便快捷地建立复杂系统。（3）包含强有力的DSP和FPGA模块可对IS-95、DVB等系统建模。（4）可对具有多种数据采样率输入的系统进行合并，从而同时满足通信系统中低频和高频部分的设计与仿真。（5）扩展性强，可准许工程设计人员插入自己用C/C++编写的用户代码模块，并提供与MATLAB等工具软件接口。（6）提供基于组织结构图方式的设计。（7）多速率系统和并行系统。（8）先进的信号分析和数据块处理SystemView的分析窗口是一个能够对系统波形进行详细检查的交互式可视环境。分析窗口还提供了一个能对仿真生成的数据进行先进的块处理操作的接收计算器。（9）完善的自我诊断功能SystemView能自己执行系统连接检查，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符。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。SystemView的另一个重要特点是它可以从不同角度、以不同方式按要求设计多种滤波器，并可以自动完成滤波器各指标——如幅频特性（波特图）、传输函数、根轨迹图等——之间的转换。SystemView包括两个主要的工作环境：设计窗口和分析窗口进入SystemView后屏幕上首先出现设计窗口，如图1-1所示：通信电子线路实验与设计报告4图1-1SystemView的设计窗口在设计窗口内，只需要点击鼠标及进行必要参数的输入，就是可以通过设置图标，连接图标等操作完成一个完整系统的基本搭建工作，创建各种连续域或离散域的系统，并可及其方便的给系统加入要求的注释。SystemView系统是一个离散时间系统，首先要对信号进行采样，然后对各个采样点的值进行分析计算，最后输出时，在分析窗口内，按要求画出各个点的值或模拟曲线。所以在仿真前必须对采样起始/终止时间、采样频率、采样间隔和采样点数进行设置。如果设置不合理，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。单击工具栏中的系统定时按钮可以进入系统定时设定窗口。设定系统定时设定窗口如图1-2所示：图1-2系统定时设定窗口在窗口设定是设置好歧视时间和终止时间，系统的采样率应设为系统信号最高频率的5至7倍。当采样率为系统信号最高频率的10倍以上时，仿真波形就几乎没有任何失真了。本实验中采样速率=3400HZ。通信电子线路实验与设计报告5分析窗口是观察系统仿真结果数据的基本载体，利用它可以观察某一系统仿真的结果进行的各种分析。在分析窗口中单击（分析窗口）按钮，即可激活分析窗口。如图2.3所示。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。例如，MSK调制运行结果如图1-3所示：图1-3分析窗口及运行结果显示这些功能可以通过单击分析窗口工具栏上的快捷键按钮或下拉菜单来激活。分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具栏、滚动条、活动图形和提示信息栏。其中工具栏右侧的提示信息栏提供和图形窗口相关的信息，当鼠标位于图形窗口显示区时该处显示坐标信息。颜色列表提示用于显示活动图形窗口各种不同颜色的线条代表的意义。通信电子线路实验与设计报告6第2章MSK系统的工作原理MSK是一种调制指数为0.5的恒定的包络连续相位的频率调制。MSK已调信号coscoscossinsinmskckkckcSttttttt。(2-1)因为2kkksattTcoscoscoscossinsin22mskkckkcssttSttatTT(2-2)coscossinsin22kckcssttIttQttTT(2-3)错误!未找到引用源。（2-4）由式（2-4）可以看出，MSK信号的两个频率分别为114csffT(2-5)214csffT(2-6)中心频率cf应选为4csnfTn=1,2,…(2-7)由式（2-7）表明，MSK信号在每一码元周期内必须包含四分之一载波周期的整数倍。在任一个码元期间sT，若1ka，则kt线性增加2；若1ka，则kt线性减少2。对于给定的输入信号序列ka，相应的附加相位函数kt的波形如图2-8所示。图2-8附加相位函数kt的波形图由式（2-3）可以画出MSK信号调制器原理图如图(2-9)所示。图中，输PN序列经通信电子线路实验与设计报告7过差分编码和串/并变换后,I支路信号经cos2stT加权调制和同相载波cosct相乘输出同相分量Ixt。Q支路信号先延迟sT，经sin2stT加权调制和正交载波sinct相乘输出正交分量Qxt。Ixt和Qxt相加就可得到已调MSK信号。原理框图如图2-9所示：图2-9MSK调制原理图第3章基于SystemView的MSK调制的仿真实现差分编码串/并变换延时振荡f=1/4Ts振荡f=50HZZHHH移相π/2移相π/2kakbKIKQcos(π/2TS)twccosSin(π/2Ts)twcsinMSK信号通信电子线路实验与设计报告83.1仿真的方案与原理第二章中已经介绍了MSK的调制原理。首先在仿真过程中，要对相关的参数进行一系列的设定，设定采样频率为3400HZ，如第一章的图（1-2）。系统参数的设置如下：3.1.1系统参数码元速率：频偏（也即加权函数频率）：载波频率：传信频率：这样，在一个码元时间sT内，2f刚好完成1.72周，1f刚好完成1.22周。假定传“+1”时，信号频率是1f，即在一个码元sT时间内，1f的波形有1.22个周期；传“-1”时，信号频率是2f，即在一个码元sT时间内，2f的波形有1.72个周期。3.2建模的思想依据第二章里面的（2-9）调制原理图，首先要采集到一组PN序列，经过差分编码形成差分码。然后经过串并变换分成两列，为了使两列的波形错开。Q列有一个码元宽度的延迟。为偶元码。然后两列信号与加权函数相乘，在与载波函数进行正交调制。最终的同相分量与正交分量相减可以得到MSK信号。然后运用到SystemView系统里。在建模的时候要注意参数的设置和系统采用频率的设定。还有注意所选图标的工整对齐。3.3仿真的框图根据第二章原理图2-9建立的MSK系统调制SystemView模型如图3-1所示：BR=34HZ=TS1ST41=8.5HZcf=50HZHZTfcfS5.415.8504/11HZTffsc5.585.8504/1222.1/1STf72.1/2STf通信电子线路实验与设计报告9图3-1MSK调制部分SystemView仿真电路图各图符的设置如表3-2所示：表3-2调制过程各图符参数图符编号库/图符名称参数0SourceLibrary/PNSeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=34Hz,Levels=2,Phase=0deg1,5OperatorLibrary/SamplerRate=34Hz,Aperture=0sec38LogicLibrary/XORGateDelay=0sec,Threshold=500e-3v,TrueOutput=1v,FalseOutput=-1v3OperatorLibrary/GainGain=1,GainUnits=Linear4,11,12OperatorLibrary/HoldGain=1,LastValue37OperatorLibrary/SmplDelayDelay=1samples,Attribute=Passive,FillLastRegister,InitialCondition=0v7,8OperatorLibrary/Decimator