数字通信系统的设计与仿真

数字通信系统的设计与仿真
摘 要：本次设计的是一种数字通信系统，该通信系统主要采用数字信源为输入、交织编码译码技术、MP 信道、2FSK 的调制和非相干解调技术。

利用system view 对系统进行仿真，并分析眼图和误码率。

关键字：system view,仿真，数字通信
1 数字通信系统基本原理
1.1 数字通信系统的模型
图1 数字通信系统的模型
1.2 信息源
它的作用是把各种消息转换为原始电信号，信源分为模拟信源和数字信源。

本文的输入信号采用模拟信源，通过A/D 转换把输入的模拟信号转换为数字信号，模拟信号转化为数字信号包括三个步骤：抽样、量化和编码。

模拟信号首先被抽样。

通常抽样是按照等时间间隔进行的，虽然在理论上并不是必须如此的。

模拟信号被抽样后，成为抽样信号，它在时间上是离散的，但是其取值仍然是连续的，所以是离散模拟信号。

第二步是量化。

量化的结果使抽样信号变成量化信号，其取值是离散的。

故量化信号已是数字信号了，它可以看成是多进制的数字脉冲信号。

第三步是编码。

第一步抽样的定理：设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率<H f 且带宽受到限制时，则以间隔时间为1/2H T f 的周期性冲击脉冲对它抽样时，()m t 将被这些抽样值所安全确定。

由于抽样时间间隔相等。

），低通滤波107中的最低频率是10Hz ，108的增益为300Hz 。

即奈奎斯特的定理。

第二步：量化。

模拟信号的抽样值为m(KT)，其中T 是抽样周期，k 是整数。

量化原理公式：
,()q i m kT q =≤i-1i 当m m(kT)<m （1.1-2）
在非均匀量化时，量化间隔是随信号抽样值的不同而变化的。

信号抽样值小时，量化间隔 v 也小；信号抽样值大时，量化间隔 v 也大。

非均匀量化的实现方法通常是在进行量化之前，先将信号抽样值压缩，再进行均匀量化。

其压缩是用一个非线性电路将输入电压x 变换成输出电压y ：
()x y f
= （1.1-3） 第三步：通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的过程，称为
脉冲编码调制。

1.3 信源编码与译码 它的基本功能一是提高信息传输的有效性，即通过某种数据压缩技术设法减少码元数目和降低码元速率。

码元速率决定传输所占的带宽，而传输带宽反映了通信的有效性。

二是完成模/数（A/D ）转换，即当信息源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。

信源译码是信源编码的逆过程。

1.4 信道编码与译码
本文采用交织编码模块来实现它。

信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力。

数字信号是信道传输时受到噪声等影响后将会引起差错。

为了减小差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓的“抗干扰编码”。

接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。

1.5 加密与解密
在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，认为地将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫做加密。

在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息。

（本文没做加密与解密）
1.6 数字调制与解调
二进制频移键控，是用载波的频率来携带二进制信息的调制方式。

也就是说，0值对应一个频率f1，1对应另一个频率f2。

二进制频移键控可以采用模拟信号调频电路来实现；但更容易实现的方法是键控法。

由于二进制频移键控已调信号可以看作两个不同载波的幅度键控已调信号之和，它的频带宽度是两倍的基带信号宽度（B ）和| f 2- f 1|之和，2FSK 键控法理论框图如图所示。

选择开关载波1
输出
二进制
信息载波2
图2 2FSK 调制器
2FSK 的解调有很多方法，本系统采用非相干解调，原理图3如图所示 带通
滤波
带通
滤波包络检波包络检波抽样判决输入
抽样时钟输出
图3
2FSK 非相干解调
2 数字通信系统仿真的模型建立和参数设定及结果波形
2.1 2FSK 调制解调仿真图及仿真波形图
图4 2FSK 调制仿真图 图5 2FSK 非相干解调仿真图
各参数设置：模块1的频率为100Hz
，振幅为1V ；模块2的频率为150Hz
，振幅为1V ；模块12和模块13的频率都为5Hz ；模块6的最低频率为80Hz ，最高频率为130Hz ；模块7的最低频率为115Hz ，最高频率为170Hz ；
图6 2FSK 调制后的波形图
图7 2FSK 解调后的波形图
2.2 其他元器件的仿真参数
信源：频率为10Hz，振幅为1V；
交织编码译码：rows(smpls)为1，columns(smpls)为1；
2.3 数字通信系统仿真总图及输入输出波形对比
2.31 数字通信系统的仿真总图
图8 数字通信系统的仿真总图
2.32 输入输出波形对比
图9 输出波形图
图10 输出波形图
3 眼图及误码率分析
3.1 眼图的模型及分析
眼图的形状越规则，噪声干扰越小，眼图越不规则噪声干扰越大。

3.11 观察眼图模型
图11 观察眼图模型
3.12 有噪声干扰下的眼图跟无噪声干扰下的对比：
图12 无噪声干扰下的眼图
图13 有噪声干扰下的眼图
3.2 误码率分析
所谓误码率是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标.误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%.如果有误码就有误码率.在一定时间内收到的数字信号中发生差错的比特数与同一时间所收到的数字信号的总比特数之比，就叫做“误码率”，也可以叫做“误比特率”。

误码的产生是由于在信号传输中，衰变改变了信号的电压，致使信号在传输中遭到破坏或受到外界的干扰，产生误码.噪音、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障或在通信系统内部由于各个组成部分的质量不够理想而使传送的信号发生畸变等都会导致误码（比如传送的信号是1，而接收到的是0；反之亦然）。

3.21 误码率模块
图14 误码率模块
3.22 误码率SYSTEMVIEW 分析窗口
选择输出波形，点击波形观察窗口下的计算器图标，选择COMM选项选择theoretical BER Plots 选择相应的调制模式，点确定，然后可以观察到输出波形与理想情况下误码率的曲线对比。

3.23 误码率的波形
图15 误码率波形图
4 总结
本次课程设计主要根据数字信号模型图来设计的，采用数字信源输入，在经过交织编码进行信道编码，利用2FSK调制信号，通过MP信道到2FSK非相干解调，最后进行交织译码。

本次设计是利用system view进行仿真，所有模块均是采用仿真软件是自带的模块，误码率、眼图及所有波形也是通过system view来观察分析的。

整个课程设计历时10天，通过这次设计，进一步掌握了数字通信系统的相关知识，也对仿真软件system view有了进一步的认识，并加强了仿真软件的实践能力。

这次课程设计还是毕业设计的一次简单模拟，让我对毕业设计有了一定的了解，也初步认识到毕业设计的一些相关的信息，让我对毕业设计跟有信心。

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