基于systemview的數(shù)字基帶與頻帶傳輸仿真(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 stemView發(fā)展趨勢(shì)及現(xiàn)狀SystemView是美國(guó)ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)去描述程序，無(wú)需與復(fù)雜的程序語(yǔ)言打交道，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問(wèn)與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。基于PC機(jī)Windows平臺(tái)的SystemView動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，是一個(gè)已開始流行的、優(yōu)秀的EDA軟件，它通過(guò)方便、直觀、形象的過(guò)程構(gòu)建系統(tǒng)，提供豐富的部件資源，強(qiáng)大的分析功能和可視化開放的體系結(jié)構(gòu)，已逐漸被電子工程師、系統(tǒng)開發(fā)/設(shè)計(jì)人員所認(rèn)可,并作為各種通信、控制及其它系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和仿真平臺(tái)以及通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。現(xiàn)代通信過(guò)程中的電信號(hào)可以分為兩大類:模擬信號(hào)(如普通電話機(jī)輸出的語(yǔ)音信號(hào))和數(shù)字信號(hào)(如電傳機(jī)、發(fā)報(bào)機(jī)輸出的信號(hào)),以數(shù)字信號(hào)(由二進(jìn)制“0”和“1”組成的數(shù)字碼流)攜帶并傳輸信息的通信方式就是數(shù)字通信。數(shù)字通信的基帶與頻帶傳輸技術(shù)數(shù)字通信涉及的技術(shù)比較多,主要包括信源編碼、信道編碼(也稱差錯(cuò)控制編碼)、保密編碼、數(shù)字調(diào)制、定時(shí)與同步問(wèn)題等等,不同的通信方式需要解決不同的問(wèn)題。目前主要應(yīng)用在移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、微電子技術(shù)、微波中繼通信等領(lǐng)域。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)：傳輸速率更高，容量變大，距離變長(zhǎng)，想著小型化，綜合化，智能化發(fā)展。隨著人類流動(dòng)性的加快個(gè)人移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展腳步越來(lái)越快。將會(huì)有更多的業(yè)務(wù)等待區(qū)開拓。第三章 設(shè)計(jì)原理．頻帶傳輸系統(tǒng)工作原理數(shù)字信號(hào)的傳輸方式為基帶傳輸和帶通傳輸。如果要是使信號(hào)在帶通信道中傳輸，那么就必須通過(guò)數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，從而讓信號(hào)與信道特性相匹配。在這個(gè)過(guò)程中就要用到數(shù)字調(diào)制[5]。 在通信系統(tǒng)中，利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過(guò)開關(guān)鍵控載波，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，這種方法通常稱為鍵控法，主要對(duì)載波的振幅，頻率，和相位進(jìn)行鍵控。鍵控主要分為：振幅鍵控，頻移鍵控，相移鍵控三種基本的數(shù)字調(diào)制方式[1]。振幅鍵控（也稱幅移鍵控），記做ASK,或稱其為開關(guān)鍵控（通斷鍵控），記做OOK 。二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控通常記做2ASK。振幅鍵控是利用載波的幅度變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，其頻率和初始相位保持不變。當(dāng)數(shù)字信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控是一種古老的調(diào)制方式,與是各種數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)。 對(duì)于振幅鍵控這樣的線性調(diào)制來(lái)說(shuō)，在二進(jìn)制里，2ASK是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個(gè)連續(xù)的載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)的輸出，有載波輸出時(shí)表示發(fā)送“1”，無(wú)載波輸出時(shí)表示發(fā)送“0”。根據(jù)線性調(diào)制的原理，一個(gè)二進(jìn)制的振幅調(diào)制信號(hào)可以表示完成一個(gè)單極性矩形脈沖序列與一個(gè)正弦型載波的乘積。2ASK信號(hào)可表示為 ： (311)式中,為載波角頻率，s(t)為單極性NRZ矩形脈沖序列 (312)其中，g(t)是持續(xù)時(shí)間為、高度為1的矩形脈沖，常稱為門函數(shù)； 為二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控信號(hào)可以表示成一個(gè)單極性矩形脈沖序列與一個(gè)正弦型載波的相乘其實(shí)現(xiàn)的方法有兩種：模擬調(diào)制法和鍵控法。原理框圖如圖： 載波的幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)而變化。基帶信號(hào)形成器把數(shù)字序列轉(zhuǎn)成為所需要的單極性基帶矩形脈沖序列s(t)與載波相乘后即把s(t)的頻譜搬移到附近，實(shí)現(xiàn)了2ASK。帶通濾波器濾出所需要的已調(diào)信號(hào)，防止帶外輻射影響鄰臺(tái)。相干或非相干解調(diào)原理：2ASK信號(hào)也有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)和相干解調(diào)。在這里我們使用是相干解調(diào)，解調(diào)過(guò)程與調(diào)制過(guò)程相反，如圖： 如圖示可知：帶通濾波器恰好使2ASK信號(hào)完整地通過(guò)，經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)后，輸出其包絡(luò)。低通濾波器的作用是濾除高頻雜波，使基帶包絡(luò)信號(hào)通過(guò)。抽樣判決器包括抽樣、判決及碼元形成，有時(shí)又稱譯碼器。不計(jì)噪聲影響時(shí)，帶通濾波器輸出為2ASK信號(hào)，經(jīng)過(guò)抽樣、判決后將碼元再生，即可恢復(fù)出數(shù)字序列。 2FSK基本原理頻移鍵控是利用載波的頻率來(lái)傳遞數(shù)字信號(hào)，在2FSK中，載波的頻率隨著二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。一種可以采用模擬電咱來(lái)實(shí)現(xiàn)；另一種可以采用鍵控法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在二進(jìn)制基帶矩形脈沖序列的控制下通過(guò)開關(guān)對(duì)兩個(gè)不同的獨(dú)立源進(jìn)行先通，使其在每一個(gè)碼元期間輸出f1和f2兩個(gè)載波之一。這兩種方法產(chǎn)生2FSK信號(hào)的差異在于：由調(diào)頻法產(chǎn)生的2FSK信呈在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的，而鍵控法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)，是郵電子開關(guān)在兩個(gè)獨(dú)立的頻率源之間轉(zhuǎn)換形成，故相鄰碼元之間的相位不一不定期連續(xù)。頻移鍵控是利用載波的頻移變化來(lái)傳遞數(shù)字信息的。在2FSK中，載波的頻率隨基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化[6]。故其表達(dá)式為： (314)典型波形如下圖所示。由圖可見。2FSK信號(hào)可以看作兩個(gè)不同載頻的ASK信號(hào)的疊加。因此2FSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式又可以寫成：(315)原理圖如下： 2fsk時(shí)域表達(dá)式原理圖2FSK信號(hào)的解調(diào)—相干解調(diào)： 2fsk相干解調(diào)表達(dá)式這種方法所產(chǎn)生的信號(hào)，也就是利用矩形脈沖序列控制的開關(guān)對(duì)不同的頻率源進(jìn)行選通。頻移鍵控FSK是用數(shù)字基帶信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。因?yàn)閿?shù)字信號(hào)的電平是離散的，所以載波頻率的變化也是離散的[3][4]。 2PSK的基本原理2PSK是二進(jìn)制相移鍵控方式，是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式。就是根據(jù)數(shù)字基帶信號(hào)的兩個(gè)電平(或符號(hào))使載波相位在兩個(gè)不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。兩個(gè)載波相位通常相差180度，二進(jìn)制相移鍵控中，載波的振幅和頻率都是不變的，通常通過(guò)基帶脈沖的變化決定載波的相位，從而取相應(yīng)的離散值。這種通過(guò)載波的不同相位來(lái)直接表示相應(yīng)的數(shù)字信息的相位鍵控通常被稱為絕對(duì)移相方式，此時(shí)也稱為反向鍵控(PSK) [6],（1）2PSK信號(hào)的產(chǎn)生2PSK的產(chǎn)生：模擬法和數(shù)字鍵控法，就模擬調(diào)制法而言，與產(chǎn)生2ASK信號(hào)的方法比較，只是對(duì)s(t)要求不同，因此2PSK信號(hào)可以看作是雙極性基帶信號(hào)作用下的DSB調(diào)幅信號(hào)。而就鍵控法來(lái)說(shuō)，用數(shù)字基帶信號(hào)s(t)控制開關(guān)電路，選擇不同相位的載波輸出，這時(shí)s(t)為單極性NRZ或雙極性NRZ脈沖序列信號(hào)均可。 2PSK信號(hào)與2ASK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式在形式上是完全相同的，所不同的只是兩者基帶信號(hào)s(t)的構(gòu)成，一個(gè)由雙極性NRZ碼組成，另一個(gè)由單極性NRZ碼組成。因此，求2PSK信號(hào)的功率譜密度時(shí)，也可采用與求2ASK信號(hào)功率譜密度相同的方法。（2）2PSK信號(hào)的功率譜分析2PSK信號(hào)的功率譜：（1）當(dāng)雙極性基帶信號(hào)以相等的概率（p=1/2）出現(xiàn)時(shí)，2PSK信號(hào)的功率譜僅由連續(xù)譜組成。而一般情況下，2PSK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成。其中，連續(xù)譜取決于基帶信號(hào)經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜，而離散譜則由載波分量確定（2）2PSK的連續(xù)譜部分與2ASK信號(hào)的連續(xù)譜基本相同因此，2PSK信號(hào)的帶寬、頻帶利用率也與2ASK信號(hào)的相同　(316)其中，數(shù)字基帶信號(hào)帶寬。這就表明，在數(shù)字調(diào)制中，2PSK的頻譜特性與2ASK相似。相位調(diào)制和頻率調(diào)制一樣，本質(zhì)上是一種非線性調(diào)制，但在數(shù)字調(diào)相中，由于表征信息的相位變化只有有限的離散取值，因此，可以把相位變化歸結(jié)為幅度變化。這樣一來(lái)，數(shù)字調(diào)相同線性調(diào)制的數(shù)字調(diào)幅就聯(lián)系起來(lái)了，為此可以把數(shù)字調(diào)相信號(hào)當(dāng)作線性調(diào)制信號(hào)來(lái)處理了。原理圖如下： 2psk原理圖 2PSK的解調(diào)：2PSK，只用相干解調(diào)的方法來(lái)回復(fù)原始信號(hào)，可以用各種鑒相器來(lái)完成。如下圖視。它是直接比較前后碼的相位差，碼變換作用同時(shí)完成，不需碼變換器，無(wú)須相干載波，他適用但需一延遲電路來(lái)精確延遲一個(gè)碼元間隔。這當(dāng)然也增加設(shè)備復(fù)雜度。原理框圖： 主要由碼波形變換器、發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器和取樣判決器等5個(gè)功能電路組成。 基帶傳輸系統(tǒng)的組成框圖如圖： 此系統(tǒng)并不是無(wú)碼間干擾設(shè)計(jì)的，一般采用高斯濾波器來(lái)作為形成濾波器，這樣能使基帶信號(hào)能量更為集中。其原理輸出圖如下： PN碼發(fā)生器低 通高 斯噪聲源加性高斯低通型信道＋形 成濾波器接 收判 決 基帶傳輸系統(tǒng)的輸入信號(hào)是由終端設(shè)備編碼器產(chǎn)生的脈沖序列，為了使這種脈沖序列適合于信道的傳輸，一般要經(jīng)過(guò)碼型變換器，碼型變換器把二進(jìn)制脈沖序列變?yōu)殡p極性碼（AMI碼或HDB3碼），有時(shí)還要進(jìn)行波形變換，使信號(hào)在基帶傳輸系統(tǒng)內(nèi)減小碼間干擾。當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)信道時(shí)，由于信道特性不理想及噪聲的干擾，使信號(hào)受到干擾而變形。在接收端為了減小噪聲的影響，首先使信號(hào)進(jìn)入接收濾波器，然后再經(jīng)過(guò)均衡器，校正由于信道特性（包括接收濾波器在內(nèi)）不理想而產(chǎn)生的波形失真或碼間串?dāng)_。最后在取樣定時(shí)脈沖到來(lái)時(shí)，進(jìn)行判決以恢復(fù)基帶數(shù)字碼脈沖。數(shù)字基帶信號(hào)，即基頻、取值離散的信號(hào)，含有大量的低頻分量和直流分量。如計(jì)算機(jī)，電轉(zhuǎn)機(jī)等數(shù)據(jù)終端信號(hào)，或者是模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理的PCM信號(hào)。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)：不是用載波調(diào)制的解調(diào)裝置，而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的系統(tǒng)。有利于提高系統(tǒng)的頻帶利用率。基帶信號(hào)應(yīng)不含直流分量，同時(shí)低頻分量要盡量少，因?yàn)橛捎谧儔浩鞯慕尤耄剐诺谰哂械皖l截止特性。考慮到碼型頻譜中高頻分量的影響電纜中線對(duì)間由于電磁輻射而引起的串話隨頻率升高而加劇，會(huì)限制信號(hào)的傳輸距離或傳輸容量。基帶信號(hào)應(yīng)具有足夠大的定時(shí)信號(hào)供提取。基帶信號(hào)的傳輸碼型應(yīng)具有誤碼檢測(cè)能力。碼型變換設(shè)備簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。常見的傳輸碼型有NRZ碼、RZ碼、AMI碼、HDB3碼及CMI碼，其中最適合基帶傳輸?shù)拇a型是HDB3碼。另外，AMI碼也是CCITT建議采用的基帶傳輸碼型，但其缺點(diǎn)是當(dāng)長(zhǎng)連0過(guò)多時(shí)對(duì)定時(shí)信號(hào)提取不利。CMI碼一般作為四次群的接口碼型。