通信原理System view仿真實驗指導(dǎo)

1、通信原理System view仿真實驗指導(dǎo)第一部分 SystemView簡介System View是由美國ELANIX公司推出的基于PC的系統(tǒng)設(shè)計和仿真分析的軟件工具，它為用戶提供了一個完整的開發(fā)設(shè)計數(shù)字信號處理（DSP）系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，控制系統(tǒng)以及構(gòu)造通用數(shù)字系統(tǒng)模型的可視化軟件環(huán)境。1.1 SystemView的基本特點1動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計與仿真(1) 多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)：SYSTEMVIEW允許合并多種數(shù)據(jù)速率輸入系統(tǒng)，簡化FIR FILTER的執(zhí)行。(2) 設(shè)計的組織結(jié)構(gòu)圖：通過使用METASYSTEM(子系統(tǒng))對象的無限制分層結(jié)構(gòu)，SYSTEMVIEW能很容易地建立復(fù)雜的系統(tǒng)。(3) S

2、YSTEMVIEW的功能塊：SYSTEMVIEW的圖標庫包括幾百種信號源,接收端，操作符和功能塊，提供從DSP、通信信號處理與控制，直到構(gòu)造通用數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用使用。信號源和接收端圖標允許在SYSTEMVIEW內(nèi)部生成和分析信號以及供外部處理的各種文件格式的輸入/輸出數(shù)據(jù)。(4) 廣泛的濾波和線性系統(tǒng)設(shè)計：SYSTEMVIEW的操作符庫包含一個功能強大的很容易使用圖形模板設(shè)計模擬和數(shù)字以及離散和連續(xù)時間系統(tǒng)的環(huán)境，還包含大量的FIR/IIR濾波類型和FFT類型。2信號分析和塊處理SYSTEMVIEW分析窗口是一個能夠提供系統(tǒng)波形詳細檢查的交互式可視環(huán)境。分析窗口還提供一個完成系統(tǒng)仿真生成數(shù)據(jù)的先

3、進的塊處理操作的接收端計算器。接收端計算器塊處理功能：應(yīng)用DSP窗口，余切，自動關(guān)聯(lián)，平均值，復(fù)雜的FFT，常量窗口，卷積，余弦，交叉關(guān)聯(lián)，習(xí)慣顯示，十進制，微分，除窗口，眼模式，F(xiàn)UNCTION SCALE，柱狀圖，積分，對數(shù)基底，數(shù)量相，MAX，MIN，乘波形，乘窗口，非，覆蓋圖，覆蓋統(tǒng)計，解相，譜，分布圖，正弦，平滑，譜密度，平方，平方根，減窗口，和波形，和窗口，正切，層疊，窗口常數(shù)。1.2 SystemView各專業(yè)庫簡介SystemView的環(huán)境包括一套可選的用于增加核心庫功能以滿足特殊應(yīng)用的庫，包括通信庫、DSP庫、射頻/模擬庫和邏輯庫，以及可通過用戶代碼庫來加載的其他一些擴展庫。

4、1.2.1 通信庫SytemView的通信庫包含設(shè)計和仿真一個完整的通信系統(tǒng)必要的工具，包括代表各種模塊功能的圖標如糾錯編解碼、基帶脈沖成形、調(diào)制、信道模型、解調(diào)、數(shù)據(jù)恢復(fù)等。1.2.2 DSP庫SystemView的DSP庫能夠在待運行的DSP芯片模型基礎(chǔ)上仿真DSP系統(tǒng)。這個庫支持大多數(shù)DSP芯片的算法模式。例如乘法器、加法器、除法器和反相器的圖標代表真正的DSP算法操作符。還包括高級處理工具：混合的Radix FFT、FIR和IIR等。1.2.3 邏輯庫SystemView邏輯庫包括像與非門這樣的通用器件的圖標。這些圖標包括：74系列器件功能圖標和用戶自己定制的圖標。1.2.4 射頻/模

5、擬庫SystemView模擬庫支持用于射頻設(shè)計的關(guān)鍵的電子組件。例如：混合器、放大器和功率分配器。1.2.5 用戶代碼庫SystemView的用戶代碼庫允許用戶自己使用C或C語言編寫特定的功能模塊來插入提供的模板。這些模板支持大多數(shù)商用的C或C編譯器。1.3 System View的基本操作SystemView提供一種可視化、動態(tài)的系統(tǒng)模式。利用功能元件庫中的Token來代表某一種處理過程，在SystemView系統(tǒng)窗口中完成系統(tǒng)或子系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計的過程便是在系統(tǒng)窗口中從不同的元件庫中選擇Token，并在設(shè)計區(qū)域中連接、搭建基本系統(tǒng)，設(shè)置每一個Token的參數(shù)，控制系統(tǒng)的起始時間、中止時間、

6、采樣頻率，最后從分析窗中分析結(jié)果，從而達到系統(tǒng)設(shè)計和分析的目的。1.3.1 SystemView系統(tǒng)窗1. 第一行 <菜單欄>每一級菜單都包含下拉菜單,具體功能在狀態(tài)欄中均有提示。2. 第二行 <工具欄> 包括：清屏刪除元件刪除連線連接復(fù)制元件加注釋中止執(zhí)行運行系統(tǒng)定時分析窗口開子系統(tǒng)新建子系統(tǒng)根軌跡波特圖重畫圖標反轉(zhuǎn)這些工具條執(zhí)行的功能可分為以下三種:(1) 元件的選取和連線等(2) 系統(tǒng)的起始和時間控制等(3) 系統(tǒng)窗口和別的窗口的切換用工具條可對一組元件進行操作，其步驟如下：首先單擊欲使用的工具條，再按住Ctrl鍵，用鼠標拖出包含一組元件的設(shè)計區(qū)，便可對一組元件進

7、行塊操作。3. 左側(cè)豎欄為元件庫一進入SystemView后，顯示庫有SourceToken, MetaSystemToken，AdderToken，MetaSystem I/O Token，Operator Token， MultiplierToken，Sink Token。單擊元件庫上方的<Lib>鍵 (Library Button) 可切換到剩余的元件庫中。其分別有UserCode，Logic Token， ComunicationToken，RF/Analog Token，DSP Token。利用不同的元件，我們便可組合搭接各種模擬、數(shù)字系統(tǒng)，并對其進行分析。4. 狀態(tài)欄在

8、系統(tǒng)窗口的底端是狀態(tài)欄，用于顯示系統(tǒng)模擬的狀態(tài)信息或元件參數(shù)。當鼠標置于某元件上時，該元件的參數(shù)便自動顯示于狀態(tài)欄中。也可用鼠標右鍵單擊元件，會彈出一消息框顯示該元件的參數(shù)信息。1.3.2 SystemView分析窗1. 第一行 <菜單欄> 包括：2. 第二行 <工具欄> 包括：圖標1 =>窗口更新 圖標2 =>畫面打印 圖標3 => 畫面恢復(fù)圖標4 =>點繪 圖標5 => 連點 圖標6 => 顯示坐標圖標7 =>窗口垂直排列 圖標8 => 窗口水平排列 圖標9 => 窗口層疊圖標10=>X軸對數(shù)化 圖標11=

9、>Y軸對數(shù)化 圖標12=>窗口最小化圖標13=>窗口最大化 圖標14=>動態(tài)模擬 圖標15=>統(tǒng)計圖標16=>返回系統(tǒng)窗口1.3.3 創(chuàng)建系統(tǒng)步驟這里以一個簡單幅度調(diào)制系統(tǒng)的創(chuàng)建過程為例，主要用到了正弦波源，乘法器，加法器，增益放大器等器件。1. 創(chuàng)建正弦波源(1) 雙擊“庫源”圖標，進入源庫菜單；(2) 在源庫菜單內(nèi)單擊“Sinusind”圖標，選中該元件；(3) 再單擊“Parameter”按鈕，進入?yún)?shù)設(shè)置菜單；(4) 在參數(shù)設(shè)置菜單內(nèi)，按不同系統(tǒng)的要求，設(shè)置參數(shù)后，單擊“OK”鍵返回源庫菜單；(5) 在源庫菜單內(nèi)，單擊“OK”鍵返回系統(tǒng)窗。(演示)2

10、. 安置乘法器、加法器和增益放大器等元件，例如創(chuàng)建增益放大器的操作步驟如下：(1) 雙擊“操作庫”圖標，進入操作庫菜單；(2) 在操作庫菜單內(nèi)單擊“增益放大器”圖標，選中該元件；(3) 再單擊“Parameter”按鈕，進入?yún)?shù)設(shè)置菜單；(4) 設(shè)置放大倍數(shù)為4，單擊“OK”鍵返回操作庫菜單；(5) 在操作庫菜單中，單擊“OK”鍵返回系統(tǒng)庫菜單；乘法器，加法器的創(chuàng)建則直接雙擊對應(yīng)的元件庫即可。3. 連接器件，運行系統(tǒng)(1) 單擊連接按鈕，再單擊設(shè)計區(qū)中的起始元件和終止元件(有方向)(演示)(2) 在SystemView系統(tǒng)窗的"工具欄"內(nèi)單擊"時間"圖標

11、，進入"運行"菜單,在系統(tǒng)窗"StopTime"欄內(nèi)鍵入運行時間(例:0.5秒),在"SampleFrequence"欄中鍵入系統(tǒng)采樣頻率(例：20,000Hz),在"Loop"欄中鍵入系統(tǒng)的循環(huán)次數(shù),單擊"Update"按鈕,看參數(shù)是否設(shè)置正確，單擊"OK"鍵返回系統(tǒng)窗口(3) 在系統(tǒng)窗口的"工具欄"內(nèi)單擊"運行"圖標，系統(tǒng)進入運行狀態(tài)，并等待運行結(jié)束。4. 系統(tǒng)的分析單擊系統(tǒng)窗"工具欄"中的"分析窗&q

12、uot;按鈕，進入分析窗即可分析波形、比較波形、繪制功率譜、眼圖等。(演示)1 振幅調(diào)制(AM)一概述在連續(xù)波的模擬調(diào)制中，最簡單的形式是使單頻余弦載波的幅度在平均值處隨調(diào)制信號線性變化，或者輸出已調(diào)信號的幅度與輸入調(diào)制信號f(t)呈線性對應(yīng)關(guān)系，這種調(diào)制稱為標準調(diào)幅或一般調(diào)幅，記為AM。本實驗采用這種方式。二實驗原理及其框圖1. 調(diào)制部分標準調(diào)幅的調(diào)制器可用一個乘法器來實現(xiàn)。AM信號時域表達式為：其中：A0為載波幅度，wc為載波頻率，m(t)為調(diào)制信號。其頻域表示式為：其原理框圖2. 解調(diào)部分：解調(diào)有相干和非相干兩種。非相干系統(tǒng)設(shè)備簡單，但在信噪比較小時，相干系統(tǒng)的性能優(yōu)于非相干系統(tǒng)。這里采

13、用相干解調(diào)。原理框圖三實驗步驟1根據(jù)AM調(diào)制與解調(diào)原理，用Systemview軟件建立一個仿真電路，如下圖所示：圖1 仿真電路2. 元件參數(shù)配置Token 0: 被調(diào)信息信號正弦波發(fā)生器(頻率=20 Hz，幅度為0.5)Token 1: 加法器Token 2: 階躍函數(shù)(幅度為1)Token 7,10: 乘法器Token 8,9: 載波正弦波發(fā)生器(頻率=1000 Hz，幅度為4)Token 12: 模擬低通濾波器 （截止頻率=75 Hz）Token 13,14,15,16,17,18: 觀察點分析窗3. 運行時間設(shè)置運行時間=0.5 秒 采樣頻率=20,000 赫茲4. 運行系統(tǒng)在Syste

14、mview系統(tǒng)窗內(nèi)運行該系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)到分析窗觀察Token5,6,7,11四個點的波形。5. 功率譜在分析窗繪出該系統(tǒng)調(diào)制后的功率譜。四實驗報告1. 觀察實驗波形：Token 7被調(diào)信息信號波形；Token 6載波波形；Token 11已調(diào)波形；Token 5解調(diào)波形。2. 整理波形，存入實驗文檔AM01，并與參考文檔AM02相比較。3. 改變增益放大器的增益，觀察過調(diào)制現(xiàn)象，說明為什么不能發(fā)生過調(diào)制。4. 觀察AM的功率譜，分析說明實驗結(jié)果與理論值之間的差別。5. 改變參數(shù)配置，將所得不同結(jié)果存檔后，與實驗結(jié)果進行比較，說明參數(shù)改變對結(jié)果的影響。2 振幅鍵控(ASK)一概述為使數(shù)字信號在帶通信

15、道中傳輸，必須對數(shù)字信號進行調(diào)制。在振幅鍵控中，載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的。最簡單的形式是載波在二進制調(diào)制信號1或0控制下通或斷，這種二進制幅度鍵控方式稱為通斷鍵控（OOK）。本實驗采用這種方式。二實驗原理及其框圖1調(diào)制部分：二進制幅度鍵控的調(diào)制器可用一個相乘器來實現(xiàn)。對于OOK信號，相乘器則可以用一個開關(guān)電路來代替。調(diào)制信號為1時，開關(guān)電路導(dǎo)通，為0時切斷。OOK信號表達式：sOOK(t) = a(n)Acos(wct)式中：A載波幅度，wc載波頻率，a(n)二進制數(shù)字信號原理框圖基帶信號a(n) 已調(diào)信號sOOK(t)載波Acos(wct)2解調(diào)部分：解調(diào)有相干和非相干兩種。非相干系統(tǒng)

16、設(shè)備簡單，但在信噪比較小時，相干系統(tǒng)的性能優(yōu)于非相干系統(tǒng)。這里采用相干解調(diào)。原理框圖低通濾波器 sOOK(t) 解調(diào)信號â（n） 載波Acos(wct) 三實驗步驟1根據(jù)ASK調(diào)制與解調(diào)原理，用Systemview軟件建立一個仿真電路，如下圖所示：2元件參數(shù)配制Token 0：基帶信號PN碼序列（頻率=50Hz，電平=2level，偏移=1V）Token 1,2：乘法器Token 3,7：載波正弦波發(fā)生器（頻率=1000Hz）Token 4：模擬低通濾波器 （截止頻率=225Hz）Token 5,6,8：觀察點分析窗3運行時間設(shè)置 運行時間=0.5秒，采樣頻率=20,000Hz4運行

17、系統(tǒng)在Systemview系統(tǒng)窗內(nèi)運行該系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)到分析窗觀察Token5,6,8三個點的波形。5功率譜在分析窗繪出該系統(tǒng)調(diào)制后的功率譜。四實驗報告1觀察實驗波形：Token 5基帶信號波形，Token 6調(diào)制波形，Token 8解調(diào)波形。2整理波形，存入實驗文檔ASK01，并與參考文檔ASK02相比較。3觀察ASK的功率譜，結(jié)果存入ASKP文件中，以便與后面實驗相比較。4分析說明實驗結(jié)果與理論值之間的差別5改變參數(shù)配置，將所得不同結(jié)果存檔后，對實驗結(jié)果進行比較，說明參數(shù)改變對結(jié)果的影響。3 頻移鍵控(FSK)一概述FSK是數(shù)字信息傳輸中使用較早的一種調(diào)制方式，它的主要優(yōu)點是：實現(xiàn)起來比較容易

18、，抗噪聲與抗衰落的性能較好。故在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到廣泛應(yīng)用。二實驗原理及其框圖FSK是用數(shù)字基帶信號去調(diào)制載波的頻率。因為數(shù)字信號的電平是離散的，所以，載波頻率的變化也是離散的。在本實驗中，二進制基帶信號是用正負電平表示。對于2FSK，載波頻率隨著調(diào)制信號1或1而變，1對應(yīng)于載波頻率f1，1對應(yīng)于載頻f2。1調(diào)制部分：用數(shù)字信號調(diào)制載波的頻率。且2FSK可以看作是兩個不同載頻的ASK已調(diào)信號之和。 Acos(w1t) a(n)=1 sFSK(t)= Acos(w2t) a(n)=1倒相器 門一 門二原理框圖 基帶信號a(n) Acos(w1t) sFSK(t) Acos(w2t)2解調(diào)部分：

19、2FSK信號可看成是兩個載頻不同的ASK信號，有相干和非相干兩種解調(diào)方式，這里采用相干方式。原理框圖LPLPsFSK(t) 相干載波Acos(w1t) 解調(diào)信號â（t） 相干載波Acos(w2t)三實驗步驟1根據(jù)2FSK調(diào)制與解調(diào)原理，用Systemview軟件建立一個仿真電路如下圖所示：2元件參數(shù)的配置Token 0：基帶信號PN碼序列（頻率=50Hz，電平=2Level，偏移0V）Token1,17：反相器Token2,3：半波整流器（門限=0V）Token4,5,7,8：乘法器Token6,13：加法器Token9,10,18,19：載波正弦波發(fā)生器（f1=500Hz，f2=1

20、000Hz）Token11,12：模擬低通濾波器（截止頻率=225Hz，極點個數(shù)=7）Token14,15,16：觀察點分析窗3運行時間設(shè)置運行時間=0.5秒，采樣頻率=20,000Hz4運行系統(tǒng)在Systemview系統(tǒng)窗內(nèi)運行該系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)到分析窗觀察Token 14,15,16三個點的波形。5功率譜在分析窗繪出該系統(tǒng)調(diào)制后的功率譜。四實驗報告1觀察實驗波形：Token 14基帶信號波形，Token 15調(diào)制波形，Token 16解調(diào)波形。2整理波形，存入實驗文檔FSK01，并與參考文檔FSK02相比較。3觀察功率譜，結(jié)果存入FSKP文檔中，以便與后面實驗相比較。4設(shè)極點個數(shù)是缺省值（3個）

21、，觀察結(jié)果，并分析原因。5改變載波頻率，觀察功率譜，并得出有用的結(jié)論。6分析說明實驗結(jié)果與理論值之間的差別。4 相移鍵控(PSK)一概述用數(shù)字信號的離散值對載波的幅度、頻率、相位進行鍵控，可獲得ASK、FSK和PSK。這三種調(diào)制方式在抗加性噪聲能力、信號頻譜利用率等方面，以相干PSK性能最好。目前相干PSK已在中、高速傳輸數(shù)據(jù)時得到了廣泛應(yīng)用。二實驗原理及其框圖二進制相移鍵控（2PSK）就是根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平，使載波相位在兩個不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。通常，兩個載波相位相差弧度，故有時又稱為反相鍵控（PRK）。如果被調(diào)制的二進制信號是用正負電平表示，那么，2PSK與雙邊帶抑制載波調(diào)幅（DSB）是完全等效的。因此，PSK信號可以寫成如下形式：sPSK(t)=Aa(n)cos(wct+q)1調(diào)制部分：在2PSK中，通常用相位0°或180°來分別表示1或1。在這里用調(diào)相法來生成2PSK：將數(shù)字信號與載波直接相乘。這也是DSB信號產(chǎn)生的方法。s2PSK(t)=cos(w0t+fi) , fI =0或p Acos(w0t) a(n)=1 s2PSK（t）= -Acos(w0t) a(n)=1原理框圖： 雙極性基帶信號a(n) 已調(diào)信號s2PSK（t） 載波Acos(wct)2解調(diào)部分：2PSK必須采