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1、通信原理 System view仿真实验指导第一部分SystemView 简介System View 是由美国 ELANIX 公司推出的基于PC 的系统设计和仿真分析的软件工具，它为用户提供了一个完整的开发设计数字信号处理（DSP）系统，通信系统，控制系统以及构造通用数字系统模型的可视化软件环境。1.1 SystemView的基本特点1动态系统设计与仿真(1) 多速率系统和并行系统： SYSTEMVIEW 允许合并多种数据速率输入系统，简化 FIR FILTER 的执行。(2) 设计的组织结构图：通过使用METASYSTEM( 子系统 )对象的无限制分层结构， SYSTEMVIEW 能很容易地
2、建立复杂的系统。(3) SYSTEMVIEW 的功能块： SYSTEMVIEW 的图标库包括几百种信号源,接收端，操作符和功能块，提供从DSP、通信信号处理与控制，直到构造通用数学模型的应用使用。信号源和接收端图标允许在SYSTEMVIEW 内部生成和分析信号以及供外部处理的各种文件格式的输入/输出数据。(4) 广泛的滤波和线性系统设计：SYSTEMVIEW 的操作符库包含一个功能强大的很容易使用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。2信号分析和块处理SYSTEMVIEW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
3、。分析窗口还提供一个完成系统仿真生成数据的先进的块处理操作的接收端计算器。接收端计算器块处理功能：应用DSP 窗口，余切，自动关联，平均值，复杂的 FFT，常量窗口，卷积，余弦，交叉关联，习惯显示，十进制，微分，除窗口，眼模式， FUNCTION SCALE ，柱状图，积分，对数基底，数量相，MAX ，MIN ，乘波形，乘窗口，非，覆盖图，覆盖统计，解相，谱，分布图，正弦，平滑，谱密度，平方，平方根，减窗口，和波形，和窗口，正切，层叠，窗口常数。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -
4、 - 第 1 页，共 19 页 - - - - - - - - - 1.2 SystemView各专业库简介SystemView 的环境包括一套可选的用于增加核心库功能以满足特殊应用的库，包括通信库、 DSP 库、射频 /模拟库和逻辑库，以及可通过用户代码库来加载的其他一些扩展库。1.2.1 通信库SytemView 的通信库包含设计和仿真一个完整的通信系统必要的工具，包括代表各种模块功能的图标如纠错编解码、基带脉冲成形、 调制、信道模型、解调、数据恢复等。1.2.2 DSP库SystemView的 DSP库能够在待运行的DSP 芯片模型基础上仿真DSP系统。这个库支持大多数DSP 芯片的算法
5、模式。例如乘法器、加法器、除法器和反相器的图标代表真正的DSP 算法操作符。还包括高级处理工具： 混合的 Radix FFT、FIR 和 IIR 等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 19 页 - - - - - - - - - 1.2.3 逻辑库SystemView 逻辑库包括像与非门这样的通用器件的图标。这些图标包括：74 系列器件功能图标和用户自己定制的图标。1.2.4 射频/模拟库SystemView 模拟库支持用于射频设计的关键的电子组件。例如：混
6、合器、放大器和功率分配器。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 19 页 - - - - - - - - - 1.2.5 用户代码库SystemView 的用户代码库允许用户自己使用C 或 C语言编写特定的功能模块来插入提供的模板。这些模板支持大多数商用的C 或 C编译器。1.3 System View的基本操作SystemView提供一种可视化、 动态的系统模式。 利用功能元件库中的Token来代表某一种处理过程，在SystemView系统窗口中完成系统或子系
7、统的设计。设计的过程便是在系统窗口中从不同的元件库中选择Token，并在设计区域中连接、搭建基本系统， 设置每一个 Token的参数，控制系统的起始时间、 中止时间、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 19 页 - - - - - - - - - 采样频率，最后从分析窗中分析结果，从而达到系统设计和分析的目的。1.3.1 SystemView系统窗1. 第一行 每一级菜单都包含下拉菜单,具体功能在状态栏中均有提示。2. 第二行 包括：清屏删 除 元件删除连线连
8、接复 制 元 件加注释中止执行运行系统定时分 析 窗口开子系统新建子系统根轨迹波特图重画图标反转这些工具条执行的功能可分为以下三种: (1) 元件的选取和连线等(2) 系统的起始和时间控制等(3) 系统窗口和别的窗口的切换用工具条可对一组元件进行操作，其步骤如下：首先单击欲使用的工具条，再按住 Ctrl 键， 用鼠标拖出包含一组元件的设计区， 便可对一组元件进行块操作。3. 左侧竖栏为元件库一 进 入SystemView 后 ， 显 示 库 有SourceToken, MetaSystemToken，AdderToken，MetaSystem I/O Token，Operator Token，
9、 MultiplierToken ，Sink Token。单击元件库上方的 键 (Library Button) 可切换到剩余的元件库中。其分别有 UserCode ，Logic Token， ComunicationToken，RF/Analog Token，DSP Token。利用不同的元件，我们便可组合搭接各种模拟、数字系统，并对其进行分析。4. 状态栏在系统窗口的底端是状态栏， 用于显示系统模拟的状态信息或元件参数。当名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共
10、 19 页 - - - - - - - - - 鼠标置于某元件上时， 该元件的参数便自动显示于状态栏中。也可用鼠标右键单击元件，会弹出一消息框显示该元件的参数信息。1.3.2 SystemView分析窗1. 第一行 包括：2. 第二行 包括：图标 1 =窗口更新图标 2 =画面打印图标 3 = 画面恢复图标 4 =点绘图标 5 = 连点图标 6 = 显示坐标图标 7 =窗口垂直排列图标 8 = 窗口水平排列图标 9 = 窗口层叠图标 10=X 轴对数化图标 11=Y 轴对数化图标 12=窗口最小化图标 13=窗口最大化图标 14=动态模拟图标 15=统计图标 16=返回系统窗口1.3.3 创建
11、系统步骤这里以一个简单幅度调制系统的创建过程为例，主要用到了正弦波源， 乘法器，加法器，增益放大器等器件。1. 创建正弦波源(1) 双击“库源”图标，进入源库菜单；(2) 在源库菜单内单击“ Sinusind”图标，选中该元件；(3) 再单击“ Parameter ”按钮，进入参数设置菜单；(4) 在参数设置菜单内，按不同系统的要求，设置参数后，单击“OK”键返回源库菜单；(5) 在源库菜单内，单击“ OK”键返回系统窗。 (演示) 2. 安置乘法器、加法器和增益放大器等元件，例如创建增益放大器的操作步骤如下：(1) 双击“操作库”图标，进入操作库菜单；(2) 在操作库菜单内单击“增益放大器”
12、图标，选中该元件；(3) 再单击“ Parameter ”按钮，进入参数设置菜单；(4) 设置放大倍数为 4，单击“ OK”键返回操作库菜单；(5) 在操作库菜单中，单击“OK”键返回系统库菜单；乘法器，加法器的创建则直接双击对应的元件库即可。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 19 页 - - - - - - - - - 3. 连接器件，运行系统(1) 单击连接按钮，再单击设计区中的起始元件和终止元件(有方向 )(演示) (2) 在 SystemView系统
13、窗的 工具栏 内单击 时间图标，进入运行菜单,在系统窗StopTime栏内键入运行时间 (例:0.5 秒),在SampleFrequence 栏中键入系统采样频率 (例：20,000Hz),在Loop 栏中键入系统的循环次数,单击 Update按钮,看参数是否设置正确，单击OK 键返回系统窗口(3) 在系统窗口的 工具栏 内单击 运行 图标，系统进入运行状态，并等待运行结束。4. 系统的分析单击系统窗 工具栏 中的分析窗 按钮，进入分析窗即可分析波形、比较波形、绘制功率谱、眼图等。(演示) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -
14、 - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 19 页 - - - - - - - - - 1 振幅调制 (AM) 一概述在连续波的模拟调制中， 最简单的形式是使单频余弦载波的幅度在平均值处随调制信号线性变化，或者输出已调信号的幅度与输入调制信号f(t)呈线性对应关系，这种调制称为标准调幅或一般调幅，记为AM 。本实验采用这种方式。二实验原理及其框图1. 调制部分标准调幅的调制器可用一个乘法器来实现。AM 信号时域表达式为：ttmAtscAMcos)()(0其中： A0为载波幅度，c为载波频率， m(t)为调制信号。其频域表示式为：)()(21)()()(0ccccAMM
15、MAS其原理框图2. 解调部分：解调有相干和非相干两种。 非相干系统设备简单， 但在信噪比较小时， 相干系统的性能优于非相干系统。这里采用相干解调。原理框图三实验步骤1根据 AM 调制与解调原理， 用 Systemview 软件建立一个仿真电路， 如下图所示：m(t)A0cosctsAM(t)带通滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通滤波器cosct)(tsd)(tnd名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 19 页 - - - -
16、- - - - - 图 1 仿真电路2. 元件参数配置Token 0: 被调信息信号正弦波发生器(频率=20 Hz，幅度为 0.5) Token 1: 加法器Token 2: 阶跃函数 (幅度为 1) Token 7,10: 乘法器Token 8,9: 载波正弦波发生器 (频率=1000 Hz，幅度为 4) Token 12: 模拟低通滤波器（截止频率 =75 Hz）Token 13,14,15,16,17,18: 观察点分析窗3. 运行时间设置运行时间 =0.5 秒采样频率 =20,000 赫兹4. 运行系统在 Systemview系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察Token5,6,7,1
17、1四个点的波形。5. 功率谱在分析窗绘出该系统调制后的功率谱。四实验报告1. 观察实验波形： Token 7被调信息信号波形； Token 6载波波形；Token 11已调波形； Token 5解调波形。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 19 页 - - - - - - - - - 2. 整理波形，存入实验文档AM 01，并与参考文档 AM 02 相比较。3. 改变增益放大器的增益，观察过调制现象，说明为什么不能发生过调制。4. 观察 AM 的功率谱，分析说
18、明实验结果与理论值之间的差别。5. 改变参数配置，将所得不同结果存档后，与实验结果进行比较，说明参数改变对结果的影响。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 19 页 - - - - - - - - - 2 振幅键控 (ASK) 一概述为使数字信号在带通信道中传输， 必须对数字信号进行调制。 在振幅键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。最简单的形式是载波在二进制调制信号1或 0 控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通断键控（OOK） 。本实验采用这种方式。
19、二实验原理及其框图1调制部分：二进制幅度键控的调制器可用一个相乘器来实现。对于OOK 信号，相乘器则可以用一个开关电路来代替。调制信号为1 时，开关电路导通，为0 时切断。OOK 信号表达式： sOOK(t) = a(n)Acos(ct) 式中： A载波幅度，c载波频率， a(n)二进制数字信号原理框图基带信号 a(n) 已调信号 sOOK(t) 载波 Acos(ct) 2解调部分：解调有相干和非相干两种。非相干系统设备简单，但在信噪比较小时，相干系统的性能优于非相干系统。这里采用相干解调。原理框图sOOK(t) 解调信号 a（n）载波 Acos(ct) 三实验步骤1根据 ASK 调制与解调原
20、理，用Systemview 软件建立一个仿真电路，如下图所示：低通滤波名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 19 页 - - - - - - - - - 2元件参数配制Token 0：基带信号 PN 码序列（频率 =50Hz，电平 =2level，偏移 =1V）Token 1,2 ：乘法器Token 3,7 ：载波 正弦波发生器（频率 =1000Hz）Token 4：模拟低通滤波器（截止频率 =225Hz）Token 5,6,8 ：观察点 分析窗3运行时间设置
21、运行时间 =0.5秒，采样频率 =20,000Hz 4运行系统在 Systemview 系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察Token5,6,8 三个点的波形。5功率谱在分析窗绘出该系统调制后的功率谱。四实验报告1观察实验波形： Token 5基带信号波形， Token 6调制波形， Token 8解调波形。2整理波形，存入实验文档ASK01，并与参考文档 ASK02 相比较。3观察 ASK 的功率谱，结果存入ASKP 文件中，以便与后面实验相比较。4分析说明实验结果与理论值之间的差别5改变参数配置，将所得不同结果存档后，对实验结果进行比较，说明参数改变对结果的影响。名师资料总结 - - -精
22、品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 19 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 19 页 - - - - - - - - - 3 频移键控 (FSK) 一概述FSK 是数字信息传输中使用较早的一种调制方式，它的主要优点是： 实现起来比较容易，抗噪声与抗衰落的性能较好。 故在中低速数据传输中得到广泛应用。二实验原
23、理及其框图FSK 是用数字基带信号去调制载波的频率。因为数字信号的电平是离散的，所以，载波频率的变化也是离散的。在本实验中， 二进制基带信号是用正负电平表示。对于 2FSK，载波频率随着调制信号1 或1 而变， 1对应于载波频率f1，1 对应于载频 f2。1调制部分：用数字信号调制载波的频率。且2FSK 可以看作是两个不同载名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 19 页 - - - - - - - - - 频的 ASK 已调信号之和。Acos(1t) a(n)
24、=1 sFSK(t)= Acos(2t) a(n)=1 原理框图基带信号 a(n) Acos(1t) sFSK(t) Acos(2t) 2解调部分： 2FSK 信号可看成是两个载频不同的ASK 信号，有相干和非相干两种解调方式，这里采用相干方式。原理框图sFSK(t) 相干载波 Acos(1t) 解调信号 a（t）相干载波 Acos(2t) 三实验步骤1根据 2FSK 调制与解调原理，用Systemview软件建立一个仿真电路如下图所示：倒 相门门LP LP 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -
25、- - - - - 第 15 页，共 19 页 - - - - - - - - - 2元件参数的配置Token 0：基带信号 PN 码序列（频率 =50Hz，电平 =2Level，偏移 0V）Token1,17 ：反相器Token2,3：半波整流器（门限 =0V）Token4,5,7,8 ：乘法器Token6,13 ：加法器Token9,10,18,19 ：载波 正弦波发生器（ f1=500Hz，f2=1000Hz）Token11,12 ：模拟低通滤波器（截止频率=225Hz，极点个数 =7）Token14,15,16 ：观察点 分析窗3运行时间设置运行时间 =0.5 秒，采样频率 =20,0
26、00Hz 4运行系统在 Systemview 系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察Token 14,15,16 三个点的波形。5功率谱在分析窗绘出该系统调制后的功率谱。四实验报告1观察实验波形： Token 14基带信号波形， Token 15调制波形， Token 16解调波形。2整理波形，存入实验文档FSK01，并与参考文档FSK02相比较。3观察功率谱，结果存入FSKP 文档中，以便与后面实验相比较。4设极点个数是缺省值（3 个） ，观察结果，并分析原因。5改变载波频率，观察功率谱，并得出有用的结论。6分析说明实验结果与理论值之间的差别。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -
27、- - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 19 页 - - - - - - - - - 4 相移键控 (PSK) 一概述用数字信号的离散值对载波的幅度、频率、相位进行键控，可获得ASK、FSK 和 PSK。这三种调制方式在抗加性噪声能力、信号频谱利用率等方面，以相干 PSK 性能最好。目前相干PSK 已在中、高速传输数据时得到了广泛应用。二实验原理及其框图二进制相移键控（ 2PSK）就是根据数字基带信号的两个电平，使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。通常，两个载波相位相差 弧度，故有时又称为反相
28、键控（PRK） 。如果被调制的二进制信号是用正负电平表示，那么，2PSK 与双边带抑制载波调幅（ DSB）是完全等效的。因此，PSK信号可以写成如下形式：sPSK(t)=Aa(n)cos(ct+ ) 1调制部分：在 2PSK 中，通常用相位 0 或 180 来分别表示 1 或1。在这里用调相法来生成 2PSK：将数字信号与载波直接相乘。这也是DSB 信号产生的方法。s2PSK(t)=cos(0t+ i) , I =0或Acos(0t) a(n)=1s2PSK（t）= Acos(0t) a(n)=1 原理框图：双极性基带信号 a(n) 已调信号 s2PSK（t）载波 Acos(ct) 2解调部分
29、： 2PSK必须采用相干解调，如何得到同步载波是个关键问题。原理框图：s2PSK(t) 解调信号 a（n）本地载波 Acos(0t) LP 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 19 页 - - - - - - - - - 三实验步骤1根据 2PSK 调制与解调原理，用Systemview软件建立两个仿真电路：(1) 在理想无噪声情况下电路图一：（图一）(2) 在有高斯噪声情况下电路图二：（图二）2元件参数配置：(1) Token0：基带信号 PN 码序列（频
30、率 =50Hz，电平 =2Level）Token 3,8 ：载波 正弦波发生器（频率 =1000Hz ）Token 1,2 ：乘法器Token 4：低通滤波器（截止频率 =225Hz）Token 5,6,7 ：观察点 分析窗(2) Token 9：加法器Token10 ：高斯噪声（功率密度 =0.000001W/Hz）其余同 (1) 3运行时间设置电路 1：运行时间 =0.5 秒，采样频率 =20,000Hz 电路 2：运行时间 =1 秒，采样频率 =20,000Hz 4运行系统在 Systemview系统窗内分别运行电路1，2后，转到分析窗观察 Token 5,6,7名师资料总结 - - -
31、精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 19 页 - - - - - - - - - 三个点的波形。5功率谱在电路 1 的分析窗内功率谱。6眼图分别绘出系统在理想无噪情况和有噪声的情况下的眼图1 和眼图 2。四实验报告1 观察电路 1 的实验波形：Token 5基带信号波形，Token 6调制波形，Token 7解调波形。2整理波形，存入实验文档PSK01，并与参考文档PSK02相比较。3观察电路 1 的 PSK 功率谱，结果存入PSKP文件中，以便与后面实验相比较。4观察 2PSK 的眼图 1，2 的不同之处，并分析原因。5改变噪声功率值，观察噪声对眼图的影响，理解眼图的作用。6考虑在绘制眼图时，为什么要加长系统运行时间，以及参数Length的取值根据。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 19 页 - - - - - - - - -