江蘇大學(xué)隨機(jī)信號課程設(shè)計

1、 J I A N G S U U N I V E R S I T YEDA課程設(shè)計報告 學(xué)院名稱：計算機(jī)學(xué)院 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 2013年7月3日目錄1、 摘要22、 概述3 1、課程設(shè)計目的3 2、課程設(shè)計內(nèi)容3 3、前期準(zhǔn)備工作3三、總結(jié)與展望10 11摘要SystemView是美國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，無需與復(fù)雜的程序語言打交道，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。利用System View，

2、可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，只需從System View配置的圖標(biāo)庫中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間的連線，然后運(yùn)行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。SystemView的庫資源十分豐富，包括含若干圖標(biāo)的基本庫（Main Library）及專業(yè)庫(Optional Library)，基本庫中包括多種信號源、接收器、加法器、乘法器，各種函數(shù)運(yùn)算器等；專業(yè)庫有通訊（Communication）、邏輯（Logic）、數(shù)字信號處理（DSP）、射頻/模擬（R

3、F/Analog）等；它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證，尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng)；并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時域和頻域分析、譜分析，及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路（混合器、放大器、RLC電路、運(yùn)放電路等）進(jìn)行理論分析和失真分析。System View能自動執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯誤信息或尚懸空的待連接端信息，通知用戶連接出錯并通過顯示指出出錯的圖標(biāo)。這個特點(diǎn)對用戶系統(tǒng)的診斷是十分有效的。System View的另一重要特點(diǎn)是它可以從各種不同角度、以不同方式，按要求設(shè)計多種濾波器，并可自動完成濾波器各指標(biāo)如幅頻特性（伯特圖）、傳遞函數(shù)、根軌

4、跡圖等之間的轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)設(shè)計和仿真分析方面，System View還提供了一個真實(shí)而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形。在窗口內(nèi)，可以通過鼠標(biāo)方便地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動等。另外，分析窗中還帶有一個功能強(qiáng)大的“接收計算器”，可以完成對仿真運(yùn)行結(jié)果的各種運(yùn)算、譜分析、濾波。System View還具有與外部文件的接口，可直接獲得并處理輸入/輸出數(shù)據(jù)。提供了與編程語言VC+或仿真工具M(jìn)atlab的接口，可以很方便的調(diào)用其函數(shù)。還具備與硬件設(shè)計的接口：與Xilinx公司的軟件Core Generator配套，可以將System View系統(tǒng)中的部分器件生成下載FPGA芯片所需的數(shù)據(jù)文件；另

5、外，System View還有與DSP芯片設(shè)計的接口，可以將其DSP庫中的部分器件生成DSP芯片編程的C語言源代碼。概述一、 課設(shè)設(shè)計目的通過EDA課程設(shè)計，在學(xué)習(xí)EDA仿真軟件SystemView使用方法的基礎(chǔ)上，掌握最基本的調(diào)幅發(fā)射與接收系統(tǒng)的工作原理與系統(tǒng)仿真設(shè)計。二、 課設(shè)設(shè)計內(nèi)容以SystemView動態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計一書第一章、第二章、第四章為參考資料，設(shè)計常規(guī)雙邊帶調(diào)幅、超外差收音機(jī)仿真電路，并進(jìn)行電路仿真及分析。三、 前期準(zhǔn)備工作以SystemView動態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計一書第一章、第二章為參考資料，學(xué)習(xí)了仿真軟件的基本使用方法，完成了以下練習(xí)題：1.1

6、試用頻率分別為f1=200HZ、f2=2000HZ的兩個正弦信號源，合成一調(diào)制信號y(t)=5sin(2f1t)*cos(2f2t)，觀察其頻譜與輸出信號波形。注意根據(jù)信號的頻率選擇適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)采樣數(shù)率。仿真電路圖：波形圖如下：分析：頻率為200HZ 的信號與頻率為2000HZ的信號相乘，相當(dāng)于在頻域內(nèi)卷積，卷積結(jié)果為兩個頻率想加減，實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移，形成1800HZ和2200HZ的信號。1.2將一正弦信號與高斯噪聲相加后觀察輸出波形及其頻譜。由小到大改變高斯噪聲的功率，重新觀察輸出波形及其頻譜。仿真電路圖：波形如下：功率為100W：功率為1000W：結(jié)果分析：原始信號的頻率為1000HZ，在加入

7、均值為0方差為1的高斯噪聲后，其波形發(fā)生嚴(yán)重失真，輸出信號的各頻率分量上的功率發(fā)生不規(guī)則變化。1.3已知DTMF雙音頻編碼器的低組頻率為697HZ，770HZ,852HZ,941HZ,高組頻率為1209HZ,1336HZ,1477HZ,1633HZ,試合成09、*、#的雙音頻，并使用接收器圖符中的單聲道音頻文件(8bit wav)輸出，通過計算機(jī)的聲卡輸出聲音，與實(shí)際輸出的聲音比較。注意，在輸出端應(yīng)加入一定的增益來放大波形。仿真電路圖：波形圖如下：生成的音頻文件如下：結(jié)果分析：該電路是電話機(jī)的按鍵仿真電路，當(dāng)兩個不同頻率的信號，以697HZ和1209HZ為例，兩個信號相加經(jīng)過一個音頻輸出器件產(chǎn)

8、生一個wav音頻文件。2.1在設(shè)計區(qū)放置兩個信號源圖符，將其中一個定義為周期正弦波，頻率為20KHZ，幅度為5V，相位為/4；另一個定義為高斯噪聲，標(biāo)準(zhǔn)方差為1，均值為0。將兩者通過一個加法器圖符連接，同時放置一個實(shí)時接收計算器圖符，并連接到加法器圖符的輸出，觀察輸出波形。仿真電路圖：波形圖如下：結(jié)果分析： 頻率為20KHZ的原始信號在加入高斯噪聲之后，其波形圖與頻譜圖都發(fā)生了變化，具體結(jié)果如上圖所示，由圖可得出加噪后的信號各頻率分量上的功率發(fā)生了變化。2.2試定義一個線性系統(tǒng)算子，將其設(shè)置為一個“Analog”類型的5極點(diǎn)“Butterworth”低通濾波器，截止頻率為3000HZ。如下題所

9、示。2.3將練習(xí)題2.1中定義的高斯噪聲通過練習(xí)題2.2定義的低通濾波器濾波后與練習(xí)題2.1中定義的正弦波相乘，觀察輸出波形。仿真電路圖：波形圖如下：結(jié)果分析： 高斯噪聲信號在經(jīng)過一個低通濾波器后，輸出頻率最高位3000HZ的信號，與頻率為20KHZ的信號相乘，在頻域進(jìn)行頻譜的搬移，輸出信號的頻率近似為17KHZ23KHZ。最基本的調(diào)幅發(fā)射與接收系統(tǒng)的工作原理與系統(tǒng)仿真設(shè)計以SystemView動態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計一書第四章為參考資料，進(jìn)行了以下設(shè)計。1. 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅電路仿真1） AM調(diào)制原理：任意的AM已調(diào)信號可以表示為Sam（t）=c(t)m(t),當(dāng)m(t)=A0+f(t)

10、,c(t)=cos(wct+0)，且A0不等于0時，稱為常規(guī)條幅，其時域表達(dá)式為Sam（t）=c(t)m(t)=【A0+f（t）】cos(wct+0)其中，A0是外加的直流分量；f(t)是調(diào)制信號，它可以是確知信號，也可以是隨機(jī)信號；wc=2fc為載波信號的角頻率；0為載波信號的起始相位，為簡便起見，通常設(shè)為0。（原理框圖如下所示）2） 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅電路設(shè)計步驟 根據(jù)原理圖選擇必要的仿真電路設(shè)計器件（信號發(fā)生器、放大器、濾波器等） 根據(jù)電路要求，進(jìn)行器件參數(shù)的設(shè)定 連線 運(yùn)行電路，觀察各信號的波形和頻譜圖，并更改參數(shù)對比結(jié)果，得出結(jié)論SystemView仿真電路圖如下：3） 仿真結(jié)果及分析：

11、 左下圖為調(diào)制信號，右下圖為已調(diào)制信號，加入噪聲信號后，信號波形發(fā)生變化，如右上圖所示，信號經(jīng)過本振與低通進(jìn)行解調(diào)，輸出的波形如由上圖所示，解調(diào)出來的信號與原信號相比發(fā)生了波形失真，其頻譜如右中圖所示。2. 超外差收音機(jī)電路仿真1） 超外差接收機(jī)的工作原理通常的AM中波收音機(jī)覆蓋的頻率范圍為5401700KHZ，中頻（IF）頻率fIF為455KHZ。商業(yè)廣播發(fā)射采用常規(guī)調(diào)幅，調(diào)制度接近1，且發(fā)射功率很大，因此收音機(jī)為節(jié)省成本、減小體積，一般解調(diào)器采用最簡單的二極管包絡(luò)檢波。本地振蕩器（簡稱本振）的典型設(shè)置都高于所希望解調(diào)的RF信號，即所謂高邊調(diào)諧。輸入濾波器用于抑制所不希望的信號和噪聲，更重要

12、的是去除與期望頻率和解調(diào)中頻頻率fIF有關(guān)的鏡像頻率2fIF信號。固定的中頻濾波器用于提高收音機(jī)的接收選擇性。通過設(shè)計陡峭的濾波器邊沿，能使進(jìn)入解調(diào)器的相鄰信道的能量最小。世紀(jì)的收音機(jī)電路使用陶瓷濾波器能得到很好的性能，由此產(chǎn)生的增益衰減可增加以及增益后再檢波。（原理框圖如下所示）2） 超外差收音機(jī)電路設(shè)計步驟 根據(jù)原理圖選擇必要的仿真電路設(shè)計器件（信號發(fā)生器、掃頻器、二極管包 絡(luò)檢波器等） 根據(jù)電路要求，進(jìn)行器件參數(shù)的設(shè)定 連線 運(yùn)行電路，觀察各信號的波形和頻譜圖，并更改參數(shù)對比結(jié)果，得出結(jié)論SystemView仿真電路圖如下：3） 仿真結(jié)果及分析本電路圖采用頻率分別為30KHZ、40KHZ、50KHZ的在波分別與三個掃頻信號進(jìn)行調(diào)制，得出三個已調(diào)制信號同時與本振信號（頻率為40+20=60KHZ）相乘，在頻域相當(dāng)于進(jìn)行頻譜的搬移，使頻率為40KHZ的信號恰好搬移到20KHZ的中頻信號上，相乘信號經(jīng)過帶通濾波器后輸出20KHZ的中頻信號，在經(jīng)過二極管包絡(luò)檢波器和低通濾波器輸出低頻信號，此低頻信號恰好就是以40KHZ為載頻的調(diào)制信號，其帶寬為4KHZ。四、 總結(jié)與展望經(jīng)過一個星期的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，我對EDA仿真軟