基于SystemView的通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、通信技術(shù)課程設(shè)計(jì)摘要在當(dāng)今信息社會(huì)，通信已成為整個(gè)社會(huì)的高級(jí)“神經(jīng)中樞”，通信技術(shù)變得越來越重要，沒有通信的人類社會(huì)將是不堪設(shè)想的。通信按傳統(tǒng)的理解就是信息的傳遞與交換。本課程設(shè)計(jì)是為了進(jìn)一步理解抽樣定理，數(shù)字基帶系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理，并且通過systemview軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)抽樣定理和數(shù)字基帶傳輸?shù)姆抡妫彝ㄟ^對(duì)各元件的參數(shù)進(jìn)行不同的設(shè)置，來觀察系統(tǒng)中各個(gè)模擬的輸出波形并構(gòu)建基帶信號(hào)傳輸模擬模塊，觀察各個(gè)模塊的輸出波形。關(guān)鍵字：SystemView；抽樣定理；數(shù)字信號(hào)基帶傳輸原理目錄1 SystemView簡單介紹及其操作簡介11.1SystemView簡單介紹11.2Systemview仿

2、真系統(tǒng)的特點(diǎn)11.3Systemview仿真系統(tǒng)用戶環(huán)境11.3.1主菜單功能圖11.3.2快捷功能按鈕41.3.3圖符庫選擇按鈕42 抽樣定理的仿真電路的設(shè)計(jì)與分析52.1抽樣定理的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2.2抽樣定理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容52.3低通信號(hào)采樣與恢復(fù)原理圖52.4SystemView仿真系統(tǒng)原理圖52.5實(shí)驗(yàn)步驟62.6實(shí)驗(yàn)結(jié)果62.7實(shí)驗(yàn)總結(jié)93 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸93.1數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?3.2數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容93.3基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)模型103.4數(shù)字基帶信號(hào)傳播103.5實(shí)驗(yàn)步驟103.6試驗(yàn)結(jié)果113.7實(shí)驗(yàn)總結(jié)12心得體會(huì)13參考文獻(xiàn)14 1 SystemView簡單介紹

3、及其操作簡介1.1SystemView簡單介紹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(jì)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SystemView，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(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從SystemView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(shí)域

4、波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。1.2Systemview仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)l 能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)l 快速方便的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與仿真l 在報(bào)告中方便的加入systemview結(jié)論l 提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(jì)l 多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)l 完備的濾波器和線性設(shè)計(jì)l 先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)塊處理l 可擴(kuò)展性完善的自我診斷功能1.3Systemview仿真系統(tǒng)用戶環(huán)境SystemView的用戶環(huán)境包括兩個(gè)常用的界面：設(shè)計(jì)窗口和分析窗1.3.1主菜單功能圖進(jìn)入SystemView 后，屏幕上首先出現(xiàn)設(shè)計(jì)窗口,如圖所示圖一 系統(tǒng)視窗最上邊一行為主菜單欄，包括：文件（File）、編輯（Edit）、參

5、數(shù)優(yōu)選（Preferences）、視窗觀察（View）、便箋（NotePads）、連接（Connetions）、編譯器（Compiler）、系統(tǒng)（System）、圖符塊（Tokens）、工具（Tools）和幫助（Help）共11項(xiàng)功能菜單。與最初的SystemView1.8相比，SystemView3.0的操作界面和對(duì)話框布局有所改變。執(zhí)行菜單命令操作較簡單，例如，用戶需要清除系統(tǒng)時(shí)，可單擊“File”菜單，出現(xiàn)一個(gè)下拉菜單，單擊其中的“Newsystem”工具條即可。為說明問題簡單起見，將上述操作命令記作：File>>Newsystem，以下類同。各菜單下的工具條及其功能如下表所

6、示：表一菜單工具條命令各工具條的功能簡述File菜單File>>Newsystem清除當(dāng)前系統(tǒng)File>>Open Recent System打開最新的SystemView文件File>>Open Existing System打開已存在的SystemView文件File>>Open System in Safe Mode以安全模式打開系統(tǒng)File>>Save System用已存在的文件名存儲(chǔ)當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)容File>> Save System As將當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)容另存為一個(gè)文件File>> Save Selecte

7、d Metasystem存儲(chǔ)選擇的亞系統(tǒng)文件File>>System File Information系統(tǒng)文件信息File>>Print System: Text Tokens打印屏幕內(nèi)容，圖符塊用文字代替File>>Print System: Symbolic Tokens如實(shí)打印屏幕內(nèi)容，包括圖符塊File>>Print System Summary打印系統(tǒng)摘要，即圖符塊表File>>Print Connection List打印連接表File>>Print Real Time Sink打印實(shí)時(shí)接收器的波形File&g

8、t;>Print SystemView Sink打印System View信宿接收器的波形File>>Printer/Page Setup打印設(shè)置File>>Printer Fonts打印字體設(shè)置File>>Exit 退出SystemView系統(tǒng)Edit 菜單Edit>>Copy Note Pad復(fù)制便箋Edit>>Copy SystemView Sink復(fù)制System View接收器Edit>>Copy System to Clipboard復(fù)制系統(tǒng)到剪貼板Edit>>Copy System: Sel

9、ected Area選擇局部復(fù)制系統(tǒng)Edit>>Copy System: Text Tokens復(fù)制系統(tǒng)中的文字圖符塊Edit>>Copy Entire Screen復(fù)制全屏幕Edit>>Paste To Note Pad粘貼到便箋Edit>>Delete刪除圖符塊或便箋框Preference菜單Preference>>Customize定制Preference>>Reset All Defaults復(fù)位所有缺省設(shè)置Preference>>Optimize for Run Time Speed優(yōu)化運(yùn)行時(shí)速Vie

10、w菜單View>>Zoom界面圖形縮放View>>MetaSystem亞系統(tǒng)View>>Hide Token Numbers隱藏顯示圖符編號(hào)View>>Analysis Windows進(jìn)入分析窗View>> Calculator計(jì)算器View>>Units Converter統(tǒng)一轉(zhuǎn)換Note Pad菜單Node Pad>>Hide Note Pads隱藏顯示便箋Node Pad>>New Note Pad新插入便箋Node Pad>>Copy Token Parameters to No

11、te Pad將圖符塊參數(shù)復(fù)制到便箋內(nèi)Node Pad>>Attributes for All Note Pads所有便箋屬性Node Pad>>Attributes Selected Note Pad選擇的便箋屬性Node Pad>>Delete Note Pad刪除便箋Node Pad>> Delete All Note Pads刪除所有便箋Connections菜單Connections>>Disconnect All Tokens拆除所有圖符塊之間的連線Connections>>Check Connections N

12、ow立即檢查連接Connections>>Show Token Output顯示圖符塊輸出Connections>>Hide Token Output隱藏圖符塊輸出Compiler菜單Compiler>>Compile System Now立即編譯系統(tǒng)Compiler>>Animate Exe Sequence動(dòng)畫執(zhí)行順序Compiler>>Compiler Wizard編譯導(dǎo)向器Compiler>>Edit Execution Sequence編輯執(zhí)行順序Compiler>> Cancel Edit Oper

13、ation取消編輯操作Compiler>> Cancel Last Edit取消上一次編輯操作Compiler>> Use Default Exe Sequence使用缺省順序Compiler>> Use Custom Exe Sequence使用用戶執(zhí)行順序System菜單System>>Run System Simulation運(yùn)行系統(tǒng)仿真System>>Single Step Execution單步執(zhí)行System>>Debug (User Code)調(diào)試用戶代碼System>>Root Locus根軌跡

14、System>>Bode Plot波特圖Token菜單Token>>Find Token查找指定圖符塊Token>>Find System Implicit Delays 查找系統(tǒng)固有延遲Token>>Move Selected Tokens移動(dòng)選中的圖符塊Token>>Move All Tokens整體移動(dòng)所有圖符塊Token>>Duplicate Tokens重復(fù)放置圖符塊Token>>Create MetaSystem創(chuàng)建亞系統(tǒng)Token>>Re-name MetaSystem重新命名亞系統(tǒng)T

15、oken>>Explode MetaSystem展開亞系統(tǒng)Token>>Assign Custom Token Picture為用戶圖符賦圖形Token>>Use Default Token Picture使用缺省設(shè)置圖符塊Token>> Select New Variable Token選擇新變量圖符塊Token>>Edit Token Parameter Variations編輯圖符塊參數(shù)變量Token>>Disable All Parameter Variations取消所有參數(shù)變量Token>>Gloa

16、ble Parameter Links全局參數(shù)連接Tools菜單Tools>>Auto Program Generation(APG)自動(dòng)程序產(chǎn)生Tools>>User Code用戶代碼Tools>>Xillinx FPGAXillinx型FPGATools>>MatlabMatlab數(shù)學(xué)工具1.3.2快捷功能按鈕在主菜單欄下，SystemView為用戶提供了16個(gè)常用快捷功能按鈕，按鈕功能如下: 1.3.3圖符庫選擇按鈕系統(tǒng)視窗左側(cè)豎排為圖符庫選擇區(qū)。圖符塊（Token）是構(gòu)造系統(tǒng)的基本單元模塊，相當(dāng)于系統(tǒng)組成框圖中的一個(gè)子框圖，用戶在屏幕上所

17、能看到的僅僅是代表某一數(shù)學(xué)模型的圖形標(biāo)志（圖符塊），圖符塊的傳遞特性由該圖符塊所具有的仿真數(shù)學(xué)模型決定。創(chuàng)建一個(gè)仿真系統(tǒng)的基本操作是，按照需要調(diào)出相應(yīng)的圖符塊，將圖符塊之間用帶有傳輸方向的連線連接起來。這樣一來，用戶進(jìn)行的系統(tǒng)輸入完全是圖形操作，不涉及語言編程問題，使用十分方便。進(jìn)入系統(tǒng)后，在圖符庫選擇區(qū)排列著8個(gè)圖符選擇按鈕，即：在上述8個(gè)按鈕中，除雙擊“加法器”和“乘法器”圖符按鈕可直接使用外，雙擊其它按鈕后會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的對(duì)話框，應(yīng)進(jìn)一步設(shè)置圖符塊的操作參數(shù)。單擊圖符庫選擇區(qū)最上邊的主庫開關(guān)按鈕 main ，將出現(xiàn)選擇庫開關(guān)按鈕 Option下的用戶庫（User）、通信庫（Comm）、DSP

18、庫（DSP）、邏輯庫（Logic）、射頻模擬庫（RF/Analog）和數(shù)學(xué)庫（Matlab）選擇按鈕，可分別雙擊選擇調(diào)用。2 抽樣定理的仿真電路的設(shè)計(jì)與分析2.1抽樣定理的實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?duì)某一帶寬的有限時(shí)間連續(xù)信號(hào)（模擬信號(hào)）進(jìn)行抽樣，且在抽樣率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，根據(jù)這些抽樣值可以在接受準(zhǔn)確的恢復(fù)原信號(hào)。2.2抽樣定理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本次實(shí)驗(yàn)采用模擬信號(hào)源為振幅為1V頻率100Hz的正玄波，抽樣脈沖為窄脈寬舉矩形脈沖，脈寬為1微妙。抽樣其采用乘法器代替。用于恢復(fù)信號(hào)的低通濾波器采用三階巴特沃茲的低通濾波器。為觀察信號(hào)抽樣與恢復(fù)的條件和引起是真的原因，分別選取100Hz、200Hz、500Hz等幾種不同的抽樣

19、頻率。2.3低通信號(hào)采樣與恢復(fù)原理圖圖二2.4SystemView仿真系統(tǒng)原理圖 圖三2.5實(shí)驗(yàn)步驟用Systemview軟件，設(shè)置模擬信號(hào)源，將模擬信號(hào)源幅度設(shè)為1V，頻率設(shè)為100HZ的正弦波，將抽樣脈沖設(shè)為窄脈沖矩形脈沖，脈寬為1微秒。在設(shè)置一個(gè)乘法器代替抽樣器。再設(shè)置一個(gè)恢復(fù)信號(hào)的低通濾波器，采用三階巴特沃茲低通濾器.2.6實(shí)驗(yàn)結(jié)果100Hz輸入信號(hào)源波形100Hz 恢復(fù)信號(hào)波形100Hz抽樣脈沖信號(hào)波形 100HZ抽樣恢復(fù)后的波形 200HZ輸入信號(hào)源波形200HZ抽樣脈沖波形200HZ抽樣后的信號(hào)波形200HZ抽樣恢復(fù)后的信號(hào)波形500HZ輸入信號(hào)源波形500HZ抽樣脈沖波形500

20、HZ抽樣后的信號(hào)波形500HZ抽樣恢復(fù)后的信號(hào)波形2.7實(shí)驗(yàn)總結(jié)若對(duì)某一帶寬的有限時(shí)間連續(xù)信號(hào)(模擬信號(hào))進(jìn)行抽樣，且在抽樣率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，根據(jù)這些抽樣值可以在接收端準(zhǔn)確的恢復(fù)原信號(hào)。也就是說，要傳輸模擬信號(hào)不一定傳輸模擬信號(hào)本身，只需傳輸按抽樣定理得到的抽樣值即可。當(dāng)采樣頻率小于奈奎斯特速率時(shí)，接受端恢復(fù)信號(hào)是真比較大，這是因?yàn)榇嬖谛盘?hào)的混迭；當(dāng)采樣頻率大于等于奈奎斯特速率時(shí)恢復(fù)信號(hào)與原信號(hào)基本一致。理論上，實(shí)際濾波器特性并不理想，通常抽樣頻率為2.5-5倍fh以避免失真。3 數(shù)字基帶信號(hào)傳輸3.1數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真電路。2.對(duì)基帶傳輸系統(tǒng)進(jìn)行分析，驗(yàn)

21、證奈奎斯特準(zhǔn)則。3.畫出基帶傳輸系統(tǒng)中個(gè)信號(hào)波形。3.2數(shù)字基帶信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容數(shù)字基帶傳輸仿真電路中，用SystemView仿真電路來驗(yàn)證奈奎斯特第一準(zhǔn)則。系統(tǒng)的采樣速率為1KHz。該電路中信號(hào)源的幅度為1V，碼速率為100bps的偽隨機(jī)信號(hào)。用一個(gè)抽頭數(shù)位259的FIR低通濾波器來近似模擬理想的傳輸信道，濾波器的截止頻率設(shè)為50Hz，在60Hz處有-60dB的衰落。因此，信道的傳輸帶寬可近似等價(jià)為50Hz，該頻率正好是傳輸信號(hào)的奈奎斯特帶寬。基帶數(shù)據(jù)在輸入信道以前，先通過一個(gè)升余弦滾降濾波器整型，以保證信號(hào)有較高的功率而無碼間干擾。滾降系數(shù)設(shè)置為0.3，信道的噪聲用高斯噪聲表示。抽樣器的

22、抽樣頻率與數(shù)據(jù)信號(hào)率一致，設(shè)為100Hz。為了比較發(fā)送端和接收端的波形，在發(fā)送端接收器前和升余弦滾降濾波器后各加一個(gè)延遲圖符。在發(fā)送端數(shù)字基帶信號(hào)X（t）經(jīng)發(fā)送濾波器輸入到信道，發(fā)送濾波器的作用是限制發(fā)送頻帶，阻止不必要的頻率成分干擾相鄰。信道即對(duì)實(shí)驗(yàn)作了完整的補(bǔ)充。3.3基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng)模型圖四3.4數(shù)字基帶信號(hào)傳播圖五3.5實(shí)驗(yàn)步驟(1) 實(shí)驗(yàn)前先關(guān)閉噪聲信號(hào).(2) 設(shè)置一個(gè)信號(hào)源，將信號(hào)源設(shè)為幅度為1V，碼速率為100bps的偽隨機(jī)信號(hào)。用一個(gè)抽頭數(shù)位259的FIR低通濾波器來近似模擬理想的傳輸信道，濾波器的截止頻 率設(shè)為50HZ，在60HZ處有60db的衰落。(3) 將信道的傳輸帶寬近似等價(jià)為50HZ，該頻率正好是傳輸信號(hào)的奈奎斯特帶寬?；鶐?shù)據(jù)再輸入信道以前，先通過一個(gè)余弦滾降濾波器整型，以保證信號(hào)有較高的功率而無碼間干擾。滾降系數(shù)設(shè)置為0.3，信道的噪聲用高斯噪聲表示