通信技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）課件 第7章 通信系統(tǒng)仿真

7.1SystemView軟件介紹7.2SystemView基本操作7.3SystemView仿真訓(xùn)練7.1SystemView軟件介紹7.1.1SystemView概述SystemView軟件是由美國ELANIX公司于1995年推出的、基于PC機(jī)Windows平臺(tái)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件。SystemView借助大家熟悉的Windows窗口環(huán)境,以模塊化和交互式的界面,為用戶提供一個(gè)嵌入式的分析引擎,能進(jìn)行模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)、線性和非線性系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì),可對(duì)線性系統(tǒng)進(jìn)行拉氏變換和Z變換分析。SystemView由兩個(gè)窗口組成,分別是系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口和分析窗口。系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口,包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、滾動(dòng)條、提示欄、圖符庫和設(shè)計(jì)工作區(qū)。所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組建等基本操作,都在設(shè)計(jì)窗口內(nèi)完成。分析窗口包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、流動(dòng)條、活動(dòng)圖形窗口和提示信息欄。提示信息欄顯示分析窗口的狀態(tài)信息、坐標(biāo)信息和指示分析的進(jìn)度;活動(dòng)圖形窗口顯示輸出的各種圖形,如波形等。分析窗口是用戶觀察SystemView數(shù)據(jù)輸出的基本工具,在窗口界面中,有多種選項(xiàng)可以增強(qiáng)顯示的靈活性和系統(tǒng)的用途等功能。在分析窗口最為重要的是接收計(jì)算器,利用這個(gè)工具我們可以獲得輸出的各種數(shù)據(jù)和頻域參數(shù),并對(duì)其進(jìn)行分析、處理、比較或進(jìn)一步的組合運(yùn)算。例如,信號(hào)的頻譜圖就可以很方便地在此窗口觀察到。SystemView仿真系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):1.能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)SystemView基本屬于一個(gè)系統(tǒng)級(jí)工具平臺(tái),可進(jìn)行包括數(shù)字信號(hào)處理(DSP)系統(tǒng)、模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的仿真分析。2.能快速方便地完成動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真SystemView配置了大量圖符塊(Token)庫,用戶很容易構(gòu)造出所需要的仿真系統(tǒng),只要調(diào)出有關(guān)圖符塊并設(shè)置好參數(shù),完成圖符塊間的連線后就可以進(jìn)行仿真操作。3.在報(bào)告中方便地加入SystemView的結(jié)論SystemView通過Notes(注釋)很容易在屏幕上描述系統(tǒng);生成的SystemView系統(tǒng)輸出的波形圖可以很方便地使用復(fù)制和粘貼命令插入微軟word等文字處理器中。4.提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(jì)通過利用SystemView中的圖符塊和MetaSystem(子系統(tǒng))對(duì)象的無限制分層結(jié)構(gòu)功能,SystemView能很容易地建立復(fù)雜的系統(tǒng)。5.先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)塊處理SystemView提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的分析窗口用以檢查分析系統(tǒng)波形。SystemView的分析窗口是一個(gè)能夠提供對(duì)系統(tǒng)波形進(jìn)行詳細(xì)檢查的交互式可視環(huán)境。在分析窗口內(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(dòng)等。分析窗口還提供一個(gè)能對(duì)仿真生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行先進(jìn)的塊處理操作的接受計(jì)算器,可以完成對(duì)仿真運(yùn)行結(jié)果的各種運(yùn)算、譜分析及濾波。6.提供完善的自我診斷功能SystemView能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查,通知用戶連接出錯(cuò)并通過顯示指出出錯(cuò)的圖符。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)用戶系統(tǒng)的診斷是十分有效的。7.開放的體系結(jié)構(gòu),強(qiáng)大的可擴(kuò)展性SystemView允許用戶插入自己用C/C++編寫的用戶代碼庫,插入的用戶庫自動(dòng)集成到SystemView中,如同系統(tǒng)內(nèi)建的庫一樣使用?？傊?SystemView是一種強(qiáng)大的、基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的、動(dòng)態(tài)的通信系統(tǒng)仿真工具,以實(shí)現(xiàn)在不具備先進(jìn)儀器的條件下同樣也能完成復(fù)雜的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。7.1.2SystemView資源庫SystemView的庫資源十分豐富,主要包括基本庫(MainLibrary)、專業(yè)庫(OptionalLibrary)和擴(kuò)展庫(EditCustomLibrary)三大類,基本庫和專業(yè)庫之間由庫選擇按鈕進(jìn)行切換,而擴(kuò)展庫則要由自定義庫通過動(dòng)態(tài)鏈接庫加載進(jìn)來。等基本庫包括信源庫(Source)、信宿庫(Sink)、操作庫(Operator)、函數(shù)庫(Function),它為該系統(tǒng)仿真提供了最基本的工具。專業(yè)庫包括通信庫(CommunicationsLibrary)、信號(hào)處理庫(DSPLibrary)、邏輯庫(LogicLibrary)和射頻/模擬庫(RFAnalogLibrary)。擴(kuò)展庫包括由Elanix公司自己提供的擴(kuò)展第二通信庫、IS95/CDMA、數(shù)字視頻廣播DVB。另外其合作伙伴Entegra公司也提供了自適應(yīng)濾波器庫,也可自己用C/C++語言自編所需的庫,加入即可。擴(kuò)展的第二通信庫主要對(duì)原來的通信庫加了時(shí)分復(fù)用、OFDM調(diào)制解調(diào)、QAM編碼與調(diào)制解調(diào)、卷積碼收縮編解碼、GOLD碼以及各種衰落信道等功能。IS95庫為設(shè)計(jì)CDMA和個(gè)人通信系統(tǒng)提供了一個(gè)快捷的工具。除了產(chǎn)生CDMA所需的信號(hào)發(fā)生器模型、調(diào)制解調(diào)信號(hào)模型外,還設(shè)計(jì)了復(fù)合IS95建議的CDMA所有信道模型,可按兩種速率工作。SystemView軟件功能還在不斷擴(kuò)展中,并不斷有新版本推出,本書采用SystemView5.0進(jìn)行相關(guān)介紹。7.1.3SystemView使用方法使用SystemView進(jìn)行通信系統(tǒng)仿真的具體方法如下:(1)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)系統(tǒng)的基本工作原理確定總的系統(tǒng)功能,并將各部分功能模塊化,找出各部分的關(guān)系,畫出系統(tǒng)框圖。(2)從各種資源庫中選取滿足要求的功能模塊,將圖符拖到設(shè)計(jì)窗口,按設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖來組建系統(tǒng)。(3)設(shè)置或調(diào)整參數(shù),包括系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和功能模塊運(yùn)行參數(shù)。(4)設(shè)置觀察窗口,分析仿真數(shù)據(jù)和波形。在系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)處設(shè)置觀察窗口,用于檢查、檢測仿真系統(tǒng)的運(yùn)行情況,以便及時(shí)調(diào)整參數(shù)、分析結(jié)果。7.2SystemView基本操作7.2.1庫選擇操作1.選擇設(shè)置信源庫組建系統(tǒng)的首要工作就是按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖從圖符庫中調(diào)用圖符塊,作為仿真系統(tǒng)的基本單元模塊。以創(chuàng)建PN碼信源為例。該圖符塊的參數(shù)設(shè)置為二電平雙極性,幅度為1V、頻率為100Hz。操作步驟如下:(1)雙擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口左邊的圖符庫,選擇按鈕區(qū)內(nèi)的

“Source”按鈕,移出源庫圖符塊。(2)再次雙擊移出的源庫圖符塊,出現(xiàn)源庫選擇設(shè)置對(duì)話框,如圖7-1所示。(3)SystemView將信源庫的各個(gè)圖符塊進(jìn)行了分類,通過“Periodic”(周期)、“Noise/PN”(噪聲/PN碼)、“Aperiodic”(非周期)和“Import”(輸入)4個(gè)按鈕進(jìn)行分類選擇和調(diào)用,本例單擊選擇“Noise/PN”。(4)單擊選中“PNSeq”圖符,再次單擊參數(shù)設(shè)計(jì)按鈕“Parameters…”,彈出的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如圖7-2所示。在對(duì)話框中分別設(shè)置:幅度Amplitude=1,頻率Rate=100,電平數(shù)Levels=2。(5)分別單擊參數(shù)設(shè)置和源庫對(duì)話框的“OK”按鈕,從而完成該圖符塊的設(shè)置。2.選擇設(shè)置信宿庫當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)中各測試點(diǎn)或某一圖符塊輸出進(jìn)行觀察時(shí),通常應(yīng)放置一個(gè)信宿圖符塊,SystemView將信宿庫的各個(gè)圖符塊進(jìn)行了分類,通過“Analysis”(分析)、“Numeric”(數(shù)值)、“Graphic”(圖形)和“Export”(輸出)4個(gè)按鈕進(jìn)行分類選擇和調(diào)用,一般將其設(shè)置為“Analysis”屬性?！癆nalysis”塊相當(dāng)于示波器,它是最常使用的分析型圖符塊之一。Analysis塊的創(chuàng)建操作如下:(1)雙擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口左邊的圖符庫選擇按鈕區(qū)內(nèi)的

“Sink”按鈕,移出信宿圖符塊。(2)再次雙擊移出的信宿圖符塊,出現(xiàn)信宿圖符塊的定義對(duì)話框,如圖7-3所示。(3)單擊選中“Analysis”圖符塊。(4)單擊信宿圖符塊定義對(duì)話框內(nèi)的“OK”按鈕完成信宿選擇。3.選擇設(shè)置操作庫(1)雙擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口左邊的圖符庫,選擇按鈕區(qū)內(nèi)的“Operator”按鈕,移出操作庫圖符塊。(2)再次雙擊移出的操作庫圖符塊,出現(xiàn)操作庫選擇設(shè)置對(duì)話框,如圖7-4所示。(3)操作庫中的各類圖符塊可通過6個(gè)分類選擇開關(guān)選用,庫內(nèi)常用圖符塊主要包括“Filters/Systems”(濾波器線性系統(tǒng)塊)、“Sample/Hold”(取樣保持塊)、“Logic”(邏輯塊)、“Integral/Diff”(積分微分塊)、“Delays”(延遲塊)、“Gain/Scale”(放大等級(jí)塊)等。(4)單擊所需的操作圖符塊,再次單擊參數(shù)設(shè)計(jì)按鈕“Parameters…”,彈出參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,按要求進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置即可。(5)分別單擊參數(shù)設(shè)置和操作庫對(duì)話框的“OK”按鈕,從而完成該圖符塊的設(shè)置。4.選擇設(shè)置函數(shù)庫(1)雙擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口左邊的圖符庫,選擇按鈕區(qū)內(nèi)的

“Function”按鈕,移出函數(shù)庫圖符塊。(2)再次雙擊移出的函數(shù)庫塊,出現(xiàn)函數(shù)庫選擇設(shè)置對(duì)話框,如圖75所示。(3)函數(shù)庫中的各類圖符塊可通過6個(gè)分類選擇開關(guān)選用,庫內(nèi)常用圖符塊主要包括“NonLinear”(非線性塊)、“Functions”(功能性塊)、“Complex”(復(fù)合塊)、“Algebraic”(代數(shù)塊)、“Phase/Freq”(相位頻率塊)、“Multiplex”(復(fù)用塊)等。(4)單擊所需的函數(shù)圖符塊,再次單擊參數(shù)設(shè)計(jì)按鈕“Parameters…”,彈出參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,按要求進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置即可。(5)分別單擊參數(shù)設(shè)置和操作庫對(duì)話框的“OK”按鈕,從而完成該圖符塊的設(shè)置。5.選擇設(shè)置通信庫(1)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口下,單擊圖符庫選擇區(qū)內(nèi)上端的開關(guān)按鈕,圖符庫選擇區(qū)內(nèi)圖符內(nèi)容將改變?yōu)閷I(yè)庫圖符。(2)雙擊系統(tǒng)窗左邊的圖符庫,選擇按鈕區(qū)內(nèi)其中的

“Comm”按鈕,移出通信庫圖符塊。(3)再次雙擊移出的通信庫圖符塊,出現(xiàn)通信庫選擇設(shè)置對(duì)話框,如圖7-6所示。(4)通信類各類圖符塊可通過6個(gè)分類選擇開關(guān)選用,庫內(nèi)常用圖符塊主要包括“Encode/Decode”(編碼解碼塊)、“Filters/Data”(過濾器數(shù)據(jù)塊)、“Processors”(處理器塊)、“Modulators”(調(diào)制器塊)、“Demodulators”(解調(diào)器塊)、“ChannelModels”(信道模型塊)等。(5)單擊所需的通信圖符塊,再次單擊參數(shù)設(shè)計(jì)按鈕“Parameters…”,彈出參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,按要求進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置即可。(6)分別單擊參數(shù)設(shè)置和操作庫對(duì)話框的“OK”按鈕,從而完成該圖符塊的設(shè)置。6.選擇設(shè)置邏輯庫(1)雙擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口左邊的圖符庫,選擇按鈕區(qū)內(nèi)的

“Logic”按鈕,移出邏輯庫圖符塊。(2)再次雙擊移出的邏輯庫圖符塊,出現(xiàn)邏輯庫選擇設(shè)置對(duì)話框,如圖7-7所示。(3)通信類各類圖符塊可通過6個(gè)分類選擇開關(guān)選用,庫內(nèi)常用圖符塊主要包括“Gates/Buffers”(門/緩沖器塊)、“FF/Latch/Reg”(觸發(fā)器/鎖存器/存儲(chǔ)器塊)、“Counters”(計(jì)數(shù)器塊)、“Mux/Demux”(復(fù)用解復(fù)用器塊)、“MixedSignal”(混合信號(hào)塊)、“Devices/Parts”(設(shè)備部分塊)等。(4)單擊所需的邏輯圖符塊,再次單擊參數(shù)設(shè)計(jì)按鈕“Parameters…”,彈出參數(shù)設(shè)置對(duì)話框,按要求進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置即可。(5)分別單擊參數(shù)設(shè)置和操作庫對(duì)話框的“OK”按鈕,從而完成該圖符塊的設(shè)置。對(duì)于上述各庫的對(duì)話框,如果希望知道庫內(nèi)某圖符塊的功能,可用鼠標(biāo)放在某個(gè)圖符塊上,立刻出現(xiàn)一個(gè)小文本框,框內(nèi)以英文提示用戶該圖符塊的功能參數(shù)和性質(zhì)。除已經(jīng)介紹的圖符庫外,SystemView還提供了其他種類的豐富庫資源,但作為一般通信系統(tǒng)的仿真分析,基本可不涉及其他類型庫的調(diào)用.7.2.2系統(tǒng)定時(shí)設(shè)置在SystemView系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口中完成系統(tǒng)組建操作(包括調(diào)出圖符塊、設(shè)置參數(shù)、連線等)后,首先應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的仿真運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能采用數(shù)值計(jì)算方式,起始點(diǎn)和終止點(diǎn)究竟為何值?究竟需要計(jì)算多少個(gè)離散樣值?這些信息必須告知計(jì)算機(jī)。假如被分析的信號(hào)是時(shí)間的函數(shù),則從起始時(shí)間到終止時(shí)間的樣值數(shù)目就與系統(tǒng)的采樣率或者采樣時(shí)間間隔有關(guān)。實(shí)際上,各類系統(tǒng)或電路仿真工具幾乎都有這一關(guān)鍵的操作步驟,SystemView也不例外。如果這類參數(shù)設(shè)置不合理,仿真運(yùn)行后的結(jié)果往往不能令人滿意,甚至根本得不到預(yù)期的結(jié)果。所以,在組建仿真系統(tǒng)前就需要設(shè)置系統(tǒng)定時(shí)參數(shù)。系統(tǒng)定時(shí)設(shè)置步驟如下:(1)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口下,單擊主菜單欄中的系統(tǒng)定時(shí)快捷功能按鈕,將出現(xiàn)系統(tǒng)定時(shí)設(shè)置對(duì)話框,如圖7-8所示。SystemView基本上對(duì)仿真運(yùn)行時(shí)間沒有限制,只要求起始時(shí)間(StartTime)小于終止時(shí)間(StopTime)即可。一般起始時(shí)間設(shè)為0,單位是秒(s),終止時(shí)間不需要設(shè)置。(2)設(shè)置采樣率(SampleRate)。根據(jù)組建系統(tǒng)中信號(hào)頻率范圍,采樣率一般選擇信號(hào)最高頻率的5~10倍即可。(3)設(shè)置采樣點(diǎn)數(shù)(No.ofSamples)。理論上,采樣點(diǎn)可以設(shè)置為任意自然數(shù),但系統(tǒng)若要進(jìn)行FFT運(yùn)算,則需要設(shè)置為2的整次冪,通常可以通過“SetPowerof2”按鈕自動(dòng)完成該參數(shù)調(diào)整。通常用戶只需設(shè)置采樣率和采樣點(diǎn)數(shù),采樣間隔、頻率分辨率、終止時(shí)間等都會(huì)自動(dòng)跟隨這兩個(gè)參數(shù)變化,它們之間的關(guān)系如下:(4)設(shè)置系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)(No.ofSystemLoops)。在欄內(nèi)輸入循環(huán)次數(shù),對(duì)于“Resetsystemonloop”項(xiàng)前的復(fù)選框,若不選中,則每次運(yùn)行的參數(shù)都將被保存;若選中,則每次運(yùn)行時(shí)的參數(shù)都不被保存,經(jīng)多次循環(huán)運(yùn)算即可得到統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果。應(yīng)當(dāng)注意的是,無論是設(shè)置或修改參數(shù),結(jié)束操作前必須單擊一次“OK”按鈕,確認(rèn)后關(guān)閉系統(tǒng)定時(shí)設(shè)置對(duì)話框。7.2.3分析窗口使用設(shè)置好系統(tǒng)定時(shí)參數(shù)后,單擊

“系統(tǒng)運(yùn)行”快捷功能按鈕,計(jì)算機(jī)開始運(yùn)算各個(gè)數(shù)學(xué)模型間的函數(shù)關(guān)系,生成曲線待顯示調(diào)用。此后,單擊

“分析窗口”快捷功能按鈕,就可進(jìn)入分析視窗進(jìn)行操作。分析視窗界面如圖7-9所示。分析窗口的第一行為“主菜單欄”,第二行為“工具欄”。分析視窗的主要功能是顯示系統(tǒng)窗中信宿(主要是Analysis塊)處的各類時(shí)域波形、功率譜、眼圖、信號(hào)星座圖等信息。每個(gè)信宿對(duì)應(yīng)一個(gè)活動(dòng)波形窗口,并以多種排列的方式同時(shí)或單獨(dú)顯示,也可將若干個(gè)波形合成在同一個(gè)窗口中顯示,以便進(jìn)行結(jié)果對(duì)比。1.觀察時(shí)域波形時(shí)域波形是最為常用的系統(tǒng)仿真分析結(jié)果表達(dá)形式。進(jìn)入分析窗后,單擊“工具欄”內(nèi)的繪制新圖按鈕

,可直接順序顯示出放置信宿圖符塊的時(shí)域波形,并可任意單擊分析窗工具欄中的“窗口豎排列”

和“窗口橫排列

。2