江苏大学随机信号课程设计综述文档格式.docx
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指导老师:
2013年7月3日
1、摘要…………………………………………………………………………………………2
2、概述…………………………………………………………………………………………3
1、课程设计目的………………………………………………………………………………3
2、课程设计内容………………………………………………………………………………3
3、前期准备工作………………………………………………………………………………3
三、总结与展望…………………………………………………………………………………10
摘要
SystemView是美国ELANIX公司推出的,基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具,它使用功能模块(Token)去描述程序,无需与复杂的程序语言打交道,不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真,快速地建立和修改系统、访问与调整参数,方便地加入注释。
利用SystemView,可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统,各种多速率系统,因此,它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。
用户在进行系统设计时,只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置,完成图标间的连线,然后运行仿真操作,最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。
SystemView的库资源十分丰富,包括含若干图标的基本库(MainLibrary)及专业库(OptionalLibrary),基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器,各种函数运算器等;
专业库有通讯(Communication)、逻辑(Logic)、数字信号处理(DSP)、射频/模拟(RF/Analog)等;
它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证,尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统;
并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析,及对各种逻辑电路、射频/模拟电路(混合器、放大器、RLC电路、运放电路等)进行理论分析和失真分析。
SystemView能自动执行系统连接检查,给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息,通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。
这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。
SystemView的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式,按要求设计多种滤波器,并可自动完成滤波器各指标——如幅频特性(伯特图)、传递函数、根轨迹图等之间的转换。
在系统设计和仿真分析方面,SystemView还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。
在窗口内,可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。
另外,分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”,可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。
SystemView还具有与外部文件的接口,可直接获得并处理输入/输出数据。
提供了与编程语言VC++或仿真工具Matlab的接口,可以很方便的调用其函数。
还具备与硬件设计的接口:
与Xilinx公司的软件CoreGenerator配套,可以将SystemView系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件;
另外,SystemView还有与DSP芯片设计的接口,可以将其DSP库中的部分器件生成DSP芯片编程的C语言源代码。
概述
一、课设设计目的
通过EDA课程设计,在学习EDA仿真软件SystemView使用方法的基础上,掌握最基本的调幅发射与接收系统的工作原理与系统仿真设计。
二、课设设计内容
以《SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计》一书第一章、第二章、第四章为参考资料,设计常规双边带调幅、超外差收音机仿真电路,并进行电路仿真及分析。
三、前期准备工作
以《SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计》一书第一章、第二章为参考资料,学习了仿真软件的基本使用方法,完成了以下练习题:
1.1试用频率分别为f1=200HZ、f2=2000HZ的两个正弦信号源,合成一调制信号y(t)=5sin(2πf1t)*cos(2πf2t),观察其频谱与输出信号波形。
注意根据信号的频率选择适当的系统采样数率。
仿真电路图:
波形图如下:
分析:
频率为200HZ的信号与频率为2000HZ的信号相乘,相当于在频域内卷积,卷积结果为两个频率想加减,实现频谱的搬移,形成1800HZ和2200HZ的信号。
1.2将一正弦信号与高斯噪声相加后观察输出波形及其频谱。
由小到大改变高斯噪声的功率,重新观察输出波形及其频谱。
波形如下:
功率为100W:
功率为1000W:
结果分析:
原始信号的频率为1000HZ,在加入均值为0方差为1的高斯噪声后,其波形发生严重失真,输出信号的各频率分量上的功率发生不规则变化。
1.3已知DTMF双音频编码器的低组频率为697HZ,770HZ,852HZ,941HZ,高组频率为1209HZ,1336HZ,1477HZ,1633HZ,试合成0~9、*、#的双音频,并使用接收器图符中的单声道音频文件(8bitwav)输出,通过计算机的声卡输出声音,与实际输出的声音比较。
注意,在输出端应加入一定的增益来放大波形。
生成的音频文件如下:
该电路是电话机的按键仿真电路,当两个不同频率的信号,以697HZ和1209HZ为例,两个信号相加经过一个音频输出器件产生一个wav音频文件。
2.1在设计区放置两个信号源图符,将其中一个定义为周期正弦波,频率为20KHZ,幅度为5V,相位为π/4;
另一个定义为高斯噪声,标准方差为1,均值为0。
将两者通过一个加法器图符连接,同时放置一个实时接收计算器图符,并连接到加法器图符的输出,观察输出波形。
频率为20KHZ的原始信号在加入高斯噪声之后,其波形图与频谱图都发生了变化,具体结果如上图所示,由图可得出加噪后的信号各频率分量上的功率发生了变化。
2.2试定义一个线性系统算子,将其设置为一个“Analog”类型的5极点“Butterworth”低通滤波器,截止频率为3000HZ。
如下题所示。
2.3将练习题2.1中定义的高斯噪声通过练习题2.2定义的低通滤波器滤波后与练习题2.1中定义的正弦波相乘,观察输出波形。
高斯噪声信号在经过一个低通滤波器后,输出频率最高位3000HZ的信号,与频率为20KHZ的信号相乘,在频域进行频谱的搬移,输出信号的频率近似为17KHZ~23KHZ。
最基本的调幅发射与接收系统的工作原理与系统仿真设计
以《SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计》一书第四章为参考资料,进行了以下设计。
1.常规双边带调幅电路仿真
1)AM调制原理:
任意的AM已调信号可以表示为Sam(t)=c(t)m(t),当m(t)=A0+f(t),c(t)=cos(wct+Θ0),且A0不等于0时,称为常规条幅,其时域表达式为Sam(t)=c(t)m(t)=【A0+f(t)】cos(wct+Θ0)其中,A0是外加的直流分量;
f(t)是调制信号,它可以是确知信号,也可以是随机信号;
wc=2πfc为载波信号的角频率;
Θ0为载波信号的起始相位,为简便起见,通常设为0。
(原理框图如下所示)
2)常规双边带调幅电路设计步骤
1根据原理图选择必要的仿真电路设计器件(信号发生器、放大器、滤波器等)
2根据电路要求,进行器件参数的设定
3连线
4运行电路,观察各信号的波形和频谱图,并更改参数对比结果,得出结论
SystemView仿真电路图如下:
3)仿真结果及分析:
左下图为调制信号,右下图为已调制信号,加入噪声信号后,信号波形发生变化,如右上图所示,信号经过本振与低通进行解调,输出的波形如由上图所示,解调出来的信号与原信号相比发生了波形失真,其频谱如右中图所示。
2.超外差收音机电路仿真
1)超外差接收机的工作原理
通常的AM中波收音机覆盖的频率范围为540~1700KHZ,中频(IF)频率fIF为455KHZ。
商业广播发射采用常规调幅,调制度接近1,且发射功率很大,因此收音机为节省成本、减小体积,一般解调器采用最简单的二极管包络检波。
本地振荡器(简称本振)的典型设置都高于所希望解调的RF信号,即所谓高边调谐。
输入滤波器用于抑制所不希望的信号和噪声,更重要的是去除与期望频率和解调中频频率fIF有关的镜像频率2fIF信号。
固定的中频滤波器用于提高收音机的接收选择性。
通过设计陡峭的滤波器边沿,能使进入解调器的相邻信道的能量最小。
世纪的收音机电路使用陶瓷滤波器能得到很好的性能,由此产生的增益衰减可增加以及增益后再检波。
2)超外差收音机电路设计步骤
1根据原理图选择必要的仿真电路设计器件(信号发生器、扫频器、二极管包络检波器等)
②根据电路要求,进行器件参数的设定
③连线
④运行电路,观察各信号的波形和频谱图,并更改参数对比结果,得出结论
3)仿真结果及分析
本电路图采用频率分别为30KHZ、40KHZ、50KHZ的在波分别与三个扫频信号进行调制,得出三个已调制信号同时与本振信号(频率为40+20=60KHZ)相乘,在频域相当于进行频谱的搬移,使频率为40KHZ的信号恰好搬移到20KHZ的中频信号上,相乘信号经过带通滤波器后输出20KHZ的中频信号,在经过二极管包络检波器和低通滤波器输出低频信号,此低频信号恰好就是以40KHZ为载频的调制信号,其带宽为4KHZ。
四、总结与展望
经过一个星期的学习与实践,我对EDA仿真软件SystemView的使用有了基本的了解,已掌握最基本的调幅发射与接收系统的工作原理与系统仿真设计。
在进行仿真设计的时候遇到了很多问题(例如:
低通滤波器、带通滤波器参数的设定,等),但通过与同学的交流,以及查找资料,最终把问题一一解决了。
在今后的专业学习中我们还将会用到SystemView和各种相关软件,我将会认真学习各种软件的使用方法,通过仿真实践加深对通信系统的了解,努力提高自己的综合水平。
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- 江苏 大学 随机 信号 课程设计 综述