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指导老师:
2008年1月10号
摘要
阐述了用SystemView软件实现通信系统仿真的方法,并以二进制移频键控(2FSK)为例,详细论述了仿真过程、仿真结果表明,通过用SystemView软件仿真,可以很方便得到所设计电路的输出结果与分析波形。
关键词:
SystemView;
通信系统;
仿真
1引言
近二十年来,随着通信技术的发展,许多高校都开设了通信原理课程.伴随着高校扩招带来的学生人数激增,使传统的通信原理实验箱类硬件实验方法受到挑战,虚拟实验的通信仿真软件受到越来越多的的关注。
动态系统仿真软件SystemView有教学中的应用进行了探讨和研究,并给出的实际仿真电路和有关波形图。
2SystemView的特点
SystemView是美国Elanix公司推出的基于Windows平台的动态系统仿真软件。
SystemView是一个信号级的系统仿真软件,主要用于电路与通信系统的设计、仿真、能满足从信号处理、滤波器设计,到复杂的通信系统等要求。
SystemView借助大家熟悉的Windows窗口环境,以模块化和交互式的界面,为用户提供一个嵌入式的分析引擎。
SystemView仿真系统的主要特点有:
能仿真大量的应用系统;
能快速方便地进行动态系统设计与仿真;
在本文中可以方便地加入SystemView的结果;
完备的滤波和线性设计;
先进的信号分析和数据处理;
完善的自我诊断功能等.
SystemView由两个窗口组成,分别是系统设计窗口的分析窗口。
系统设计窗口,包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计工作区。
所有系统的设计、搭建等基本操作,都是在设计窗口内完成。
分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具条、流动条、活动图形窗口和提示信息栏。
提示信息栏显示分析窗口的状态信息、坐标信息和指示分析的进度;
活动图形窗口显示输出的各种图形,如波形等.分析窗口是用户观察SystemView数据输出的基本工具,在窗口界面中,有多种选项可以增强显示的灵活性和系统的用途等功能。
在分析窗口最为重要的是接收计算器,利用这个工具我们可以获得输出的各种数据和频域参数,并对其进行分析、处理、比较,或进一步的组合运算。
例如信号的频谱图就可以很方便的在此窗口观察到。
3通信系统FSK仿真设计与分析
FSK是在数字信号调制中使用较典型的一种调制方式,其利用载波的频率变化来传递数字信息0或1。
由于其实现起来较容易、抗噪声与抗衰减的性能较好。
因此,在中低速数据传输(传输速率在1200bit/s以下)中得到了广泛的应用。
在二进制FSK中载波频率随着调制信号1或0而变,1对应载波频率f1,0对应于载波频率f2.二进制FSK已调信号的时域表达式为
二进制FSK的调制器可以采用调频电路实现,也可以用键控法实现。
解调器有相干解调和非相干解调,以下仿真的方法实现其过程。
4FSK仿真设计与分析
4.1调制器仿真设计与分析
调制器仿真设计原理,如图1所示
图12FSK调制器SystemView仿真电路图
具体参数为:
信号源码f1为正弦波,幅度为1V,频率为50HZ,相位为0.
信号源码f2为正弦波,幅度为1V,频率为100HZ,相位为0。
随机信号发生器为PN序列,幅度为500e—3V,偏值为500e-3V,频率为10HZ,电平数为2,相位为0.
调频模块为FM频率调制,载波幅度为1V,频率为50HZ,相位为0,调制增益为50HZ/V。
键控开关为单刀双掷开关,输出延时为0S阀值为100e-3V.
调频法:
在SystemView中二进制数据用伪随机序列PNSeq仿真出随机的0,1二进制数字信号,通过调频器FM调制,0对应50HZ,1对应100HZ。
幅度A均为1V。
键控法:
在SystemView中二进制数据用伪随杨序列PNSeq仿真出出随机的0,1二进制数字信号,作为键控开关的控制信号,0对应50HZ,1对应100HZ.幅度A均为1V。
仿真后的波形见图2。
(a)模拟调频法2FSK仿真输出波形
(b)键控法2FSK仿真输出波形
(c)输入的随机信号
图22FSK调制输出波形
一般说来,键控法得到了两个键控频率的相位是与二进制数据序列无关的,反映在输出波形上,仅表现出f1与f2的相位是不连续的;
而用模拟调频法时,f1与f2的相位是连续的。
由图中可见,模拟调频法2FSK输出波形是连续的;
键控法输出波形是不连续的,这与理论分析结果相吻合。
4。
2解调器仿真设计与分析
4.2。
1非相干解调实现
2FSK非相干解调器仿真设计原理如图3所示.设计解调电路时,先将调制后带有高斯噪声的信号分别送入带通滤波器,由带通滤波器将100HZ和150HZ信号分开,其带通滤波通带宽度分别设计为80—130HZ和120-170HZ;
然后送入半波整流器、低通滤波器,再经过比较器比较、整形,信号就解调还原成传输的伪随机信号。
选用合适的器件实现包络检波器的功能,2FSK信号用包络检波法解调,包络检波器可由半波整流器与低通滤波器串联实现其功能。
半波整流器的功能描述为
选用的模拟滤波器为低通滤波器,截止频率设置为5HZ。
这样设置后通过包络检波的两路信号波形如图4所示。
图32FSK非相干解调器SystemView仿真电路图
具体参数为:
信号源码f1为正弦波,幅度为1V,频率为100HZ,相位为0.
信号源码f2为正弦波,幅度为1V,频率为150HZ,相位为0.
随机信号发生器为PN序列,幅度为500e-3V,偏值为500e-3V,频率为10HZ,电平数为2,相位为0。
高斯噪声标准差为0。
15V,均值为0V。
延时时间为150e—3
切比锲夫带通滤波器1下限频率为80HZ,上限频率为130HZ.
切比锲夫带通滤波器2下限频率为120HZ,上限频率为170HZ。
切比锲夫低通滤波器1截至频率为5HZ.
切比锲夫低通滤波器2截至频率为5HZ。
(a)半波整流器1输出波形
(b)半波整流器2输出波形
图4包络检波的两路信号波形
(a)输入的伪随机序列
(c)调制波形
(b)解调后的波形
图5输入信号波形与2FSK非相关解调输出波形
4.2.2相干解调实现
相干解调实现图与图3基本相同,只要将半波整流器位置分别换为相干解调器即可,但相干解调器的解调源要的载波源对应相同,其输出结果同图5.
运行上述系统后,在分析窗口中得到的结果可以看出,解调后的信号与输入的伪随机序列相仿.
5结束语
通过输入输出波形的对比,可知SystemView仿真电路图设计是否正确。
使用SystemView可方便、快捷地实现各种通信系统的仿真设计实验,根据各模块的对话窗口依照设计需要设置合理参数,通过分析窗口观测相应波形,同时可以对系统进行分析调试,并验证系统的正确性.比用硬件进行通信工程实验节省经费、易改变实验内容,在高校中采用此种实验,可让学生发挥想像力设计实验,通过分析实验结果,可方便纠正错误。
不断改进实验,从而激发学生的创新意识。
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电子工业出版社,2002:
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[5]青松,程岱松,武建华,等.数字通信系统的SystemView仿真与分析[M]。
北京;
电子工业出版社,2001:
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