工作文檔通信原理-基于SystemView軟件的2DPSK系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

1、序 言SystemView是基于PC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真分析的軟件工具。主要用于現(xiàn)代電路與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模擬的動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)，它是一個(gè)功能強(qiáng)大、有多種用途的工具平臺(tái)，具有大量可提供的庫(kù)用來(lái)構(gòu)成各種復(fù)雜系統(tǒng)，包括根本庫(kù)和專(zhuān)業(yè)庫(kù)。它還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)和波形。SystemView提供開(kāi)各種系統(tǒng)的模擬和數(shù)字工具。這些系統(tǒng)包括信號(hào)處理，通行和控制系統(tǒng)，以及線(xiàn)性和非線(xiàn)性系統(tǒng)模型。而我這次的課程設(shè)計(jì)就是基于SystemView軟件的2DPSK系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，要學(xué)會(huì)運(yùn)用SystemView，理解2DPSK系統(tǒng)的原理，知道如何解調(diào)和調(diào)制，并用SystemView進(jìn)行設(shè)計(jì)，這次設(shè)計(jì)需要個(gè)人

2、獨(dú)立完成。第 1 章System View軟件介紹 System View軟件概述SystemView是美國(guó)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，不用寫(xiě)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(fǎng)問(wèn)與調(diào)整參數(shù)，方便地參加注釋。利用System View，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，它可用于各種線(xiàn)性或非線(xiàn)性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶(hù)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從System View配置的圖標(biāo)庫(kù)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(xiàn)，然后運(yùn)行仿真操作，最終

3、以時(shí)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(kù)資源十分豐富，包括含假設(shè)干圖標(biāo)的根本庫(kù)Main Library及專(zhuān)業(yè)庫(kù)(Optional Library)，根本庫(kù)中包括多種信號(hào)源、接收器、加法器、乘法器，各種函數(shù)運(yùn)算器等；專(zhuān)業(yè)庫(kù)有通訊Communication、邏輯Logic、數(shù)字信號(hào)處理DSP、射頻/模擬RF/Analog等；它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證；并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析、譜分析，及對(duì)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(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯(cuò)

4、誤信息或尚懸空的待連接端信息，通知用戶(hù)連接出錯(cuò)并通過(guò)顯示指出出錯(cuò)的圖標(biāo)。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(jì)多種濾波器，并可自動(dòng)完成濾波器各指標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真分析方面，System View還提供了一個(gè)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(guò)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。另外，分析窗中還帶有一個(gè)功能強(qiáng)大的“接收計(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、濾波。 System View的操作System View的用戶(hù)環(huán)境進(jìn)入System View 后，屏幕上首先出現(xiàn)設(shè)計(jì)窗口，所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭

5、建等根本操作，都是在設(shè)計(jì)窗口內(nèi)完成的。在設(shè)計(jì)窗口中間的大片區(qū)域就是設(shè)計(jì)區(qū)域，也就是供用戶(hù)搭建各種系統(tǒng)的地方。在設(shè)計(jì)窗口的最上端一行是下拉式命令菜單行，通過(guò)調(diào)用這些菜單可以執(zhí)行System View的各項(xiàng)功能；設(shè)計(jì)窗口中菜單行的下面，緊鄰在設(shè)計(jì)區(qū)域上端一行是工具欄，它包含了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真中可能用到的各種操作按鈕；在工具欄的最右端是提示信息，當(dāng)鼠標(biāo)置于某一工具按鈕上時(shí),在該處會(huì)顯示對(duì)該按鈕的說(shuō)明和提示信息；緊鄰在設(shè)計(jì)區(qū)域左端是各種器件圖標(biāo)庫(kù)，下面介紹些常用的幾個(gè)庫(kù)圖標(biāo)：圖標(biāo)名稱(chēng)作用信號(hào)源用于產(chǎn)生系統(tǒng)輸入信號(hào)，包括周期性信號(hào)Periodic、噪聲及偽隨機(jī)信號(hào)Noise/PN、非周期信號(hào)Aperio

6、dic、加載外部信號(hào)Import。算子庫(kù)算子庫(kù)中的每個(gè)圖標(biāo)相當(dāng)于一個(gè)算子，把輸入數(shù)據(jù)作為運(yùn)算自變量進(jìn)行某種運(yùn)算或變換，包括濾波器/系統(tǒng)Filter/System、邏輯運(yùn)算Logic、采樣/保持器Sample/Hold、延遲器Delay、增益Gain/Scale等。乘法器完成幾個(gè)輸入信號(hào)的乘法運(yùn)算，最多可有20個(gè)輸入。分析窗分析窗庫(kù)中包括各種信號(hào)接收器圖標(biāo)。用來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)收集、顯示、分析、數(shù)據(jù)處理以及輸出等功能，它是用戶(hù)觀察系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果的窗口。System View的操作步驟(一) 選擇設(shè)置信號(hào)源Source選中該圖標(biāo)并按住鼠標(biāo)左鍵將其拖至設(shè)計(jì)區(qū)內(nèi)，這時(shí)所選中的圖標(biāo)會(huì)出現(xiàn)在設(shè)計(jì)區(qū)域中。雙擊設(shè)計(jì)窗口

7、中的圖標(biāo)后，彈出的對(duì)話(huà)框，通過(guò) Periodic Noise/PN Aperiodic和Import按鈕進(jìn)行分類(lèi)選擇和調(diào)用。選中后單擊對(duì)話(huà)框中的參數(shù)按鈕 Parameters，在出現(xiàn)的參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框中設(shè)置幅度、頻率、相位。完成后分別單擊參數(shù)設(shè)置和源庫(kù)對(duì)話(huà)框的按鈕 OK ，從而完成該圖標(biāo)的設(shè)置。二 選擇設(shè)置分析窗Sink當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)中各測(cè)試點(diǎn)或某一圖標(biāo)輸出進(jìn)行觀察時(shí)，那么應(yīng)放置一個(gè)分析窗Sink圖標(biāo)，一般將其設(shè)置為“Analysis屬性。Analysis圖標(biāo)相當(dāng)于示波器或頻譜儀等儀器的作用，它是最常使用的分析型圖標(biāo)之一。具體操作和信號(hào)源設(shè)置類(lèi)似。三 系統(tǒng)定時(shí)System TimeSystem V

8、iew系統(tǒng)是一個(gè)離散時(shí)間系統(tǒng)。在每次系統(tǒng)運(yùn)行之前，首先需要設(shè)定一個(gè)系統(tǒng)頻率。各種仿真系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，是先對(duì)信號(hào)以系統(tǒng)頻率進(jìn)行采樣，然后按照系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的處理計(jì)算各個(gè)采樣點(diǎn)的值，最后在輸出時(shí)，在分析窗內(nèi)，按要求畫(huà)出各個(gè)點(diǎn)的值或擬合曲線(xiàn)。所以，系統(tǒng)定時(shí)是系統(tǒng)運(yùn)行之前一個(gè)必不可少的步驟。如果這類(lèi)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(mǎn)意，甚至根本得不到預(yù)期的結(jié)果。 當(dāng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)區(qū)域完成設(shè)計(jì)輸入操作后，單擊“系統(tǒng)定時(shí)(System Time) 按鈕，此時(shí)將出現(xiàn)系統(tǒng)定時(shí)設(shè)置System Time Specification對(duì)話(huà)框，如圖1.19所示。用戶(hù)需要設(shè)置幾個(gè)參數(shù)框內(nèi)的參數(shù)，包括 起始時(shí)間Start

9、 Time和終止時(shí)間Stop Time，采樣率Sample Rate、采樣間隔Time Spacing和采樣點(diǎn)數(shù)No. of Samples，頻率分辨率Freq.Res.，自動(dòng)標(biāo)尺，系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)No. of System Loops。需要注意的是采樣率，一般為了獲得較好的仿真波形，系統(tǒng)的采樣率應(yīng)設(shè)為系統(tǒng)信號(hào)最高頻率的5至7倍。當(dāng)采樣率為系統(tǒng)信號(hào)最高頻率的10倍以上時(shí)，仿真波形就幾乎沒(méi)有失真了。第 2 章2DPSK的工作原理2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信息。它是為了解決2PS信號(hào)解調(diào)過(guò)程的反向工作問(wèn)題而提出來(lái)的。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為，可定義一種數(shù)字信息與之

10、間的關(guān)系為：= 0, 表示數(shù)字信息“0 , 表示數(shù)字信息“12.1 2DPSK的調(diào)制系統(tǒng)2DPSK信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法：首先對(duì)二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，將絕對(duì)碼表示二進(jìn)制信息變換為用相對(duì)碼表示二進(jìn)制信息，然后再進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相，從而產(chǎn)生二進(jìn)制差分相位鍵控信號(hào)。調(diào)制過(guò)程和波形如下：2.2 2DPSK的解調(diào)系統(tǒng)2DPSK信號(hào)屬于DSB信號(hào),它的解調(diào),不再能采用包絡(luò)檢測(cè)的方法,只能相干解調(diào)。它可以用相干解調(diào)法方式極性比擬法，但由于它對(duì)載波的同步性要求比擬高，不容易實(shí)現(xiàn)，所以本次設(shè)計(jì)使用了差分相干解調(diào)法方式相位比擬法。其解調(diào)原理是直接比擬前后碼元的相位差，從而恢復(fù)發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字信息。由于解調(diào)的同時(shí)完成了

11、碼反變換作用， 故解調(diào)器中不需要碼反變換器。由于差分相干解調(diào)方式不需要專(zhuān)門(mén)的相干載波，因此是一種非相干解調(diào)方法。 第 3 章基于System View軟件2DPSK仿真設(shè)計(jì)Token0：PN碼源，參數(shù)為Amp1v、Offset0v、Rate100Hz、No.of levels2；Token1，4,27,10,19,26,13Realtime觀察窗；Token5、9：乘法器Token 24 弦載波信號(hào)源，參數(shù)：Amp1v、Offset0v、Rate1000Hz；Token25：帶通濾波器，上限頻率為1100 Hz，下限頻率為900 Hz；Token12：低通濾波器，截止頻率為100 Hz；Tok

12、en11：比擬器；Token20：門(mén)限，值為0。Token11和Token20兩個(gè)器件構(gòu)成判決，當(dāng)大于等于0時(shí)輸出為0，小于0時(shí)輸出為1。 帶通的設(shè)置 低通的設(shè)置比擬器的設(shè)置系統(tǒng)定時(shí)的設(shè)置進(jìn)行系統(tǒng)定時(shí)，將Sample Rate設(shè)置為系統(tǒng)最高頻率的10倍，即為10000Hz；No.of Sample那么可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行改變；其它可以忽略，會(huì)自動(dòng)設(shè)置。3.2 仿真及分析系統(tǒng)仿真如下列圖：乘法器輸出以上波形從上到下依次是基帶信號(hào)波形、差分編碼波形、2DPSK波形、帶通輸出波形、相乘輸出波形、低通輸出波形、比擬抽樣判決后的數(shù)據(jù)輸出波形。差分編碼時(shí)，編碼輸出的碼在系帶信號(hào)為1時(shí)相位即變反。調(diào)制時(shí)，雙極

13、性輸入信號(hào)通過(guò)載波形成2DPSK信號(hào)，通過(guò)波形可以看出，0相表示1，相表示0。解調(diào)時(shí)，通過(guò)帶通濾波，載波移位相乘，低通濾波，比擬判決角，最后的數(shù)據(jù)輸出與開(kāi)始的輸入信號(hào)相同，有一定的延時(shí)，說(shuō)明設(shè)計(jì)是正確的。分析：2DPSK信號(hào)差分相干解調(diào)不需要專(zhuān)門(mén)的相干載波，之需要由收到的2DPSK信號(hào)延時(shí)一個(gè)碼元寬度Ts，然后與2DPSK信號(hào)本身相乘。相乘器起著相位比擬的作用，相乘結(jié)果反映了前后碼元的相位差，經(jīng)過(guò)低通濾波后在比擬判決后，即可直接恢復(fù)出原始數(shù)字恢復(fù)信息故解調(diào)器中不需要碼反變換器。2DPSK系統(tǒng)是一種實(shí)用的數(shù)字調(diào)相系統(tǒng)， 但其抗加性白噪聲性能比2PSK的要差。 2DPSK的功率譜：體會(huì)與建議 通過(guò)對(duì)2DPSK調(diào)制方式的復(fù)習(xí)，對(duì)調(diào)制解調(diào)的理論知識(shí)有了更深的理解；而對(duì)仿真軟件SystemView學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)了運(yùn)用這個(gè)軟件；由于兩方面的學(xué)習(xí)和探索，經(jīng)過(guò)屢次測(cè)試最終完成設(shè)計(jì)任務(wù)。培養(yǎng)了實(shí)際動(dòng)手能力，增強(qiáng)了將書(shū)本知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐設(shè)計(jì)能力。在此次實(shí)習(xí)中也遇到不少問(wèn)題，如一開(kāi)始對(duì)軟件的不了解，對(duì)根據(jù)原理圖來(lái)在Systemview上畫(huà)模擬的仿真電路圖不清楚。最后通過(guò)同學(xué)的幫助和自己的努力終于了解弄清楚，最終完成了課設(shè)。通過(guò)本次實(shí)習(xí)，我收獲了不少東西。熟悉了Systemview仿真軟件，知道了Systemview是什么，學(xué)會(huì)了簡(jiǎn)單的運(yùn)用，能用它設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的模擬電路圖并進(jìn)行仿真，更重要的是培