基于Systemview的模擬通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)課題：模擬通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：電本0902學(xué)生姓名：焦亞雄學(xué)號(hào)：200907211069指導(dǎo)教師：田竹梅設(shè)計(jì)時(shí)間：2012-12-23目錄1緒論 21.1Systemview簡(jiǎn)介 31.2systemview仿真系統(tǒng)的特點(diǎn) 32AM系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)與分析 42.1AM基本原理 52.1.1AM調(diào)制解調(diào)原理52.2AM系統(tǒng)設(shè)計(jì)62.2.1AM調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 62.2.2AM解調(diào)系統(tǒng) 83FM系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)與分析 113.1FM基本原理 123.2FM系統(tǒng)設(shè)計(jì) 124DSB系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)與分析 144.1DSB基本原理 14DSB系統(tǒng)設(shè)計(jì) 145總結(jié) 176謝辭 18參考文獻(xiàn) 18

1、緒論通信按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸，信息的傳輸離不開(kāi)它的傳輸工具，通信系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，我們此次課題的目的就是要對(duì)調(diào)制解調(diào)的通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。有調(diào)制器，接收端要有解調(diào)器，這就用到了調(diào)制技術(shù)，調(diào)制可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制，模擬調(diào)制。模擬調(diào)制常用的方法有AM調(diào)制、DSB調(diào)制、SSB調(diào)制；數(shù)字調(diào)制常用的方法有BFSK調(diào)制等。經(jīng)過(guò)調(diào)制不僅可以進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸或便于信道多路復(fù)用的已調(diào)信號(hào)，而且它對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊憽Ｕ{(diào)制方式往往決定著一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。隨著通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，通信系統(tǒng)也日趨復(fù)雜。因此，在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中，通信系統(tǒng)的軟件仿真已成為必不可少的一部分。目前，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA(ElectronicDesignAutomatic)已成為通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主潮流。為了使復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程更加便捷高效，使得分析與設(shè)計(jì)所需的時(shí)間和費(fèi)用降低。美國(guó)Elanix公司推出的基于PC機(jī)Windows平臺(tái)的SystemView動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，是一個(gè)比較流行的，優(yōu)秀的仿真軟件。SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、能滿足從信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)，到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等要求。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。SystemView仿真系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)；能快速方便地進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真；在本文中可以方便地加入SystemView的結(jié)果；完備的濾波和線性設(shè)計(jì)；先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理；完善的自我診斷功能等。SystemView由兩個(gè)窗口組成，分別是系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口的分析窗口。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(kù)和設(shè)計(jì)工作區(qū)。所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建等基本操作，都是在設(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的在此窗口觀察到。1.1Systemview簡(jiǎn)介SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、能滿足從信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)，到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等要求。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。SystemView由兩個(gè)窗口組成，分別是系統(tǒng)設(shè)計(jì)窗口的分析窗口。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(kù)和設(shè)計(jì)工作區(qū)。所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建等基本操作，都是在設(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的在此窗口觀察到。使用SystemView,我們不用關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過(guò)程，而不用花費(fèi)大量的時(shí)間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。我們只用鼠標(biāo)點(diǎn)擊器圖標(biāo)即可完成系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測(cè)試，而不用學(xué)習(xí)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序編制，也不必?fù)?dān)心程序中是否存在編程錯(cuò)誤。1.2SystemView仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)1)能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng)能在DSP、通訊的控制系統(tǒng)應(yīng)用中構(gòu)造復(fù)雜的模擬、數(shù)字、混合和多速率系統(tǒng)。具有大量可選擇的庫(kù)，允許用戶有選擇地增加通訊、邏輯、DSP和射頻/模擬功能模塊。2)快速方便的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真使用用戶熟悉的Windows界面和功能鍵（單擊、雙擊鼠標(biāo)的左右鍵），SystemView可以快速建立和修改系統(tǒng)，并在對(duì)話框中快速訪問(wèn)和調(diào)整參數(shù)，實(shí)時(shí)修改實(shí)時(shí)顯示。只需簡(jiǎn)單用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖符即可創(chuàng)建連續(xù)性系統(tǒng)、DSP濾波器，并輸入/輸出基于真實(shí)系統(tǒng)模型的仿真數(shù)據(jù)。不用寫(xiě)一行代碼即可建立用戶習(xí)慣的子系統(tǒng)庫(kù)（MetaSystem）.3)在報(bào)告中方便地加入SystemView的結(jié)論SystemView通過(guò)Notes（注解）很容易在屏幕上描述系統(tǒng)；生成SystemView系統(tǒng)和輸出的波形可以很方便地使用復(fù)制（copy）和粘貼（paste）命令插入word等文字處理。4)提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(jì)通過(guò)利用SystemView中的圖符和MetaSystem（子系統(tǒng)）對(duì)象的無(wú)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)多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng)SystemView允許合并多種數(shù)據(jù)采樣率輸入的系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化FIR濾波器的執(zhí)行。這種特性尤其適合于同時(shí)具有低頻和高頻部分的仿真速度，而在局部又不會(huì)降低仿真的精度。同時(shí)還可以降低對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置的要求。6)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(guò)指示出錯(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。SystemView是一個(gè)用于電路與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真的動(dòng)態(tài)分析工具,它實(shí)現(xiàn)了功能的軟件化,避開(kāi)了復(fù)雜的硬件搭建,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.本文利用SystemView軟件設(shè)計(jì)模擬調(diào)制和解調(diào)電路,通過(guò)分析其輸入輸出波形驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路的正確性。2、AM系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)與分析模擬調(diào)制系統(tǒng)可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制，本課程設(shè)計(jì)只研究線性調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。線性調(diào)制系統(tǒng)中，常用的方法有AM調(diào)制，DSB調(diào)制，SSB調(diào)制。線性調(diào)制的一般原理：載波：調(diào)制信號(hào)：式中—基帶信號(hào)。線性調(diào)制器的一般模型如圖乘法器乘法器線性調(diào)制系統(tǒng)的一般模型在該模型中，適當(dāng)選擇帶通濾波器的沖擊響應(yīng)，便可以得到各種線性調(diào)制信號(hào)。線性解調(diào)器的一般模型如圖帶通濾波器加法器帶通濾波器加法器解調(diào)器線性解調(diào)系統(tǒng)的一般模型其中—已調(diào)信號(hào)，—信道加性高斯白噪聲2.1AM調(diào)制2.1.1AM調(diào)制解調(diào)原理標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅就是常規(guī)雙邊帶調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)幅(AM)。假設(shè)調(diào)制信號(hào)的平均值為0，將其疊加一個(gè)直流分量后載波相乘(圖3-3)，即可形成調(diào)幅信號(hào)。其時(shí)域表達(dá)式為式中：為外加的直流分量；可以是確知信號(hào)，也可以是隨機(jī)信號(hào)。設(shè)計(jì)的AM調(diào)制模型如圖加法器乘法器加法器乘法器AM調(diào)制模型本電路采用了相干解調(diào)的方法進(jìn)行解調(diào)，其組成方框圖如圖乘法器乘法器低通濾波器相干解調(diào)法組成框圖 相干解調(diào)法由AM信號(hào)的頻譜可知，如果將已調(diào)信號(hào)的頻譜搬回到原點(diǎn)位置，即可得到原始的調(diào)制信號(hào)頻譜，從而恢復(fù)出原始信號(hào)。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時(shí)的相乘運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。相干解調(diào)酌關(guān)鍵是是必須產(chǎn)生一個(gè)與調(diào)制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。相干解調(diào)器的一般模型如圖所示。圖3相干解調(diào)器的一般模型2.2AM系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1AM調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)所示系統(tǒng)，在SystemView系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，首先設(shè)置時(shí)間窗，運(yùn)行時(shí)間：0－1秒，采樣速率：3000Hz。組成系統(tǒng)如圖所示：圖4AM調(diào)制圖符塊說(shuō)明及參數(shù)設(shè)置：Token0：正弦載波信號(hào)源，參數(shù)：Amp=1V，F(xiàn)=100Hz，Phase=0：Token1：直流增益，參數(shù)：Gain=2;Token2：乘法器；Token4：加法器；Token5、Token6、Token7：信宿接收分析器；仿真結(jié)果及分析：圖5AM調(diào)制仿真波形圖6輸入信號(hào)圖7載波信號(hào)圖8AM調(diào)制輸出根據(jù)AM調(diào)制原理，通過(guò)上圖可以很直觀的看出調(diào)制的信號(hào)正確。2.2.2AM解調(diào)系統(tǒng)根據(jù)圖2.2-5所示系統(tǒng)，在SystemView系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，首先設(shè)置時(shí)間窗，運(yùn)行時(shí)間：0－0.05秒，采樣速率：3000Hz。組成系統(tǒng)如圖所示：圖92ASK信號(hào)的解調(diào)圖符塊說(shuō)明及參數(shù)設(shè)置：Token0、Token12：Amp=1V，F(xiàn)=100Hz，Phase=0；Token3:Amp=1V,F=10Hz,Phase=0;Token7：LowCuttoff=20HZ；Fiterinputsamplerate=3000HZ；仿真結(jié)果及分析：仿真結(jié)果如下圖所示：圖9AM調(diào)幅各信號(hào)波形總圖圖10AM解調(diào)仿真波形圖11AM以調(diào)波形圖12AM調(diào)制信號(hào)圖13AM載波信號(hào)綜上所述，可以看出，采用常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制傳輸信息的好處是解調(diào)電路簡(jiǎn)單，可采用包絡(luò)檢波法。缺點(diǎn)是調(diào)制效率低，載波分量不攜帶信息，但卻占據(jù)了大部分功率，白白浪費(fèi)掉。3、FM系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)與分析3.1FM基本原理在調(diào)制時(shí)，調(diào)制信號(hào)的頻率去控制載波的頻率的變化，載波的瞬時(shí)頻偏隨調(diào)制信號(hào)成正比例變化，即式中，為調(diào)頻靈敏度（）。這時(shí)相位偏移為則可得到調(diào)頻信號(hào)為3.2FM系統(tǒng)設(shè)計(jì)根3.2-1據(jù)圖所示系統(tǒng)，在SystemView系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，首先設(shè)置時(shí)間窗，運(yùn)行時(shí)間：0－3秒，采樣速率：2000Hz。組成系統(tǒng)如圖所示：圖14FM系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)圖符塊說(shuō)明及參數(shù)設(shè)置：Token0：Amp=1V，F(xiàn)re=10HZ，Phase=0；Token6、Token15：Amp=1V，F(xiàn)re=100HZ，Phase=0；Token10：LowCuttoff=90HZ；Hicuttoff=120HZ；Fiterinputsamplerate=2000HZ；Token11：owCuttoff=20HZ；Fiterinputsamplerate=2000HZ；仿真結(jié)果及分析：仿真結(jié)果如下圖所示：圖15FM調(diào)制解調(diào)仿真波形圖16FM輸入信號(hào)圖17載波信號(hào)圖18相加器輸出信號(hào)圖19為解調(diào)輸出波形。4、DSB系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)與分析4.1DSB基本原理在圖3-2中如果輸入的基帶信號(hào)沒(méi)有直流分量，則得到的輸出信號(hào)便是無(wú)載波分量的雙邊帶信號(hào)，或稱雙邊帶抑制載波（DSB-SC）信號(hào)，簡(jiǎn)稱DSB信號(hào)，其時(shí)域表示式為可見(jiàn)，DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與成正比，故不能進(jìn)行包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)，DSB信號(hào)的頻譜與AM信號(hào)的完全相同，仍由上下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶組成。故DSB信號(hào)是不帶載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬與AM信號(hào)相同，也為基帶信號(hào)帶寬的兩倍。調(diào)制的原理圖如圖3-11所示。圖20DSB調(diào)制的原理圖本電路的解調(diào)也采也用了相干解調(diào)的方法，其組成方框圖與AM解調(diào)基本相同。4.2DSB系統(tǒng)設(shè)計(jì)DSB調(diào)制與解調(diào)根據(jù)圖所示系統(tǒng)，在SystemView系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，首先設(shè)置時(shí)間窗，運(yùn)行時(shí)間：0－3秒，采樣速率：2000Hz。組成系統(tǒng)如圖所示：圖21DSB調(diào)制解調(diào)仿真圖符塊說(shuō)明及參數(shù)設(shè)置：Token0Token11：參數(shù)：Amp=1，F(xiàn)re=100HZ，Phase=0；Token6:Amp=1,Fre=10HZ，Phanse=0Token12：低通濾波器，參數(shù)：LowCuttoff=30HZ；Fiterinputsamplerate=2000HZ；仿真結(jié)果及分析：仿真結(jié)果如下圖所示：圖22DSB調(diào)制與解調(diào)仿真波形圖23載波波形圖圖24已調(diào)波形圖圖25調(diào)制波形圖圖26解調(diào)波形圖以上輸出結(jié)果可看出，DSB調(diào)制也是線性調(diào)制的一種，基帶信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)完全是在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單的線性搬移，，調(diào)制時(shí)的載波和解調(diào)時(shí)的載波頻率和幅度是一樣的，這樣解調(diào)后的波形才能還原成調(diào)制信號(hào)。5、總結(jié) 這次的課程設(shè)計(jì)給我很大的收獲，使我對(duì)SystemView操作系統(tǒng)的基本知識(shí)有了初步的認(rèn)識(shí)，并在實(shí)踐中對(duì)所學(xué)習(xí)的基本知識(shí)和原理方法有了進(jìn)一步的深化，和形象具體的理解。本次課設(shè)我選擇了模擬調(diào)制系統(tǒng)的AM和FM，通過(guò)對(duì)它們的調(diào)制解調(diào)過(guò)程的實(shí)踐達(dá)到課設(shè)的目的。首先，我對(duì)SystemView仿真系統(tǒng)進(jìn)行了了解和學(xué)習(xí)，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)其操作有了較為熟練的掌握。通過(guò)認(rèn)真老師給的SystemView系統(tǒng)的參考資料，結(jié)合課本AM,DSB,SSB,FM,NBFM的調(diào)制與解調(diào)原理，我能夠較為順利的建立好仿真模型圖。其次，能夠把調(diào)制解調(diào)的理論原理較好的在仿真系統(tǒng)中體現(xiàn)出來(lái)，加以理解和運(yùn)用，這樣更加深了我對(duì)課本所學(xué)只是的理解，更具形象和生動(dòng)性，具體并容易理解。但是，操作過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。主要是