SystemView通信系统仿真

1引言随着信息的飞速发展，在当今社会，通信已经成为整个社会的高级“神经中枢”。

通信技术也变得越来越重要，以致其在社会的生产和生活中起着越来与重要的作用。

同时，培养新世纪的技术人才也显得格外重要。

通信原理理论课程的学习使我们对通信系统有了初步的了解。

实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。

以基本的点对点通信为例，通信系统的组成，如图1-1 所示。

图1-1 通信系统的组成通信系统是由信源、发送设备、信道、接收设备、信宿组成。

一般发送端要有调制器，接收端要有解调器，这就用到了调制与解调技术。

调制可分为模拟调制和数字调制。

模拟调制常用的方法有AM调制、DSB调制、SSB调制；数字调制常用的方法有2ASK调制、2FSK调制、2PSK调制及2DPSK调制等。

经过调制不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响。

调制方式往往决定着一个通信系统的性能。

本次课程设计主要对常见的模拟和数字调制解调、抽样定理、增量调制系统和数字基带传输系统进行设计与仿真分析。

通过Systemview仿真软件，可以实现这些通信系统的设计与仿真，并进一步对其进行性能分析，巩固通信原理所学过的知识。

随着通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂。

因此，在通信系统的设计研发过程中，通信系统的软件仿真已成为必不可少的一部分。

为了使复杂的设计过程更加便捷高效，使得分析与设计所需的时间和费用降低，美国Elanix公司推出了基于PC机Windows平台的SystemView动态系统仿真软件。

这款软件很好的解决了通信系统设计过程的效率较低的问题。

为了更好的掌握SystemView动态仿真软件，加深对理论知识的理解，学校专门安排了一周的通信原理课程设计，目的在于：1.学习SystemView仿真软件的基本使用方法；2.利用SystemView建立简单调制解调系统的仿真模型；3.利用计算机对系统进行分析，能够更直观的了解其系统的工作流程；4.通过系统仿真加深对通信课程理论的理解。

2软件SystemView的介绍2.1 Systemview简介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。

SystemView仿真系统具有许多的优点：1．利用System View，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System View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。

2．SystemView的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（Main Library）及专业库(Optional Library)，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；3．System View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。

4．System View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（波特图）、传递函数、根轨迹图等之间的转换。

5．在系统设计和仿真分析方面，System View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。

6．System View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Core Generator配套，可以将System View系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件；另外，System View 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。

2.2 SystemView窗口用户在进行系统设计时，只需从System View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的窗口由标题栏、菜单栏、工具栏、滚动条、提示信息栏图符库、设计窗工作区等组成，其运行主界面如图2-1。

图2-1 System View 的运行主界面t c ωcos 3模拟调制解调系统我们把信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。

一般通信系统模型中的发送设备和接收设备分别为调制器、解调器所代替。

模拟调制系统可分为线性调制和非线性调制，本次课程设计研究线性调制系统中常用的AM 、DSB 、SSB 调制与解调系统的设计与仿真分析。

线性调制的一般原理：载波：)cos()(0ϕω+=t A t s c调制信号：)cos()()(0ϕω+=t t Am t s c m式中()t m —基带信号。

线性调制器的一般模型如图3-1。

图3-1线性调制系统的一般模型在该模型中，适当选择带通滤波器的冲击响应()t h ，便可以得到各种线性调制信号。

线性解调器的一般模型如图3-2。

图3-2线性解调系统的一般模型式中()t s m —已调信号，()t n —信道加性高斯白噪声。

3.1 AM 调制与解调系统3.1.1 AM 调制与解调系统标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅(AM)。

假设调制信号()t m 的平均值为0，将其叠加一个直流分量0A 后载波相乘，且假设()t h 也是理想带通滤波器的冲激响应，如果满足0A 比()t m 最大值还要大时，即可形成调幅信号。

其时域表达式为()()00cos cos cos AM c c c S A m t t A t m t t ϖϖϖ=+=+⎡⎤⎣⎦式中：0A 为外加的直流分量；()t m 可以是确知信号，也可以是随机信号。

设计的AM 调制模型如图3-3() ()AM0A t c ωcos图3-3 AM 调制模型 本电路采用了相干解调的方法进行解调，其组成方框图如图3-43.1.2 AM 调制解调系统仿真设计根据AM 信号的调制与解调原理，用SystemView 仿真的电路图如图3-5所示：图3-5 AM 调制系统的仿真图乘法器 低通滤波器 ()t s m()t mt s图3-4相干解调法组成框图 加法器乘法器系统参数如下：基带信号频率为500Hz，电平为4V。

载波频率为4000Hz，电平为1V。

模拟低通滤波器的频率为1000Hz。

在此设计的通信系统中，信道内加入高斯白噪声。

3.1.3 AM调制解调系统仿真结果与分析由以上设计的AM调制解调系统进行仿真后，得到的基带信号、载波信号、已调信号与解调信号的形如图3-6所示：分析后得到的基带信号频谱、载波信号频谱、已调信号频谱及解调后信号频谱如图3-7所示：图3-6 AM调制系统仿真波形图3-7频谱比较图由以上输出结果可看出，AM 调制为线性调制，在波形上，已调信号的包络幅值随基带信号变化而呈正比例变化；在频谱结构包括基带分量和载频分量，并且基带信号频谱结构是在频域内的简单的线性搬移。

用相干解调法解调出来的信号与基带信号基本一致，实现了无失真传输。

3.2 DSB 的调制解调3.2.1 DSB 的调制解调原理在图3-3中如果输入的基带信号没有直流分量，且()t h 是理想带通滤波器，则得到的输出信号便是无载波分量的双边带信号，或称双边带抑制载波(DSB-SC)信号，简称DSB 信号，其时域表示式为()()0cos ϕω+=t A t s c m可见，DSB 信号不能进行包络检波，需采用相干解调，DSB 信号的频谱与AM 信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。

故DSB 信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM 信号相同，也为基带信号带宽的两倍。

设计的DSB 调制及解调模型如图3-8：()t m ()t S DSB ()t S DSB ()t m 0()t n it c ωcos ()t n t c ωcos图3-8 DSB 调制与解调模型3.2.2 DSB 调制解调仿真设计根据以上原理用SystemView 仿真的电路图如图3-9所示：图3-9 DSB 调制解调的仿真图系统相关参数：基带信号频率=500Hz ，电平=4V 。

载波频率=4000Hz ， 模拟低通滤波器的频率为800Hz 。

在此设计的通信系统中，信道内加入的是高斯白噪声，幅值为1V 。

3.2.3 DSB 调制解调仿真结果及分析由以上设计的DSB 调制解调系统进行仿真后的波形如图3-10所示：乘法器 信道 BPF 乘法器 低通滤波器图3-10 DSB调制仿真波形基带信号频谱、载波频谱、已调信号频谱及解调后信号频谱图如下3-11所示：图3-11DSB调制过程中的各信号的频谱比较图由以上所得波形与频谱分析可得：DSB 调制为线性调制，由图3-10可以看出，在波形上，DSB 调制信号有明显的包络，且存在反相点, 占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍；由图3-11可以看出，在频谱上，DSB 信号不存在载波分量，即没有离散谱，只有上下边带两部分，调制效率为100%，即全部功率都用于信息传输，从而实现发送功率的提高。