基于Systemview的模拟通信系统仿真设计

综合设计性实验报告设计课题：模拟通信系统的仿真设计专业班级：电本0902学生姓名：焦亚雄学号：200907211069指导教师：田竹梅设计时间：2012-12-23目录1绪论 21.1Systemview简介 31.2systemview仿真系统的特点 32AM系统的仿真设计与分析 42.1AM基本原理 52.1.1AM调制解调原理52.2AM系统设计62.2.1AM调制系统设计 62.2.2AM解调系统 83FM系统的仿真设计与分析 113.1FM基本原理 123.2FM系统设计 124DSB系统的仿真设计与分析 144.1DSB基本原理 14DSB系统设计 145总结 176谢辞 18参考文献 18

1、绪论通信按照传统的理解就是信息的传输，信息的传输离不开它的传输工具，通信系统应运而生，我们此次课题的目的就是要对调制解调的通信系统进行仿真研究。有调制器，接收端要有解调器，这就用到了调制技术，调制可分为模拟调制和数字调制，模拟调制。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BFSK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。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。目前，电子设计自动化EDA(ElectronicDesignAutomatic)已成为通信系统设计的主潮流。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公司推出的基于PC机Windows平台的SystemView动态系统仿真软件，是一个比较流行的，优秀的仿真软件。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。1.1Systemview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。使用SystemView,我们不用关心项目的设计思想和过程，而不用花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。我们只用鼠标点击器图标即可完成系统的建模、设计和测试，而不用学习复杂的计算机程序编制，也不必担心程序中是否存在编程错误。1.2SystemView仿真系统的特点1)能仿真大量的应用系统能在DSP、通讯的控制系统应用中构造复杂的模拟、数字、混合和多速率系统。具有大量可选择的库，允许用户有选择地增加通讯、逻辑、DSP和射频/模拟功能模块。2)快速方便的动态系统设计与仿真使用用户熟悉的Windows界面和功能键（单击、双击鼠标的左右键），SystemView可以快速建立和修改系统，并在对话框中快速访问和调整参数，实时修改实时显示。只需简单用鼠标点击图符即可创建连续性系统、DSP滤波器，并输入/输出基于真实系统模型的仿真数据。不用写一行代码即可建立用户习惯的子系统库（MetaSystem）.3)在报告中方便地加入SystemView的结论SystemView通过Notes（注解）很容易在屏幕上描述系统；生成SystemView系统和输出的波形可以很方便地使用复制（copy）和粘贴（paste）命令插入word等文字处理。4)提供基于组织结构图方式的设计通过利用SystemView中的图符和MetaSystem（子系统）对象的无限制分层结构功能，SystemView能很容易地建立复杂的系统。5)多速率系统和并行系统SystemView允许合并多种数据采样率输入的系统，以简化FIR滤波器的执行。这种特性尤其适合于同时具有低频和高频部分的仿真速度，而在局部又不会降低仿真的精度。同时还可以降低对计算机硬件配置的要求。6)完善的自我诊断功能SystemView能自动执行系统连接检查，通知用户连接出错并通过指示出错的图符。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。SystemView是一个用于电路与通信系统设计、仿真的动态分析工具,它实现了功能的软件化,避开了复杂的硬件搭建,在不具备先进仪器的条件下同样也能完成复杂的通信系统设计与仿真.本文利用SystemView软件设计模拟调制和解调电路,通过分析其输入输出波形验证所设计电路的正确性。2、AM系统的仿真设计与分析模拟调制系统可分为线性调制和非线性调制，本课程设计只研究线性调制系统的设计与仿真。线性调制系统中，常用的方法有AM调制，DSB调制，SSB调制。线性调制的一般原理：载波：调制信号：式中—基带信号。线性调制器的一般模型如图乘法器乘法器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，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带通滤波器加法器带通滤波器加法器解调器线性解调系统的一般模型其中—已调信号，—信道加性高斯白噪声2.1AM调制2.1.1AM调制解调原理标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅(AM)。假设调制信号的平均值为0，将其叠加一个直流分量后载波相乘(图3-3)，即可形成调幅信号。其时域表达式为式中：为外加的直流分量；可以是确知信号，也可以是随机信号。设计的AM调制模型如图加法器乘法器加法器乘法器AM调制模型本电路采用了相干解调的方法进行解调，其组成方框图如图乘法器乘法器低通滤波器相干解调法组成框图 相干解调法由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调酌关键是是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。相干解调器的一般模型如图所示。图3相干解调器的一般模型2.2AM系统设计2.2.1AM调制系统设计根据所示系统，在SystemView系统窗下创建仿真系统，首先设置时间窗，运行时间：0－1秒，采样速率：3000Hz。组成系统如图所示：图4AM调制图符块说明及参数设置：Token0：正弦载波信号源，参数：Amp=1V，F=100Hz，Phase=0：Token1：直流增益，参数：Gain=2;Token2：乘法器；Token4：加法器；Token5、Token6、Token7：信宿接收分析器；仿真结果及分析：图5AM调制仿真波形图6输入信号图7载波信号图8AM调制输出根据AM调制原理，通过上图可以很直观的看出调制的信号正确。2.2.2AM解调系统根据图2.2-5所示系统，在SystemView系统窗下创建仿真系统，首先设置时间窗，运行时间：0－0.05秒，采样速率：3000Hz。组成系统如图所示：图92ASK信号的解调图符块说明及参数设置：Token0、Token12：Amp=1V，F=100Hz，Phase=0；Token3:Amp=1V,F=10Hz,Phase=0;Token7：LowCuttoff=20HZ；Fiterinputsamplerate=3000HZ；仿真结果及分析：仿真结果如下图所示：图9AM调幅各信号波形总图图10AM解调仿真波形图11AM以调波形图12AM调制信号图13AM载波信号综上所述，可以看出，采用常规双边带幅度调制传输信息的好处是解调电路简单，可采用包络检波法。缺点是调制效率低，载波分量不携带信息，但却占据了大部分功率，白白浪费掉。3、FM系统的仿真设计与分析3.1FM基本原理在调制时，调制信号的频率去控制载波的频率的变化，载波的瞬时频偏随调制信号成正比例变化，即式中，为调频灵敏度（）。这时相位偏移为则可得到调频信号为3.2FM系统设计根3.2-1据图所示系统，在SystemView系统窗下创建仿真系统，首先设置时间窗，运行时间：0－3秒，采样速率：2000Hz。组成系统如图所示：图14FM系统调制与解调图符块说明及参数设置：Token0：Amp=1V，Fre=10HZ，Phase=0；Token6、Token15：Amp=1V，Fre=100HZ，Phase=0；Token10：LowCuttoff=90HZ；Hicuttoff=120HZ；Fiterinputsamplerate=2000HZ；Token11：owCuttoff=20HZ；Fiterinputsamplerate=2000HZ；仿真结果及分析：仿真结果如下图所示：图15FM调制解调仿真波形图16FM输入信号图17载波信号图18相加器输出信号图19为解调输出波形。4、DSB系统的仿真设计与分析4.1DSB基本原理在图3-2中如果输入的基带信号没有直流分量，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，其时域表示式为可见，DSB信号的包络不再与成正比，故不能进行包络检波，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。调制的原理图如图3-11所示。图20DSB调制的原理图本电路的解调也采也用了相干解调的方法，其组成方框图与AM解调基本相同。4.2DSB系统设计DSB调制与解调根据图所示系统，在SystemView系统窗下创建仿真系统，首先设置时间窗，运行时间：0－3秒，采样速率：2000Hz。组成系统如图所示：图21DSB调制解调仿真图符块说明及参数设置：Token0Token11：参数：Amp=1，Fre=100HZ，Phase=0；Token6:Amp=1,Fre=10HZ，Phanse=0Token12：低通滤波器，参数：LowCuttoff=30HZ；Fiterinputsamplerate=2000HZ；仿真结果及分析：仿真结果如下图所示：图22DSB调制与解调仿真波形图23载波波形图图24已调波形图图25调制波形图图26解调波形图以上输出结果可看出，DSB调制也是线性调制的一种，基带信号频谱结构完全是在频域内的简单的线性搬移，，调制时的载波和解调时的载波频率和幅度是一样的，这样解调后的波形才能还原成调制信号。5、总结 这次的课程设计给我很大的收获，使我对SystemView操作系统的基本知识有了初步的认识，并在实践中对所学习的基本知识和原理方法有了进一步的深化，和形象具体的理解。本次课设我选择了模拟调制系统的AM和FM，通过对它们的调制解调过程的实践达到课设的目的。首先，我对SystemView仿真系统进行了了解和学习，在短时间内对其操作有了较为熟练的掌握。通过认真老师给的SystemView系统的参考资料，结合课本AM,DSB,SSB,FM,NBFM的调制与解调原理，我能够较为顺利的建立好仿真模型图。其次，能够把调制解调的理论原理较好的在仿真系统中体现出来，加以理解和运用，这样更加深了我对课本所学只是的理解，更具形象和生动性，具体并容易理解。但是，操作过程中也出现了一些问题。主要是