通信技术基础（第二版）课件 第7章 通信系统仿真

7.1SystemView软件介绍7.2SystemView基本操作7.3SystemView仿真训练7.1SystemView软件介绍7.1.1SystemView概述SystemView软件是由美国ELANIX公司于1995年推出的、基于PC机Windows平台的动态系统仿真软件。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,能进行模拟、数字、数模混合系统、线性和非线性系统的分析设计,可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。SystemView由两个窗口组成,分别是系统设计窗口和分析窗口。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。所有系统的设计组建等基本操作,都在设计窗口内完成。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地在此窗口观察到。SystemView仿真系统具有如下优点:1.能仿真大量的应用系统SystemView基本属于一个系统级工具平台,可进行包括数字信号处理(DSP)系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析。2.能快速方便地完成动态系统设计与仿真SystemView配置了大量图符块(Token)库,用户很容易构造出所需要的仿真系统,只要调出有关图符块并设置好参数,完成图符块间的连线后就可以进行仿真操作。3.在报告中方便地加入SystemView的结论SystemView通过Notes(注释)很容易在屏幕上描述系统;生成的SystemView系统输出的波形图可以很方便地使用复制和粘贴命令插入微软word等文字处理器中。4.提供基于组织结构图方式的设计通过利用SystemView中的图符块和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.先进的信号分析和数据块处理SystemView提供了一个真实而灵活的分析窗口用以检查分析系统波形。SystemView的分析窗口是一个能够提供对系统波形进行详细检查的交互式可视环境。在分析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。分析窗口还提供一个能对仿真生成的数据进行先进的块处理操作的接受计算器,可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析及滤波。6.提供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显示指出出错的图符。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。7.开放的体系结构,强大的可扩展性SystemView允许用户插入自己用C/C++编写的用户代码库,插入的用户库自动集成到SystemView中,如同系统内建的库一样使用。总之,SystemView是一种强大的、基于个人计算机的、动态的通信系统仿真工具,以实现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。7.1.2SystemView资源库SystemView的库资源十分丰富,主要包括基本库(MainLibrary)、专业库(OptionalLibrary)和扩展库(EditCustomLibrary)三大类,基本库和专业库之间由库选择按钮进行切换,而扩展库则要由自定义库通过动态链接库加载进来。等基本库包括信源库(Source)、信宿库(Sink)、操作库(Operator)、函数库(Function),它为该系统仿真提供了最基本的工具。专业库包括通信库(CommunicationsLibrary)、信号处理库(DSPLibrary)、逻辑库(LogicLibrary)和射频/模拟库(RFAnalogLibrary)。扩展库包括由Elanix公司自己提供的扩展第二通信库、IS95/CDMA、数字视频广播DVB。另外其合作伙伴Entegra公司也提供了自适应滤波器库,也可自己用C/C++语言自编所需的库,加入即可。扩展的第二通信库主要对原来的通信库加了时分复用、OFDM调制解调、QAM编码与调制解调、卷积码收缩编解码、GOLD码以及各种衰落信道等功能。IS95库为设计CDMA和个人通信系统提供了一个快捷的工具。除了产生CDMA所需的信号发生器模型、调制解调信号模型外,还设计了复合IS95建议的CDMA所有信道模型,可按两种速率工作。SystemView软件功能还在不断扩展中,并不断有新版本推出,本书采用SystemView5.0进行相关介绍。7.1.3SystemView使用方法使用SystemView进行通信系统仿真的具体方法如下:(1)建立系统的数学模型,根据系统的基本工作原理确定总的系统功能,并将各部分功能模块化,找出各部分的关系,画出系统框图。(2)从各种资源库中选取满足要求的功能模块,将图符拖到设计窗口,按设计的系统框图来组建系统。(3)设置或调整参数,包括系统运行参数和功能模块运行参数。(4)设置观察窗口,分析仿真数据和波形。在系统的关键点处设置观察窗口,用于检查、检测仿真系统的运行情况,以便及时调整参数、分析结果。7.2SystemView基本操作7.2.1库选择操作1.选择设置信源库组建系统的首要工作就是按照系统设计框图从图符库中调用图符块,作为仿真系统的基本单元模块。以创建PN码信源为例。该图符块的参数设置为二电平双极性,幅度为1V、频率为100Hz。操作步骤如下:(1)双击系统设计窗口左边的图符库,选择按钮区内的

“Source”按钮,移出源库图符块。(2)再次双击移出的源库图符块,出现源库选择设置对话框,如图7-1所示。(3)SystemView将信源库的各个图符块进行了分类,通过“Periodic”(周期)、“Noise/PN”(噪声/PN码)、“Aperiodic”(非周期)和“Import”(输入)4个按钮进行分类选择和调用,本例单击选择“Noise/PN”。(4)单击选中“PNSeq”图符,再次单击参数设计按钮“Parameters…”,弹出的参数设置对话框如图7-2所示。在对话框中分别设置:幅度Amplitude=1,频率Rate=100,电平数Levels=2。(5)分别单击参数设置和源库对话框的“OK”按钮,从而完成该图符块的设置。2.选择设置信宿库当需要对系统中各测试点或某一图符块输出进行观察时,通常应放置一个信宿图符块,SystemView将信宿库的各个图符块进行了分类,通过“Analysis”(分析)、“Numeric”(数值)、“Graphic”(图形)和“Export”(输出)4个按钮进行分类选择和调用,一般将其设置为“Analysis”属性。“Analysis”块相当于示波器,它是最常使用的分析型图符块之一。Analysis块的创建操作如下:(1)双击系统设计窗口左边的图符库选择按钮区内的

“Sink”按钮,移出信宿图符块。(2)再次双击移出的信宿图符块,出现信宿图符块的定义对话框,如图7-3所示。(3)单击选中“Analysis”图符块。(4)单击信宿图符块定义对话框内的“OK”按钮完成信宿选择。3.选择设置操作库(1)双击系统设计窗口左边的图符库,选择按钮区内的“Operator”按钮,移出操作库图符块。(2)再次双击移出的操作库图符块,出现操作库选择设置对话框,如图7-4所示。(3)操作库中的各类图符块可通过6个分类选择开关选用,库内常用图符块主要包括“Filters/Systems”(滤波器线性系统块)、“Sample/Hold”(取样保持块)、“Logic”(逻辑块)、“Integral/Diff”(积分微分块)、“Delays”(延迟块)、“Gain/Scale”(放大等级块)等。(4)单击所需的操作图符块,再次单击参数设计按钮“Parameters…”,弹出参数设置对话框,按要求进行相关参数设置即可。(5)分别单击参数设置和操作库对话框的“OK”按钮,从而完成该图符块的设置。4.选择设置函数库(1)双击系统设计窗口左边的图符库,选择按钮区内的

“Function”按钮,移出函数库图符块。(2)再次双击移出的函数库块,出现函数库选择设置对话框,如图75所示。(3)函数库中的各类图符块可通过6个分类选择开关选用,库内常用图符块主要包括“NonLinear”(非线性块)、“Functions”(功能性块)、“Complex”(复合块)、“Algebraic”(代数块)、“Phase/Freq”(相位频率块)、“Multiplex”(复用块)等。(4)单击所需的函数图符块,再次单击参数设计按钮“Parameters…”,弹出参数设置对话框,按要求进行相关参数设置即可。(5)分别单击参数设置和操作库对话框的“OK”按钮,从而完成该图符块的设置。5.选择设置通信库(1)在系统设计窗口下,单击图符库选择区内上端的开关按钮,图符库选择区内图符内容将改变为专业库图符。(2)双击系统窗左边的图符库,选择按钮区内其中的

“Comm”按钮,移出通信库图符块。(3)再次双击移出的通信库图符块,出现通信库选择设置对话框,如图7-6所示。(4)通信类各类图符块可通过6个分类选择开关选用,库内常用图符块主要包括“Encode/Decode”(编码解码块)、“Filters/Data”(过滤器数据块)、“Processors”(处理器块)、“Modulators”(调制器块)、“Demodulators”(解调器块)、“ChannelModels”(信道模型块)等。(5)单击所需的通信图符块,再次单击参数设计按钮“Parameters…”,弹出参数设置对话框,按要求进行相关参数设置即可。(6)分别单击参数设置和操作库对话框的“OK”按钮,从而完成该图符块的设置。6.选择设置逻辑库(1)双击系统设计窗口左边的图符库,选择按钮区内的

“Logic”按钮,移出逻辑库图符块。(2)再次双击移出的逻辑库图符块,出现逻辑库选择设置对话框,如图7-7所示。(3)通信类各类图符块可通过6个分类选择开关选用,库内常用图符块主要包括“Gates/Buffers”(门/缓冲器块)、“FF/Latch/Reg”(触发器/锁存器/存储器块)、“Counters”(计数器块)、“Mux/Demux”(复用解复用器块)、“MixedSignal”(混合信号块)、“Devices/Parts”(设备部分块)等。(4)单击所需的逻辑图符块,再次单击参数设计按钮“Parameters…”,弹出参数设置对话框,按要求进行相关参数设置即可。(5)分别单击参数设置和操作库对话框的“OK”按钮,从而完成该图符块的设置。对于上述各库的对话框,如果希望知道库内某图符块的功能,可用鼠标放在某个图符块上,立刻出现一个小文本框,框内以英文提示用户该图符块的功能参数和性质。除已经介绍的图符库外,SystemView还提供了其他种类的丰富库资源,但作为一般通信系统的仿真分析,基本可不涉及其他类型库的调用.7.2.2系统定时设置在SystemView系统设计窗口中完成系统组建操作(包括调出图符块、设置参数、连线等)后,首先应对系统的仿真运行参数进行设置,因为计算机只能采用数值计算方式,起始点和终止点究竟为何值?究竟需要计算多少个离散样值?这些信息必须告知计算机。假如被分析的信号是时间的函数,则从起始时间到终止时间的样值数目就与系统的采样率或者采样时间间隔有关。实际上,各类系统或电路仿真工具几乎都有这一关键的操作步骤,SystemView也不例外。如果这类参数设置不合理,仿真运行后的结果往往不能令人满意,甚至根本得不到预期的结果。所以,在组建仿真系统前就需要设置系统定时参数。系统定时设置步骤如下:(1)在系统设计窗口下,单击主菜单栏中的系统定时快捷功能按钮,将出现系统定时设置对话框,如图7-8所示。SystemView基本上对仿真运行时间没有限制,只要求起始时间(StartTime)小于终止时间(StopTime)即可。一般起始时间设为0,单位是秒(s),终止时间不需要设置。(2)设置采样率(SampleRate)。根据组建系统中信号频率范围,采样率一般选择信号最高频率的5~10倍即可。(3)设置采样点数(No.ofSamples)。理论上,采样点可以设置为任意自然数,但系统若要进行FFT运算,则需要设置为2的整次幂,通常可以通过“SetPowerof2”按钮自动完成该参数调整。通常用户只需设置采样率和采样点数,采样间隔、频率分辨率、终止时间等都会自动跟随这两个参数变化,它们之间的关系如下:(4)设置系统循环次数(No.ofSystemLoops)。在栏内输入循环次数,对于“Resetsystemonloop”项前的复选框,若不选中,则每次运行的参数都将被保存;若选中,则每次运行时的参数都不被保存,经多次循环运算即可得到统计平均结果。应当注意的是,无论是设置或修改参数,结束操作前必须单击一次“OK”按钮,确认后关闭系统定时设置对话框。7.2.3分析窗口使用设置好系统定时参数后,单击

“系统运行”快捷功能按钮,计算机开始运算各个数学模型间的函数关系,生成曲线待显示调用。此后,单击

“分析窗口”快捷功能按钮,就可进入分析视窗进行操作。分析视窗界面如图7-9所示。分析窗口的第一行为“主菜单栏”,第二行为“工具栏”。分析视窗的主要功能是显示系统窗中信宿(主要是Analysis块)处的各类时域波形、功率谱、眼图、信号星座图等信息。每个信宿对应一个活动波形窗口,并以多种排列的方式同时或单独显示,也可将若干个波形合成在同一个窗口中显示,以便进行结果对比。1.观察时域波形时域波形是最为常用的系统仿真分析结果表达形式。进入分析窗后,单击“工具栏”内的绘制新图按钮

,可直接顺序显示出放置信宿图符块的时域波形,并可任意单击分析窗工具栏中的“窗口竖排列”

和“窗口横排列

。2