Systemview软件仿真实验指导书

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Systemview仿真软件使用

Systemview动态系统仿真软件是为方便大家轻松的利用计算机作为工具，以实现设计和仿真工作。它特别适合于无线电话（GSM,CDMA,FDMA,TDMA)和调制解调器与卫星通信（GPS,DBS,LEOS)设计。能够仿真(c3x,c4x等）DSP结构，进行各种时域和频域分析和谱分析。对射频/模拟电路（混合器，放大器，RLC电路和运放电路）进行理论分析和失真分析。它有大量可选择的库允许你可以有选择的增加通讯，逻辑，DSP和RF/模拟功能。它可以使用熟悉的windows约定和工具与图符一起快速方便地分析复杂的动态系统。下面大家可以清楚地了解systemview系统如何方便地辅助您的工作。让我们首先来看一下它的各种窗口： — systemview系统窗

systemview系统设计窗口如下:

图表 1系统窗

1 第一行《菜单栏》有几个下拉式菜单，通过这些菜单可以访

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问重要的systemvie功能包 File, Edit, Preference, View,

Notepads, Connections,Complier, System, Tokens, Help.用

中每个菜单都会下拉显示若干选项。假如我们需要打开一个文件，则只需要用鼠标点中open.....既可，系统会显示对话框提示输入文件名或选择文件名。

2 第二行《工具栏》是由图标按扭组成的动作条:

图标1 清屏幕 图标3 断线 图标5 复制 图标7中止 图标9 时间窗 图标11 打开子系统 图标13 跟轨迹

图标2 消元件 图标4连线 图标6 注释 图标8运行 图标10分析窗 图标12 创建子系统 图标14波特图

图标15 画面重画 图标16 图标翻转 在systemview系统中各动作的操作顺序为： 1） 用鼠表单击动作按扭 2）单击要执行动作的图符

3 左侧竖栏为《元件库》，将在后面作详细介绍。

二 Systemview 系统分析

分析窗是观察用户数据的基本载体，在系统设计窗口中单击分析按扭（图标是示波器）既可访问分析窗口。在分析窗口有多种选项可以增强显示的灵活性和用途。分析窗显示如下：

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图表 2 分析窗

1 第一行《菜单拦》，包括File,Edit,Preferences,Windows,Help。 2 第二行《工具栏》包括：

图标1 绘制新图 图标2 画面打印 图标3 恢复 图标4 点绘 图标5 连点 图标6 星座图 图标7 窗口垂直排列 图标8窗口水平排列 图标9窗口层叠 图标10 x轴对数化 图标11 y轴对数化 图标12 窗口最小化

图标13窗口最大化 图标14 动态模拟 图标15 统计 图标16 返回系统窗

通过这些图标我们可以从各个角度观察仿真结果，从各个方面了解系统性能，这在后面我们会清楚地感觉到。

3 在分析窗的底部有一个非常有用的接收计算器图标：

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单击这一按扭，会出现如下选择对话框

图表 3 接收计算器

通过这个窗口我们可以对信号实施各种变换,观察信号频谱，眼图，散射图等。

（1）频谱显示（FFT）

分析窗的一个重要特点是具有获得用户数据各种频谱图的能力。只用选择频谱显示方式或把“接收计算器”选择成“FFT”，则谱分析操作就会在活动的图形窗中执行。

在接收计算器中使用FFT操作一般注意：

FFT是在2的整数次幂个点上完成操作的。如果用户数据个数不是2的幂次则系统自动补零，使数据达到2的幂次。用户可通过在系统窗口中使用FFT设置“Set For FFT”按扭控制数据长度，当对补过零的数据实行FFT反变换时,时间函数中会出现所补充的数据。. ( 2 ) 散射图

散射特性允许用户绘出两个相关的,参数对应的时间函数,如相反的时间方向轴图形。这种效果可通过以下简单的例子说明。

1）生成一个单位幅度正选弦和一个单位幅度余弦信号。 2）进入分析窗口并显示这两个波形。

3）在“Sink Calculator”中，选择“Style”和 “Scatter Plot”。选择一个为X,一个为Y。

4）单击“OK”。新显示窗中会显示出一个圆（方程是半径为1的单位圆）

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( 3 ) 切片 （Slice Time)

这个特性能创建一个单一信号的重叠（叠加）图形。在分析数字通信系统扰动时常用这个特性产生所谓的“眼图”。当在“sink calculator ” 选择了这个特性后，绘图时使用的当前的时间参数就是省缺值。“ Slice Time ” 省缺值是系统的总时间。设有如下参数： Start Time =0 sec Stop Time =100 sec Slice Time =100sec

则系统的输出就从起始时间t=0到终止时间t=100秒时正常的波形图。选择“Slice” 后，图形将按如下方式叠加在一起： 图形1（Plot1)0<=t<=2 图形2 （Plot )2<=t<=4

图形4 （Plot 3)4<=t<=6…….

一共50个图。如果输出是具有每比特T秒的经滤波的数字波形，则选择

Slice Time =Tsec, 这会产生比特图叠加，生成眼图模式。 ( 4 ) 转换

在分析窗口的右下方有一个滚动棒。使用这个滚动棒可以对图形实行水平和垂直方向的滚动。对x轴和y轴坐标可以实行分别控制。

提示：按下“Ctrl ” 键并拖拽鼠标可对图形中用户所关心的区域进行定义。Systemview会自动放大区域内的图形。

提示：按下鼠标左键并拖拽鼠标就可以观察到放大后图形的其它区域。

三 《元件库》

元件库位于系统窗左侧竖栏的位置，其图符显示如下：

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图表 4 元件库

图标0：《信源库》 图标1：《加法器》 图标2：《输入/

输出库》 图标3：《操作库》 图标4：《函数库》 图标5：《乘法器》 图标6：《信宿库》 四 创建系统

1 创建信号源，信源库显示如下： 图表 5 信源库

信源库提供给用户系统要输入的信号源，上图显示的是各种可选择的信号。

例如：创建一个正弦信号源步骤如下：

（1）双击“信源图符”，进入信源库菜单。

( 2 ) 在源库菜单内 单击“sinsoid”图标，选中该元件。

（3）再单击“Parameter”（参数）按扭，进入参数选择菜单。 ( 4 ) 在参数设置窗内，按照不同的要求，输入参数。

如在上图中输入正弦波幅度为1，频率为10，然后再按“OK”即可返回源库菜单。

（5）在源库菜单内，单击“OK”返回系统窗。 完成设置。 2 操作库（算子库），如下图所示：

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图表 6 算子库

操作库是本软件中最核心的部分，它其中的功能非常强大，它把很多复杂的功能集成为一个小框图，其中的每一个算子都把输入的数据作为运算自变量，以实现对用户数据的操作。各个算子名称依次为：

1 延迟 2模余数计算 3保持 4数据开关 5逻辑异或 6 FFT 7抽样器 8采样器 9逻辑与 10逻辑与非 11增益 12平均 13 线性系统 14逻辑或 15逻辑非 16序列统计滤波 17采样延迟 18数字变换 19比较

例如创建线性系统步骤如下：

（1）双击“操作库”图标，进入操作库菜单。

（2）在操作库菜内单内单击“线性系统”图标，选中该元件。 （3）再单击“Parameter”按扭，进入参数设置菜单。

（4）在参数设置菜单内，按不同的要求设置参数后，单击“OK”键返回操作库菜单。

（5）在操作库菜单内，单击“OK”键返回系统窗。

算子库中的线性系统图符（Linear System)是SystemView中具有多种用途而且功能很强的图符之一。只要把它简单地放置在用户系统中，就能实现任何显学线性系统的传递函数。但是，这个图符的定义要使用一个具有大范围选项的定义窗口和滤波器，其中包括若干有限冲激响应（FIR）和无限冲激响应（IIR）滤波器。此外，用户还可以自定义 在Z 域内有任意个零

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极点的复杂线性系统。线性系统设计窗口如下

图表 7 线性系统设计窗口

可以用如下几种方法定义线性系统图符：

人工输入Z域系数{ak,bk}。

用户可以输入传递函数的分子分母来定义一个线性系统，首先在确定系数个数的文字框内分别输入分子和分母的系数个数，然后在系数框内输入用户系统的多相式系数。输入结束后，传递函数的单位冲激响应的时域或频域波形就会出现在图形框内，输入的系数可以文件的形式保存，方法是在线性系统设计窗口文件菜单中选择保存文件命令“Save Coefficient File”。 从外部文件读入Z域系数{ak,bk}。

通过读入外部文件，也可以达到输入系统系数的目的。数据文件必须满足如下要求：

1、 数据必须是文本格式或32bit二进制格式。

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2、 分子系数在前分母系数在后，且输入系数前必须有个数说明

3、 每个数据占一行，数据之间不能有空行。 FIR滤波器设计。

通过选择菜单条上的FIR可以进入FIR滤波器设计窗口，它包含两种滤波器。第一组包含六种滤波器：

低通滤波器（LOW PASS） 带通滤波器（BAND PASS）

高通滤波器（HIGH PASS）

希而伯特变换（HILBERT TRANSFORMS） 差分器（DIFFERNTIAUOR） 带阻滤波器（BAND REJECT）

当选择了其中任何一个滤波器后，都会出现一个响应的设计 窗口，用户可以输入滤波器的通带宽度、过度带以及截止频带等滤波器参数。此外，还能对响应形式的滤波器设置通带内的纹波系数。

对滤波器而言，所有频率都应是采样频率的分数。例如，系统的采样速率为1MHZ，所设计的FIR低通滤波器的截频率为50KHZ，则滤波器的设计窗口输入的截止频率为0。05（50KHZ/1MHZ）

如果在滤波器前面接连的是抽样器或采样器图标，则这些图符的频率也必须是滤波器采样频率的分数。

用户能用单击抽头数估计按扭“Tap Estimate”观察实现滤波器所须要的抽头数。一旦系数计算结束，滤波器的系数和响应曲线会显示在屏幕上，系统在显示命令省缺时显示时域波形。用户还可以选择增益、相位、或群延时波形，用户可以通过改变波形显示区下方的最大、最小和采样速率的数值调整波形图的标尺。

作为一个例子，让我们设计一个FIR低通滤波器。在FIR菜单上选择低通滤波器后，屏幕上将出现如图所示的低通滤波器设计窗口。在这个窗口的右边是一组用来确定滤波器抽头、通带内纹波系数以及最大迭代次数的文字框，其中的数字用于计算FIR抽头系数的算法中。

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在窗口中，有用于选定滤波器通带内增益、通带转折频率、过度带宽以及滤波器截止带内增益等参数的文字框。输入的数据如图。

注意，“No. FIR Taps”文字框内的数字最大可以是1024。不过，最好的处理方法是按一下“Tap Estimate”按扭，实现滤波器所需要的抽头数会自动出现在文字框内

当设计参数输入结束后，单击OK进行系数计算。在进行系数计算时，会有一个过程条出现以指示系数计算的状态。计算结束后，滤波器的时域单位响应曲线会出现在图形显示区内。单击增益选项，可以看到如图所示的波形图：

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第二组FIR滤波器全部示基于标准单位冲激响应和公共窗函数结合的低通滤波器设计。在系统窗口可生成五种类型的窗口FIR滤波器：

Hanning Hamming Bartlett Blackman Elanix

设计工作从选择窗函数开始，窗函数选择好后会出现设计窗口，设计窗口中显示出滤波器的形状。与前面的FIR滤波器设计相同，窗口中有数据输入区，数据输入结束后，按一下“Tap Estimate”按扭估计出所需要的抽头数。 从库中选择某个IIR滤波器。

通过选择菜单上的IIR可以设计四种无限冲激响应滤波器： 巴特沃斯（Butterworth） 贝塞尔(Bessel)

切比契夫(Chebechev) 线性相位(Linear Phase)

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这些滤波器可以示低通高通或带通。当在下拉式菜单中选择其中的一种型的滤波器后，屏幕上会出现一个响应的设计窗口：

所选滤波器的一般形状由滤波器的类型所决定。需要输入的是滤波器的阶数（即极点数）、3dB带宽以及相应的纹波系数。 作为例子，我们设计一个切比契夫IIR低通滤波器。确定系统采样频率为1M或者，在IIR的下拉式菜单中选择“Lbrary”。要确定滤波器，单击“Chebechev”、“Low Pass”，输入极点数“9” 输入带内纹波系数（0.1dB）和截止频率20KHZ。

所有上述数据输入结束后，单击OK，所设计滤波器的单位冲激相应波形好就会出现在图形区：

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把用户系统设置在拉普拉斯（Laplace）

如果已经有了拉普拉斯变换式，Systenview会提供在一个单一图符内实现连续线性系统的能力，在拉氏域设置完参数后，系统会自动计算Z域的各项系数。

另外，在Systemview系统中，可以很方便地观察到各系统地跟轨迹和波特图，只须按一下跟轨迹或波特图按扭即可。 五 系统定时

用鼠标单击定时图符按扭，就能打开如图所示的系统定时窗口。

图表 8 系统定时窗口

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系统定时在仿真过程中控制仿真速度和精确度，我们应根据仿真的实际需要来定义时间窗的各项参数。 1 起始时间和终止时间

起始和终止时间控制运行时间的范围。SystemView对系统仿真运行时间基本上没有，只是要求停止时间值要大于起始时间值。

2 采样率/采样间隔

这两个数值在系统仿真过程中控制着时间步长。请记住，SystemView是一个离散时间系统。用户可以设定采样率或采样时间间隔。必须注意，在SystemView中，采样率=1/采样间隔，这说明二者不是互相的系数，改变其中一个数值后系统会自动修改另一个。

3 采样点数（No.Samples）

这个输入参数用于指定系统仿真过程中总的采样点个数采样点数的基本计算关系是：

采样点数=（终止时间—起始时间)*采样率+1

下面是两个终止时间为1秒，频率为2，采样率不同的正弦波形：

图表 9 采100HZ 采样率15HZ 从图中我们可以看出采样率越大，仿真波形越精确，但是这样延长了系统仿真的时间，因为Systemview系统本身是一个离散时间系统，如果采样率太大，则仿真波形不能显示到终止时间，如果采样率太小，仿真波形会严重失真，所以我们必须适当地选

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择采样率，通常是根据实际仿真精度需要和所仿真信号频率设置采样率，以得到比较理想的仿真结果。

4频率分辨率

这个参数是指系统对用户数据进行Fourier变换时，根据时间序列所得到的频率分辨率。

频率分辨率=采样率/采样点数 5 更新数值

用户更改了某一个时间参数后，只需按下“Udate”，系统就自动对其它参数进行修改。 6 系统循环次数

这是一个十分有用的功能，目的是提供用户系统自动重复运行的能力

循环复位功能（Reset System On Loop）将控制用户每一次运行后系统的操作。如此功能被关闭，则用户系统每次运行的参数都将被保存起来；若此功能被击活，则每一个运行循环结束后，所有图符的参数都复位。

六 补充说明

Systemview动态系统分析软件是一个功能强大，有多种用途的工具软件，使用Systemview，只要使用眼睛、鼠标器，当然，更重要还有大脑，就可以实现复杂系统的设想、设计和测试而不必学习计算机程序编制。

本文上述的软件介绍还只是它的最基本的功能（学习版），下面的系统仿真也只是应用学习版来设计的。Systemview的功能远不尽如此，在32位专业版中，线性系统和计算器的功能热闹感更加强大，系统速度加快，且图标个数一般不会受到。除此之外，专业版还增加了通信库、DSP库、射频/模拟库、逻辑库、专业版基本模块、用户代码扩充模块以及APG自动程序生成模块等。应用专业版可以完成更复杂系统的设计、测试及仿真等。

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一 信号的幅度调制

一 概述

模拟通信现在虽然已不多用，但它仍然是通信系统的基础。由于从消息变换而来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不适宜直接进行传输。因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接收端则需要有反调制过程——解调过程。调制在通信系统中具有十分重要的作用，所谓调制，就是按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波的某些参数的过程，下面我们讨论一下模拟调制调制方式的基础——幅度调制。

二 原理及框图

幅度调制是正弦型载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。设正弦型载波为

s(t)=Acos(wt+a) 式中w──载波角频率； A──载波的幅度； a──载波的初始相位。

那么，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为 S(t)=Am(t)cos(Wt+a) 式中m(t)为基带调制信号。 下面是幅度调制的原理框图： m(t) 相乘 h(t) Sm(t)

cosWt

由以上表示式可见，幅度已调信号，在波形上它的幅度随基带信号变化而呈正比例地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移（精确到常数因子）。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制又称为线性调制。

因而，从频域的角度来讲，要恢复原来的信号，只须加适当

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的滤波器即可，对已调信号进行频谱的反向搬移。由以上可知，所谓调幅信号，就是用信号的幅度来装载信息，以达到远距离通信的目的。

三 步骤

1 根据幅度调制与解调原理，用Systemview软件建立一个仿真电路，如下图所示：

图表 10 仿真电路

2 元件参数配置

Token 0,2 余弦信号（[0]，频率0.5Hz;[2],频率10Hz）

Token 1,5 相乘器 Token 3,4,7 信号接收器

Token 6 低通滤波器(截止频率7Hz,极点数3)

3 运行时间设置 运行时间=4S; 采样频率=50.25hz 4运行系统

在系统内运行该系统后,转到分析窗观察Token3,4,7三个点的波形.

5频谱图 在分析窗绘出该系统调制后的频谱图.

幅度调制运行结果

1已调信号波形

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2已调信号频谱

3 解调后的调制信号

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二 频率角调制

一 概述

在模拟通信系统中，幅度调制是最基本的调制方式。但是，由于幅度调制是用信号幅度来携带信息，而实际的信道中存在着各种噪声，它们对信号最直接的影响就是使信号的幅度产生畸变，也就是使收信端收到的信号产生失真，无法正确地恢复原来所发送的信号。而信号的频率，相对信号的幅度来说是不易受到外界的干扰，在收信端更容易准确无误地恢复所发送的信号。所以频率角度调制在模拟通信中占有非常重要的作用。 二 原理及框图

角度调制分为频率调制和相位调制，由于两者的原理是一样的，所以我们重点讨论频率调制。所谓频率调制，就是用调制信号来控制载波的频率，使载波的频率随调制信号作线性变化，频率调制属于非线性调制。 频率调制信号的一般表示式为： Sm(t)=Acos[Wc+0ka(t)]

式中：A为载波的恒定振幅；

Wct+a(t)是信号的瞬时相位； a(t)称为瞬时相位偏移

有两类产生调频信号的方法：直接法与倍频法。在直接法中采用压控振荡器 ，作为产生调频信号的调制器 ，压控振荡器 的输出频率正比于所加的控制电压。直接调频法的优点是可以得到很大的频偏，其主要缺点是载频会发生漂移，因而需要附加的稳频电路。

在倍频法中，首先用类似于线性调制的方法产生窄带调频信号，然后用倍频的方法变换为宽带调频信号。

由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅度，因而，调频信号的解调器必须能产生正比于输入信号频率的输出电压。

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t

f(t) 调频 相乘 低通滤波 解调信号

相移π/2

Fm的输入信号模型是：Xc(t)=Accos[Wct+φ(t)]

d(t)] dtd(t) 输出信号为： Xout(t)=1/2K1Ac×Acsin[K2]

dt 相移后的信号是： Xquad(t)=K1Acsin[Wct+φ(t)+ K2

通过选择适当的K2，正弦函数具有较小的自变量和小相角，则输出近似为：

Xout(t)≈1/2K1K2Ac×AcKdm(t)

三 步骤

1根据FM的调制与解调原理，用Systemview软件建立一个仿真电路，如下图所示

图表 11 仿真电路 2 参数配置

Token 0 正弦信号（频率10HZ） Token 1 频率调制器

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Token 2,7 信号接收器 （分析型） Token 3 延迟器（延迟0.000625s）

Token 4 带通滤波器(频率380～420Hz,极点数1) Token 5 相乘器

Token 6 低通滤波器(截止频率20Hz) 3 运行时间设置

运行时间=3 s; 采样频率=3333Hz 4 运行系统

在Systemview系统窗内运行该系统后,转到分析窗观察Token 2,7两个点的波形。 5 功率谱

在分析窗绘出该系统调制后的功率谱。

FM 运行结果 1 调制后的FM波形如下：

2调制后的FM信号频谱

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3 解调后的调制信号

由FM已调信号的频谱图可知，角度调频信号属于非线性调制，调制后信号的频谱并不是对原信号的简单搬移，而是产生了新的频谱分量。也就是说，已调信号频谱与基带信号频谱之间存在着非线性关系。和幅度调制相比，FM系统调制器有点复杂，解调器比较简单，抗干扰的能力比较强。FM主要应用于数据传输，无线电广播，微波中继等。

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三 信号抽样及恢复

— 概述

由于模拟通信的有效性和可靠性很低，不能满足实际通信的需要，现在普遍采用数字通信，可大大提高可靠性和有效性。但是实际的信号一般都是模拟信号，所以模拟信号数字化是实现数字通信的基础，而模数转化的第一步就是信号的抽样。我们的目的就是用离散值来代替模拟信号，以便于在新道中传输，而且由这些离散值能准确无误地恢复原来的模拟信号。 二 原理及框图

1 抽样 一个频带在（0—Fm)范围内的信号f(t),如果用频率为fs<=2fm 的脉冲序列对其进行等间隔抽样，则抽样信号能完全确定原信号f(t)，这也就是奈奎斯特定理。

此外实际中还有一类带通信号，频带在（f1—f2）范围内，此时抽样频率最小为

fs=2B+2(f2-nB)/n,其中n为小于f2/B的最大整数。 上面的定理也可以从频谱的角度来说明。 原理框图

抽样信号为 s(t)=f(t)(t)

f(t) 相乘 s(t)

冲激序列 2 恢复

由频谱图标显示的频谱图可知通过适当的滤波器既可恢复原信号。 三 步骤

1 根据信号的抽样及恢复定理，用Systemview软件建立仿真电路如下：

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2 元件参数的配置

Token 0，1 ，3，7 观察点—分析窗 Token 2 ，5 采样器（采样频率[2]=50Hz,[5]=40Hz) Token 4,6 保持（保持值为0） Token 8 低通滤波器（极点数=7，截止频率=10Hz） Token 9 信号源（单位冲激信号，偏移量为0） 3 运行时间设置

运行时间= 2.047s 采样频率=1000Hz 4 运行系统

在Systemview系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察Token 0,1,3,7三个点的波形。

5 功率谱 在分析窗绘出该系统抽样后的功率谱。

信号抽样及恢复运行结果 1 原低通信号频谱

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2 低通信号抽样后的频谱

3 原带通信号频谱

4 带通信号抽样后频谱

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由上面的频谱图可知，所谓抽样，实质上是对原信号的频谱进行搬移，对信号来说做的是线性变化，其目的是对信号进行调制，以使信号适合于在信道中传输。如果想得到原信号，只需要根据频谱图，选择适当的线性系统（滤波器），实现对频域的操作。

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四 数字基带传输系统 一 概述

由于模拟通信系统的抗干扰能力不能满足实际需要，引入了数字通信，通信的根本任务是远距离传递信息，因而如何准确地传输数字信息是数字通信的一个重要组成部分。由于未经调制的电脉冲信号所占据的频带通常从直流和低频开始，因而称为数字基带信号。在某些有线信道中特别是传输距离不太远的情况下，数字信号可以直接传送。我们称之为数字信号的基带传输。目前，虽然在实际使用的数字通信系统中基带传输制不如频带传输制那样广泛，但是，对于基带传输的研究仍然具有十分重要的意义。因为即使在频带传输中也同样存在基带传输问；另外，随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势。目前，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输；第三，理论上还可以证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总可以由一个等效的基带传输系统代替。 二 原理及框图

数字基带系统主要由信号源，信道信号形成器，信道，接收滤波器以及抽样判别器 组成。这里的信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质，接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其它干扰的；抽样判别器则是在噪声的背景下用来判定与再生基带信号的。基带传输系统的基本结构如下：

基带脉 信道信号 信道 接收滤 抽样 输出基带 冲输入 形成器 波器 判决器 脉冲信号

三 步骤 1 根据基带传输系统的结构框图，用Systemvie 软件建立一个仿真电路:

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2 参数配置

Token 0 相加器 Token 1 高斯型噪声

Token 2,8,14,16 信号观察点（分析型）

Token 5,13 信号观察点（显示当前值型） Token 9 随机序列（频率为1HZ，电平数为2） Token 11,15 采样器（频率为1HZ） Token 3 逻辑异或门

Token 4 计算算术均值（时间窗为1S） Token 6 积分器 （增益为1）

Token 7 停止（当接收数据大于100 时停止系统仿真） 3 运行时间设置 运行时间=19999S； 采样频率=1HZ 4 运行系统

在Systemview系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察各点的波形。

5 眼图及误码率

在分析窗绘出接收滤波器的输出端的眼图，并且在分析窗内观察误码率波形图。

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数字基带系统运行结果

1 数字基带系统接收滤波器的输出波形

2 没有噪声存在时绘出的眼图

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3 当噪声的功率谱密度为0.02W/HZ时绘出的眼图

4 误码个数积分结果

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5 误码率的平均运行估计

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一 概述

五 匹配滤波器

一个通信系统的质量优劣在很大程度上取决于接收系统的性能。这是因为，影响信息可靠传输的不利因素（信道特性的不理想及信道中存在噪声等）将直接作用到接收端，对信号接收产生影响。在信号和噪声共同作用下，怎样的解调系统才是最佳的，也就是说，设计怎样的接收系统才能使噪声对信号的影响最小，是一个通信系统设计时所要考虑的首要问题。而匹配滤波器在一个最佳接收系统中起着关键性的作用。 二 实验原理及框图

所谓匹配滤波器是指输出信噪比最大的最佳线性滤波器。下面我们来实现匹配滤波器的一种形式——模拟计算式动态滤波器，其原理如下：

设匹配滤波器的输入信号u1(t)为：

u1 (t)= cos0t 0则与该信号相匹配的线性滤波器的冲激响应h(t)为： h(t)=u1(T—t)=cos0(T—t) 若设0T=2k,k为任一整数，则 h(t)=cos0t

由于匹配滤波器的输出u2(t)是输入信号u1(t)与h(t)的卷积，则 u2(t)=0u1(t')h(t-t')dt'

tt''=cos0t0u1(t)cos0tdt+sin0t0u1(t’)sin0t'dt' 上述表示式可以用下图来模拟计算。

sin0t sin0t - 32 -

t

相乘器 积分器 相乘器 u2(t) u1(t) 相加器 相乘器 积分器 相乘器 cos0t cos0t

三 实验步骤

1 根据匹配滤波器的实现原理框图，用Systemview软件建立一个仿真电电路如下图所示：

2 元件参数配置

Token 0,1 信号源（阶越信号[0]偏置为0；[1]偏置为2） Token 2,17 相加器 Token 3 取负值

Token 4,19,18 信号观察点（分析型） Token 5,7,8,13,14 相乘器

Token 6,10,16 正弦波（频率为5HZ） Token 9,15 余弦波（频率为5HZ） Token 11,12 积分器

3 运行时间设置： 运行时间=2S； 采样频率=100HZ

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4 运行系统 在Systemview系统窗内运行改系统后，转到分析窗观察4，18，19三个点的 波形。

匹配滤波器实验结果

1 信号发送端的波形

2接收滤波器的输出波形

由上面的接收滤波器的输出波形可知：有用信号的功率在某

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一点达到最大值。在数字通信中使输出信噪比在某一特定时刻达到最大具有特别重大的意义，因为数字传输中我们最关心的是能否在噪声的背景下正确地判断信号。例如在二进制数字调制中，我们只需要在一段接收信号内判断两种可能信号中出现地是哪一种。显然，在判断时刻地信噪比愈高，愈有利于作出正确地判决。所以，匹配滤波器在数字接收系统中具有十分重要地作用。

一概述

六

幅移键控ASK

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为使发送的数字信号适合于在带通信道中传输，必须对数字信号进行调制。类似于模拟调制，数字调制也有三种基本的方式：分别用正弦波的幅度、频率、相位来传递数字信号。我们首先来看一下幅移键控—载波的幅度随着调制信号而变化。最简单的形式是载波在二进制信号1或0控制下通或断，这种二进制幅度键控的方式称为通—断键控（OOK）。本实验采用这种方式。 二 原理及框图

1. 调制部分：设信息源发出的是由二进制符号0、1组成的序列，则一个二进制的振幅键控信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘，。所以二进制幅度键控调制器可用一个相乘器来实现。 OOK信号表达式： Sook(t)=a(n)Acos(0t)

A: 载波幅度 0：载波频率 a(n)：二进制数字信号 原理框图：

基带信号a(n) 相乘器 调制信号Sook(t)

载波 Acos(0t)

2.解调部分：解调有相干和非相干两种。非相干系统设备简单，

但在信噪比较小时，相干系统的性能优于非相干系统。这里采用相干解调。

原理框图：

Sook(t) 相乘器 低通滤波器 解调信号â(n)

载波 Acos(0t) 三 步骤

1. 根据ASK调制与解调原理,用Systemview软件建立一个仿真电路如下:

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图表 12 Ask 仿真电路

2. 元件参数配置

Token 0,9 载波—正弦信号（频率=20HZ） Token 1 基带信号—PN序列（频率=10HZ，电平数为2） Token 2,8 相乘器

Token 3,4,11 信号观察点—系统窗

Token 6 阶越信号（幅度=1，偏移为0） Token 7 冲激信号（增益为1，偏移为0）

Token 5 数据选择器（[6，7]为输入端，[1]为控制端） Token 10 模拟低通滤波器（截止频率=12HZ，极点数为5） 3. 运行时间设置

运行时间= 1S； 采样频率=100HZ 4. 运行系统

在Systemview系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察Token 3,4,11三个点的波形。

5.信号频谱 :在分析窗绘出该系统调制后的频谱图。 ASK结果

1 源波形

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2 调制后的波形

3 解调后的波形

4 调制后的功率谱

由上图可知，二进制幅移键控信号的频谱宽度是二进制基带信号的两倍。二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，这种方法最出用于电报系统，但由于它在抗噪声的能力上较差，故在数字通信中用得不多，但它是其他数字调制得基础，因此分析它仍然是必要的。

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七

频移键控

一概述

FSK是数字信息传输中使用较早、较广的一种调制方式，，它的主要优点是：实现起来比较容易，相对于幅移键控抗噪声与抗衰落的性能较好。因此在中低速数据传输和衰落信道中得到广泛应用。

二原理及框图

FSK是用数字基带信号去调制载波的频率。因为数字信号的电平是离散的，所以，载波频率的变化也是离散的。在本实验中，二进制基带信号是用正负电平表示。对于2FSK，载波频率随着调制信号1或-1而变，1对应于载波频率F1，-1对应于载频F2。 调制部分：用数字信号去调制载波的频率。且2FSK可以看作是两个不同载频的ASK已调信号之和。

SFSK（t）= Acos(1t) a(n)=1 Acos(2t) a(n)=-1 原理框图：

门一

基带信号a(n) Acos(1t)

Sfsk(t)

倒相 门二

Acos(2t) 2 解调部分： 2FSK信号可看成是两个载频不同的ASK信号，

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有相干和非相干两种解调方式。这里采用相干方式。（LP指低通滤波器）

原理框图 LP 解调信号 t) LP 相干载波Acos(2t) 三 步骤

1 根据2FSK调制解调原理，用Systemview软件建立仿真电路：

1Sfsk(t) 相干载波Acos(2.元件参数的配置

Token 0 基带信号---PN序列(频率=50HZ,电平=2Level,0偏移 Token 1,17 反相器

Token 2,3 半波整流器 (门限=0V) Token 4,5,7,8 乘法器 Token 6,13 加法器

Token9,10,18,1载波---正弦波发生器([9,18]=500HZ;[10,19]=1000HZ) Token 11,12 模拟低通滤波器 Token 14,15,16 观察点----分析窗 3.运行时间设置 运行时间=0.5秒； 采样频率=2000赫兹

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4.运行系统 在系统窗内运行系统后，观察分析Token14，15，16点的波形。

5.功率谱 在分析窗绘出该系统调制后的功率谱。 2FSK运行结果 1 调制波形放大后如下：

2 源波形和解调波形

3 调制波的频谱图

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由频谱图可以看出，幅移键控属于非性调制。2FSK是数字

通信中用得较广泛得一种方式。在话带内进行数据速度较低时采用FSK方式,在衰落信道中传输数据时也被广泛采用。

八 相移键控 PSK

一概述

用数字信号得离散值对载波得幅度、频率、相位进行键控，可获得ASK、FSK、PSK。这三种调制方式在抗加性噪声能力、信号频谱利用率等方面，PSK性能最好。目前相干PSK已在中、高速数据传输中得到了应用。 二实验原理及框图

二进制相移键控（2PSK）就是根据数字基带信号得两个电平，使载波相位在两个不同得数值间切换得一种相位调制方法。通常两个载波相位相差弧度，如果被调制得二进制信号是用正负电平表示的，则2PSK与双边带抑制载波调幅（DSB）是完全等效的。因此PSK可写成如下形式： SPSK(t)=Aa(n)cos(0t+)

1.调制部分：在2PSK中，常用相位0或来分别表示1或-1。这里用调相法生成2PSK信号：将数字信号与载波直接相乘。这也是DSB信号产生的方法。

SBPSK(t)=cos(0t+i), i=0或

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SBPSK(t)= A cos(0t) a(n)=1 -A cos(0t) a(n)=-1 原理框图：

基带信号(n) 调制信号SBPSK(t)

载波A cos(0t) 2解调部分：BPSK必须采用相干解调。 原理框图：

SBPSK(t) LP 解制信号a(n)

本地载波A cos(0t) 三步骤

1根据BPSK调制与解调原理，用Systemview软件建立一个仿真电路：



2 元件参数配置

Token 0,8 基带信号—PN码序列（频率=50HZ，电平=2）

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Token 1,2,9,10 相乘器

Token 3,11 载波—余弦信号（频率=1000HZ） Token 4,12 模拟低通滤波器（截止频率=225HZ） Token 16 相加器

Token 17 高斯噪声（功率密度=0。000001W/HZ） Token 5,6,7,13,14,15 观察点—分析窗 3运行时间设置

运行时间=1S； 采样频率=20000HZ 4运行系统

在系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察观察点的波形 5功率谱

绘出信号调制后的功率谱。 6眼图：

分别绘出理想无噪声和有噪声情况下的眼图。 相移键控PSK运行结果 1 2PSK信号波形图（放大后）：

2 调制信号的功率谱

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3 眼图

（1） 无噪声

（2） 有噪声（噪声功率谱密度=0.000001W/HZ）

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九 16QAM 一概述

由于通信信道受频带得，必须不断提高频带利用率，如M（M>2调制方式得研究。一般说来，多进制都能在相同得频带内以更快得速率来传递信息，但是，随着M的增加，信号空间图中的各点最小距离减小，相应的判决区也减小，从而信号的可靠性降低了。要保证可靠性，必须提高发射功率。

振幅相位联合键控（APK）在M较大的情况下，不仅可以提高系统的频带利用率，且设备简单。16QAM是APK的一种实现方式，是用两路数字信号分别对两个互相正交的同载波进行同步调制，再将两个已调的双边带信号合成后进行传输。由于采用了幅度调制与解调，不但设备简单，且在频带和功率利用上也最有效。但16QAM不属于恒定包络调制方式，因而不使用于具有非线性部件的信道。 二 原理及框图

16QAM第i个信号的表达示为：Si(t)=Aicos(0t+i) I=1,2,…. 1 调制部分:：16QAM的产生有两种方法： （1） 正交调相法：它是用两路正交的4电平ASK信号迭加而

成；

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（2） 复合相移法：它是用两路正交的4电平PSK信号迭加而

成；

在这里采用正交调幅法。原理框图如下：

四元基带信号 cos0t 载波 输出信号16QAM

相移2/π sin0t 四元基带信号

2解调部分

由于是采用正交调幅法，所以它的解调器必是一个正交相干解调器。 三 步骤

1根据16QAM调制解调原理,用Systemview软件建立一个仿真电路:

2元件参数配置

Token0,3 基带信号—PN码序列（频率=50HZ；电平=2） Token 2,5,7,8 相乘器

Token 4,15 载波（频率=1000HZ，[4]正弦，[15]余弦） Token 9,10 模拟低通滤波器（极点数=9，截止频率=275HZ） Token 6 相加器

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Token 1,11,12,13,14 信号观察点—分析窗

3运行时间设置 运行时间= 1秒； 采样频率=8000HZ 4运行系统

在系统窗运行系统后，转到分析窗观察所设五个点的波形。 5在分析窗内绘出星座图

16QAM运行结果 1 调制信号波形放大后如图：

2 原信号和解调后的信号

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3 绘出的星座图如下

由以上可以看出16QAM信号采用幅度和相位联合调制，它们分别携带信息，能充分利用信号平面，从而使有效性和可靠性都得到提高。是一种比较理想得调制方式。

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十 接收信号中载波的提取

一概述

在通信系统中，为使信号适合于在实际信道中传输，引进了各种调制方式，因此，在信号的接收端，必须用一定地方式解调出原来地信号。当采用同步解调或相干解调时，接收端需要提供一个与发射端同频同相地相干载波，这个相干载波地获取就称为载波提取。在这里，同频同相是非常重要地，它关系到是否能正确地恢复原来地信号，所以我们采用锁相环来保证所提取的载波和发射的载波同频同相。 二原理及框图

一般以调信号不包含载波分量，但对信号进行某种非线性变换后，就可以直接从其中提取出载波分量来。

由锁相环的跟踪特性可知：当已调信号的调频率处于锁相环的闭环低通特性的通带之外时，输出信号的相位已不能跟踪输入信号相位的变化。此时，压控震荡器就没有相位调制，是一个未调载波

u0(t)= u0cos0t

当输入信号ui(t)的载频产生缓慢漂移时，由于环路要维持锁定，压控震荡器输出的未调载波的频率也会跟随着漂移。这种环

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路输出相位没有跟踪输入的相位的调制，而是跟踪了输入信号载频的漂移，这也是一种跟踪状态，称为载波跟踪。

由于2(t)（输出信号的相位）未跟踪输入信号的相位1(t)，由 e(t)= 1(t) 2(t)

的关系，显然此环路的相位误差一定比较大，恰恰就是e(t)跟踪了1(t)的相位调制。这就是误差频率响应的高通特性。载波跟踪环的压控震荡器输出电压与输入信号的载波载相位上相差90度，经90度相移后可得到输入信号的相干载波。原理框图如下：

输入 PD LF VCO 90度 载波 （AM信号） 输出 三 步骤

1. 根据载波的提取原理框图，用Systemview软件建立一个仿真电路，如下图所示：

2.元件参数配置

Token 0 ,4 正弦载波（[0]频率为2HZ；[4]频率为10HZ） Token 1 阶越信号（幅度为2，偏置伪） Token 2,6 相加

Token 5,11,15,13 信号观察点——分析窗 Token 3 相乘器 Token 7 正弦函数

Token 8 低通滤波器（截止频率为99HZ，极点数为2）

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Token 9 积分器（起始值为0） Token 10 微分器

Token 12 增益（1.7）

Token 14 带通滤波器（频率9.8—10.2，极点数为） 3.运行时间设置 运行时间= 1S； 采样频率=1000HZ 4.运行系统 在Systemview系统窗内运行该系统后,转到分 析窗观察 各个点的波形。

接收信号的载波提取运行结果 1 发送端的载波波形

2 所提取的载波波形

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由上两幅图可以看出，所提取的载波和原来发送的载波是同频同相的，这就是锁相环跟踪输入信号频率的结果。实验过程中应不断地调整各个参数，以达到最佳的接收效果。

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