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计算机工程系课程设计任务书
2011/2012学年下学期2011年11月19日
专业
通信技术
班级
10-2
课程名称
现代通信技术
设计题目
指导教师
艾散
起止时间
2011.11.21~2011.12.2
周数
2周
设计地点
计算机系3#机房
设计目的：
学习通信系统仿真软件SystemView
1）掌握SystemView软件的通信系统仿真功能，学习基本通信动态系统的设计与仿真；
2）掌握利用SystemView软件来分析通信系统的性能；
设计任务或主要技术指标：
1．设计抽样定理的仿真电路；
2．采样频率分别设置为100Hz、200Hz、500Hz，对系统进行分析；
3．画出输入信号波形，恢复信号波形，抽样脉冲信号波形，并将其比较分析；
4．设计数字基带传输系统的仿真电路；
5．对基带传输系统进行分析，验证乃夸斯特第一准则；
6.画出基带传输系统中各信号波形；
6．写出课程设计说明书；
设计进度与要求：
设计题目要求：
1、给出仿真电路图，画出各信号分析图；
2、写出课程设计说明书，内容应包含systemvie软件介绍、抽样定理的仿真与分析与数字基带传输系统的方针。
课程设计进度：
第1、2天：
布置题目，选定题目并查找相关资料；
第3、4天：
学习Systemview软件；
第5、6、7天：
系统仿真与分析；
第8、9、10天：
写出课程设计说明书
第10天：
进行答辩；
主要参考书及参考资料：
1、教材：
严晓华《现代通信技术基础》清华大学出版社2010年9月第二版
教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日
摘要
在短短的两周时间内掌握了SystemView软件的通信系统仿真功能，学习基本通信动态系统的设计与仿真；
完成了抽样定理的仿真电路的设计；
采样频率分别设置为100Hz、200Hz、500Hz，画出输入信号波形，恢复信号波形，抽样脉冲信号波形，并将其比较分析。
同时设计了数字基带传输系统的仿真电路；
对基带传输系统进行分析，验证乃夸斯特第一准则；
画出基带传输系统中各信号波形。
关键词：
SystemView软件、抽样定理、数字基带传输、仿真电路、乃夸斯特第一准则
目录
1.SystemView动态系统仿真软件1
1.1SystemView动态系统仿真软件简介1
1.2特点：
1
1.3快捷功能按钮1
1.4图符库选择按钮2
2.抽样定理仿真电路的系统设计2
2.1信号的采样与恢复仿真实验目的2
2.2信号的采样与恢复仿真实验内容2
2.3抽样定理3
2.3.1低通信号的抽样定理3
2.3.2信号的采样与恢复仿真分析3
2.4SystemView仿真系统实验原理图4
2.5信号的采样与恢复仿真设计的运行步骤4
2.6信号的采样与恢复仿真实验的运行结果4
2.7设计总结7
本次设计掌握了SystemView软件的通信系统仿真功能，学习基本通信动态系统的设计与仿真。
并将其进行了比较。
通过抽样定理的仿真电路的实验可知，抽样频率大于等于最高频率的二倍。
7
3.数字基带传输系统分析7
3.1分析内容:
3.2分析目的:
掌握观察系统时域波形，特别是眼图的操作方法。
3.3系统组成及原理：
3.4创建分析8
3.4.1进入SystemView系统视窗，设置“时间窗”参数如下：
8
3.4.2：
3.4.3：
9
3.4.4：
3.4.59
4.验证奈奎斯特第一准则11
4.1分析目的：
11
4.2分析内容：
4.3分析现象12
4.4数字基带传输仿真电路设计的运行结果13
4.5分析结论：
14
5.参考文献14
6.设计总结：
15
SystemView动态系统仿真软件
1.1SystemView动态系统仿真软件简介
SystemView是一个信号级的仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。
SystemView以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。
使用SystemView，你只需关心项目的设计思想和过程，而不必花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。
用户只需使用鼠标器点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试，而不必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。
在对SystemView的应用展开系统论述之前，我们首先建安介绍一下SystemView仿真系统的特点：
①仿真大量的应用系统②快速方便的动态系统设计与仿真③在报告中方便地加入SystemView的结论④提供基于组织结构图的设计⑤多速率系统和并行系统⑥完备的滤波器和线性系统设计⑦先进的信号分析和数据块处理⑧可扩展性⑨完善的自我诊断功能。
下面对是SystemView的系统仿真软件的应用做详细地介绍：
1.3快捷功能按钮
在主菜单栏下，SystemView为用户提供了16个常用快捷功能按钮，按钮功能如下：
清除系统删图符块切断连线布放连线
复制图符便笺注释终止运行系统运行
系统定时分析窗口进亚系统建亚系统
根轨迹波特图重画图形图符翻转
1.4图符库选择按钮
进入系统后，在图符库选择区排列着8个图符选择按钮，即：
信源库亚器件库加法器输入/输出
操作库函数库乘法器信宿库
抽样定理仿真电路的系统设计
2.1信号的采样与恢复仿真实验目的
1.掌握SystemView软件的通信系统仿真功能，学习基本通信动态系统的设计与仿真。
2.掌握利用SystemView软件来分析抽样定理仿真电路的系统设计，画出输入信号波形，恢复信号波形，抽样脉冲信号波形，并将其比较分。
2.2信号的采样与恢复仿真实验内容
在本次实验中被采样的模拟信号源为幅度1V频率100Hz的正弦波，抽样脉冲为窄脉宽矩形脉冲，脉宽为1微妙。
抽样器采用乘法器代替。
用于恢复信号的低通滤波器采用三阶巴特沃兹（Butterworth）低通滤波器。
为观察信号抽样与恢复不失真的条件和引起是真的原因，分别选取100Hz、200Hz、500Hz等几种不同的抽样频率。
2.3抽样定理
2.3.1低通信号的抽样定理
抽样定理是模拟信号数字化传输的理论基础，它告诉我们：
如果对某一带宽的有限时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且在抽样率达到一定数值时，根据这些抽样值可以在接收端准确的恢复原信号。
也就是说，要传输模拟信号不一定传输模拟信号本身，只需传输按抽样定理得到的抽样值就可以了。
均匀抽样定理指出：
对一个频带限制在（0fH）内的时间连续信号m（t）如果以1/（2fH）的时间间隔对其进行抽样，则m（t）将被所得到的抽样值完全确定。
即抽样速率大于等于信号带宽的两倍就可保证不会产生信号的混迭。
1/（2fH）是抽样的最大间隔，也称为奈奎斯特间隔。
2.3.2信号的采样与恢复仿真分析
如图2.1是低通信号采样和恢复的原理图。
对应的SystemView仿真系统原理图2.2。
图中被采样的模拟信号源为幅度1v频率100HZ的正弦波，抽样脉冲为窄脉宽矩形脉冲，脉宽为1微秒，抽样采用乘法器代替。
用于恢复信号的低通滤波器采用三阶巴特沃兹低通滤波器。
图2.1信号采样和恢复的原理图
2.4SystemView仿真系统实验原理图
图1.2SystemView仿真系统原理图
2.5信号的采样与恢复仿真设计的运行步骤
输入信号源，对信号源进行预处理。
同时输入抽样频率，信号源和抽样频率通过抽样器（乘法器）处理后得到信号采样仿真电路图。
再将信号源预处理后的波形进行低通滤波器处理后恢复原来的波形图，及正弦图。
2.6信号的采样与恢复仿真实验的运行结果
图1.3100Hz信号源运行结果图
图1.4100Hz抽样脉冲运行结果图
图1.5100Hz信号采样运行结果图
图1.6100Hz回复信号源运行结果图
200Hz信号源运行结果图
200Hz抽样脉冲运行结果图
200Hz信号采样运行结果图
200Hz回复信号源运行结果图
500Hz信号源运行结果图
500Hz抽样脉冲运行结果图
500Hz信号采样运行结果图
500Hz回复信号源运行结果
2.7设计总结
数字基带传输系统分析
构造一个简单示意性基带传输系统。
以双极性PN码发生器模拟一个数据信源，码速率为100bit/s，低通型信道噪声为加性高斯噪声（标准差＝0.3v）。
要求：
3.1.1观测接收输入和滤波输出的时域波形；
3.1.2观测接收滤波器输出的眼图。
掌握观察系统时域波形，特别是眼图的操作方法。
简单的基带传输系统原理框图如图2-1-1所示，该系统并不是无码间干扰设计的，为使基带信号能量更为集中，形成滤波器采用高斯滤波器。
3.4创建分析
1运行时间：
StartTime:
0秒；
StopTime:
0.5秒；
2采样频率：
SampleRate：
10000Hz。
3.4.2：
调用图符块创建如图4.2所示的仿真分析系统：
。
其中，图1为高斯脉冲形成滤波器；
图3为高斯噪声产生器，设标准偏差StdDeviation=0.3v，均值Mean=0v；
图4为模拟低通滤波器，来自选操作库中的“LinearSys”图符按钮，在设置参数时，将出现一个设置对话框，在“Design”栏中单击Analog…按钮，进一步单击“FilterPassBand”栏中Lowpass按钮，选择Butterworth型滤波器，设置滤波器极点数目：
No.ofPoles=5（5阶），设置滤波器截止频率：
LoCuttoff=200Hz。
单击运行按钮，运算结束后按“分析窗”按钮，进入分析窗后，单击“绘制新图”按钮，则Sink9～Sink12显示活动窗口分别显示出“PN码输出”、“信道输入”、“信道输出”和“判决比较输出”时域
波形，如图4.3所示：
观察信源PN码和波形形成输出的功率谱。
通过两个信号的功率谱可以看出，
波形形成后的信号功率谱主要集中在低频端，能量相对集中，而PN码的功率谱主瓣外的分量较大。
在分析窗下，单击信宿计算器按钮，在出现的“SystemSinkCalculator”对话框中单击Spectrum按钮，分别得到Sink9和Sink10的功率谱窗口（w4:
和w5:
）后，可将这两个功率谱合成在同一个窗口中进行对比，具体操作为：
在“SystemSinkCalculator”对话框中单击Operators按钮和OverlayPlots按钮，在右侧窗口内压住左键选中“w4：
PowerSpectrumofSink9”和“w5：
PowerSpectrumofSink10”信息条，使之变成反白显示，最后单击OK按钮即可显示出对比功率谱，如图4.4所示。
3.4.5观察信道输入和输出信号眼图。
眼图是衡量基带传输系统性能的重要实验手段。
当屏幕上出现波形显示活动窗口（w1:
Sink10和w2:
Sink11）后，单击“SystemSinkCalculator”对话框中的Style和TimeSlice按钮，设置好“StartTime[sec]”和“Length[sec]”栏内参数后单击该对话框内的OK按钮即可，两个眼图如图4.5所示。
从上述眼图可以看出，经高斯滤波器形成处理后的基带信号远比PN码信号平滑，信号能量主要集中于10倍码率以内，经低通型信道后信号能量损失相对小一些。
由于信道的不理想和叠加噪声的影响，信道输出眼图将比输入的差些，改变信道特性和噪声强度，眼图会发生明显变化，甚至产生明显的接收误码。
验证奈奎斯特第一准则
为加深对数字信号基带波形串扰以及升余弦滚将滤波特性的认识。
系统的采样频率为1KHz,该电路中信号源为幅度1V，码速率为100bps的伪随机信号。
用一个抽头数为259的FIR低通滤波器来近似模拟理想的传输信道，滤波器的截止频率设为50Hz，在60Hz处有-60dB的衰落。
因此，信道的传输带宽可近似等价于50Hz，该频率正好是传输信号的奈奎斯特带宽。
基带数据在输入信道以前，先通过一个升余弦滚将滤波器（图1）整型，以保证信号有较高的功率而无码间干扰。
滚降系数设置为0.3，信道的噪声用高斯噪声（图13）表示。
图8、9、11完成接收端信号的抽样判决和整型输出。
抽样起的抽样频率与数据信号的数据率一致，设为100Hz。
为比较发送端和接收端的波形，在在发送端接收器（图3）前和升余弦滚将滤波器后加入一个延迟图符。
图4.1波形无失真传输条件的仿真原理图
4.3分析现象
图4.2经过升余弦滤波器整型后的信号与原信号的叠加波形
图4.3输入信号与输出信号的波形叠加
图4.4不满足奈奎斯特第一准则时输出信号中的错误脉冲
4.4数字基带传输仿真电路设计的运行结果
实验前，先关闭噪声信号。
由图3.2和图3.3可观察到收发波形基本一致，加入一定幅度的噪声仍然能正常传输。
奈奎斯特第一准则得到验证。
将输入信号的波特率由100bps改为110bps，此时的条件已不满足奈奎斯特第一准则，重新运行系统，可观察到信号传输错误，如图4.4所示。
改变噪声幅度，错误波形可能增多。
参考文献
[1]严晓华.现代通信技术[M]清华大学出版社，2008年9月第二版
设计总结：
通过本次课程设计，我对通信现代技术基础课程又有了更深刻的理解。
学会了用SystemView仿真系统模拟简单的数据通信实验，同时能对系统实验做简单的分析和介绍。
本次的课程设计，培养了我综合应用现代通信技术课程及其他课程的理论知识和理论联系实际，应用生产实际知识解决实际题目的能力；
在设计的过程中，在老师和同学的帮助下，顺利的完成了各个系统实验。
同时还培养出了我们的团队精神，和同学们共同协作，解决了很多个人无法解决的题目；
在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。
让每一次地课程设计都能顺利地优秀的完成我认为，在这学期的设计中，不仅培养了我独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实践课上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
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