通信原理SystemView仿真实验指导书.doc
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实验一图符库的使用
一、实验目的
1、了解SystemVue图符库的分类；
2、掌握SystemVue各个功能库常用图符的功能及其使用方法。
二、实验内容
按照实例使用图符构建简单的通信系统，并了解每个图符的功能。
三、基本原理
SystemVue的图符库功能十分丰富，一共分为以下几个大类
1.基本库
SystemView的基本库包括信源库、算子库、函数库、信号接收器库等，它为该系统仿真提供了最基本的工具。
（信源库）：
SystemView为我们提供了16种信号源，可以用它来产生任意信号
（算子库）功能强大的算子库多达31种算子，可以满足您所有运算的要求
（函数库）32种函数尽显函数库的强大库容！
（信号接收器库）12种信号接收方式任你挑选，要做任何分析都难不倒它
2.扩展功能库
扩展功能库提供可选择的能够增加核心库功能的用于特殊应用的库。
它允许通信、DSP、射频/模拟和逻辑应用。
（通信库）：
包含有大量的通信系统模块的通信库，是快速设计和仿真现代通信系统的有力工具。
这些模块从纠错编码、调制解调、到各种信道模型一应俱全。
（DSP库）：
DSP库能够在你将要运行DSP芯片上仿真DSP系统。
该库支持大多DSP芯片的算法模式。
例如乘法器、加法器、除法器和反相器的图标代表真正的DSP算法操作符。
还包括高级处理工具：
混合的RadixFFT、FIR和IIR滤波器以及块传输等。
（逻辑运算库）：
逻辑运算自然离不开逻辑库了，它包括象与非门这样的通用器件的图标、74系列器件功能图标及用户自己的图标等。
（射频/模拟库）：
射频/模拟库支持用于射频设计的关键的电子组件，例如：
混合器、放大器和功率分配器等。
3.扩展用户库
扩展的用户库包括有扩展通信库2、IS95/CDMA、数字视频广播DVB等。
通信库2:
扩展的通信库2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。
4.5版中，通信库2已被合并到基本通信库中。
IS95库:
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。
四、实验步骤
第一部分：
计算信号的平方
信号源
平方
接收器
接收器
1）从基本图符库中选择信号源图符，选择正弦波信号，参数设定中设置幅度为1，频率为10Hz，相位为0。
2）选择函数库，并选择Algebraic标签下的图符。
在参数设定中设置a=2，表示进行x2运算。
3）放置两个接收器图符，分别接收信号源图符的输出和函数算术运算的输出，并选择Graphic标签下的图符，表示在系统运行结束后才显示接收到的波形。
4）将图符进行连接，运行仿真，最终结果如下图所示：
第二部分常规双边带条幅（AM）
1）按快捷键 切换到通信图符库Comm，从图符库中拖动一个图符 至设计窗口，双击该图符，选择调制器“Modulators”中的“DSB-AM”，并在参数设置窗口中的文字框中输入幅度1V，频率1000Hz，调制度0.5，确认退出，图符变成 。
2）放置两个接收器图符，用于接收调制信号和已调信号波形。
3）对图符进行连线，如下图所示：
4）设置仿真参数：
i.仿真时间102.3ms
ii.采样点1024
iii.采样频率10kHz
5）运行仿真，并得到各个接收器的波形。
五、实验结果
1、画出以上两个部分的调制信号和已调信号的波形以及算术表达式。
实验二信号的时域与频域分析实验
一、实验目的
1、掌握信号的时域与频域的分析方法；
2、掌握SystemVue分析窗口的使用；
3、能利用分析窗口对波形进行时域与频域的分析。
二、实验内容
1、建立简单的调制系统，并使用分析窗口对输出信号进行时域与频域的分析，得出分析结果。
三、基本原理
分析窗口是用户观察SystemVue数据输出的基本工具。
如图所示。
有多种选项可以增强显示的灵活性和用途。
这些功能可以通过单击分析窗工具条上的快捷按钮或通过下拉菜单来激活。
在系统设计窗口中单击分析窗口按钮，即可访问分析窗口。
在分析窗口中单击系统按钮即可返回系统设计窗口。
分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、活动图形窗口和提示信息区。
同设计窗口一样，滚动条包括用于左右滚动的水平滚动条和用于上下滚动的垂直滚动条；提示信息区显示分析窗口的状态信息、坐标信息和分析的进度指示；活动图形窗显示输出的各种图形，如波形图、功率谱、眼图等。
四、实验步骤
1、点击菜单栏的File，选择NewSystem建立一个新文件。
2、建立一个常规双边带的调制系统，如实验一所示。
3、单击 “Analysis”快捷按钮进入分析窗口，这时应该可以看到两个图形，一个是100Hz的正弦信号，另一个是调制后的信号。
可参考分析窗口工具条，根据个人习惯重新调整窗口显示排列。
4、对输入的信号进行谱分析。
单击 接收计算器按钮，出现如图所示的接收计算器选择窗口，选择“Spectrum”分析按钮，并分两次选中W0、W1，就会出现两个新的图形W2、W3，分别对应前面两个波形的频谱图，其中一个出现在100Hz的位置上（对应未调制的正弦波），另一个在中心频率为1000Hz的位置上显示出载波和上下两个边带的频谱。
如下图所示。
5、对调制信号和已调信号的频谱进行叠绘。
五、实验结果
1、分别读取已调信号频谱中的上下边带的峰值点。
2、修改双边带调制信号的调制参数，观察调制参数的变化对已调信号时域和频域上施加的影响，并作好记录。
实验三数字基带传输系统仿真实验
一、实验目的
1、加深对数字基带信号传输的无失真条件的了解；
2、熟悉奈奎斯特第一准则的验证方法；
3、掌握眼图的仿真方法并了解其在数字基带传输系统中的作用。
二、实验内容
1.验证奈奎斯特第一准则；
2.观察眼图。
三、基本原理
传输数字基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性，当基带脉冲信号通过系统时，系统的滤波作用使脉冲拖宽，在时域上，它们重叠到附近的时隙中去。
接收端按约定的时隙对各点进行抽样，并以抽样时刻测定的信号幅度为依据进行判决，来导出原脉冲的消息，若重叠到临近时隙内的信号太强，就可能发生错误判决，从而产生码间串扰。
奈奎斯特第一准则给出了消除这种码间干扰的方法，并指出了信道带宽与码速率的基本关系，即
其中Rb为传码率，单位为B/s（波特/秒）。
fN和BN分别为理想信道的低通截止频率和奈奎斯特带宽。
假定有一数字基带信号，其码速率为100b/s，则按照奈奎斯特第一准则，为保证数字基带信号的无失真传输，传输信道的带宽必须要在50Hz以上。
同理，如果数字基带信号的码速率高于100b/s，则在50Hz的带宽下不能保证信号的无失真传输。
在实际系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无在数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。
为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察输出信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。
如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，在示波器上显示的图形很像人的眼睛，因此被称为眼图。
二进制信号传输时的眼图只有一只"眼n，当传输三元码时，会显示两只“眼”。
眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。
在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，“眼”幵启得最大。
当有码间串扰时，波形失真，引起“眼”部分闭合。
若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，“眼”开启得小了。
因此，“眼”张开的大小表示了失真的程度。
由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，可评价一个基带传输系统性能的优劣，另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。
四、实验步骤
第一部分：
验证奈奎斯特第一准则
1、设定系统的仿真时间参数：
采样频率设定为1000Hz，采样点位512个；
2、放置信号源：
码速率为100b/s的伪随机信号；
3、放置用于整型的升余弦滚降低通滤波器，其截止频率设定为50Hz，在60Hz处有-60dB的衰落，相当于一个带宽为50Hz的信道；
4、为了模拟传输的噪声，将低通滤波器的输出叠加上一个高斯噪声，设定其标准差为0.1；
5、接收端由一个低通FIR滤波器、一个抽样器、一个保持器和一个缓冲器组成，分别完成信号的滤波，抽样，判决以及整型输出。
其中抽样器的抽样频率与数据信号的数据率一致，设为100Hz。
为了比较发送端和接收端的波形，在发送端的接收器前和升余弦滚降滤波器后各加入了一个延迟图符。
最终的仿真系统如下图所示：
6、关闭噪声信号，运行仿真，将输入信号波形与输出信号波形进行叠加，观察方正结果；
7、开启噪声信号，比较输入信号与输出信号的波形；
8、改变噪声幅度，观察输出信号的变化；
9、将伪随机信号的码速率修改为110b/s，运行仿真，再次观察输入输出信号波形的差别。
第二部分：
眼图的观测
通常眼图可以用如图3.1所示的图形来描述，由此图可以看出：
（1）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。
显然，最佳抽样时刻应选在”目艮”张开最大的时刻。
（2）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度，斜边越陡，系统对定时抖动越敏感。
（3）眼图左（右）角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围，称为零点失真量。
在许多接收设备中，定时信息是由信号零点位置来提取的，对于这种设备，零点失真量很重要。
（4）在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。
（5）在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决。
（6）横轴对应判决门限电平。
图3.1眼图
为了研究因噪声和信道带宽引起的信号失真与眼图的关系，我们可以用如图3.2所示的SystemView仿真电路来观察，图中，信号源（图符0）采用幅度为1V、速率为100b/s的伪随机序列，信道用一个50Hz的低通滤波器（图符5）来模拟，并在信道中加入了噪声（图符3），设定信噪比（SNR）为10dB，在接收器图符前加入了一个抽样器图符，用来调整输出采样率，以配合SystemView接收计算器的时间切片绘图功能来观察眼图。
时间切片绘图功能可以把接收计算器在多个时间段内记录到的数据重叠起来显示，时间段的起始位置和长度都可由计算器来设置。
为了满足时间切片周期和码元同步，并且能完整地观察到一个眼图的要求，一般将时间切片的长度设置为当前采样率下采样周期的两倍时长，例如，采样频率为100Hz,采样周期为10ms，则时间切片应设为20ms。
时间切片长度的设置如图3.3所示，在接收计算器窗口下选菜单中的“Style”项，再输入“TimeSlice”的参数，按“OK”按钮后确定退出，即可看到生成的眼图，如图3.4和3.5所示。
改变噪声幅度，重新运行系统，可观察到眼图的“眼”张开的幅度变小，同样，改变信道的带宽，也可观察到眼图的变化。
图3.2用于眼图观测的基带传输系统仿真电路
图3.3时间片的长度设置
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