基于SystemViev 仿真通信课程报告.docx
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基于SystemViev仿真通信课程报告
1、概述
《通信原理》课程是通信、电子信息专业最重要的专业基础课，其内容几乎囊括了所有通信系统的基本框架，但由于在学习中有些内容未免抽象，而且不是每部分内容都有相应的硬件实验，为了能够更进一步加深理解通信电路和通信系统原理及其应用，验证、消化和巩固其基本理论，增强对通信系统的感性认识，培养实际工作能力和从事科学研究的基本技能，在通信原理的理论教学结束后开设了《通信原理》课程设计这一实践环节。
Systemview是ELANIX公司推出的一个完整的动态系统设计、模拟和分析的可视化仿真平台。
从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域，Systemview在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。
它作为一种强有力的基于个人计算机的动态通信系统仿真工具，可达到在不具备先进仪器的条件下也能完成复杂的通信系统设计与仿真的目的，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。
在通信系统分析和设计领域具有广阔的应用前景。
在本课程设计中通过运用先进的仿真软件对通信系统进行仿真设计，既可深化对所学理论的理解，完成实验室中用硬件难以实现的大型系统设计，又可使学生在实践中提高综合设计及分析解决实际问题的能力，加强系统性和工程性的训练。
2、课程设计要求
（1）设计一个载频为60Hz，要求传送20b/s低频数字信号，采用DPSK调制，信道为理想加性高斯白噪声信道，采用DPSK相干解调。
设计该仿真系统，观测各输入和输出波形的时序关系，验证调制解调正解性。
重新设置接收载波源的参数，将其中的相位设为180°，运行观察体会2DPSK系统时如何克服同步载波与调制载波间180°相位模糊度的。
（2）设计一个载频为5KHz，要求传送1Kb/s高频数字信号，采用DPSK调制，信道为理想加性高斯白噪声信道，采用DPSK相干解调。
设计该仿真系统，并对该系统的误比特率BER进行分析。
（3）设计一个载频为60Hz，要求传送20b/s低频数字信号，采用DPSK调制，信道为理想加性高斯白噪声信道，采用DPSK差分相干解调（非相干解调），观测各输入和输出波形的时序关系，验证调制解调正解性。
（4）设计一个载频为5KHz，要求传送1Kb/s高频数字信号，采用DPSK调制，信道为理想加性高斯白噪声信道，采用DPSK差分相干解调（非相干解调）。
设计该仿真系统，并对该系统的误比特率BER进行分析。
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
3、SystemView动态系统仿真软件介绍
3．1SystemView系统的特点
SystemView属于一个系统级的工作平台，它通过方便、直观、形象的过程构建系统，提供了丰富的部件资源、强大的分析功能和可视化开放的体系结构，已逐渐成为各种通信、信号处理、控制及其它系统的分析、设计和仿真平台以及通信系统综合实验平台。
整个系统具有如下特点：
1．强大的动态系统设计与仿真功能
SystemView提供了开发电子系统的模拟和数字工具，在基本库中包括多种信号源、接收器、各种函数运算器等，大量的信号源和丰富的算子图符和函数库便于设计和分析各种系统；多种信号接受器为时频域的数值分析提供了便捷的途径；它还自带有通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等专业库以备选择，正是由于这些库中提供了大量完成具体功能的直观的图符单元，使复杂的系统设计和模拟变得易于实现，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。
它还可以实时的仿真各种DSP结构，以及对各种逻辑电路、射频电路进行理论分析和失真分析。
随着现代通信技术的发展，无线通信技术已日趋成熟和完善，利用SystemView带有的CDMA、DVB等扩展库即可十分方便的完成这些系统的设计和仿真。
2.方便快捷
SystemView使用了用户熟悉的Windows界面功能键，采用功能模块去描述系统。
设计窗口中各功能模块都用形象直观的图符表示，图符参数可根据需要实时调整，无需进行复杂编程即可完成各种系统的设计与功能级上的仿真。
同时其无限制的分层结构使建立庞大而复杂的系统变得容易。
在系统仿真方面，SystemView还提供了一个灵活的动态探针功能，可以仿真实际的示波器或频谱分析仪的工作，用于输出信号观察。
用户可以方便快捷地在设计窗口和分析窗口之间切换，分析窗口带有的“接收计算器”功能强大，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波以及眼图与星座图绘制等，通过真实而灵活的分析窗口用以检查系统波形。
使得对所设计的系统可达到实时修改、实时直观显示的操作效果，
3.可扩展性
Systemview具有与外部数据文件的接口，可直接获得并处理输入/输出的数据，使信号分析更加灵活方便。
另外，它还提供了与编程语言VC++或仿真工具Matlab的接口，可以很方便的调用其函数。
除了一般的方案论证外，SystemView还提供了灵活的硬件设计的接口：
与Xilinx公司的软件CoreGenerator配套，可以将SystemView系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件；SystemView还有与DSP芯片设计的接口，可以将其DSP库中的部分器件生成DSP芯片编程的C语言源代码。
总之，Systemview是一个功能强大、用途广泛的工具平台，并且特别适合于信号的分析、处理及系统的设计和模拟。
目前他在工程技术、教学和产品开发等方面得到越来越广泛的应用。
3.2使用Systemview进行通信系统仿真的步骤
1建立系统模型：
根据通信系统的基本原理确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，根据各个部分之间的关系，画出系统框图。
2基本系统搭建和图标定义：
从各种功能库中选取满足需要的可视化图符和功能模块，组建系统，设置各个功能模块的参数和指标，在系统窗口按照设计功能框图完成图标的连接；
3调整参数，实现系统模拟参数设置，包括运行系统参数设置（系统模拟时间、采样速率等）等。
4运行结果分析：
在系统的关键点处设置观察窗口，利用接收计算器分析仿真数据和波形，用于检查、监测模拟系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。
4、设计系统组成及原理简介
4.1、2DPSK系统组成原理
2DPSK系统组成原理如图4-1所示，系统中差分编、译码器是用来克服2PSK系统中接收提取载波的180°相位模糊度。
4.2、误比特率（BER：
BitErrorRate）
误比特率（BER：
BitErrorRate）是指二进制传输系统出现码传输错误的概率，也就是二进制系统的误码率，它是衡量二进制数字调制系统性能的重要指标，误比特率越低说明抗干扰性能越强。
4.3、2DPSK系统误比特率测试的结构框图
在二进制传输系统中误比特率BER（BitErrorRate）是指出现码传输错误的概率，误比特率越低说明抗干扰性能越强。
几种基本的数字调制方式中，2PSK具有最好的误码率性能，但2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，易造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。
这个问题将直接影响2PSK信号用于长距离传输。
为克服此缺点并保存2PSK信号的优点，采用二进制差分相移键控（2DPSK）。
2DPSK信号克服了2PSK信号的相位“模糊”问题，但其误码率性能略差于2PSK。
相干DPSK系统BER测试利用SystemView来产生一个通信系统的BER曲线以此评估通信系统的性能；它以相干DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，信道模型为加性高斯白噪声信道，利用全局参数链接功能通过设置循环来改变噪声功率得到不同信噪比下的误比特率,相干2DPSK系统误比特率测试的结构框图如下：
图4-2相干2DPSK系统误比特率测试的结构框图
5、仿真模型的建立及结果分析
5.1低频相干调制解调仿真模型建立与分析
1．仿真模型的建立
首先，二进制PN序列产生随机信源（绝对码），经过码变换器将绝对码变为相对码，与载波信号相乘，得到传送的调制信号，完成DPSK编码调制。
其次，调制信号在加性高斯白噪声信道下的传送。
最后，调制信号与同频同相的本地载波信号相乘，然后通过低通滤波器，滤除高频载波，再通过抽样保持判决电路得到相对码，然后通过码反变换器得到绝对码，完成对DPSK信号的解码，恢复出原始的二进制序列。
由图5-1表示：
图5-1低频相干调制解调仿真模型结构图
2．元器件的选择和参数的设定
PN码频率为20Hz；延时时间为一个码元的时间为0.05s；载波频率为60Hz；低通滤波器截止频率为35Hz；判决器，判决门限为0，如果大于0，则输出为1，否则输出为-1。
“时间窗”参数设定如图5-2所示
图5-2“时间窗”参数设置
3．仿真结果分析
（1）本地载波与原载波同频同相
图5-3低频相干调制解调仿真结果图
第一条线是随机信源，第一条线是码变换后的相对码序列，第三条线是与载波相乘后的调制信号，第四条线是同本地载波相乘后的信号，第五条线是经低通滤波器后的去除高频载波后的低频信号，第六条线是抽样判决后的相对码序列，第七条线为经码反变码器后得到的绝对码序列。
由图5-3可以看出经2DPSK相干调制解调系统得到的绝对码与原信源一样。
（2）本地载波与原载波相位相差Π
图5-4分析“倒Π”现象仿真结果图
由图5-4中第一条线和第七条线可以看出DPSK信号解调只有一个码元有错码，以后的码元解调都正确，从而消除了“倒Π”现象。
5.2高频相干调制解调系统BER测试仿真模型建立与分析
1．仿真模型的建立
信源信号经过一个延时器41，消除信号因为在整个传输过程中造成的延时，分别对解调出的信号与信源信号，进行抽样，通过BER计数器，然后连接到终值接收计数器。
仿真模型如下图所示：
图5-5高频相干调制解调系统BER测试仿真模型结构图
2．元器件的选择和参数的设定
（1）PN码频率为1000Hz；延时时间为一个码元的时间为0.001s；载波频率为5000Hz；低通滤波器截止频率为1200Hz；判决器：
判决门限为0，如果大于0，则输出为1，否则输出为-1。
（2）高斯噪声
图5-6高斯白噪声参数设置
（3）延迟器41
通过求sink3与sink28的相关曲线，如图5-7所示，得到图5-8曲线，再求统计，如图5-9所示，可以求的延时点数为7。
图5-7求sink3和sink8相关曲线操作图
图5-8sink3与sink28相关曲线
图5-9求统计值
（4）BER计数器
图5-10BER计数器参数设置
它的输出为BER的CumulativeAverage。
它连接到终值接收计数器，当进行循环仿真时，每一个循环结束时会显示本次循环的BER均值。
该值也是用于计算BER/SNR曲线的基础。
（5）全局变量的关联
图5-11全局变量的关联参数设置
（6）时间窗
图5-12“时间窗”参数设置
3仿真结果分析
每次循环时，输入的2DPSK信号功率保持不变，而叠加的高斯噪声功率逐次衰减，误码比特随时间不断降低。
每一个循环结束时终值计数器显示本次循环的BER均值：
图5-13终值计数器显示的BER均值
图5-14误比特率相对时间的关系曲线
由sink32窗口转换为BER/SNR曲线，步骤如图5-15所示，得到如图5-16所示的曲线。
图5-15画BER/SNR曲线步骤
图5-16比特误码率/信噪比曲线
测出的BER/SNR曲线与标准的DPSK（cohrent）调制的理论曲线进行比较，操作如图5-17所示，得到如图5-18所示的曲线。
上面的曲线为测量曲线，下面的曲线为理论曲线。
图5-17测得BER/SNR曲线与标准的DPSK（cohrent）调制理论曲线进行比较操作图
图5-18测出的BER/SNR曲线与标准的DPSK（cohrent）调制的理论曲线
5.3低频差分相干调制解调仿真模型建立与分析
1．仿真模型的建立
首先，二进制PN序列产生随机信源（绝对码），经过码变换器将绝对码变为相对码，与载波信号相乘，得到传送的调制信号，完成DPSK编码调制。
其次，调制信号在加性高斯白噪声信道下的传送。
最后，调制信号与本身延时一个码元后相乘，然后通过低通滤波器，滤除高频载波，再通过抽样保持判决电路得到绝对码，完成对DPSK信号的解码，恢复出原始的二进制序列。
由如下图表示：
图5-19低频差分相干调制解调仿真模型结构图
2．元器件的选择和参数的设定
PN码频率为20Hz；延时时间为一个码元的时间为0.05s；载波频率为60Hz；低通滤波器截止频率为35Hz；判决器，判决门限为0，如果大于0，则输出为-1，否则输出为1。
若大于0，判1；小于0，判-1，则判决器要加一非门，如图5-20所示：
图5-20加非门
“时间窗”参数设定如图5-21所示
图5-21“时间窗”参数设置
3．仿真结果分析
图5-22低频差分相干调制解调仿真结果图
第一条线是随机信源，第一条线是码变换后的相对码序列，第三条线是与载波相乘后的调制信号，第四条线是同自身延时一个码元后相乘得到的信号，第五条线是经低通滤波器后的去除高频载波后的低频信号，第六条线是抽样判决后的相对码序列，第七条线为经码反变码器后得到的绝对码序列。
由图5-12可以看出经2DPSK相干调制解调系统得到的绝对码与原信源一样。
5.4高频差分相干调制解调系统BER测试仿真模型建立与分析
1．仿真模型的建立
信源信号经过一个延时器41，消除信号因为在整个传输过程中造成的延时，分别对解调出的信号与信源信号，进行抽样，通过BER计数器，然后连接到终值接收计数器。
仿真模型如下图所示：
图5-23高频差分相干调制解调系统BER测试仿真模型结构图
2．元器件的选择和参数的设定
（1）PN码频率为1000Hz；延时时间为一个码元的时间为0.001s；载波频率为5000Hz；低通滤波器截止频率为1200Hz；判决器：
判决门限为0，如果大于0，则输出为-1，否则输出为1。
（1）高斯噪声
图5-24高斯白噪声参数设置
（2）延迟器41
通过求sink3与sink25的相关曲线，如图5-25所示，可以求的延时点数为7
图5-25sink3与sink25相关曲线
（3）BER计数器
图5-26BER计数器参数设置
它的输出为BER的CumulativeAverage。
它连接到终值接收计数器，当进行循环仿真时，每一个循环结束时会显示本次循环的BER均值。
该值也是用于计算BER/SNR曲线的基础。
（4）全局变量的关联
图5-27全局变量的关联参数设置
（5）时间窗
图5-28“时间窗”参数设置
3仿真结果分析
每次循环时，输入的2DPSK信号功率保持不变，而叠加的高斯噪声功率逐次衰减，误码比特随时间不断降低。
每一个循环结束时终值计数器显示本次循环的BER均值：
图5-29终值计数器显示的BER均值
图5-30误比特率相对时间的关系曲线
图5-31比特误码率/信噪比曲线
测出的BER/SNR曲线与标准的DPSK（incohrent）调制的理论曲线进行比较，上面的曲线为测量曲线，下面的曲线为理论曲线。
图5-32测出的BER/SNR曲线与标准的DPSK（incohrent）调制的理论曲线
5.5差分相干解调和相干解调两种方式的比较
为了达到比较的目的，两种调制系统用同一个信源，接同样的高斯白噪声，各抽样速率一样。
仿真结构图如图5-33所示。
图5-33差分相干解调与相干解调BER测试仿真结构图
两种解调方式每一个循环结束时终值计数器显示本次循环的BER均值如图5-34所示，左图为差分相干解调方式，右图为相干解调方式。
图5-34终值计数器显示的BER均值
测出的BER/SNR曲线与标准的DPSK（incohrent）调制的理论曲线进行比较，如图3-35所示：
第一条曲线面为测量的差分相干解调曲线，第二条曲线为测量的相干解调曲线，第三条曲线为差分相干解调理论曲线，第三条曲线为相干解调理论曲线。
由图可知：
差分相干解调系统的性能比相干解调性能底。
图5-35测出的BER/SNR曲线与标准的DPSK（incohrent）调制的理论曲线比较图
6、总结及心得体会
为期1.5周的通信原理课程设计已经结束了，我从中学到了很多也体会到很多。
从对systermview软件一无所知到对其有深入了解，可以熟练应用；同时通过该次课程设计对该部分的理论知识，有了更深的理解和掌握。
虽然最后较好的完成了课程设计任务，但其中也遇到了很多的问题。
自己虽然对该部分的理论知识、原理已有较好的掌握，但由于对该软件知之甚少，刚开始无从下手。
经老师的介绍和讲解，自己对该课设有了初步的了解，然后，自己又借了资料，仔细的阅读指导书，已能完成仿真结构图。
但具体的参数设置，尤其是抽样速率的设置，不知该如何做。
通过与老师的交流，了解其中原理后，对其有了很好掌握。
同时，课设过程中还有好多要注意的地方如：
在高频BER测试时，要注意BER计数器前的两个抽样的频率要信源频率相等，否则不能得出正确的结果。
同时要结合“时间窗”中的抽样速率、BER计数器中的抽样比特数，噪
声大小、噪声衰减程序各参数的结合才能得到最佳的图形。
同一仿真功能的实现可以有多种方法，通过与同学的交流，自己尝试了多种方法，提高了自己的创新思维，也对该软件有了更深的了解，对原理有了更深的掌握。
在高科技、信息化的今天，通信技术在各领域有着越来越重要的应用。
课程设计虽然结束了，但通信技术的学习不能停止，SystemView软件在通信系统分析和设计领域具有广阔的应用前景。
以后，我们还要在学习该软件和该领域的知识中不懈努力。
7、参考文献
[1]樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯.通信原理（第五版）[M]北京：
国防工业出版社，2002
[2]罗卫兵，孙桦，张捷.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设
计[M]北京：
电子工业出版社，2002
[3]青松,程岱松,武建华等.数字通信系统的SystemView仿真与分析
[M]北京:
北京航空航天大学出版社,2001
[4]通信课程组.《通信原理》课程设计指导书,中原工学院通信教研室,2009．
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