SystemView 在通信工程实验中的应用.doc

SystemView 在通信工程实验中的应用陈绍溴(宜春学院物理系, 江西宜春336000)摘要 SystemView 是信号级的系统仿真软件, 主要用于电路与通信系统的设计、仿真, 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. 利用SystemView 开设通信工程仿真实验室, 可以弥补我校实验经费不足的状况, 改善我校通信工程的教学, 同时改变陈旧的教学方式, 适应当今高速发展的社会对掌握高新技术的人才的需要,使学生真正适应社会需要.关键词 通信工程; 计算机仿真; SystemView中图分类号 TN91 文献标识码 A 文章编号 1671 - 380X (2005) 02 - 0023 - 03Application of SystemView In Communication Engineering ExperimentCHEN Shao - xiu( Physics department , Yichun University Yichun 336000 China)Abstract : SystemView is a comprehensive dynamic systems analysis environment for the design and simulation of engi2neering or scientific systems1 From analog or digital signal processing , filter design , control systems , and communicationsystems to general mathematical systems modeling , SystemView provides a sophisticated analysis engine1 Using Sys2temView can make up the condition our school experiment budget shortage , improving the teaching communication engi2neering , and changing old teaching method , adapt to the society that now high speed development , make student real toadapt to the society demandKey Words : Communication Engineering ; Computer emulation ; SystemView1 概述通信工程是我校根据市场需求新开办工科专业, 学校为了办好该专业, 在资金非常紧张的情况下, 尽最大努力投资购置了该专业急需的基础实验设备. 但是由于经费的原因, 实验设备离该课程学习的要求还有较大的差距. 充分利用实验室开设必要的实验课来辅助学习对提高通信工程的各专业课学习的效率是非常必要的和非常有效的. 根据我校目前的教学实际情况看, 学校还必须增设或加强专业基础课实验教学, 以提高学生实际操作开发能力. 但开设传统的实验课程存在以下三方面的问题:第一、还需要大量的资金投入, 以购置和维护新的实验仪器设备第二、需要配备专门的实验室和专门的辅导教师, 引起教学成本的急剧增加第三、用传统的实验手段学习开发设计, 由于受设备条件的限制, 灵活性很差, 不利于教学与社会需求接轨, 不能适应当今高速发展的社会对掌握高新技术的人才的需要.为改善本科生及今后研究生教学状况, 用现代化的手段从根本上改变陈旧的教学方式, 以使学生真正适应社会需要. 用网络计算机教学不失为一个明智的选择. 只要建立一个计算机机房, 将计算机联网, 便能开设多门实验课程, 同时, 信息时代的网络化教育将使陈旧的教育思想彻底改变, 使我们的教育水平跟上发达国家.从目前我国通信教育的实际情况看, Sys2temView 系统仿真仿真技术在通信工程领域的应用已越来越广泛, 自96 年在中国推出SystemView 产·23 · 收稿日期: 2004 - 09 - 01作者简介: 陈绍溴(1946 - ) , 男, 福建古田人, 大学, 教授, 研究方向: 电子技术应用, 计算机技术应用.第27 卷第2 期2005 年4 月宜春学院学报Journal of Yichun University(natural science) Vol. 27 ,No. 2Apr. 2005品以来, 已经有包括清华大学、北京大学等近100所院校及北京天文台、西安国家授时中心、总参、电子部、航天部、中船、华为、UT 等10 多家单位成为SystemView 的用户. SystemView 被广泛用于通信原理设计等教学及通信、控制、雷达、信号处理等科研项目或产品的设计. 这是因为SystemView 是信号级的系统仿真软件, 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. Sys2temView 提供一种可视化、动态的系统模式. 利用功能元件库中的Token 来代表某一种处理过程, 在SystemView 系统窗口中完成系统或子系统的设计.设计的过程便是在系统窗口中从不同的元件库中选择Token 并在设计区域域中连接同时设置每一个Token 的参数, 控制系统的起始时间、中止时间、采样频率, 最后从分析窗中分析结果, 从而达到设计系统、分析系统的目的.2 SystemView 应用实例作为SystemView 应用的一个例子, 演示一个用一阶锁相环( PLL) 实现的FM 解调器见图1.图1 : PLL 调频信号解调器其中FM 调制器(图符1) 参数为: Amp = 1Freq = 10 Hz Phase = 30 deg Mod Gain = 1 ; 调制器的输入的是伪随机序列(图符0) 参数为: Amp= 1 Rate = 1 Hz Levels = 2 Phase = 0 deg ; 解调用的锁相环(图符2) 参数为: VCO Freq = 10 Hz, VCO Phase = 0 , deg Mod Gain = 10 , L PF BW= 40 Hz , Loop Fltr = 1; 0 ; 0 , Output 1 = Fre2quency , Output 2 = Phase ; 锁相环后面是线性贝塞尔低通滤波器(图符5) 参数为: 8 Poles Fc = 4Hz ; 滤波器后面是增益为10 的线性放大器(图符6) , 最后是输出显示部分(图符4) .锁相环鉴频工作原理: 可以简单地认为压控振荡器频率与输入信号频率之间的跟踪误差可以忽略. 因此任何瞬时, 压控振荡器的频率v ( t) 与FM 波的瞬时频率FM ( t ) 相等. FM 波的瞬时角频率可表示为FM ( t) =0 + Kyf ( t)假设VCO 具有线性控制特性, 其斜率Kv (压控灵敏度) 为(弧度/ 秒·伏) , 而VCO 在Sd ( t ) = 0时的振荡频率为o, 则当有控制电压时, VCO的瞬时角频率为v ( t) =0+ KvS d ( t)令上两式相等, 即v ( t) FM ( t) , 可得Sd ( t) =0 - 0Kv+kfkvf ( t)其中o 为FM 波的载频, o为压控振荡器的固有振荡频率, 两者皆为常数. 因此上式第一项为直流项, 可用隔直元件消除, 或者开始时已经把压控振荡器的频率调整为o = o. 因此上式还可进一步写成Sd ( t) kfkvf ( t)可见, 锁相环输出, 除了常系数Kf / Kv 之外, 近似等于原调制波形f ( t ) , 因而达到频率解调的目的锁相环解调器的仿真的结果见图2 ,图2 : 锁相环解调结果和输入信号比较由图2 可看出ViewSystem 强大的仿真功能,3 结论从应用实例可以看出SystemView 具有以下优点:311 能仿真大量的应用系统·24 ·第2 期宜春学院学报(自然科学) 第27 卷SystemView 能仿真大量的应用系统是由于Sys2temView 包含大量的资源, 主要包括几百种信号源、接收端、操作符和功能块, 能提供从DSP、通信、信号处理、自动控制、直到构造通用数学模型等的应用. 这些资源允许用户有选择地增加通讯、逻辑、DSP 和射频/ 模拟功能模块. 特别适合无线电话( GSM , CDMA , FDMA , TDMA , DSSS ) 、无绳电话、寻呼机和调制解调器以及卫星通信系统( GPS , DVBS , L EOS ) 等的设计; 能够仿真( C3 x , C4 x 等) DSP 结构; 可进行各种系统时域/ 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.312 快速方便的动态系统设计与仿真使用熟悉的Windows 界面和功能键, Sys2temView 可以快速建立和修改系统, 并在对话框内快速访问和调整参数, 实时修改实时显示. 用鼠标点击图符即可创建连续线性系统、DSP 滤波器,并输入/ 输出基于真实系统模型的仿真数据. 不用写一行代码即可建立用户习惯的子系统库( Meta2System) . 信号源和接收端图标允许在SystemView 内部生成和分析信号, 并提供可外部处理的各种文件格式和输入/ 输出数据接口.313 在报告中方便地加入SystemView 的结论SystemView 通过Notes (注解) 很容易在屏幕上描述系统; 生成的SystemView 系统和输出的波形图可以很方便地使用复制( copy) 和粘贴( paste) 命令插入微软word 等文字处理器.314 多速率系统和并行系统SystemView 允许合并多种数据采样率输入的系统, 以简化FIR 滤波器的执行. 这种特性尤其适合于同时具有低频和高频部分的通信系统的设计与仿真, 有利于提高整个系统的仿真速度, 而在局部又不会降低仿真的精度. 同时还可降低对计算机硬件配置的要求.315 完备的滤波器和线性系统设计SystemView 包含一个功能强大的、很容易使用的图形模板设计模拟和数字以及离散和连续时间系统的环境, 还包含大量的FIR/ IIR 滤波类型和FFT类型, 并提供易于用DSP 实现滤波器或线性系统的参数.316 先进的信号分析和数据块处理SystemView 提供的分析窗口是一个能够提供系统波形详细检查的交互式可视环境. 分析窗口还提供一个能对仿真生成数据进行先进的块处理操作的接收计算器. 接收计算器块处理功能十分强大, 内容也相当广泛, 完全满足通常所需的分析要求. 这些功能包括: 应用DSP 窗口, 余切, 自动关联,平均值, 复杂的FFT , 常量窗口, 卷积, 余弦,交叉关联, 习惯显示, 十进制, 微分, 除窗口, 眼图模式, 功能比例尺, 柱状图, 积分, 对数基底,求模, 相位, 最大最小值及平均值, 乘波形, 乘窗口, 非, 覆盖图, 覆盖统计, 自相关, 功率谱, 分布图, 正弦余弦, 平滑(移动平均) , 谱密度, 平方, 平方根, 窗口相减, 波形求和, 窗口求和, 正切, 层叠, 窗口幂, 窗口常数等. SystemView 还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查系统波形. 内部数据的图形放大, 缩小、滚动、谱分析、标尺以及滤波等, 全都是通过敲击鼠标器实现的.317 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Sys2temView 中, 如同系统内建的库一样使用.318 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综上所述, 使用SystemView 仿真系统不仅可以代替通信工程专业实验的一些基本实验, 而且由于其模块参数的修改非常方便, 可以灵活构成各种各样的仿真电路, 达到帮助学生理解课本知识, 提高实际操作和设计能力. 所以使用ViewSystem 仿真系统增强通信工程实验室的建设是非常有意思的工作.参考文献:1 青松,程岱松,武建华1 数字通信系统的Sys2temView 仿真与分析M1 北京:北京航空航天大学出版社,200112 李东生,雍爱霞,左洪浩,等1SystemView 系统设计及仿真入门与应用M1 北京:电子工业出版社,200213 罗卫兵1SystemView 动态系统分析及通信系统仿真设计M1 北京清华大学出版社,20011·25 ·第2 期陈绍溴: SystemView 在通信工程实验中的应用第27 卷_