香农公式与扩频系统仿真研究.doc

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1、摘 要本文利用Systemview软件作为平台，首先对香农公式进行了验证实验，应该注意的是Shannon证明了理想系统的存在性，但没有说明理想系统实现的方法。本验证实验重点研究在信道容量不变的条件下，通过增加信号的传输频带宽度来降低信噪比方法，通过仿真研究分析，从而论证香农定理的正确性。简单来说，即是可以通过增加信号的传输带宽来降低对信噪比的要求。另外，系统仿真技术是专业理论和系统实验相结合的有效途径之一，本文对扩频通信中最典型的扩频工作方式直接序列扩频系统(DSSS)进行了仿真分析，结果表明直扩系统的抗干扰能力远远大于普通的二进制系统，并且随着扩频增益的增大，系统的误码率越小，同时扩频系统性

2、能的好坏很大程度上还取决于扩频码的特性。并且为了对扩频通信进行原理验证和性能分析，给出了一种基于SystemView图符库的直序扩频通信仿真系统仿真结果显示，该系统具有良好的抗多径干扰能力。关键词：香农公式；直接序列扩频；SystemView仿真AbstractThe papers is based on the software SystemView，the first prove the Shannon formula is right the another is direct sequence spread spectrum(DSSS)communication is simulate

3、d and analyzedThe simulation result shows that the anti-jamming capability of the DSSS communication system is better than that of common binary digital systems，that with the increasing of the spread spectrum(SS)gain，the probability of error bits decreases，and that the system S capability depends gr

4、eatly on the characteristic of spread spectral sequences. A simulation system of direct sequence spread spectrum communication based on the token library of SystemView Was given for the purpose of theory validation and performance analys. The results showed the system had good performance to combat

5、multipath interferenceKey words：Shannon formula；direct sequence spread spectrum；Systemview simulation目 录摘要Abstract 绪论 11 Systemview软件 21.1 Systemview软件的基本特点31.2 Systemview软件的系统视窗41.2.1 主菜单功能41.2.2 快捷功能与图符库选择功能按钮72 奈奎斯特第一准则的验证实验82.1 奈奎斯特第一准则内容 82.2 奈奎斯特第一准则仿真研究 93 直接扩频系统仿真研究123.1 直接扩频系统工作原理123.2 直接扩频

6、系统的仿真研究143.2.1 与普通2进制系统性能比较 153.2.2 扩频增益G的影响153.2.3 扩频码的影响153.3 波形分析 16结论20致谢21参考文献22 绪 论香农定理指出，如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C，那么，在理论上存在一种方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输。本文重点研究在信道容量不变的条件下，通过增加信号的传输频带宽度来降低信噪比方法，通过仿真研究分析，从而论证香农定理的正确性。另外，随着通信技术的发展，扩频技术在无线通信中的应用越来越广泛，已经成为当今通信领域研究的热点扩频通信技术由于具有较强的抗干扰能力、保密性好以及易于实现多址通信

7、等优良的特性，它不仅在军事通信中占有重要的地位，而且近年来在民用通信中也得到了越来越广泛地应用与研究。而仿真又是设计与实现高级通信系统以获得最优性能的重要手段，故成为通信系统开发的重要环节，因而选择合适的仿真软件极其关键目前通用的通信仿真软件种类繁多，各具特色，其中SystemVue以其简洁等特点独树一帜，具有相当重要的地位它是一种基于Windows平台对系统级进行设计、仿真和分析的EDA(Electronic Design Autimation)软件，为设计者提供了图形设计界面来搭建和设计系统，并且提供了时域和频域分析工具扩频通信主要有直接序列扩频(DSSS)、跳频扩频(FHSS)和跳时扩(

8、THSS)3种工作方式，其中直接序列扩频通信是扩频通信技术中最为常用的一种，影响其性能的主要因素有扩频增益和扩频码序列。基于以上原因，本文选择基本的直序扩频通信为切入点，借助Systemview这一系统级的通信仿真工具，建立直接序列扩频通信系统模型，研究不同的扩频码序列和扩频增益扩频系统性能的影响。1 Systemview软件SystemView，是Eagleware开发的EDA软件，SystemView具有直观的模块级界面，是适用于开发、仿真和分析的系统设计环境2005年Eagleware公司签署Agilent收购Eagleware-Elanix全部资产和业务的最终协议，SystemView

9、改名为SystemVueEagleware为不同的需要提供了5种SystemVue专用设计包：SystemVue通信设计包systemVueProfessional+通信，DSP，逻辑，射频模拟库；SystemVue高速通信设计包SystemVue通信设计包+ APG；SystemVue实时通信设计包SystemVue通信设计包+C代码生成+实时DSP接口；SystemVue实时DSP设计包SystemVue Professional+DSP库+C代码生成+实时DSP；SystemVue无线设计包SystemVue通信设计包+UWB+8021labg.使用SystemVue进行通信电子方面的设

10、计非常方便，它利用功能元件库中的图符来代表一种处理过程，在SystemVue系统窗口中完成系统的设计.设计的过程是：在系统窗口中从不同的元件库选择图符，并在设计区域中进行连接，设置好每个图符的参数，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，从而达到设计与分析系统的目的该设计过程无需与复杂的程序语言打交道总之，SystemView是在Windows95/98环境下运行的用于系统仿真分析的软件工具，它为用户提供了一个完整的动态系统设计、仿真与分析的可视化软件环境，能进行模拟、数字、数模混合系统、线性和非线性系统的分析设计，可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。1.1 Syst

11、emview软件的基本特点SystemView属于一个系统级工具平台，可进行包括数字信号处（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析，并配置了大量图符块（Token）库，用户很容易构造出所需要的仿真系统，只要调出有关图符块并设置好参数，完成图符块间的连线后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱、星座图和各类曲线形式给出系统的仿真分析结果。SystemView的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（Main Library）及专业库(Optional Library)，基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯（Communic

12、ation）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等；它们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。 SystemView能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。 System View的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式，按要求设

13、计多种滤波器，并可自动完成滤波器各指标如幅频特性（伯特图）、传递函数、根轨迹图等之间的转换。 在系统设计和仿真分析方面，System View还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内，可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。另外，分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。System View还具有与外部文件的接口，可直接获得并处理输入/输出数据。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。还具备与硬件设计的接口：与Xilinx公司的软CoreGenerator配套，可以将Sy

14、stem View系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件；另外，System View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。1.2 Systemview软件的系统视窗1.2.1 主菜单功能进入SystemView后，屏幕上首先出现该工具的系统视窗，如下图1-1所示。系统视窗最上边一行为主菜单栏，包括：文件（File）、编辑（Edit）、参数优选（Preferences）、视窗观察（View）、便笺（NotePads）、连接（Connetions）、编译器（Compiler）、系统（System）、图符块（Tokens）、工具（Tools）和帮助（Help）共11项功能菜单。与最初的SystemView1.8相比，SystemView3.0的操作界面和对话框布局有所改变。执行菜单命令操作较简单，例如，用户需要清除系统时，可单击File菜单，出现一个下拉菜单，单击其中的Newsystem工具条即可。为说明问题简单起见，将上述操作命令记作：FileNewsystem，以下类同。7