通信原理与系统仿真实验的设计与应用.pdf

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1、收稿日期：2005-03-04作者简介：杨晓静（1963），女，副教授，主要研究方向：通讯与系统仿真.通信原理与系统仿真实验的设计与应用杨晓静，张 玉（解放军电子工程学院信息工程系，合肥 230037）摘 要：提出一种基于 System View 系统仿真平台的通信原理与系统实验方法，建立了多种通信原理与系统仿真模块，该方法能满足不同层次、不同内容、不同要求的课程学习需要。关键词：通信原理与系统、仿真实验、SystemView中图分类号：G434 文献标识码：B 文章编号：1002-4956（2005）11-0086-03目前通信原理与系统实验设备基本上采用实验箱形式，成本较高，实验内容相对固

2、定，综合性、创造性实验难以开展。我们结合通信类课程的特点和实验室建设中的实际情况，研究开发了基于 SystemView 的通信原理与系统仿真实验教学系统软件包，该仿真实验具有贴切性、灵活性、可扩展性、可更新性、成本低等特点。1 System View 软件介绍System View 是功能强大的 EDA 仿真工具，是专门用于电路与通信系统设计、仿真的动态系统分析软件，它能满足从滤波器、信号处理到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真需要。该软件支持外部数据的输入与输出，支持用户自己编写的 C/C+代码，兼容Matlab 软件。其主要特点除了直观、简单、易用外，还有：（1）强大的仿真设计功能 利用

3、 System View 可以构造各种复杂的数字、模拟、数模混合系统和各种多速率系统，并能根据需要，选择对系统进行时域、频域分析。（2）丰富的资源库 System View 有3 种库函数：基本库、专业库、扩展库。基本库包括多种信号源、接收窗、算术运算器及多种函数运算器。专业库涵盖通信、逻辑、数字信号处理、多种通信信道模型、射频/模拟模块等以备选择。扩展库中有 IS-95 和 3GPP-FDD 相关模块，为新型通信系统的设计和仿真提供方便。（3）动态的分析及后处理 用户可以随时观测信号的波形和频谱，利用其附带的“接收计算器”，还可对仿真结果进行需要的运算和频谱分析。2 通信原理与系统仿真实验教

4、学的研究与设计（1）通信原理与系统仿真实验教学内容 我们依据通信原理与系统课程的教学内容及编排次序，成系列、成系统地开发研制了能涵盖通信原理与系统课程主要内容的仿真实68中国科技论文统计源期刊 实 验 技 术 与 管 理 Vol.22 No.11 2005验，既有验证性实验，也有综合性、创新性实验，具体包括：模拟线性调制系统。包括 AM、DSB、SSB 信号的调制、解调过程的系统设计及仿真及超外差解调过程的演示，能检测调制度等参数变化对波形及频谱的影响，分析其抗噪性能。模拟角度调制系统。包括 FM、PM 调制、解调过程仿真；语言调频系统的仿真演示，能检测调制度等参数变化对波形、频谱及声音质量的

5、影响，分析其抗噪性能。数字基带信号的传输。包括数字基带无失真传输条件、奈奎斯特第一准则的验证、噪声对数字基带传输系统性能影响（眼图）的仿真演示。数字信号载波传输。包括 ASK、FSK、PSK、DPSK 的调制、解调过程的系统构建及仿真，要求能检测参数变化对波形及频谱的影响，分析其抗噪性能。MSK、GMSK、QAM、DS、FH 等新型数字通信系统的调制、解调过程的构建及相应波形和频谱的测试。模拟信号数字传输。包括信号采样与恢复仿真、PCM、M 的原理仿真，能方便、形象地观测到各个模块的波形及频谱还能方便地通过改变主要参数观测量化噪声对信号传输的影响。同步系统。包括典型载波同步、帧同步提取方法仿真

6、等。编码、译码器的设计与性能仿真。信道仿真。包括短波信道，移动通信信道等无线电通信信道的设计与仿真。通信系统仿真。包括短波通信系统、卫星通信系统、移动通信系统等系统的综合设计和调试仿真。上述内容可根据课程教学要求灵活选择，合理安排实验，满足不同层次、不同内容、不同要求的课程学习需要。（2）实验内容举例 通过眼图观察噪声对基带传输系统性能影响。要求：在给出的基带传输系统的图 1 眼力观测数字基带传输系统仿真图模块上，观测在不同高斯噪声功率谱密度条件下眼图的变化。图 1 为利用 System View 仿真平台搭建的数字基带传输系统仿真图，根据该实验要求，在接收输入端，加入高斯噪声源（高斯噪声源的

7、功率谱密度能根据需要灵活设置）。在高斯噪声功率谱密度=5e-4W/Hz 的眼图由图 2（a）所示，高斯噪声功率谱密度=5e-6W/Hz 的眼图由图 2（b）所示。图 2（a）、（b）比较，明显反映噪声对基带传输系统的影响。图 2 高斯噪声作用下的眼图78杨晓静，等：通信原理与系统仿真实验的设计与应用 设计 MSK 系统，要求：发射端用正交法产生 MSK 信号，接收端用最佳接收相干解调 MSK 信号；观测有关各点的波形，调整各模块的参数并分析对调制、解调性能影响；观测 MSK 信号的波形及频谱；测出在高斯噪声干扰下 MSK 系统的误码率曲线。图 3 为根据实验要求，利用 System View

8、仿真平台设计的 MSK 系统仿真图。图4 为 MSK 波形，图5是 MSK 频谱，图 6 为高斯噪声干扰下，不同信噪比时，MSK 相干解调后系统的误码率曲线。图 3 MSK 系统仿真原理图图 4 MSK 波形图 5 MSK 频谱图6 高斯噪声干扰下的 MSK 系统误码率总之，通信原理与系统仿真实验，可根据所学的理论知识，利用 System View 相关资源库中的模块灵活、方便地设计各种通信系统，根据各模块的对话窗口依照设计需要设置合理参数，通过分析窗口观测相应波形，同时可对系统进行分析调试，并验证系统的正确性。随着计算机应用的广泛普及，许多院校开设了 EDA 课程，把 EDA 仿真设计作为培养学生系统设计能力的重要途径。我们研究开发的基于 SystemView 的通信原理与系统仿真实验，能帮助学生深刻理解和融会贯通所学的理论知识，并初步掌握以计算机为工作平台对通信系统进行设计和分析的仿真手段，为日后从事相关科研工作打下基础。参考文献：1及燕丽，等.现代通信系统 M.北京：电子工业出版社，2001.2沈振元，等.通信系统原理 M.西安：西安电子科技大学出版社，1993.3曹志刚，等.现代通信原理 M.北京：清华大学出版社，1992.4青 松，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，2001.88实 验 技 术 与 管 理