SystemView及其通信系统仿真分析实验指导书2005

SystemView及其通信系统仿真分析

实验指 导书

北京理工大学电子工程系

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SystemView及其通信系统仿真分析实验指导书

前 言

EDA（Electronic Design Automation） 实质上是以功能日臻强劲的计算机和专业化EDA软件作为有力工具，可以完成各类电路系统从系统级到物理级的设计、仿真分析、验证、综合的新型电子设计技术手段，被公认为电子信息技术发展的杰出成果，其发展与应用正引发着一场电子产业和电子设计领域的技术。在电子产品市场竞争日益激烈的今天，可以说，谁掌握了现代化的EDA技术手段，谁就将在未来激烈的技术竞争中处于有力的主动地位。

软件仿真是EDA工具最具有魅力的功能之一。软件仿真亦称模拟，一般分为系统仿真、电路仿真和器件仿真。PC机上运行的电路仿真分析工具以SPICE 或PSPICE 为典型代表；器件仿真在很多场合是指各类 PLD 设计开发工具中的特定仿真功能；系统级EDA工具（如SPW ）通常需要配置系统仿真工具、设计综合工具和测试综合工具。系统仿真一般不涉及具体电路或器件，系统是由许多模块构成，每个模块对应一定的仿真数学模型。

为了配合《通信原理》课程的理论教学环节，使同学们能够更扎实地掌握通信技术中的基础理论知识，强化通信信号与系统的概念，通信实验室引入了由美国ELANIX公司2002年推出的SystemView 5.0 for Windows 专业版软件工具，它为用户提供了一个完整的系统设计、仿真和分析可视化环境，在一定程度上可以对课程硬件实验内容进行有益的补充。

本实验讲义内容包括三部分：第一部分简单介绍了 SystemView 5.0 软件及其基本功能；第二部分SystemView 软件的基本使用，以利于读者进一步了解和掌握System-View5.0的使用方法；第三部分结合课程内容安排了四个数字通信系统分析性上机操作实验，分别为:

1．实验一 相移键控 PSK 2．实验二: 最小频移键控 MSK 3．实验三: QPSK系统原理仿真

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4．实验四: 窄带调频与解调

编写本实验讲义有两个主要目的：①有助于读者掌握SystemView5.0基本操作方法，为进一步使用打下基础；②通过本书的第二、三部分内容强化通信原理中的重要知识点，对课内和实验教学进行有益的补充。另外，为了发挥同学的学习主动性，本实验讲义未对上机实验内容和数量做过多的规定，有兴趣的同学可在基本掌握SystemView5.0使用规律后，自行分析通信系统中的有关问题。

由于时间十分仓促，本实验件义编写上的不妥之处在所难免，希望老师和同学们提出宝贵意见，以利改进提高。

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目 录

第一部分 System View的功能简介 1 一、System View简介 1 二、System View的用户环境 2 三、系统定时 12第二部分 SystemView 软件的基本使用 14 一、基本系统的搭建 14 二、分析窗口 15 三、接收计算器 18 四、全局参数连接 20 五、可变参数设计 21 六、与外部文件的接口 22 七、动态探针功能 24 第三部分 数字通信系统实验 27 实验一、相移键控 PSK 27 实验二、最小频移键控 MSK 29 实验三、QPSK 系统原理仿真 31 实验四、窄带调频与解调 34

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第一部分 System View的功能简介

一、 System View简介

System View 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。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， System View 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。

利用 System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。在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；尤其特色的是，利用它可以从各种不同角度、以不同方式，按要求设计多种滤波器，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。另外，它还自带有通讯（Communic-ation）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等专业库以备选择，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，并进行各种系统时域分析、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等。随着现代通信技术的不断发展，无线通信技术已日趋成熟和完善。利用 System View 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等。

利用 System View，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。它具有与外部文件的接口，可直接获得并处理输入/输出真实世界的数据。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， System View 还提供了与硬件设计的接口：与Xilinx公司的软件Core Generator配套，可以将System 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。

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在系统设计仿真时， System View 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。并在编译时，给出系统运行的大约时间，方便了设计人员进行调试。其带有的 APG 功能可以利用VC环境，将系统编译成可脱离 System View 运行的可执行文件，同时大大提高了运行速度，在内存较大时效果尤为明显。

在系统仿真方面，System View 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。另外，还有真实而灵活的分析窗口用以检查系统波形。内部数据的图形放大、缩小、滚动等，全部可以通过敲击鼠标很方便地实现。另外，其带有的“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、滤波等。

二、 System View的用户环境

System View的用户环境包括两个常用的界面：设计窗口和分析窗口。 1、设计窗口

设计窗口如图1所示：

图1.1 System View的设计窗口

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所有系统的设计、搭建等基本操作，都是在设计窗口内完成的。

在设计窗口中间的大片区域就是设计区域，也就是供用户搭建各种系统的地方。在设计窗口的最上端一行是下拉式命令菜单行，通过调用这些菜单可以执行System View的各项功能；设计窗口中菜单行的下面，紧邻在设计区域上端一行是工具栏，它包含了在系统设计、仿真中可能用到的各种操作按钮；在工具栏的最右端是提示信息，当鼠标置于某一工具按钮上时，在该处会显示对该按钮的说明和提示信息；紧邻在设计区域左端是各种器件图标库；设计域的底部有一个消息显示区，用来显示系统仿真状态信息。

在设计窗口内，只须点击鼠标及进行必要的参数输入，就可以通过设置图标、连接图标等操作完成一个完整系统的基本搭建工作，创建各种连续域或离散域的系统。并可极其方便地给系统加入要求的注释。

2、菜单栏

在设计窗口的第一行《菜单栏》中，有：File（文件）、Edit（编辑）、Preferen-ces（参数选择）、View（查看）、NotePads（便笺）、Connections（连接）、Compiler (编译)、 System（系统）、Tokens（图符）、 Help（帮助）。具体使用如下： 1）．File（文件）菜单

New System 清除当前系统。

Open Recent System 打开当前系统，系统自动列出最近编辑过的设计并从中选取。Open Existing System打开已存在的SystemView文件以便分析和调整。

Open System in Safe Mode 以安全模式（只读）打开系统文件。 Save System 保存当前设计工作区内容。

Save System As 当前设计工作区内容另存为新的文件名。 Save Selected MetaSystem 将当前系统选择部分以子系统保存。 System File Information 显示当前系统文件的信息。

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Print System：Text Tokens 打印系统屏幕内容，图符用文字信息盒代替。其中Hide Token Parameters选项在打印时不打印图符参数,Show Token Parame-ters选项在打印时打印图符参数。

Print System：Symbolic Tokens 以图形方式如实打印屏幕。 Print System Summary 打印系统小结数据列表。 Print System Connection List 打印系统连线列表。

Print Real Time Sink 选择此项后，单击系统中任一个实时接收器图符，该图符的数据就会被打印出来。

Print SystemView Sink 选择此项后，单击系统中任一个SystemView接收器图符，该图符的数据就会被打印出来。

Printer/Page Setup 打印机页面设置。 Printer Fonts 打印机字体设置。 Exit 关闭SystemView并返回Windows。 2）．Edit（编辑）菜单

Copy Note Pad 把所选择的便笺的内容复制到剪贴板上。

Copy SystemView Sink 把所选择的SystemView接收器有关的图形复制到剪贴板上。Copy System to Clipboard 把当前系统复制到剪贴板上。

Copy System：Selected Area 按下Ctrl 键拖动鼠标，把所选用户系统的局部区域以位图格式复制到剪贴板上。

Copy System：Text Token 是以文字盒代替图形图符的方式，把系统复制到剪贴板上。其中Hide Token Parameters 选项在复制时不复制图符参数，Show Token Parameters 选项在复制时复制图符参数。

Copy Entire Screen 把整个SystemView屏幕复制到剪贴板上。 Paste to Note Pad 把剪贴板中的文字内容粘贴到所选择的便笺中。 Delete 从系统中删除所选择项（图符或便笺）。 3）．Preferences（参数选择）菜单

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Customize 用户选项设置，包括系统颜色、系统时间、设计区选项等。 Reset All Defaults 将所有的选项恢复为SystemView的缺省设置。 4）．View（查看）菜单

Zoom 允许用户扩大或压缩系统的显示。有多种比例尺选项。 MetaSystem 观察所选的MetaSystem子系统的内容（内部结构）。 Hide Token Numbers 不显示用户系统中图符的编号。 Ana1ysis Windows 切换到系统分析窗口。 Calculator 弹出Windows的计算器。

Units Converter 弹出单位转换器窗口。可进行常用的通信系统参数单位的转换。

5）．NotePads（便笺）菜单

Hide Note Pads 屏幕上不显示便笺。未显示的便笺并没有被删除，只是暂时隐含。

New Note Pad 在屏幕插入一个空白便笺框，用户可以输入文字、移动或重新编辑该便笺。

Copy Token Parameters to NotePad 允许用户生成一个带有所选图符参数的新便笺,所选图符的参数被自动放入该便笺内，便笺会自动出现，用户不必先打开一个新便笺。

Attributes for All Note Pads 定义所有的便笺属性，包括文字的颜色、字体、背景等。

Attributes for Selected Note Pad 定义用户选择的便笺属性。 Delete Note Pad 删除一个用户选择的便笺。 Delete All Note Pad 删除所有的便笺。 6）．Connections（连接）菜单

Disconnect A11 Tokens 选择该项后将取消用户系统的所有连接线，但不改变图符参数。

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Check Connections Now 单击一次本选项就立即执行一次用户系统连接检查。

Show Token Output 选择此项，再单击某个图符可显示其所有的连线。 Hide Token Output 选择此项，再单击某个图符可隐藏其所有的连线。 7）．Compiler (编译)菜单

Compile System Now此选项将强迫SystemView重新编译用户系统，但不执行用户系统仿真。

Compiler Wizard 编译向导。

Edit Execution Sequence 编辑系统执行顺序。本选项使用户能选择使用系统图符（Use Sys Tokens）或者使用执行表（Use Exe List）来顺序执行。

Use Default Exe Sequence 选择此项后，SystemView用SystemView编译器确定的执行顺序，而不是用户设置的执行顺序。本特性与执行顺序编辑器一同使用。

Animate Exe Sequence 选择此项会使SystemView建立图符执行顺序。每个执行步骤中，当前正在执行的图符会被设置为高亮度。本特性与执行顺序编辑器一同使用。

Use Custom Exe Sequence选择此项后，SystemView使用用户设置的执行顺序，而不是SystemView编译器确定的执行顺序。本特性与执行顺序编辑器一同使用。

Cancel Edit Operation 单击本选项后将取消当前执行顺序编辑操作。 Cancel Last Edit 单击本选项后仅取消最后一个编辑操作。 End Edit 单击本选项后将结束执行顺序编辑操作。 8)．System（系统）菜单

Run System Simulation 此选项使SystemView开始对用户系统进行仿真。

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Single Step 单步执行，选择此项后，用户每按下一次空格键，系统就执行一步，包括接收器在内的所有 SystemView 图符都按实时操作方式执行一步，数据列表接收器在每一步执行中都将更新。

Debug（User Code） 此功能仅对具有用户代码库模块（选购件）的用户有效。选择此功能后，接收器的数据表“Data List”和当前值接收器“Cur-rent value Sinks”图符将根据用户代码图符显示一些特殊的调试信息，以调试用户代码的C++程序。

Root Locus 用于启动当前系统的根轨迹计算和显示。参见工具条根轨迹按钮说明。

Bode Plot 用于启动当前系统的波特图计算和显示。参见工具条波特图按钮说明。

9)．Token（图符）菜单

Find Token 选择此项后，屏幕上将会出现一个用户系统使用图符编号的图符表，并附加所使用图符的简要说明，在表中选择所感兴趣的图符后，用户系统中的该图符就会变成一个闪烁的红色方块。当设计工作区很大时，此功能能迅速切换到目标图符。

Find System Implicit De1ays 利用本选项，用户可以查找出反馈系统中被System-View强制延迟的图符。当选择此选项后，会出现一个列出两个图符的显示盒，在这两个图符之间存在一个采样延迟，要观察有固有延迟的任何图符，可在表中选择该图符并单击 “Go To” 按钮。这个动作将引起屏幕上该图符闪烁。

Move Selected Tokens 选择此项后，按住鼠标左键，拖动鼠标用虚线框把需要移动的图符围起来，这时就可以移动选择的图符了。

Move All Tokens 选择此选项后，拖动任何一个图符即可移动所有图符。按住Ctrl键和鼠标右键拖动任何一个图符也可移动所有图符。

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Duplicate Tokens 选择此项后，单击要复制的图符就会在系统中出现一个与原图符完全相同的图符，新图符与原图符具有相同的参数值，并被放置在与原图符位置相差半个网格的位置上。选择此项后按住鼠标左键并拖动鼠标可复制一组图符。简便的方法是在工具条上单击复制图符快捷按钮。

Create MetaSystem 使用本选项可以很方便地创建一个子系统。选择此选项后，按住鼠标左键拖动鼠标可以用虚线框把要转换为子系统的图符围起来，松开鼠标，这些图符就被压缩为一个MetaSystem，并自动加入所需要的嵌套子系统输入输出图符。此时再单击鼠标右键，选择Custom Picture和Custom name则可输入用户自定义的图库图标和命名。

Rename MetaSystem 选择此选项后，鼠标将会变成一个黑色矩形框，只要单击选择的子系统图符，就会弹出更名对话框。

Explode MetaSystem 选择此选项后，只要用鼠标单击选择的子系统图符，就会将被选择的嵌套子系统展开一个子系统窗口，并显示子系统内的一组图符。

Assign Custom Token Picture 此选项可将用户创建的图片赋予一个被选的图符。图片可以是位图（bmp）文件、图标（ico）文件或Windows的Metafi1e（wmf）文件。注意图片尺寸必须与图符尺寸相近似（约32×32象素）。

Use Default Token Picture 此选项将被选择的图符的图形还原为System View缺省的图符图形。或在该图符上按右键选Default Picture也可。

Select New Variable Token 选择此选项后，单击某个图符即可打开该图符的参数变化窗口，同时此图符即为可变参数图符。此选项只能用于系统循环次数大于一次的情况。

Edit Token Parameter Variations 如果至少有一个活动的可变参数图符，此命令将打开参数变化窗口以编辑图符的可变参数。

Disable All Parameter Variations 此命令将禁止所有当前活动的可变参数图符的参数变化。 10）．Tools（工具）菜单

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Auto Program Generation (APG) 将当前系统编译成 Windows下可执行的EXE文件，可脱离设计窗运行。

Use Code 编辑用户自定义代码库。

Xilinx FPGA 将系统全部或部分图符转换为Xilinx FPGA代码，要求安装相应的Xilinx开发软件。

M-link 与Matlib分析软件链接。要求安装相应的Matlib系统分析软件。 Global Parameter Links 全局参数连接。这个工具使你能方便地将图符参数与系统级的参数（如系统采样率等）或全局参数相连接。 11)．Help（帮助）菜单

3、工具栏

在设计窗口的第二行《工具栏》包括：

切换图符库: 用于将图符栏在基本图符库与扩展图符库之间来回切换。点 击三角形则可输入用户自定义库。

打开已有系统: 将以前编辑好的系统调入设计工作区，现有设计区将被新 的系统替代，调入新的系统以前，软件提示将目前设计区内容存盘。 保存当前设计区: 将当前设计工作区内容存盘。学习版无此功能。必须升 级到专业版，此功能才能有效。

将当前设计工作区的图符及连接输出到打印机。学习版无此功能

清除工作区: 用于清除设计窗口中的系统。如果用户没有保存当前系统， 会弹出一个保存系统的对话框。

删除按钮: 用于删除设计窗口中的图符或图符组。用鼠标单击该按钮再单 击要删除的图符即可删除该图符

断开图符间连接: 单击此按钮后，分别单击需要拆除它们之间连接的两个图符，两图符之间的连线就会消失。注意必须按信号流向的先后次序按两

个图符。

连接按钮: 单击此按钮，再单击需要连接的两个图符，带有方向指示的连线就会出现在两图符之间，连线方向由第一个图符指向第二个，因此要注

意信号的流向。

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复制按钮: 单击此按钮，再单击要复制的图符则出现一个与原图符完全相同的图符，新图符与原图符具有相同的参数值，并被放置在与原图符位置

相差半个网格的位置上。

图符翻转: 单击此按钮，再单击需要翻转的图符，该图符的连线方向就会翻转180度，连线也会随之改变，但是图符之间的连接关系并不改变。此 功能在调整设计区图符位置时有用。主要用于美化设计区图符的分布和连线，避免线路过多交叉。

创建便笺: 用于在设计区中插入一个空白便笺框，用户可以输入文字、移 动或重新编辑该便笺。

创建子系统: 用于把所选择的图符组创建成MetaSystem。单击此按钮后，按住鼠标左键并拖拽鼠标可以把选择框内的一组图符创建为子系统

MetaSystem，并出现一个子系统图标替代原来的图符。

显示子系统: 用于观察和编辑嵌入在用户系统中的MetaSystem结构。单击此按钮，然后再单击感兴趣的MetaSystem图符，一个新窗口就会出现

并显示出MetaSystem。学习版没有MetaSystem功能。

根轨迹: 单击此按钮就会出现一个对话框，这时即可根据对话框中的选项在S域、Z域或在Z=0点附加一个极点的Z域对用户系统进行根轨迹图的计算和显示。根轨迹图的定义是闭环反馈极点的轨迹（作为闭环增益K

的函数），这个闭环系统的传输函数H(s)在系统设计窗口中确定。根轨迹窗口是交互式的。

波特图: 波特图是用户系统的传输函数H（s）作为频率f的函数(s=j2πf, f的单位是Hz）时幅度和相位的波形图。显示波特图的窗口同根轨迹图窗 口一样也是交互式的，有着与根轨迹图窗口相似的功能。无论是根轨迹图还是波特图，都可以对图形进行局部放大显示。

画面重画: 对系统设计窗口图形全部重新绘制。

停止仿真: 单击此按钮即结束仿真。用于系统仿真进行时强行终止仿真操 作。

开始仿真: 单击此按钮后，如果用户系统的构造己全部完成，系统仿真就开始执行，否则将出现一些诊断或提示信息以帮助用户迅速完成仿真系统

的构造。

系统定时: 单击此按钮就会弹出系统定时窗口，在此窗口定义系统仿真的起始和终止时间、采样率、采样间隔、采样点数、频率分辨率、和系统的 循环次数等参数。系统仿真之前必须首先定义这些参数，系统定时直接控制系统的仿真。

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分析窗口: 此按钮用于从设计窗口切换到分析窗口。

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4、图标库

图标是System View仿真运算、处理的基本单元，共分三大类：第一类包括信号源库，它只有输出端没有输入端；第二类包括观察窗库，它只有输入端没有输出端；第三类包括其它所有图标库，这类图标都有一定个数的输入端和输出端。

在设计窗口的左边有一个图标库区，一组是基本库 (Main Libraries)，共8个，分别包括信号源库（Source）、子系统库（Meta System）、加法器（Adder）、子系统输入输出端口（Meta I/O）、算子库（Operator）、函数库（Function ）、乘法器（Multiplier）及观察窗库（Sink）等共八组基本器件；另一组是可选择的专业库(Optional Libraries)，如通信库（Communication）、数字信号处理库（DSP）、逻辑库（Logic）、射频/模拟库（RF/ Analog）等，支持用户自己用C/C++语言编写源代码定义图标以完成所需自定义功能的用户自定义库（Custom），及可调用、访问Matlab的函数的M-Link库；以及 CDMA、DVB、自适应滤波等扩展库。基本库与专业库之间由 “库选择”按钮进行切换，而扩展库则要由自定义库通过动态链接库（*.dll）加载进来。

信号源图标：

代表用于产生用户系统输入信号的信号源库（16种）。 子系统图标：

这个图标代表了一组图标（可能是一个很大的图标组，其中还可能包含下级子系统）.这些图标在用户仿真中作为一个完整的子系统、函数以及过程使用。

加法器图标：

代表加法器，完成几个输入信号的加法运算。 子系统I/O图标：

这个图标用于设置子系统的输入输出端口。 算子图标：

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代表算子库（31种），其中的每一个算子都把输入的数据作为运算自变量进行某种运算或变换，如FFT变换、采样、保持、延时、增益或某一传递函数的线性系统等。

函数图标：

代表函数库（32种），其中的每一个函数都把输入的数据作为自变量进行各种函数运算，如量化、限幅、取绝对值等各种非线性函数、三角函数、对数函数、各种复数运算、代数运算等。

乘法器图标：

代表乘法器，完成几个输入信号的乘法运算。

观察窗图标：

代表了信号接收器，即观察窗图标。用来实现信号收集、（实时）显示、分析、数据处理以及输出（包括把信号输出到文件）等功能。

自定义图标：

允许用户自己通过C/C++语言编写源代码定义图标完成所需功能。 通信图标：

代表通信库，其中包括了通信系统中常用的各种模块，如各种调制器、解调器、编码器、解码器、信号处理器、信道模型等。

数字信号处理图标：

代表数字信号处理库，其中包括了数字信号处理中常用的各种处理、变换、运算等模块。

逻辑图标：

代表逻辑库，其中包括了各种门电路及模拟/数字信号处理等电路模块。 射频/模拟库图标：

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代表射频/模拟库，其中包括了射频/模拟电路中常用的RC、LC电路及运算放大器电路、二极管电路等。

Matlab连接图标： 用于与调用Matlab函数时。

5、图标定义

用户在选中的图标上双击鼠标左键，或选中该图标并按住鼠标左键将其拖至设计区域内，就可以把某一图标库中的通用图标添加进自己的仿真系统，这时所选中的图标会出现在设计区域中。双击设计窗口中的图标后，图标库窗口将出现在屏幕上。例如图1. 2 是信号源图标库窗口的例子：

图1.2 信号源窗口

此时可用鼠标单击以选中某个图标，然后单击“参数”(Parameters)按钮进入参数设置窗口；也可双击所选中的图标直接进入参数设置窗口。 例如，在上面的窗口中选中了“Sinusoid”图标，即正弦波信号源，则其参数设置界面如下图3：

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图1.3 正弦信号源的参数设计界面

用户通过这个窗口输入所需要的参数。注意，使用“APPLY to tokens”的功能，可以把一组参数同时赋给用户系统所使用的几个相同功能的图标。

三、 系统定时

System View系统是一个离散时间系统。在每次系统运行之前，首先要设定一个系统频率。仿真各种系统运行时，是先对信号以系统频率进行采样，然后按照

设定系统定时参数 图1.4 系统定时窗口

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系统对信号的处理计算各个采样点的值，最后在输出时，在观察窗内，按要求画出各个点的值或拟合曲线。 所以， 系统定时是系统运行之前一个必不可少的步骤。

单击“系统定时”(System Time)

按钮，打开如图4 的系统定时窗口：

其中，起始时间和终止时间控制了系统的运行时间范围。 System View 对系统仿真运行时间基本上没有，只要求终止时间要大于起始时间。采样率和采样时间间隔在仿真过程中控制着时间步长，因此决定了系统的仿真效果。一般为了获得较好的仿真波形，系统的采样率应设为系统信号最高频率的5至7倍。当采样率为系统信号最高频率的10倍以上时，仿真波形就几乎没有失真了。采样点数是由系统的运行时间和采样率共同决定的，它们之间的关系如下：

采样点数 = (终止时间－起始时间)×采样率+1

因此，系统的运行时间、采样率和采样点数三者之间也不是相互的，若用户修改了其中的某一个或某两个，系统将会根据新的参数遵从下列规则自动修改相应的参数。在采样率不变的情况下：

1）、如果用户改变了采样点数，System View 不会改变起始时间，但会根据新的采样间隔相应地修改终止时间。

2）、如果用户对起始时间和终止时间中的一个或全部做了修改， 则采样点数会被自动修改。

3）、采样点数只能是整数。如果计算不能得到整数，System View 将把近似的整数作为采样点数。系统将从所设置的起始时间开始完成所设定的采样点数。

4）、除非用户进行修改，否则系统会一直保持固定的采样点数。 另外，为了在数字信号处理等过程中进行 FFT 变换方便，系统还可以自动设置2的整次幂的采样点数。用户更改了某一个时间参数后，点一下“更新”（Update）键，系统会根据最新修改的参数对其它参数进行相应的修改，并在对话框下端给出该系统运行大约所需的时间及系统的总采样点数等时间参数。

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System View提供了循环运行的功能，目的是提供用户系统自动重复运行的能力。在循环次数对话框“No.of System Loops：”中，可输入希望系统循环运行的次数。循环复位系统功能将控制用户系统每一次运行之后 System View 的操作：如果循环复位系统功能“Reset system on loop” 被选中，则每一个运行循环结束后，所有图标的参数都复位( 恢复为原设置参数 )；如果这个功能被关闭(没有选择此功能 )，则用户系统每次运行的参数都将被保存起来。暂停循环功能用于在每次循环结束后暂停系统运行，暂停后，可以进入分析窗观察当前系统运行的波形，以便分析本次运行的结果；也可以对系统内某图标的参数进行修改，以达到动态控制系统的目的。

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第二部分 SystemView 软件的基本使用

一、基本系统的搭建

作为例子，我们先通过建立一个最简单的系统来熟悉各项基本操作。它的信号源产生正弦信号，直接将该信号送至输出端，用观察窗进行观察。完成该系统的搭建所需进行的操作步骤如下：

1、进行系统定时。单击系统时间按钮

，弹出系统定时窗口，各框内的数

值即为系统定时的默认值，本例即采用该默认值，因此直接点“OK”按钮完成时间设置；

2、双击或按住鼠标拖出信号源库显示出信号源库窗口如下：

“Source”的通用图标。双击该图标，

图1.1 信号源库窗口

如前节所述，单击“Sinusoid”并单击参数“Parameters”按钮（或直接双击“Sinusoid”图标），进入参数设置窗口如下：

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图1.2 正弦信号参数设置窗口

这里也采用该默认值，这样就定义了一个幅度为1、频率为10Hz的正弦波信号，单击“OK”完成参数设置；

3、调出

“Sink”观察窗通用图标。双击该图标并选择“Analysis”分析

窗作为信号接收器的类型。除了少数几种观察窗类型外，大部分观察窗都不需要参数设置。在观察窗的窗口最下端有一个“Custom Sink Name：”的对话框，可以在该框中给选中的观察窗取一个名字，例如“Result”等，以便于在分析窗中观察、分析；

4、将信号源图标“Source”和“Sink”图标连接起来。在最新版4.5版中，连接和断开图标可以不需工具栏按钮，直接将鼠标置于某图标上时，鼠标箭头就会变成一个向上的箭头状，此时单击待连接的图标，就成为连接状态，再如此单击另一个待连接的图标即可完成连接；连接时必须按顺序单击图标，即按照信号流程的方向，将某一图标的输出端连指另一图标的输入端。也可利用工具栏上的连接按钮完成连接操作。

执行完以上操作后，这个系统的设计就初步完成了。下面，单击“Execute”按钮运行系统。系统运行期间，在设计窗口的最下端有一条蓝色的

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指示条，随着运行的进行，它显示了运行的进度。

二、分析窗口

分析窗是观察用户运行结果数据的基本载体。利用它可以观察某一系统运行的结果及对该结果进行的各种分析在系统设计窗口中单击分析窗口按钮使用快捷键“Ctrl+A”，即可访问分析窗口。在分析窗口中单击系统按钮

，或，

即可返回系统设计窗口。例如，前面正弦信号发生器的运行结果如下图2.1所示：

图2.1 System View 的分析窗口及运行结果显示

与设计窗相似，在分析窗的最顶端是下拉式命令菜单和工具栏。可通过单击按钮或下拉菜单中的命令使用这些选项功能。

每次系统重新运行后，分析窗中仍保存的是上次运行的结果。如果要观察新的结果，需要用工具栏最左端蓝色的刷新按钮，加载新的数据以绘制当前运行结果的波形。通过工具栏中的两个黄色的按钮可以将波形显示状态在仅显示连线、

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仅显示离散点或显示点和连线等状态之间实现切换。利用分析窗工具栏上的三个绿色的按钮，可以选择多个窗口的不同排列方式，如层叠、水平排列、垂直排列等。

按下“Ctrl” 键并拖拽鼠标可对图形中用户所关心的区域进行定义。 System View 会自动放大定义区域内的图形。如果同时按住“Ctrl” 键和“Alt” 键并拖动鼠标，就可以对所有当前打开的窗口中的相应部分进行同比例的放大。放大以后，也可以用图形窗口中的垂直和水平滚动条移动图形以观察附近区域的的波形。对已放大的图形，可以用工具栏上的“Rescale”按钮或快捷键“Ctrl+R”恢复其最初的大小。利用放大镜功能按钮，则可以对某一位置的图形进行快速等比例的放大。另外，还有一个显微镜按钮，当此该按钮被按下时，在鼠标的旁边，就会出现一个窗口，其中显示的是鼠标所在位置附近的图形的放大图形。随着鼠标位置的移动，窗口中显示的图形也随之变化。

利用工具栏上的两个对数坐标按钮，可以很方便地分别将横、纵坐标从原来的线性坐标变为对数坐标。对数坐标按钮旁边是统计数据按钮。利用它，可以给出当前所有打开窗口图形数据的统计数据，如均值、方差、最大最小值等。

在分析窗的左下角显示了系统资源的利用程度。红色表示已利用部分，绿色表示尚未利用部分。该百分比显示了所有的系统资源（包括物理内存和虚拟内存）中System View可用的部分。该百分比至少应保持在10%以上，否则系统运行会不正常。系统资源过低时，System View会给出警告，并禁止打开分析窗中的图形窗口。如果发生这样的现象，应尽可能地关闭窗口及其它应用程序以释放系统资源。

在显示资源利用程度的旁边，有一个“a”的按钮，这就是System View的分析窗中带有的功能强大的“Sink Calculator”，也就是接收计算器，它可以对信号进行各种复杂的计算、分析和处理等。每次重新打开系统运行后第一次进入分析窗口时，会提示用户是否保留上次接收计算器计算的结果。当系统发生变化重新运行后，该窗口中的图形结果也会随之更新。接收计算器计算结果窗口与系统运

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行结果窗口有所不同，当用图形窗口右上角的“关闭”按钮将该窗口关闭时，所有屏幕上显示的图形信息都被释放，此时占用系统资源降到最低。但在这种情况下，系统运行结果窗口中的数据仍予保留，该窗口仅以小图标的形式显示在整个分析窗口的左下端。当需要重新显示该图形时，只需重新打开该窗口，系统会依照保留的数据重新绘出，在系统右下角的绘图进程条上也会有所显示。如果在原来的窗口上单击右上角的最小化按钮，则该窗口的图形信息保留，恢复时不需重画。而所有接收计算器的结果关闭后均不保留。如果需要保留该窗口的信息而不在屏幕上显示波形，只能通过将其最小化的方式。显然，这样会占用更多的系统资源。

此外，分析窗口还提供了强有力的图形动画工具，可以动态显示系统运行过程中信号的变化，并可以按用户要求设置手动控制、动画速度、运动轨迹、图形颜色等。通过分析窗口“Edit” 菜单中的各项，可以将当前的图形以位图形式复制到剪贴板，以供其它系统处理。通过“File” 菜单中的输出功能，可以将某窗口中的图形或数据按制定格式和类型输出到其它文件中。

三、接收计算器

图3.1 接收计算器窗口

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在显示资源利用程度的旁边，有一个“a”的按钮，这就是System View的分析窗中带有的功能强大的工具“Sink Calculator”，也就是接收计算器，它可以对信号进行各种复杂的计算和处理等。单击它，出现下面的窗口：

1. 频谱 选择“Spectrum”频谱项，在该组中选|FFT|按钮，再在“Select one window”框内选中“w0：Sink1”项，再点“OK”，则出现一个新的窗口为原正弦信号的频谱如下：

图3.2 正弦信号的频谱

回忆在系统运行前，系统时间参数设定为128个采样点。此图中的结果即对该128个采样点的值进行FFT的结果。每个小圆圈代表一个点，因为FFT频谱是对称的，故图中只画出了前一半。在观察窗口界面内，接收计算器按钮旁边的状态栏内，显示了当前处于激活状态的窗口的名字、序号等状态，最前面的小方框中标出了线条的颜色，当利用接收计算器把两个以上窗口中的波形重叠绘制时，利用该线条的颜色可以很容易地区分出不同的波形。利用“Preference”选项菜

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单中的“Properties...”项，可以对窗口中的背景颜色、坐标线颜色、波形线条颜色等进行编辑和改变。

如果我们改变系统的结构，对输入信号平方后再输出，就可以得到不同的结果。操作如下：

1)、断开原来信号源与观察窗的连接，加入一个函数的图标，选择“Algeb-raic”组中的“xa”项，其参数中的指数“Exponent”设为2，即完成输入信号的平方运算；

2)、依次将信号源连到函数图标，再将函数图标的输出连到观察窗，并运行该系统。

再来观察输出，进入分析窗口界面，并单击工具栏最左端的刷新按钮，得到如下图的结果：

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图3.3 正弦信号平方后的结果

左边的窗口是正弦信号平方后的结果，右边是对该结果进行FFT的频谱图。可以显然地看到，频谱中多了直流分量和2倍频分量，也就是20Hz分量。而原来的10Hz分量没有了。 2. 眼图 (Eye Diagrams)

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\"，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”开启得最大。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。通常眼图可以用图3.4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\"眼\"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

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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。

斜度=对定时误差的敏感度 最佳抽样时刻 最大信号失真量 最小噪声容限 零点失真量 可以抽样的时间 判决门限电

图3.4 眼图的一般描述

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3.5所示的SystemView仿真电路来观察，图中，信号源(图符0)采用幅度为1 V、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System View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直且设置。 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

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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100 Hz[1]，采样周期为 10ms，则时间切片应设为20 ms。时间切片长度的设置如图 7.8 所示， 在接收计算器窗口下选菜单中的“ Style ”项， 再输入“Time Slice”的参数，按“OK”按钮后确定退出，即可看到生成的眼图，如图3.6和3.7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。

[1]：采样频率在系统运行时间里设置

图3.5 用于观察眼图的基带传输系统仿真电路图

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设置时间切片参数 图3.6 在接收计数器中设置时间切片参数以观察眼图

图3.7信道无噪声时观察到的眼图

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图3.8 信道信噪比为10dB时观察到的眼图

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四、全局参数连接

System View提供了全局参数连接（Global Parameter Links）的功能。用户可以利用该功能设定某些系统级的参数或全局的常量及变量，通过这些常量或变量，就可快速地访问或修改系统中某些多次用到的参数或相关联的参数。当系统中某些参数必须保持一定的关系时，利用全局参数连接的功能，就可以快速地修改参数而不改变原来的关系。

从命令菜单中的“Tools”项中选中“Global Parameter Links”命令，就可打开如下图所示的全局参数连接窗口：

图4.1 全局参数连接窗口

有些参数是系统已经定义的，如系统时间步长(dt)、系统采样频率(sr)等参数。另外，用户也可以通过定义参数Gi及与之有关的函数关系F来定义其它图标的相关参数。例如，某信号的频率始终为系统采样率的1/10，则可以将该图标的频率选中，并在函数定义框中输入（sr/10）即可。

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五、可变参数设计

System View可以通过可变参数设计功能对系统进行动态控制。如果要选用此项功能，系统必须设置为循环运行状态。因为一个图标的参数在一次循环中是保持不变的。循环运行的时间设置在前一节中已有介绍。例如，在正弦信号发生器的例子中，需要将正弦信号的幅度设为可变的，共需产生5种幅度的正弦信号。在设定系统时间时，在系统循环次数的对话框中将该次数设为5次。然后，从命令菜单中选“Tokens”中的“Select New Variable Token”，这时在鼠标的右下角出现“select”字样，再单击所需的信号发生器图标选中它，就会出现参数设置窗口如下：

图5.1 可变参数设计窗口

用户可以在Specify Loop Parameter Value窗口中指定任意合理的参数值；还可以通过在图中的Auto Increment Parameters窗口中输入步长，将参数设为在各次循环中按该步长自动递增。通过File菜单中的相应命令，用户还可以从外部的数据文件读入所需参数，或将一设置好的参数输出生成某一数据文件。最后点OK按钮完成参数设置。则系统就会按照所设置的循环次数和各次循环中的指定参数值运行。需要注意的是，当某图标的某一参数设为全局参数连接的参数时，可变参数设计就失效了。

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六、与外部文件的接口

System View支持以外部数据文件作为信号源，可以很方便地对其它系统或硬件设施产生的数据进行分析处理。也可以将本系统产生的结果输出生成外部数据文件，以方便其它后续处理。

1、外部数据文件读入数据

在信号源图标库的Aperiodic/Ext组中，有一个代表外部数据文件的信号源图标External，如图6.1所示：

图6.1 外部文件信号源

从对话框中下部的Start output with sample number窗口中可以指定读取数据文件的起点。文件中数据的个数与系统设置的采样点数不一定相等。系统从指定的数据文件的起点处开始读入数据作为系统的信号源，若运行结束时未读完文件中的数据，则后面的数据被忽略；若数据已读完而运行尚未结束，则在对话框左下角的两个选项会起作用，用户可以选择运行中没有数据的部分补零获保持前一

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个采样点的值。而在Pad output with：的窗口中可以指定某一数值，例如将其指定为2，如图中所示，则在系统运行时，系统会在每读取一个数据后，隔开2个采样点在读取下一个数据。而该隔开的2个采样点的值也如前述选项一样补为零或是保持前一个采样点的值。

单击Parameters...按钮会进入如图6.2所示的对话框：

图6.2 输入/输出数据对话框

用户可以选择数据文件的格式，除Text文本格式外，其余都是二进制格式的数据。指定文件格式后，单击Select File...按钮，系统会要求用户指定外部文件的位置和名称。如果该文件不存在，系统会给出相应的出错信息。

2、系统输出数据到外部文件

与输入数据相对应，系统也可以将运行结果按指定格式输出至指定文件，以便于保存或方便其它系统处理。

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在观察窗库图标的Analysis/Export组中，有一个External File的信号接收器图标，如图6.3所示：

图6.3 外部数据文件接收器

选中External File项后，单击Parameters...按钮会进入对话框中，同样要求用户指定输出数据文件的格式、位置和名称，如果该指定的文件不存在，系统会给出提示，询问用户是否创建该文件。设置完成后，再运行系统，就可以得到指定格式的输出数据文件。

七、动态探针功能

System View提供的动态探针(the dynamic system probe)功能既可模拟示波器显示又可完成频谱分析仪的功能。在模拟示波器时，可以同真正的示波器一样，将其设置为内触发、外触发等方式，还可以调整触发电平等。

利用该探针功能，还可以动态地控制系统运行。这里动态的意义是说，在系统运行期间暂停运行、改变系统参数，再继续运行，并实时地观察系统运行的结果，以达到动态控制系统运行的目的。也可以观察系统输出波形的频谱分析结果。图7.1是动态探针的显示窗口：

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动态探

图7.1 动态探针显示窗口

进入System View后，在系统窗口的左下角有一个小图标，如图7.1中所示，显示着一只手拿着一个探头的样子，这就是动态探针。用鼠标点住它，并拖到系统中的某一个图标上，就会出现一个如图7.1中所示的窗口。绿色的窗口内相当于示波器的显示窗。可选择多种显示方式。在默认的情况下，该窗口内显示的是A通道的输入信号，即A通道输入探针所位于的图标的输出信号。出现该窗口后，可以再把窗口右端的B通道输入探针B Input拖出来放至某一图标上，则该图标的输出信号即为B通道的输入信号。当A通道探头所位于的图标有多于1个的输出信号时，可以用窗口下部的下拉菜单

选择图标的某一输出

端口。显示方式由该窗口上部右起第二个按钮控制，每按该按钮一次变换一种显示方式，可以选择的方式有只显示A输入、同时显示A、B输入、以及A相对于B输入等，其中A相对于B输入还可以选择显示离散点或显示点连线两种方式。

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在系统运行期间，还可以用鼠标拖动探头的位置，以追踪某一信号的流程。用窗口下部的时域/频域切换按钮可以选择时域显示或是频域显示，按钮上显示“Time”时显示的是输入信号的时域波形；按钮上显示“Freq”时显示的是输入信号的频谱，这时该探头可作为频谱分析仪使用。

在系统运行期间，可以用窗口下部的开始

、暂停

、重新开始

、结束

等按钮控制系统的运行。窗口右上角的小方框内的颜色标志着不同的系统运行状态，当其为闪动的红色时表示系统现在暂停运行，持续的红色表示系统等待一个有效的触发，绿色表示窗口内正实时显示运行波形，蓝色表示运行结束。用暂停按钮终止运行后，可以按运行按钮继续运行或按重新开始按钮从头开始运行，而按结束按钮终止运行后，只能从头开始运行，不能从断点继续。暂停运行后，将鼠标置于某一图标上，单击鼠标右键从出现的快捷菜单中选择Edit Parameters...命令项，就可以在运行中修改图标参数，从而达到动态控制系统运行的目的。

在系统运行时，用触发方式选择按钮

可以在内/外触发方式之间进行切

换。切换到外触发方式时，系统要求指定某一图标作为外触发信号源。用触发显示按钮

可以选定是否在窗口中显示触发电平。触发电平选择按钮

可以确定

电平触发的方式：正/负电平或均可，或者关闭该功能。

第三个通道Z通道的输入波形不能实时显示在屏幕上，该通道的输入信号用来控制另两个通道信号波形的显示。用窗口上部最右端的按钮可以选择控制方式。与输入方式选择按钮相同，每按该按钮一次变换一种控制方式。可选择关闭该功能

、彩色控制

、黑白浓度控制

三种方式。关闭该功能，则Z通道

的输入信号不起控制作用；在彩色控制方式下，当Z通道的输入信号的幅度位于不同的区间时，屏幕显示的A、B通道输入信号的轨迹显示为不同深浅的不同颜色；在黑白浓度控制方式下，当Z通道的输入信号的幅度位于不同的区间时，屏幕显示的A、B通道输入信号的轨迹显示为不同深浅的灰色。

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窗口下端还提供了一些其它的功能控制项。当Speed项被

选中时，它前面的小方框变为绿色，这时调整滑动框可以调节系统运行的速度；若选中Span选项，则调整滑动框可以调节屏幕显示时域/频域波形的横坐标范围。当时域范围小于整个运行时间时，如果选择了保留原波形的状态，则后面的波形重叠在前面的波形上，即可绘制眼图等波形图。

八、子系统(MetaSystem)的功能

利用此功能，可以将已经调试好的且系统结构和功能比较固定的某一部分生成子系统，作为系统中的一个功能图标。它与其它库资源中的功能图标使用方法基本相同，惟一不同的是4.5以前的版本对子系统图标不能应用图标复制功能。 选择设计窗口工具栏上的“Create MetaSystem”(生成子系统)按钮

，

再拖鼠标选择有要生成子系统的图标，系统就会将选中的图标变为一个子系统的图标，并自动在子系统与系统其它图标连接处添加输入、输出端口，以方便子系统中有多个输入端或者多个输出端的图标与系统其它图标相连。已生成的子系统可以用“View MetaSystem”(展开子系统)按钮

展开，进入子系统内部进

行修改和调试。子系统可以保存为 *.mta文件。在其它地方要用到该子系统时只需双击调出一个子系统库的通用图标，并将该图标定义为事先保存的子系统文件即可。子系统具有如下功能：

．子系统嵌套：SystemView支持子系统的多层嵌套，即在子系统中还可以包含子系统。对嵌套层次数没有，但子系统层次过多会为调试和编辑带来不方便，故一般不推荐使用超过3层的子系统。

．全局参数链接功能：当系统中调用的子系统包含有全局参数链接的图标时，子系统 中带有的原来的参数链接会自动集成到新的系统中。

. 子系统自动链接：这项改进使子系统文件与系统源文件的关系更加灵活。当在某系统中第一次定义一个子系统时，系统出现如图8.6所示对话框，以提示

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是否将子系统文件与系统源文件进行自动链接。若选择“Yes”按钮，则子系统自动与系统源文件链接；

若在被链接到的系统源文件中对于系统做了修改，则这些修改会被自动地保存到子系统文件中。否则，调人的子系统与系统源文件不产生自动链接关系，在系统源文件中对子系统作的修改并不会影响到原来的子系统文件。以下是一个生成子系统的例子。

1、系统构建

定积分的公式：y(t)ttTtˆ)d(tˆ) „„① x(tˆ)dtˆ[x(tx(tˆ)x(tˆT)]dtˆ „„ ②

tˆ)dtˆ整理后得：y(t)x(t

tT在任意时刻t ，输出信号 y 是由输入信号 x（t）经过从t 开始到T秒时间间隔内积分的结果。图8.2所示系统按上述公式②构成的：

图8.1 定积分仿真系统图

系统说明：

Token 0–积分算法，在Operator/(Integral/Differential)/ Token 1–加法器

Token 2–取反操作， 在Operator/(Gain/Scale)/

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Token 3–延时， 在Operator/Delay/ Token 4–冲击信号源 在Source/Aperiodic/ Token 5–观察窗 在Sink/Graphic/

2、生成子系统 (Creating a MetaSystem )

图8.2 划出生成子系统的区域

用鼠标划出生成子系统的区域（上图方框所示区域）然后按控制条上子系统生成键

，自动生成如下系统：

图8.3 生成子系统后的系统仿真图

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Token 6 即为子系统。按

键可将其展开。

图8.4 子系统的展开图

图8.5利用子系统构造的新系统

图8.6 提示子系统自动链接对话框

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九、与仿真工具Matlab的接口

Matlab是目前十分流行的一个仿真工具。SystemView具有的M—Link功能可以在 SystemView的设计中直接调用Matlab的函数，或利用Matlab的分析工具检验仿真结果等。用户可以利用Matlab及其工具定义某些函数，编辑完成相应功能，设置参数等，并在 SystemView中调用之。SystemView的Matlab库可以包含Matlab中带有的所有成员函数，并可利用Matlab进行矩阵(向量)运算。事实上，任何Matlab的M-文件或MEX-文件都可以在SystemView的设计中调入。

从SystemView的专业库中拖出一个M-Link的图标，并双击它，出现如图9.1所示对话框。通过该对话框就可以调入各Matlab的函数或文件。已加入的文件显示在“Matlab Functions”列表框中，当前图标使用的函数文件显示在对话框右端的“M-Link Tokens\"列表框中。选择“Add Existing﹍﹍”或“Remove”按钮，就可以添加或删除当前包括的文件；选择“Create New﹍﹍”按钮，可以定义新的文件函数；选择“Define﹍﹍”按钮，可以编辑当前的文件；选择“Specify Matlab Function Editor﹍﹍”按钮，用来指定Matlab的编译器。函数设定好后，单击“Parameters﹍﹍”按钮进入参数设定对话框。最后单击“OK\"按钮确定。例如，在“Matlab Functions”列表框中选择某一文件(如SvuFFT．m)，并单击“Define﹍﹍”按钮，进入如图9.2所示对话框。

用户需要在各文本框中输入相应的参数或文字，定义该函数输入端、输出端及参数的个数，各输入端、输出端及参数的名字，该函数图标的类型，以及所完成的函数运算等。单击 “Add Definition(％SVU)”按钮，就会在其下面的编辑框中自动写入规定格式的说明语句；单击“Get Definition(％SVU)”按钮，可以自动将这些语句写为Matlab文件。函数编辑完成后，单击“OK”按钮确定，回到前面所示的界面。若需要，则单击“Parameters﹍﹍” 按钮设定参数，就完成了所有的函数设计。

完成整个系统的搭建工作及时间设定后,运行该系统,SystemView 会自动启动Matlab,完成相应运算,并输出结果.在设计中,用户也可以利用Matlab的调试工具对其进行调试,直至成功. 9.1功能简介

SystemView的Matlab库经过精心设计，有效地提高和补充了SystemView的性能。它全面地集成Matlab 的. M 和. Mex文件，提供了在System View 中定义Matlab函数所需的所有工具，包括编辑函数，创建新函数和设置函数参数等。所有这些任务均可通过一个用户友好和标准的SystemView库界面完成。在SystemView仿真中，可以具体地完成以下工作： 1. 使用已经存在的Matlab仿真。

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2. 包含Matlab的用户库。 3. 用Matlab脚本编写自己的模块。 4. 和Matlab之间输入输出信号数据。

5. 使用Matlab和SystemView的分析工具检查仿真结果。 6. 创建/编辑/跟踪调试Matlab脚本。

7. 把Matlab中的函数参数代数连接到SystemView 中的系统变量或全局常量。 9.2 使用

在SystemView中创建一个Matlab的函数库，然后在给出的System view 的图符块中选择要使用的函数，这样任何一个Matlab的.M和.Mex 文件均可合成到SystemView的一个图符块中。这个M-Link选项仅仅是简单地集成了计算机中现存的Matlab 的. M和. Mex 文件的索引。创建一个函数库后，在以后的 System View仿真中，可以使用其中所有包含的函数。既可以随时添加新函数，也可以任意删除已经存在的函数。

操作步骤如下：

1. 单击Tools下拉菜单中M-Link选项，然后单击Edit Library选项，如图9-1。

图9-1

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2. 单击Add Existing按钮，显示如图9-2所示的 Select Matlab Function对话框。

图9-2

3. 选择C:\\ Matlab\\ toolbox\\ matlab\\ datafun，单击“打开”按钮，显示如图9-3。

图9-3

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4. 单击OK按钮关闭该窗口，返回SystemView M-Link Library-Edit对话框，如图9-4 所示。

图9-4

5. 单击OK按钮，返回到SystemView设计窗口。 至此，一个SystemView的Matlab库已经制作完成。 在SystemView M-Link Library-Edit对话框中：

1. Matlab Functions列表框：其中列出了当前在SystemView M-Link 选项中所有包含的Matlab函数，可从中选择一个。

2. Matlab Tokens列表框：其中列出了在当前SystemView系统中所有使用的Matlab图符符号。

3. Add Existing按钮：单击该按钮，在SystemView M-Link选项中添加一个已经存在的Matlab函数。

4. Remove按钮：删除Matlab Functions窗口列表中已选中的Matlab函数。

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5. Create New按钮：在SystemView M-Link选项中创建并添加一个新的Matlab函数。单击该按钮，在其中可以编辑Matlab函数的代码。

6. Define按钮：修改一个选中的Matlab函数的定义。单击该按钮，显示Matlab函数定义窗口。

7. Specify Matlab Function Editor按钮：指定Matlab的.M文件的编辑器。单击该按钮，显示如图所示的Select Preferred Matlab Editor对话框。

在SystemView Matlab函数定义窗口中： 1. Assigned Input Definition选项组：定义输入。 2. Assigned Output Definition选项组：定义输出。 3. Parameter Definition选项组：定义参数。

4. Attribute Definition选项组：定义函数类型。（Source：只有输出，General：有输入也有输出，Sink：只有输入，没有输出。）

5. Function Picture选项组：设置函数图符的显示图片（改变M-Link的外观）。

6. Function Syntax Definition选项列表框：Matlab函数计算的表达式。输入输出以及参数用其标题名称代表，这是在表达式中必须采用的命名方式。函数的参数（不包括字符串参数），由于其值在调用之间已经保存，所以可以在表达式中作为Matlab的工作变量使用。其下方的文本框显示的内容为该函数的代码，可以直接编辑。

7. Get Definitions按钮：从指定的.m文件中获取函数的定义注释，保存在SystemView系统的剪贴板中。

8. Add Definitions按钮：在.m文件中粘贴函数的定义注释。

9. Launch Editor按钮：加载.m文件的文本编辑器编辑该函数。单击该按钮，显示Matlab编辑函数窗口。 10.

Refresh…按钮：强制SystemView从.m文件重新读取当前文件，并在

文本框中显示。

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9.3 一个简单的例子（累计求和） 1. 电路设计，如图9-5。

图9-5

Token0是Source/Aperiodic/Step Fct，参数设置： Amp=1； Start

Time=0；Offset=0；输出恒为1。

Token2的函数完成对Token0输出信号的累计求和。步骤及参数如图9-6。

图9-6

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上图中Function Syntax Definition框中的内容为 sum=sum+m; y=sum; end

2. 运行结果： （1）原始输入信号：

图9-7

（2）累计求和输出：

图9-8

9.4 复杂例子（m序列跳频码的产生） 1. 原理 （1） m序列

m序列是一种线性移位寄存器。如图所示。

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图9-9 n级线性移位寄存器

图中的n个小方框代表n个寄存器，从左往右依序称为第1级、第2级至第n级寄存器。每个寄存器可以取0至（p-1）种状态之一，这p个状态可分别看作GF(p)中的p个元素。

图中的Cn代表一个乘法器，它是当输入为a时，输出为c*a的开关电路，这里c,aGF(p)，乘法按模p运算。

开始时，设第一级的内容是an-1，依次类推，第n级的内容是a0，则这个移位寄存器的初始状态是（a0a1 „ an-1）。当家上一个移位脉冲时，就把每一级给下一级，第n基的内容作为输出。

为了便于讨论，这里引进p元n基线性移位寄存器的联接多项式。

（2）m序列到跳频序列的映射

一个线性移位寄存器，在移位脉冲的相继作用下，他的状态不断转换。我们把这样相继转换而得到的一系列状态的全体，称为该线性移位寄存器的状态序列。如果该线性移位寄存器产生m序列，就称相应的状态序列为m状态序列。

如果可利用的频隙数目为q=2n-1，在这种情况下，可以使用n级m序列发生器的状态输出来控制频率合成器。

为讨论方便起见，通常将状态序列用十进制数字表示。表示移位寄存器状态的r重字与十进制数字的关系是：

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给定素数p和一个正整数r，设 Pr={0，1，2，„ ， pr-1}

Pr={(ω0ω1ω2 „ωr-1)|wi ∈GF(p),0≤ i≤r-1}式中Pr表示GF(p)上的r重字集。

存在一个从Pr到Pr的一一映射σ，对于所有的ω，有 ω={ω0ω1ω2 „ωr-1}∈Pr 对应有

ωσ=ωi pr-1-i ∈Pr

i0r1 2. 实现

（1） 构造序列：

因为本文取蓝牙系统的跳频数为79，因此采用7级m序列发生器，序列长度为127。如图所示。

图9-10 7级m序列发生器

上图的多项式：f(x)=x7+x+1 (3-2) 即反馈为

序列初始状态a0至a7为10000000 利用Systemview硬件实现：

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图9-11 m序列发生器

运行时间2.秒，时钟周期0.02秒，即0.02*127=2.s

表 9-1 m序列发生器参数

图标序号 0，1，2，3，4，5，6 7 图标名称 D触发器 参数设置 Threshold=0,TrueOutput=1, FalseOutput=-1 方波脉冲序列发生器 Amp=1,offset=-0.5, Freq=50Hz,PulseWidth=0.01 8 异或门 Threshold=0,TrueOutput=1, FalseOutput=-1 9 逻辑反运算 Threshold=0,TrueOutput=1, FalseOutput=-1 10 结果：

观察窗 无 53 53

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图9-12

即长度为127的码序列：

10000，00100，00011，00001，01000，11110，01000，10110，01110，10100，11111，01000，01110，00100，10011，01101，01101，11101，10001，10100，10111，01110，01100，10101，0111，11

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第三部分 数字通信系统实验

实验一 相移键控 PSK

一、概述

用数字信号的离散值对载波的幅度、频率、相位进行键控，可获得 ASK、FSK、PSK。这三种调制方式在抗加性噪声能力、信号频谱利用率等方面，以相干PSK性能最好。目前相干PSK已在中、高速传输数据时得到了应用。

二、实验原理及其框图

二进制相移键控（ 2PSK ） 就是根据数字基带信号的两个电平， 使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。 通常，两个载波相位相差π弧度，故有时又称为反相键控（PRK ）。如果被调制的二进制信号是用正负电平表示，那么，2PSK与双边带抑制载波调幅（DSB ）是完全等效的。因此， PSK 信号可以写成如下形式：

SPSK(t)=A∙a(n)∙cos(0t+)

1、调制部分：在2PSK中，通常用相位0或180来分别表示1或-1。在这里用调相法来生成2PSK，将数字信号与载波直接相乘。这也是DSB信号产生的方法。

SBPSK(t)=cos(0t+i) , i=0或

Acos(0t) a(n)=1 SBPSK（t）=

Acos(0t) a(n)= -1

原理框图

基带信号a(n) 调制信号SBPSK（t）

载波Acos(0t)

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2、解调部分：BPSK必须采用相干解调，如何得到同步载波是个关键问题。

原理框图

SBPSK(t) 解调信号â（n）

LPF

本地载波Acos(0t) 三、实验步骤

1、根据BPSK调制与解调原理 ，用Systemview软件建立两个仿真电路：

（1） （2）

2、元件参数配置：

1）Token0: 基带信号—PN码序列 （频率=50Hz ， 电平=2Level） Token3,8: 载波—正弦波发生器 （频率=1000Hz ） Token1,2: 乘法器

Token4: 低通滤波器 （截止频率=225Hz） Token5,6,7： 观察点—分析窗

在理想无噪声情况下—电路1（图一）。 在有高斯噪声情况下—电路2（图二）。

（图一） 2）Token 9: 加法器

Token10： 高斯噪声 （功率密度=0.000001W/Hz） 其余同图一

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（图二） 1、行时间设置

电路1： 运行时间=0.5秒 采样频率=20,000赫兹 电路2： 运行时间= 1 秒 采样频率=20,000赫兹

2、运行系统

在Systemview系统窗内分别运行电路1，2后 ，转到分析窗观察Token5,6,7三个点的波形。

3、功率谱

在电路1的分析窗内功率谱。 4、眼图

分别绘出系统在理想无噪情况和有噪声的情况下的眼图1、眼图2。

四、实验报告

1、观察电路1的实验波形 ：Token5－基带信号波形；Token6－调制波形；Token7－解调波形。

2、整理波形，存入实验文档PSK－01，并与参考文档PSK－02相比较。

3、观察电路1的PSK功率谱，结果存入PSK－P文件中，以便与后面实验相比较。

4、观察BPSK的眼图1，2的不同之处，并分析原因。

5、改变噪声功率值，观察噪声对眼图的影响，理解眼图的作用。

6、考虑在绘制眼图时，为什么要加长系统运行时间，以及参数\" Length\"的取值根据。

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实验二 最小频移键控 MSK

一、概述

近几十年来，随着大容量，远距离数字通信的发展，出现了新问题：信道中存在着带限和非线性的特性。例如: ⑴ 系统收、发端的中频滤波器具有带限特性；⑵ 发射机的高频放大器，行波管放大器等非线性器件，具有幅相转换效应（AM∕PM）。即当一些幅度变化的数字信号通过时，会使已滤除的带外频率分量几乎全部恢复，从而发生频谱扩展现象。又因为频带资源有限，要求现代数字信号传输：⑴节省频谱，⑵高效率地利用带宽。所以，已调波有两点要求：⑴包络恒定：减小AM∕PM效应；⑵ 最小功率谱占用率：即调制波具有快速高频滚降特性。故现代数字调制技术是“具有最小功率谱占用率的恒包络数字调制技术”。现代数字调制技术的关键在于相位路径的连续性，从而减小频率占用。近些年来新发展起来的技术主要 分两大类：

1、连续相位调制技术（CPFSK）：在码元转换期间无相位突变。例如：MSK，GMSK等。

2、相关相移键控技术（COR—PSK）：利用部分响应技术，对传输数据先进行相关编码后，再调相（或调频）。例如：TFM 等。 二、实验原理

连续相位频移键控（CPFSK） 使已调波既能保持包络恒定， 又能减少带外辐射功率。它主要用于卫星通信和移动通信。而MSK（最小频移键控）是CPFSK 的一种。

1、MSK信号的表示：

SMSK(t)=Acos[0t+(t)]=Acos[0t+(akt2Tb)+k]= Acos[0t+k(t)]

kTb≤t≤(k+1)Tb

相位函数 k(t)=akt(2Tb)+k （t同上）

式中，0为载波频率；Tb为码元宽度；aK为第K个码元的数字符号；k为第K个码元的载波相位常数，它在一个码元内保持不变。 根据相位连续的要求，不失一般性可认为：k=0或π(模2π)。 2、MSK信号的特点：

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1）调制波信号的振幅是恒定的； 2）信号频偏 f/2=(f2-f1)/2=1/(4Tb)；

3）调制指数 h=fTb=1/2,所以称为“最小”频移键控；

4）以载波相位为基准的信号相位， 在一个码元内准确地线性变化 ( /2 ) 或 (- /2 )；

5）在一个码元期间内，信号应包括四分之一个载波周期的整数倍； 6）在码元转换时刻，信号的相位是连续的。 3、MSK调制方法

MSK信号的产生有两种方案：

(1)把MSK信号看成是调制指数h=0.5的CPFSK信号,并利用FSK实现； (2)把MSK看作是由彼此正交的载波分别被函数cos(t)与sin(t)进行振幅调制后合成的，称为正交调制法。本实验采用正交调制法。则信号表达为：

SMSK (t)=cosk cos(t2Tb) cos0takcosksin(t2Tb)sin0t

=Ik·cos(t2Tb)cos0tQK sin(t2Tb)sin0t

步骤为：

⑴先对输入基带信号进行差分编码；

⑵将⑴的输出数据用串∕并变换器分成I，Q两路，并相互交错一个码元宽度； ⑶用加权函数cos(πt/2Tb)和sin(πt/2Tb)分别对I、Q两路数据加权； ⑷对加权后的数据分别进行正交载波调制。 原理框图 IK cos(πt/2Tb) cosω0t SMSK(t) 差分 串并BPF {a(n)} 编码 变换 QK sin(πt/2Tb) sinω0t

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4、解调部分

清洗积分 判决 解调信号â（t）

SMSK(t) 并串差分相干载波 变换 译码

三、实验步骤

1、根据MSK调制解调原理，用Systemview软件建立仿真电路，如下图所示：

清洗积分 判决 2、元件参数的配置：

Token 0: 基带信号—PN码序列 （频率=50Hz） Token16,17,25,24: 载波—正弦波发生器 （频率[16，

25]=12.5Hz，[17,24]=1000Hz）

Token1,5,8,9,28,29,34: 采样器 采样频率[1,5,34]=50Hz，

[8,9,28,29]=25Hz）

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Token10,11,30,31,35,42: 保持器 （保持 [10,11,35,42]=Last value ;

[30,31]=0）

Token6,7: 数字延迟器 （延迟 [6]=2 Sample ; [7]=1 Sample） Token43,44,32,36: 模拟延迟器 （延迟 = 0.02 sec） Token26,27: 清洗积分器 （时间 =0.04 sec）

Token2: 整形器 （输入 [最小]=0V ；[最大]=1V ；增益=1） Token3,37: 逻辑异或门 （门限=0.5V；输出[TRUE]=+1；[FALSE]=-1） Token4： 放大器 （增益=1）

Token19： 模拟带通滤波器 （极点=7个 ；通带频率

=775Hz1225Hz）

Token12,13,14,15,20,21,22,23: 乘法器 Token18,33: 加法器 Token38,39,40,41： 观察点—分析窗 3、运行时间设置：

运行时间=0.5 秒 采样频率=20,000Hz 4、运行该系统

在Systemview 系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察Token38,39,40,41四个点的波形。 5、功率谱

在分析窗绘出该系统调制后的功率谱。

四、实验报告

1、观察实验波形 ：Token38－基带信号波形；Token39—差分编码波形；Token40－调制波形；Token41—解调波形。 2、整理波形，存入实验文档MSK－01。

3、比较Token38和Token41的波形，分析产生延迟的原因。

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4、将Token40的波形局部放大，说明MSK是相位连续的特点。 5、比较Token38和Token39的波形，写出差分编码的公式。

6、观察功率谱，存入MSK-P文档中，并与保存在ASK-P和FSK-P中功率谱相比较，尤其是ASK-P与MSK-P、PSK-P与MSK-P比较，并说明MSK的优点。 7、分析由Token1,3,4组成的差分编码电路和由Token2,36,37组成的差分译码电路的原理。

8、理解为何Token6取2Sample，且载波必须是正弦波；Token7取1Sample，且载波必须是余弦波。

9、分析Token16与17，Token26与24不可任意掉换顺序的原因。 10、将以上的结果存入MSK-01文档中。

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实验三 QPSK系统原理仿真

一、概述

在许多实际的数字传输系统中多采用多进制的数字调制方式。多进制数字调制系统的信息传输速率高，信号码元的持续时间要比二进制的宽，能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响等。多进制数字调制随着社会对信息传输需求的增长和现代技术的发展，得到了广泛的应用。

二、实验原理

QPSK即为4PSK。可表示为两个2PSK信号相加而成。

1、QPSK信号的表示： SQPSK=Acos(ωo +θn)=Acos(ωo+2nπ/4) 2、调制部分：

本实验采用正交调制的方法。 原理框图 二进制码输入 I通道 I通道同相2PSK Rb/2× RbPN码 串 / 并 cosct载波 Σ ＋ － QPSK输出 Rb/2Q 通道

sinct× Q通道正交2PSK 其中，PN码序列为：

m(t)ang(tnTs)n0I通道同相信号和Q通道正交信号分别为：

I(t)a2k1g[tkTs]k0Q(t)a2kg[tkTs]k0QPSK输出信号为： S63

QPSK(t)I(t)cosctQ(t)sinct63

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2、解调部分

本实验采用相干解调的方法。 信号 QPSK 三、实验步骤

1、根据QPSK调制原理，用Systemview软件建立仿真电路，如下图所示：

90o移相 接收滤波器 判决 载波恢 复 接收滤波器 判决 二进制信息 并串变 换

2、元件参数的配置：

Token 0，2: 方波脉冲序列发生器 （频率[0]=1000Hz；[2]=500HZ）

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Token 1: 伪随机序列发生器

Token3: D触发器 （Gate Delay=0sec, Threshold=0v, True Output =1v,

False Output =-1v, Set*=t4 Output0, Data=t1 Output0, Clock=t2 Output0,Clear*=t4 Outpu t0）

Token4，6，10: 正弦波发生器 （频率 [4，6]=0Hz；[10]=2000HZ） Token5: D触发器 （Gate Delay=0sec, Threshold=0v, True Output =1v,

False Output =-1v, Set*=t6 Output0, Data=t1 Output0, Clock=t7 Output0, Clear*=t6 Output0）

Token7: 非门 （Threshold=0v, True=1, False=-1）

Token15: D触发器 （Gate Delay=0sec, Threshold=0v, True Output =1v,

False Output =-1v, Set*=t6 Output0, Data=t5 Output0, Clock=t2 Output0,Clear*=t6 Output0）

3、运行时间设置：

运行时间=0.01 秒 采样频率=30000Hz 4、运行该系统

在Systemview 系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察波形。 5、根据QPSK解调原理，用Systemview软件建立仿真电路，如下图所示：

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6、元件参数的配置：

TOKEN0： PSK信号发生器（幅度=1V；频率=100HZ；速率=20HZ） TOKEN3： PSK解调器。 TOKEN4： Costas环。

TOKEN6： 采样器（速率=20HZ） TOKEN9： 保持器（增益=1） 7、运行时间设置：

运行时间=0.5 秒 采样频率=1000Hz 8、运行该系统

在Systemview 系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察波形。

四、实验报告

1、观察实验波形：调制部分的Token 13－PN码；Token 12－同相分量；Token 14－正交分量

2、整理波形，存入QPSK-1文档。

3、观察QPSK功率谱，以便与后面实验相比较。

4、观察Sink12和Sink14组成的理想QPSK信号相位转移图。

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实验四 窄带调频与解调

1.窄带调频与解调的System View 仿真

f(t)KFM∫f(t)dt-л/2SFM(t)Acoswtc

图1 窄带调频的原理框图

SFM(t)带通滤波器低通滤波器微分A/2 Kf(t)∫- Sinwtc

图2窄带调频相干解调原理图

根据上面的框图，做出相应的仿真系统并画出： ①调制信号波形图；②窄带调频频谱；③相干解调后的波形图：④分析频谱的特点。

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