Systemview软件仿真实验指导书

Systemview软件仿真实验
Systemview动态系统仿真软件是为方便大家轻松的利用计算机作为工具，以实现设计和仿真工作。

它特别适合于无线电话（GSM,CDMA,FDMA,TDMA)和无绳电话，寻呼，机和调制解调器与卫星通信（GPS,DBS,LEOS)设计。

能够仿真(
c,4x c等）
3x
DSP结构，进行各种时域和频域分析和谱分析。

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。

它有大量可选择的库允许你可以有选择的增加通讯，逻辑，DSP和RF/模拟功能。

它可以使用熟悉的windows 约定和工具与图符一起快速方便地分析复杂的动态系统。

下面大家可以清楚地了解systemview系统如何方便地辅助您的工作。

让我们首先来看一下它的各种窗口：
—systemview系统窗
systemview系统设计窗口如下:
图表1系统窗
1 第一行《菜单栏》有几个下拉式菜单，通过这些菜单可以访
问重要的systemvie功能包括File, Edit, Preference, View,
Notepads, Connections,Complier, System, Tokens, Help.用鼠标选中每个菜单都会下拉显示若干选项。

假如我们需要打开一个文件，则只需要用鼠标点中open.....既可，系统会显示对话框提示输入文件名或选择文件名。

2 第二行《工具栏》是由图标按扭组成的动作条:
图标1 清屏幕图标2 消元件
图标3 断线图标4连线
图标5 复制图标6 注释
图标7中止图标8运行
图标9 时间窗图标10分析窗
图标11 打开子系统图标12 创建子系统
图标13 跟轨迹图标14波特图
图标15 画面重画图标16 图标翻转在systemview系统中各动作的操作顺序为：
1）用鼠表单击动作按扭
2）单击要执行动作的图符
3 左侧竖栏为《元件库》，将在后面作详细介绍。

二Systemview 系统分析
分析窗是观察用户数据的基本载体，在系统设计窗口中单击分析按扭（图标是示波器）既可访问分析窗口。

在分析窗口有多种选项可以增强显示的灵活性和用途。

分析窗显示如下：
图表2 分析窗
1 第一行《菜单拦》，包括File,Edit,Preferences,Windows,Help。

2 第二行《工具栏》包括：
图标1 绘制新图图标2 画面打印图标3 恢复
图标4 点绘图标5 连点图标6 星座图
图标7 窗口垂直排列图标8窗口水平排列图标9窗口层叠图标10 x轴对数化图标11 y轴对数化图标12 窗口最小化
图标13窗口最大化图标14 动态模拟图标15 统计
图标16 返回系统窗
通过这些图标我们可以从各个角度观察仿真结果，从各个方面了解系统性能，这在后面我们会清楚地感觉到。

3 在分析窗的底部有一个非常有用的接收计算器图标：
单击这一按扭，会出现如下选择对话框
图表3 接收计算器
通过这个窗口我们可以对信号实施各种变换,观察信号频谱，眼图，散射图等。

（1）频谱显示（FFT）
分析窗的一个重要特点是具有获得用户数据各种频谱图的能力。

只用选择频谱显示方式或把“接收计算器”选择成“FFT”，则谱分析操作就会在活动的图形窗中执行。

在接收计算器中使用FFT操作一般注意：
FFT是在2的整数次幂个点上完成操作的。

如果用户数据个数不是2的幂次则系统自动补零，使数据达到2的幂次。

用户可通过在系统窗口中使用FFT设置“Set For FFT”按扭控制数据长度，当对补过零的数据实行FFT 反变换时,时间函数中会出现所补充的数据。

.
( 2 ) 散射图
散射特性允许用户绘出两个相关的,参数对应的时间函数,如相反的时间方向轴图形。

这种效果可通过以下简单的例子说明。

1）生成一个单位幅度正选弦和一个单位幅度余弦信号。

2）进入分析窗口并显示这两个波形。

3）在“Sink Calculator”中，选择“Style”和“Scatter Plot”。

选择一个为X,一个为Y。

4）单击“OK”。

新显示窗中会显示出一个圆（方程是半径为1的单位圆）
( 3 ) 切片（Slice Time)
这个特性能创建一个单一信号的重叠（叠加）图形。

在分析数字通信系统扰动时常用这个特性产生所谓的“眼图”。

当在“sink calculator ” 选择了这个特性后，绘图时使用的当前的时间参数就是省缺值。

“Slice Time ” 省缺值是系统的总时间。

设有如下参数：
Start Time =0 sec
Stop Time =100 sec
Slice Time =100sec
则系统的输出就从起始时间t=0到终止时间t=100秒时正常的波形图。

选择“Slice” 后，图形将按如下方式叠加在一起：
图形1（Plot1)0<=t<=2
图形2 （Plot )2<=t<=4
图形4 （Plot 3)4<=t<=6…….
一共50个图。

如果输出是具有每比特T秒的经滤波的数字波形，则选择
Slice Time =Tsec, 这会产生比特图叠加，生成眼图模式。

( 4 ) 转换
在分析窗口的右下方有一个滚动棒。

使用这个滚动棒可以对图形实行水平和垂直方向的滚动。

对x轴和y轴坐标可以实行分别控制。

提示：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。

Systemview会自动放大区域内的图形。

提示：按下鼠标左键并拖拽鼠标就可以观察到放大后图形的其它区域。

三《元件库》
元件库位于系统窗左侧竖栏的位置，其图符显示如下：
图表4 元件库
图标0：《信源库》图标1：《加法器》图标2：《输入/输出库》图标3：《操作库》图标4：《函数库》图标5：《乘法器》
图标6：《信宿库》
四创建系统
1 创建信号源，信源库显示如下：
图表5 信源库
信源库提供给用户系统要输入的信号源，上图显示的是各种可选择的信号。

例如：创建一个正弦信号源步骤如下：
（1）双击“信源图符”，进入信源库菜单。

( 2 ) 在源库菜单内单击“sinsoid”图标，选中该元件。

（3）再单击“Parameter”（参数）按扭，进入参数选择菜单。

( 4 ) 在参数设置窗内，按照不同的要求，输入参数。

如在上图中输入正弦波幅度为1，频率为10，然后再按“OK”即可返回源库菜单。

（5）在源库菜单内，单击“OK”返回系统窗。

完成设置。

2 操作库（算子库），如下图所示：
图表6 算子库
操作库是本软件中最核心的部分，它其中的功能非常强大，它把很多复杂的功能集成为一个小框图，其中的每一个算子都把输入的数据作为运算自变量，以实现对用户数据的操作。

各个算子名称依次为：
1 延迟2模余数计算3保持4数据开关
5逻辑异或 6 FFT 7抽样器8采样器9逻辑与10逻辑与非11增益12平均13 线性系统14逻辑或15逻辑非
16序列统计滤波17采样延迟18数字变换19比较
例如创建线性系统步骤如下：
（1）双击“操作库”图标，进入操作库菜单。

（2）在操作库菜内单内单击“线性系统”图标，选中该元件。

（3）再单击“Parameter”按扭，进入参数设置菜单。

（4）在参数设置菜单内，按不同的要求设置参数后，单击“OK”键返回操作库菜单。

（5）在操作库菜单内，单击“OK”键返回系统窗。

算子库中的线性系统图符（Linear System)是SystemView中具有多种用途而且功能很强的图符之一。

只要把它简单地放置在用户系统中，就能实现任何显学线性系统的传递函数。

但是，这个图符的定义要使用一个具有大范围选项的定义窗口和滤波器，其中包括若干有限冲激响应（FIR）和无限冲激响应（IIR）滤波器。

此外，用户还可以自定义在Z 域内有任意个零极点的复杂线性系统。

线性系统设计窗口如下
图表7 线性系统设计窗口
可以用如下几种方法定义线性系统图符：
*人工输入Z域系数{a k,b k}。

用户可以输入传递函数的分子分母来定义一个线性系统，首先在确定系数个数的文字框内分别输入分子和分母的系数个数，然后在系数框内输入用户系统的多相式系数。

输入结束后，传递函数的单位冲激响应的时域或频域波形就会出现在图形框内，输入的系数可以文件的形式保存，方法是在线性系统设计窗口文件菜单中选择保存文件命令“Save Coefficient File”。

*从外部文件读入Z域系数{a k,b k}。

通过读入外部文件，也可以达到输入系统系数的目的。

数据文件必须满足如下要求：
1、数据必须是文本格式或32bit二进制格式。

2、分子系数在前分母系数在后，且输入系数前必须有个数说
明
3、每个数据占一行，数据之间不能有空行。

FIR滤波器设计。

通过选择菜单条上的FIR可以进入FIR滤波器设计窗口，它包含两种滤波器。

第一组包含六种滤波器：
低通滤波器（LOW PASS）
带通滤波器（BAND PASS）
高通滤波器（HIGH PASS）
希而伯特变换（HILBERT TRANSFORMS）
差分器（DIFFERNTIAUOR）
带阻滤波器（BAND REJECT）
当选择了其中任何一个滤波器后，都会出现一个响应的设计窗口，用户可以输入滤波器的通带宽度、过度带以及截止频带等滤波器参数。

此外，还能对响应形式的滤波器设置通带内的纹波系数。

对滤波器而言，所有频率都应是采样频率的分数。

例如，系统的采样速率为1MHZ，所设计的FIR低通滤波器的截频率为50KHZ，则滤波器的设计窗口输入的截止频率为0。

05
（50KHZ/1MHZ）
如果在滤波器前面接连的是抽样器或采样器图标，则这些图符的频率也必须是滤波器采样频率的分数。

用户能用单击抽头数估计按扭“Tap Estimate”观察实现滤波器所须要的抽头数。

一旦系数计算结束，滤波器的系数和响应曲线会显示在屏幕上，系统在显示命令省缺时显示时域波形。

用户还可以选择增益、相位、或群延时波形，用户可以通过改变波形显示区下方的最大、最小和采样速率的数值调整波形图的标尺。

作为一个例子，让我们设计一个FIR低通滤波器。

在FIR 菜单上选择低通滤波器后，屏幕上将出现如图所示的低通滤波器设计窗口。

在这个窗口的右边是一组用来确定滤波器抽头、通带内纹波系数以及最大迭代次数的文字框，其中的数字用于计算FIR抽头系数的算法中。

在窗口中，有用于选定滤波器通带内增益、通带转折频率、过度带宽以及滤波器截止带内增益等参数的文字框。

输入的数据如图。

注意，“No. FIR Taps”文字框内的数字最大可以是1024。

不过，最好的处理方法是按一下“Tap Estimate”按扭，实现滤波器所需要的抽头数会自动出现在文字框内
当设计参数输入结束后，单击OK进行系数计算。

在进行系数计算时，会有一个过程条出现以指示系数计算的状态。

计算结束后，滤波器的时域单位响应曲线会出现在图形显示区内。

单击增益选项，可以看到如图所示的波形图：
第二组FIR滤波器全部示基于标准单位冲激响应和公共窗函数结合的低通滤波器设计。

在系统窗口可生成五种类型的窗口FIR滤波器：
Hanning Hamming Bartlett Blackman Elanix
设计工作从选择窗函数开始，窗函数选择好后会出现设计窗口，设计窗口中显示出滤波器的形状。

与前面的FIR滤波器设计相同，窗口中有数据输入区，数据输入结束后，按一下“Tap Estimate”按扭估计出所需要的抽头数。

从库中选择某个IIR滤波器。

通过选择菜单上的IIR可以设计四种无限冲激响应滤波器：巴特沃斯（Butterworth）
贝塞尔(Bessel)
切比契夫(Chebechev)
线性相位(Linear Phase)
这些滤波器可以示低通高通或带通。

当在下拉式菜单中选择其中的一种型的滤波器后，屏幕上会出现一个响应的设计窗口：
所选滤波器的一般形状由滤波器的类型所决定。

需要输入的是滤波器的阶数（即极点数）、3dB带宽以及相应的纹波系数。

作为例子，我们设计一个切比契夫IIR低通滤波器。

确定系统采样频率为1M或者，在IIR的下拉式菜单中选择“Lbrary”。

要确定滤波器，单击“Chebechev”、“Low Pass”，输入极点数“9”输入带内纹波系数（0.1dB）和截止频率20KHZ。

所有上述数据输入结束后，单击OK，所设计滤波器的单位冲激相应波形好就会出现在图形区：
把用户系统设置在拉普拉斯（Laplace）
如果已经有了拉普拉斯变换式，Systenview会提供在一个单一图符内实现连续线性系统的能力，在拉氏域设置完参数后，系统会自动计算Z域的各项系数。

另外，在Systemview系统中，可以很方便地观察到各系统地跟轨迹和波特图，只须按一下跟轨迹或波特图按扭即可。

五系统定时
用鼠标单击定时图符按扭，就能打开如图所示的系统定时窗口。

图表8 系统定时窗口
系统定时在仿真过程中控制仿真速度和精确度，我们应根据仿真的实际需要来定义时间窗的各项参数。

1 起始时间和终止时间
起始和终止时间控制运行时间的范围。

SystemView对系统仿真运行时间基本上没有限制，只是要求停止时间值要大于起始时间值。

2 采样率/采样间隔
这两个数值在系统仿真过程中控制着时间步长。

请记住，SystemView是一个离散时间系统。

用户可以设定采样率或采样时间间隔。

必须注意，在SystemView中，采样率=1/采样间隔，这说明二者不是互相独立的系数，改变其中一个数值后系统会自动修改另一个。

3 采样点数（No.Samples）
这个输入参数用于指定系统仿真过程中总的采样点个数采样点数的基本计算关系是：
采样点数=（终止时间—起始时间)*采样率+1
下面是两个终止时间为1秒，频率为2，采样率不同的正弦波形：
图表9 采100HZ 采样率15HZ 从图中我们可以看出采样率越大，仿真波形越精确，但是这样延长了系统仿真的时间，因为Systemview系统本身是一个离散时间系统，如果采样率太大，则仿真波形不能显示到终止时间，如果采样率太小，仿真波形会严重失真，所以我们必须适当地选
择采样率，通常是根据实际仿真精度需要和所仿真信号频率设置采样率，以得到比较理想的仿真结果。

4频率分辨率
这个参数是指系统对用户数据进行Fourier变换时，根据时间序列所得到的频率分辨率。

频率分辨率=采样率/采样点数
5 更新数值
用户更改了某一个时间参数后，只需按下“Udate”，系统就自动对其它参数进行修改。

6 系统循环次数
这是一个十分有用的功能，目的是提供用户系统自动重复运行的能力
循环复位功能（Reset System On Loop）将控制用户每一次运行后系统的操作。

如此功能被关闭，则用户系统每次运行的参数都将被保存起来；若此功能被击活，则每一个运行循环结束后，所有图符的参数都复位。

六补充说明
Systemview动态系统分析软件是一个功能强大，有多种用途的工具件，使用Systemview，只要使用眼睛、鼠标器，当然，更重要还有大脑，就可以实现复杂系统的设想、设计和测试而不必学习计算机程序编制。

本文上述的软件介绍还只是它的最基本的功能（学习版），下面的系统仿真也只是应用学习版来设计的。

Systemview的功能远不尽如此，在32位专业版中，线性系统和计算器的功能热闹感更加强大，系统速度加快，且图标个数一般不会受到限制。

除此之外，专业版还增加了通信库、DSP库、射频/模拟库、逻辑库、专业版基本模块、用户代码扩充模块以及APG自动程序生成模块等。

应用专业版可以完成更复杂系统的设计、测试及仿真等。

一信号的幅度调制
一概述
模拟通信现在虽然已不多用，但它仍然是通信系统的基础。

由于从消息变换而来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不适宜直接进行传输。

因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接收端则需要有反调制过程——解调过程。

调制在通信系统中具有十分重要的作用，所谓调制，就是按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波的某些参数的过程，下面我们讨论一下模拟调制调制方式的基础——幅度调制。

二原理及框图
幅度调制是正弦型载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。

设正弦型载波为
s(t)=Aco s(w t+a)
式中w──载波角频率；
A──载波的幅度；
a──载波的初始相位。

那么，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为
S(t)=Am(t)cos(Wt+a)
式中m(t)为基带调制信号。

下面是幅度调制的原理框图：
Sm(t)
cosWt
由以上表示式可见，幅度已调信号，在波形上它的幅度随基带信号变化而呈正比例地变化；在品扑结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移（精确到常数因子）。

由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制又称为线性调制。

因而，从频域的角度来讲，要恢复原来的信号，只须加适当
的滤波器即可，对已调信号进行频谱的反向搬移。

由以上可知，所谓调幅信号，就是用信号的幅度来装载信息，以达到远距离通信的目的。

三步骤
1 根据幅度调制与解调原理，用Systemview软件建立一个仿真电路，如下图所示：
图表10 仿真电路
2 元件参数配置
Token 0,2 余弦信号（[0]，频率0.5Hz;[2],频率10Hz）
Token 1,5 相乘器
Token 3,4,7 信号接收器
Token 6 低通滤波器(截止频率7Hz,极点数3)
3 运行时间设置运行时间=4S; 采样频率=50.25hz
4运行系统
在系统内运行该系统后,转到分析窗观察Token3,4,7三个点的波形.
5频谱图在分析窗绘出该系统调制后的频谱图.
幅度调制运行结果
1已调信号波形
2已调信号频谱
3 解调后的调制信号
二频率角调制
一概述
在模拟通信系统中，幅度调制是最基本的调制方式。

但是，由于幅度调制是用信号幅度来携带信息，而实际的信道中存在着各种噪声，它们对信号最直接的影响就是使信号的幅度产生畸变，也就是使收信端收到的信号产生失真，无法正确地恢复原来所发送的信号。

而信号的频率，相对信号的幅度来说是不易受到外界的干扰，在收信端更容易准确无误地恢复所发送的信号。

所以频率角度调制在模拟通信中占有非常重要的作用。

二原理及框图
角度调制分为频率调制和相位调制，由于两者的原理是一样的，所以我们重点讨论频率调制。

所谓频率调制，就是用调制信号来控制载波的频率，使载波的频率随调制信号作线性变化，频率调制属于非线性调制。

频率调制信号的一般表示式为：
Sm(t)=Acos[W c+k t
a(t)]
式中：A为载波的恒定振幅；
W c t+a(t)是信号的瞬时相位；
a(t)称为瞬时相位偏移
有两类产生调频信号的方法：直接法与倍频法。

在直接法中采用压控振荡器，作为产生调频信号的调制器，压控振荡器的输出频率正比于所加的控制电压。

直接调频法的优点是可以得到很大的频偏，其主要缺点是载频会发生漂移，因而需要附加的稳频电路。

在倍频法中，首先用类似于线性调制的方法产生窄带调频信号，然后用倍频的方法变换为宽带调频信号。

由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅度，因而，调频信号的解调器必须能产生正比于输入信号频率的输出
电压。

f(t) 调频相乘低通滤波解调信号
相移π/2
Fm的输入信号模型是：X c(t)=A c cos[W c t+φ(t)]
φ()]
相移后的信号是：X quad(t)=K1A c sin[W c t+φ(t)+ K2d t
dt
φ()]
输出信号为：X out(t)=1/2K1A c×Acsin[K2d t
dt 通过选择适当的K2，正弦函数具有较小的自变量和小相角，则输出近似为：
X out(t)≈1/2K1K2A c×A c K d m(t)
三步骤
1根据FM的调制与解调原理，用Systemview软件建立一个仿真电路，如下图所示
图表11 仿真电路
2 参数配置
Token 0 正弦信号（频率10HZ）
Token 1 频率调制器
Token 2,7 信号接收器（分析型）
Token 3 延迟器（延迟0.000625s）
Token 4 带通滤波器(频率380～420Hz,极点数1)
Token 5 相乘器
Token 6 低通滤波器(截止频率20Hz)
3 运行时间设置
运行时间=3 s; 采样频率=3333Hz
4 运行系统
在Systemview系统窗内运行该系统后,转到分析窗观察Token 2,7两个点的波形。

5 功率谱
在分析窗绘出该系统调制后的功率谱。

FM 运行结果
1 调制后的FM波形如下：
2调制后的FM信号频谱
3 解调后的调制信号
由FM已调信号的频谱图可知，角度调频信号属于非线性调制，调制后信号的频谱并不是对原信号的简单搬移，而是产生了新的频谱分量。

也就是说，已调信号频谱与基带信号频谱之间存在着非线性关系。

和幅度调制相比，FM系统调制器有点复杂，解调器比较简单，抗干扰的能力比较强。

FM主要应用于数据传输，无线电广播，微波中继等。

三信号抽样及恢复
—概述
由于模拟通信的有效性和可靠性很低，不能满足实际通信的需要，现在普遍采用数字通信，可大大提高可靠性和有效性。

但是实际的信号一般都是模拟信号，所以模拟信号数字化是实现数字通信的基础，而模数转化的第一步就是信号的抽样。

我们的目的就是用离散值来代替模拟信号，以便于在新道中传输，而且由这些离散值能准确无误地恢复原来的模拟信号。

二原理及框图
1 抽样一个频带限制在（0—Fm)范围内的信号f(t),如果用频率为fs<=2fm 的脉冲序列对其进行等间隔抽样，则抽样信号能完全确定原信号f(t)，这也就是奈奎斯特定理。

此外实际中还有一类带通信号，频带限制在（f1—f2）范围内，此时抽样频率最小为
fs=2B+2(f2-nB)/n,其中n为小于f2/B的最大整数。

上面的定理也可以从频谱的角度来说明。

原理框图
抽样信号为s(t)=f(t) (t)
f(t) s(t)
2 恢复
由频谱图标显示的频谱图可知通过适当的滤波器既可恢复原信号。

三步骤
1 根据信号的抽样及恢复定理，用Systemview软件建立仿真电路如下：
2 元件参数的配置
Token 0，1 ，3，7 观察点—分析窗
Token 2 ，5 采样器（采样频率[2]=50Hz,[5]=40Hz) Token 4,6 保持（保持值为0）
Token 8 低通滤波器（极点数=7，截止频率=10Hz）Token 9 信号源（单位冲激信号，偏移量为0）
3 运行时间设置
运行时间= 2.047s 采样频率=1000Hz
4 运行系统
在Systemview系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察Token 0,1,3,7三个点的波形。

5 功率谱在分析窗绘出该系统抽样后的功率谱。

信号抽样及恢复运行结果
1 原低通信号频谱
2 低通信号抽样后的频谱
3 原带通信号频谱
4 带通信号抽样后频谱
由上面的频谱图可知，所谓抽样，实质上是对原信号的频谱进行搬移，对信号来说做的是线性变化，其目的是对信号进行调制，以使信号适合于在信道中传输。

如果想得到原信号，只需要根据频谱图，选择适当的线性系统（滤波器），实现对频域的操作。

四数字基带传输系统
一概述
由于模拟通信系统的抗干扰能力不能满足实际需要，引入了数字通信，通信的根本任务是远距离传递信息，因而如何准确地传输数字信息是数字通信的一个重要组成部分。

由于未经调制的电脉冲信号所占据的频带通常从直流和低频开始，因而称为数字基带信号。

在某些有线信道中特别是传输距离不太远的情况下，数字信号可以直接传送。

我们称之为数字信号的基带传输。

目前，虽然在实际使用的数字通信系统中基带传输制不如频带传输制
那样广泛，但是，对于基带传输的研究仍然具有十分重要的意义。

因为即使在频带传输中也同样存在基带传输问；另外，随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势。

目前，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输；第三，理论上还可以证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总可以由一个等效的基带传输系统代替。

二原理及框图
数字基带系统主要由信号源，信道信号形成器，信道，接收滤波器以及抽样判别器组成。

这里的信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质，接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其它干扰的；抽样判别器则是在噪声的背景下用来判定与再生基带信号的。

基带传输系统的基本结构如下：
三
1 根据基带传输系统的结构框图，用Systemvie 软件建立一个仿真电路:。