电子信息精品]基于systemview的扩频通信系统设计与仿真毕业论文

电子信息精品]基于systemview的扩频通信系统设计与仿真毕业论文内容摘要：

本论文主要讨论和实现 基于 SystemView 的扩频通信系统设计与仿真 ,主要内容如下： (1)介绍扩频通信所涉及的一些理论背景极其主要技术，重点研究现在广泛使用的直序扩频通信系统。 (2)以系统框图形式介绍系统构成以及系统的工作原理。 (3)根据工作原理设计 仿真模型 , 在设置好系统、模块参数后运行上述电路 ,借助 SystemView 分析 视窗和接收计算器可直接给出各点信号的时域波形、功率谱等 , 并分析系统的抗噪声能力。 大学学士学位论文 10 大学信息电子技术学院 第 3 章 SYSTEMVIEW 简介 通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，因此，在通信系统的设计开发过程中，在进行实际硬件系统试验之前，软件仿真己成为必不可少的一部分。 目前，电子设计自动化 EDA(Electronic Design Automatic)技术已经成为电子设计的潮流。 为了使繁杂的电子设计过程更加便捷，出现了许多针对不同层次应用的EDA 软件。 美国 Elanix 公司推出的基于 PC 机 Windwos 平台的 SystemView 动态系统仿真软件，是其中一个非常优秀的 EDA 软件。 SystemView 软件介绍 SystemView 是一个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。 Systemview 以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的 Windows 窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。 使用 SystemView 你只需要关心项目的设计思想和过程，而不 必花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。 用户只需使用鼠标器点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试，而不会花费过多的时间和精力通过编程来建立系统的仿真模型 ,也不必担心程序中是否存在编程错误 . SystemView 是一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化开发环境它可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。 尤具特色的是，它可以很方便地进行各种滤波器的设计。 系统备有通信、逻辑、数字信号处理 (DSP)、射频 /模拟、码分多址个人通信系统 (CDMA/PCS)、数字视频广播 (DVB)系统、自适应滤波器、第三代无线移动通信系统等专业库可供选择，适合于各种专业设计人员。 该系统支持外部数据的输入大学学士学位论文 11 大学信息电子技术学院 和输出，支持用户自己编写代码 (C/C++)，兼容 Matlab 软件。 同时，提供了与硬件设计工具的接口，支持 Xilinx 公司的 FPGA 芯片和 TI 公司的 DSP 芯片，它已大量地应用于现代数字信号处理、通信系统及控制系统设计与仿真等领域。 SystemView 主要特点 SystemView 仿真软件相对于其它软件来说 ,具有如下主要优点 : (1)能仿真大量的应 用系统。 能在 DSP、通讯和控制系统应用中构造复杂的模拟、数字、混合和多速率系统。 具有大量可选择的库，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、LEOS)等的设计。 能够仿真 DSP 结构。 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。 (2)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，SystemView 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。 不用写一行代码即可建立用户习惯的子系统库 (MetaSystem)。 SystemView 图标库包括几百种信号源、接收端、操作符和功能块。 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。 (3)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和粘贴命令插入 word 等文字处理器。 (4)提供基于组织结构图方式的设计。 通过利用 SystemView 中的图符和MetaSystem(子系统 )对象的无限制分层结构功能， SystemView 能很容易地建立复杂的系统。 首先可以定义一些简单的功能组，再通过对这些简单功能组的连接进大学学士学位论文 12 大学信息电子技术学院 而实现一个大系统。 这样，单一的图符就可以代表一个复杂系统。 MetaSystem 的连接使用也与系统提供的其他图符同样简单，它可以在另一窗口中单独显示，也可以展开到主窗口中。 (5)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。 （ 6)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，包含大量的 FIR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。 (7)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。 SystemView 还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查系统波形。 (8)可扩展性。 SystemView 允许用户插入自己用 C/C++写的用户代码库，插入的用户库自动集成到 SystemView 中，如同系统内建的库一样使用。 同时，它兼容 Matlab 可以与 Matlab 进行数据交换。 (9)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。 大学学士学位论文 13 大学信息电子技术学院 第 4 章 直扩系统 SystemView 仿真 直扩系统的原理框图 直接序列调制就是载波直接被伪随机码序列调制。 在发射机端 , 要传送的信息先转换成二进制数据或符号 , 与伪随机码 ( PN 码 )进行模 2 和运算后形成复合码，再用该复合码去直接调制载波。 在接收机端 , 用与发射机端完全同步的 PN 码对接收信号进行解扩后经解调器还原输出原始数据信息。 调制方式可以是调幅、调频、调相和其他任何形 式的振幅或角度调制。 因 PSK性能最佳 , 现代 DS SS中载波调制一般都采用 BPSK 或 DPSK。 其基本原理如图 21所示。 图 41 直序扩频系统原理图 （ b） 接收 机 模 2和加法器 PN码 发生器 功率 放大器 载波 发生器 调制器 调制器 调制器 （ a）发射机 混频器 调频器 调解调器 数据输出 本振 中放 时钟 PN 码 发生器 同 步 大学学士学位论文 14 大学信息电子技术学院 直序扩频 通信 系统仿真 （无噪声情况） 系统模块及主要模块参数 Systemview 是一个信号级的系统仿真软件 ,主要用于电路与通信系统的设计和仿真 ,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 ,到复杂的通信系统等不同层次的设计仿真要求。 利用 Systemview 建立的直 扩系统的仿真原理图 ,如 421 图所示。 图 42 直扩系统仿真原理图 为了对扩频通信有一个初步认识 ,直接序列扩频系统为例来进行仿真 ,并进一步说明扩频通信的优点。 直接序列扩频是目前应用最广的一种扩频技术 ,图 422是直序扩频系统的仿真模型图。 作为一个仿真来说明直序扩频在抗干扰方面的优越性 ,所以直接采用了简单而直接的方式来构造模型。 数据信号源使用了一个低频率 (1KHz)的随机序列 (图符 0),通过一个 1kHz 的低通滤波器 (图符 3)来代替。 扩频用的 PN 码采用 10kHz 的 PN码(图符 2),这样 ,理论上可获 得 10 倍的扩频增益。 扩频调制在本例中未使用通常的模2 和加法运算 ,而是通过乘法直接用 PN 码调制数据信号 ,合成后的扩频复合信号同样也是直接用更高的载波 (图符 12,100kHz)调制发射。 为了观察扩频系统的抗干扰性能 ,使用了一个干扰信号源。 该干扰信号可以是单频率窄带干扰 ,也可以是宽带的大学学士学位论文 15 大学信息电子技术学院 扫频信号 ,或是高斯噪声。 接收端 ,通过本地载波解调后的复合信号直接原扩频 PN码相乘后解扩 ,中间省略了有关本地 PN 发生器和相关的码同步电路。 因为直接使用原 PN 码 ,所以理论上可认为收发 2 端完全同步。 需要说明的是 ,实际工程中的码同步是一个十 分复杂的问题 ,其复杂程度以及在此问题上付出的代价往往比扩频本身要多得多。 图 43 直序扩频系统的仿真模型图 部分主要 参数设置： 采样点： 16384 个 ， 采样频率： 1000MHz Token 0：基带信号－ PN 码序列（频率 =1KHz，电平 =2Level，振幅 =1V，偏移 =0V） Token 1：乘法器 Token 2：基带信号 —PN 码序列（频率 =10KHz，电平 =2Level，振幅 =1V，偏移 =0V） Token 3：模拟低通滤波器（频率 =1000Hz，极点个数 =3） Token 4：观察窗 Token 5：观察窗 大学学士学位论文 16 大学信息电子技术学院 Token 7：乘法器 Token 8：扫频信号（幅度 =，开始频率 =90KHz,终值频率 120KHz，扫频周期 ） Token 9：观察窗 Token 10：模拟低通滤波器（频率 =1000Hz，极点个数 =3） Token 11：乘法器 Token 12：正弦波（幅度 =1V，频率 =100KHz，相位 =0） Token 13：正弦波（幅度 =1V，频率 =100KHz，相位 =0） Token 14：乘法器 主要输出点波形 根据以上仿真模型 , 在设置好系统、模块参数 后运行电路 , 借助 SystemView 分析视窗和接收计算器可直接给出各点信号的时域波形、功率谱等 , 并分析系统的抗噪声能力。 调制以前的信号与调制以后波形信号比较： 图 44 调制前后信号 大学学士学位论文 17 大学信息电子技术学院 如上图所示，上面的波形为调制前即扩频后的信号，下面的波形为解调后即解扩前的信号。 2．调制后的信号功率谱密度。 图 45 调制后信号功率谱密度 3．发送波形、低通滤波输出波形、接收波形比较： 图 46 发送波形、接收波形、低通滤波器输出波形 如上图所示，第一个波形为发送信号（ sink5），第二个波形为 恢复出的信号（ sink9），第三个波形为接收端低通滤波器输出信号（ sink19）。 恢复出的信号和大学学士学位论文 18 大学信息电子技术学院 发送信号有一段时延。 直接扩频通信系统抗干扰性分析 加入高斯白噪声后系统 模型 图 47 直接扩频通信系统（加入白噪声后） 如上图所示， (Token 21)为高斯白噪声， (Token 24 和 26)是计算误码率的模块。 当发送信息码元和接收到的信息码元对齐时， (Token 24)模块统计在设定的时间内的错误的比特数和总比特数的比率， (Token 24 和 26)模块把所计算的误码率显示出来。 其 他模块与图 43 对应模块相同。 系统误码率的理论值与测量值的比较 直接扩频系统在高斯白噪声的情况下的误码率为 P e =QoutNS)(=Q02NPT ，其中outNS)(为系统输出信噪比， P 为信号功率， T 为信息码元的周期。 N0/2 为高斯白噪声双边带功率谱密度。 大学学士学位论文 19 大学信息电子技术学院 对于本设计的系统来说，接收端收到的信号幅度为 1，所以信号功率为 P=1/2，信息码的速率为 2K，所以 T=1/2K。 通过修改 (Token 21)模块的参数来修改 N0，计算误码率的理论值并运行系统得到测量值。 下表即为在不同高斯白噪声的情况下的各参数： 表 41 参数表 N0/2 (S/N)out 10log(S/N)out Pe1 logPe1 Pe2 logPe2 25 11。