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基于SyStemView虚拟通信实验的应用

2016-06-13 11:11:17

[导读] 现代社会通信技术迅速发展,对于通信技术人才的需求也日益增加。因此通信专业人才的培养被提上日程。而通信原理课是通信专业的核心课,通信实验在通信原理课中起着举足轻重的作用。

现代社会通信技术迅速发展,对于通信技术人才的需求也日益增加。因此通信专业人才的培养被提上日程。而通信原理课是通信专业的核心课,通信实验在通信原理课中起着举足轻重的作用。传统教学以实验箱类硬件教学为主。而硬件教学一般为验证性实验,学生无法从中理解和掌握具体的模块组成和系统原理。通信课程概念多、系统的模型多不易于理解,加之抽象的特点,使得学生丧失学习兴趣,对于问题的认知处于一种表面状态。因此一些虚拟实验受到越来越多的关注。Madab 及一些编程软件都可以实现通信系统的仿真,但都需要有复杂的编程,这又给学生的学习提出了一个新的难题,而SystemView软件则简便的多。

1 SystemVieW软件介绍

SystemView是美国ElaNIx公司推出的基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化工具。利用该软件可以进行通信系统的仿真,也可以构建一些复杂的模拟、数字和多速率系统。SystemView的图符资源十分丰富,包括基本库和专业库。基本库中有加法器、乘法器、多种信号源、接收器、各种函数运算器等;专业库有通信、逻辑、数字信号处理、射频/模拟等特别适合于现代通信系统设计、仿真和方案论证。

SystemView软件自推出以来,己经有包括清华大学、北京大学等近100所高校成为SystemView的用户。SystemView是信号级的系统仿真软件,提供一种可视化、动态的系统模式,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,能满足不同层次的设计、仿真要求。SystemView以图符库为主,不需要写任何代码便可以实现各种系统的仿真。并且最终以波形、眼图及功率谱等形式给出具体的系统仿真波形,也可以给出系统的频域及时域分析。非常形象的表现系统的具体特征。

2 具体应用举例

在通信原理中涉及的基础理论主要有调制解调、编码、模拟信号的数字传输、差错控制编码等,基本涵盖了通信的所有基本原理。systemView有通信的专业库,可以建立各类通信系统模型,在这里不一一介绍,以MQAM为例介绍其建立模型及仿真效果。

2.1 基本原理

(1)调制原理

正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制。利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。正交振幅调制信号的一般表示式为

 

正交振幅调制信号的一般表示式

式中,An是基带信号幅度,g(t一nTs)是宽度为Ts的单个基带信号波形。上式还可以变换为正交表示形式为

 

正交表示形式

MQAM信号调制原理图,如图1所示。图中,输入的二进制序列经过串/并变换器输出两路并行序列,再分别经过2电平到L电平的变换,形成£电平的基带信号。为了抑制已调信号的带外辐射,该L电平的基带信号还要经过预调制低通滤波器,形成X(t)和Y(t),再分别对同相载波和正交载波相乘。最后将两路信号相加即可得到MQAM信号。

 

调制原理图

信号矢量端点的分布图称为星座图。通常,可以用星座图来描述QAM信号的信号空间分布状态。对于M=16的16QAM来说,有多种分布形式的信号星座图。两种具有代表意义的信号星座图,如图2所示。在图2(a)中,信号点的分布成方型,故称为方型16QAM星座,也称为标准型16QAM。在图 2(b)中,信号点的分布成星型,故称为星型16QAM星座。

 

16QAM星座

(2)解调原理

MQAM信号采用正交相干解调方法,其解调器原理图,如图3所示。解调器输入信号与本地恢复的两个正交载波相乘后,经过低通滤波输出两路基带信号X(t)和Y(t)。多电平判决器对多电平基带信号进行判决和检测,再经L电平到2电平转换和并/串变换器最终输出二进制数据。

 

解调器原理图

2.2 仿真模型

使用Systemview软件仿真系统进行仿真一般分以下几步:

(1)建立系统模型;

(2)根据系统理论只是建立系统模型。根据系统理论模型及其具体功能,使用相应的模块建立仿真模型;

(3)根据需要设定系统各个模块的参数;

(4)进行系统的仿真,得到具体的仿真波形。

根据仿真具体步骤可以得到MQAM的具体仿真模型,如图4所示。

 

MQAM的具体仿真模型

模型中,调制端省略了串并转换和电平转换部分,直接使用PN图符来模拟变换后得到的两路多电平信号;接收端也省略了判决和并串转换部分。系统的时间设置:采样点数为1 024,采样频率为50 Hz。系统图符的设置,如表1所示。

 

系统图符的设置

设置好系统各个图符的参数后,运行系统仿真就可得到系统的星座图及频谱图。通过修改系统中图符10、11的电平数,可以得到各种进制的QAM的星座图。

 

星座图

 

频谱图

3 结束语

应用SystemView软件建立可视化通信系统模型,既可以使学生更加深刻的认识和理解通信模型,又可以将具体波形仿真出来,使学生从感官上认识系统。不但提高了教学效率和质量,也使学生对这门课的学习更加感兴趣。同时,又为学生提供了通信开发、分析的平台,从而可以提高学生的动手能力。通过学生的使用,取得了良好的教学效果,学生反映良好。由于通信专业有许多与通信类似的课程,因此此类虚拟实验平台可以在许多课程教学中进行推广。

[整理编辑:CK365测控网]
标签:  SyStemView[11]    虚拟通信[0]    串并转换[1]    仿真[20]
 
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