《通信原理仿真实验指导》 信息科学与技术学院电信系现代通信教研室
《通信原理仿真实验指导》 信息科学与技术学院电信系现代通信教研室
前 言 本书是为配合《通信原理》课程理论教学和提高高年级本科生动手能 力而编写的一本试验指导书。 以往本科生做通信原理试验都使用的是做好的试验板子，板子明确标 出各个功能模块，且引出输入输出端。学生们做实验时只需将这些引出端 加上相应电压或信号，再在输出端接上示波器观看相应的波形，通过这些波 形来分析系统是怎样工作的这种用现成硬件进行试验的效果是只能给学 生们一个功能模块的概念。也就是说学生们只能知道一个模块实现了一个 什么样的功能，具体通信系统是怎么样实现的他们并不了解或是不十分清 晰。 为了使同学们能深入理解通信系统原理，本试验指导书采用软件仿 真来实现通信系统。整个试验由同学们按照试验指导自己动手先将系统搭 建起来，而后运行系统看看得到的结果是否正确，如不正确，则分析系统 找出并更改错误，直到得到正确结果。 采用软件仿真来做实验的优点在于： 1.节省大量实验器材。 2.可以培养学生动手能力和创造性思维，通过自己创建的系统来进 行试验更能使学生深入理解通信系统工作原理。 3.在仿真平台上可以方便的来分析系统，便于纠正错误。 本试验指导有以下内容：数字信源，AM编码，HDB,编码，数字调制 (包括2DPSK,2FSK,2ASK),载波同步，数字解调（包括2DPSK,2FSK), 位同步，帧同步，时分复用基带通信系统，时分复用载波通信系统。 第2页共4页
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本试验采用的仿真软件是美国ELANIX公司的产品System View。所 以要进行该试验必须先会用该软件。本试验所需设备是一台安装了 SystemView的计算机。计算机的推荐配置为： IBM系列PC机，安装了Windows95/98NT/2000。 586/133MHz以上CPU。 64MB以上内存。 至少30MB以上的剩余硬盘空间。 该仿真软件简单易学，功能强大。详细情况参见接下来的 “SystemView简介”。 由于本人才疏学浅，所以本书必有不当之处，敬请老师和同学们不吝 赐教，多提宝贵意见。 44 第3页共44页
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SystemView简介 SystemView是美国ELANIX公司的产品。从软件上市至今不过五年 时间，版本从最初的1.0已经发展到5.0，现如今已为广大业内人士所熟 知。 SystemView的主要应用是：信号分析与处理，滤波器的设计和FPGA 的实现，通信与控制系统的设计与仿真，DSP系统设计与仿真，线性与 非线性系统设计与分析等。它有强大的分析功能如：示波器功能，频谱分 析功能，功率谱分析功能，相频特性，离散系统Z域分析，连续系统Laplace 域分析等。这些功能更加方便了系统设计和仿真，使设计结果更加可靠。 SystemView有丰富的仿真器件，他们分别归类于几个大的器件库中。 库又分为基本库和专业库。基本库包括信源，接收器，加法器，乘法器， 函数库，算字库。利用基本库可以进行一些基本的设计和仿真，如滤路波 器的设计。专业苦包括通信(communication),逻辑库(logic),数字信 号处理(dsp)库，射频/模拟(RF/Analog)库，支持高级语言的用户自 定义(Custom)库，Matlab连接库(M-link),而且这些库仍在不断添加 中。用这些库中的器件可以设计出现代的通信系统。 SystemView的特点： 1.简单易学SystemView分为两个工作窗口。一个设计窗口， 个分析窗口。设计者在设计系统时只需在设计窗口的元件库中选出所需要 的器件，定义好相应参数再连接好线路，这样一个系统便搭建好了。再设 定好运行时间和采样率，就可以运行了。运行后结果显示在分析窗口，设 计者可以在这里直观的看到结果，如发现错误则在回到设计窗口更改后再 第4页共4页
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运行再分析。整个设计仿真过程就是这样简单。初学或在波器的时间内就 可以掌看SystemView的用法。 2.强大的分析功能在设计窗口里，可以在任过输出端。接示波 器，运行后就可以看到该输出端的波形，这样十分方便设计或分析出什么 来节学生了错误。在分析窗口可以分析任过一个示波器输出结果的频的， 相位的，功率的。使设计或清分该信号的性析。 3.做富的仿真器件系统已经提到了SystemView有做富的仿真 器件，而且ELANIX公司仍在不断上加怎。样靠这些器件设计人工可以 仿真出相当复作的系统，为开学现的系统提供们实。 关于SystemView的更详细的介件请参看下列参进书： 《通信系统的SystemView仿真生分析》行京果空果天大学出版社 《SystemView动态分析及通信系统仿真设计》西安电子科技大学出版 社 《SystemView系统设计及仿真射知与应归版电库工业收版社 SystemView软件中国地了总相五一行京泰主艾他有限侧任公司谱不 址是http:www.taikebi.com想要了解更为有关SystemView谱市息请登 录此不站软仿连 44 第5页共44页
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目 录 试验一 数字信源.7 试验二AMI编码和HDB,编码 .12 试验三数字调制 试验四锁相环与载波， 19 试验五数字解调. .23 试验六位同步信号的提取.29 试验七帧同步信号的提取. .35 试验八时分复用数字基带通信系统 39 试验九时分复用数字载波通信系统.42 参考文献. .44 第6页共4页
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试验一 数字信源 一，试验目的 1.掌握时分复用系统信道复用原理。 2.掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 二试验内容 1.搭建数字信道时分复用信源系统。 2.观察系统输出信号的帧结构 三基本原理 本试验用三个数据源来复用一个信道，它们分别是帧同步信号，数 据1，数据2。其中只有数据1数据2是能传递信息的有用信号。每个数 据源由8位固定数据构成，所以一帧信号共24位且系统最后输出成周期 性。系统构成框图如下： 晶振 分 S1 巴 源 抽样输出 NRZ-OUT 第7页共44页
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o正 帧同步码→—数据一 一数据二 上图是信道中一帧信号的结构. 本试验中晶振周期定为1*10Hz,系统仿真采样率定为1*10Hz,1024 个采样点。 框图中分频器将晶振进行2,4,8,16分频相应的输出为BS,S1, S2,S3。BS即为系统的位同步信号。S1,S2,S3则是八选一电路的三 根地址线。S3经过三分频后输出为S4,S5。它们是三选一电路的地址线。 三个数字信号源是固定的输入。其中巴克码源产生7位巴克码1110010， 并与八选一电路相连，最低位码可任意定义。数据一，数据二都是八位有 用数据，自己定义具体的值。 每个数字信号源经与其相连的八位数据选择器选择后，信号按由低 位到高位顺序出现在选择器输出端。三个输出端再由三选一电路选通后成 一路输出。这就是时分复用系统信道复用原理，即三路信号分别占用一帧 信号的不同时间间隙来共用一个信道。 四系统的设计与仿真指导 1.晶振我们在信源库中选取脉冲串作为晶振，设置成频率为 1*10Hz,脉宽为5*107秒的周期性方波。 2.分频器在通信库里有“分频器”该器件，我们可以直接应用。 我们用4个分频器对晶振进行分频，参数设定只需将分频系数写成2,4， 8,16即可。 3.三分频由于三分频器是用来提供两根三选一电路地址线的， 第8页共4页
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所以我们用两个D触发起来进行三分频。用D触发器涉及三分频电路这 在《数字电路》中己学过这里就不多讲。D触发器在逻辑库中可以找到， 其参数使用默认值。要注意的是D触发器的输入除了时钟外还有清零端， 置位端两个输入，它们是低电平有效，使用时应当注意。可以直接在这两 端加上高电平，使D触发器正常工作。 4.八选一三选一三选一的功能也可以用八选一来完成。在逻辑 库里有八选一模块我们可以直接应用。要注意的是它有一个使能端，低电 平有效，使用时要加上低电平。 5.数据源在信源库中有用户自定义输出我们可以写入1110010 作为巴克码源，数据一，数据二由我们自己分别写入八位数据。三个数据 源的八个输出分别和八选一选择器八个数据输入相连。 6.采样器一个D触发器在位同步信号的作用下可以完成采样工 作。 AMAMAXAMAXAAAAI A“-.iiiU A"L可 第9页共44页
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以上六副图由上到下分别是BS,S1,S2,S3,S4,S5正常工作时的的波形 图。 西K: 0圈s 榴 -0120 ！SystemView by ELANIX 上图则是搭建好的一个系统模型 图中有几点要说明的是 1.图符与图符之间的连线是自动连接的，它们重叠在一起，分辨不 出来，请同学们注意。此图只提供给大家一个粗略的参考，详细内容见软 盘。 2.大家看到在分频器后面有的加有一个非门，这是根据具体电路特点 而二加上的。分频器开始输出都是高电平，而我们希望它们的输出是从 低电平开始递增，这样做的好处是把分频器输出按顺序接入八选一电路 地址端，这样八选一电路会按由低到高顺序将接在输入端的数据输出， 第10页共44页
44 10 44 'G¿ G´Y+ BS,S1,S2,S3,S4,S5 ½_`@ RV & G- !5[\7À 0³.Ïo0 1ªÁÁúç &&P >ÂÃO!YÄy 3Xý~>·&Acj£Å!5ÆÇ ðfìíµ¶ñ å& 2ª£ÅUOY Sȳ F³!5 p,D uvJ8" FG &Y SaÉ;3*J® «>ÊË > ;3 £J®aÉÌD^) -ûÍY S;3¦§P<N!J8 qz=D^N!J8Ó £¦§CPO;<= ·;3