基于system-view的眼图仿真与分析.doc

硬件与仿真课程设计报告题目： 眼图的仿真与分析 系 别 信 息 工 程 学 院 专业班级 信工(通信)131 学生姓名 郑浩 指导教师 雷进辉 提交日期 2016年6月12号 目 录1 设计目的22 设计要求和设计指标23设计内容33.1 数字基带系统的仿真原理33.2 基于system view数字基带传输系统仿真电路33.3 眼图的仿真结果与分析64 本设计改进建议85 总结8参考文献9 1. 设计目的将学生所学的通信方面的专业知识、专业技能及专业的通信系统软件开发工具System View，进行通信系统硬件方面的综合设计和运用。主要目的在于培养学生的动手和设计的能力，激发学生的学习兴趣，增强学生分析问题和解决问题的能力，为后续专业课的学习、毕业设计以及将来从事工作打下坚实的基础。对于通信原理实验的课程设计给予学生两周时间的自由活动和老师无间隔指导，从软件安装、查找资料，到最后的设计仿真，都是自己在图书馆和网上独立完成，老师只会通过在0#806教室指点，必须需要自己的不断实践去完成这项设计，所以这两周综合来说对以后工作能力会有极大的提升，也因此我必须认真完成老师布置的设计，希望老师满意，也希望自己能够设计出自己满意的作品。通过这次课程设计，我要更进一步的掌握了基带传输的相关仿真原理以及通过无失真传输条件和眼图来判断信号质量，自己能够通过实践独立思考和解决问题，我认为这将对我的动手能力有极大的提升。2. 设计要求与设计指标设计要求(1) 采用systemview仿真；(2) 基本工作原理框图；(3) 显示系统不同部分的信号波形(基带信号、加了噪声的信号、解调后的信号等)；(4) 要求系统中加入高斯白噪声；(5) 在实习报告中需要阐明所设计系统的原理并且对系统进行数学建模设计和仿真，以及对系统进行完整的性能分析，最终提交完整的实习报告。实习报告要撰写规范，不能有错别字，同时条理清晰。设计指标(1) 掌握systemview动态仿真软件的使用；(2) 建立数字调制解调系统框图；(3) 分析噪声对系统的性能影响。 3.设计内容（1） 数字基带系统工作原理通信的根本任务是远距离传递信息，准确地传输数字信息是数字通信的一个重要环节。在数字传输系统中，其传输对象通常是二进制数字信息。它可能是来自计算机、网络或其他数字设备的各种数字代码，也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号。设计数字传输系统的基本考虑是选择一组有限的离散的波形来表示数字信号。这些离散波形可以是未经调制的不同电平信号，也可以是调制后的信号形式。由于未经调制的脉冲电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，特别是传输距离不大远的情况下，数字基带信号可以直接传送，我们称之为数字信号的基带传输。而在另外一些信道，特别是无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。如果把调制与解调过程看做是广义信道的一部分，则任何数据传输系统均可等效为基带传输系统。因而数字基带信号的传输原理是十分重要的。通过system view提供的仿真环境对数字基带传输中的一些问题加以仿真、分析以及自己动手实践，能帮助我们进一步加深对这些知识系统的理解，并增强自己对专业知识的认识。 图（a）为数字传输系统模型图。图（a）（2） 基于system view数字基带传输系统仿真电路通过老师发送的电子稿经过自己的理解以及请教老师，基于软件system view仿真得到了数字基带传输系统仿真电路图。如图（b）。图（b）未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或很低频率开始，称为数字基带信号。数字基带信号是数字信息的电波形表示，它可以用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。图（c）为基带信号波形图。图（d）为高斯白噪声波形图。图（c）图（d）对取得的数据按一定的抽样频率离散化可以得到图（e）。图（e）判决后输出的波形(3) 眼图的仿真结果及分析在实际系统中，完全消除码间干扰是十分困难的，而码间干扰对误码率的影响目前尚无法找到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，通常用示波器观察接受信号波形的方法来分析码间干扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。图（f）为眼图的原理图。图（f）图（g）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象人的眼睛，因此被称为人的眼图。二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两只“眼睛”。眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央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。在无码间干扰和无噪声的理想情况下，波形无失真“眼”开启的最大；当有码间干扰时，波形失真，引起“眼”的部分闭合，若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，“眼”开启的小了，因此，“眼”张开的大小表示失真的程度。图（g）和图（h）分别是无噪声时和有噪声时的眼图结果。图（h）由此可知，眼图能直观的表明码间干扰和噪声的影响，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受滤波器的特性加以调整，以减少码间干扰和改善系统的传输性能。通常眼图可以用如下图表示。由此图可以看出：眼图张开的宽度决定了接受波形可以不受码间干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睛张开最大的时刻。眼图斜边的斜率，表示系统对定时的抖动（或误差）的灵敏度，斜边越陡，系统对定时抖动越敏感。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，在许多接受设备中，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。在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。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；横抽应对判决门限电平。说明：（1） 信道中加入的干扰噪声越大，眼图越不清晰，越紊乱。与噪声均方差为0.1 的干扰噪声相比，可看出，噪声越大，线条越粗，越模糊，“眼睛”睁开的越小。（2） 抽样判决后的输出码元波形与原始基带信号相比有延时。原因是由抽样判决器引起的。当抽样速率越大时，误差越小。（3） 当噪声增大时，会引起误码。4、本设计改进建议在设计的过程中，遇到了许多的问题，首先是在设计原理图的时候，由于对一些基础概念掌握的不是很牢固，所以在设计原理图的时候浪费了很多时间，而且自己对于书本和原理的认知不够深刻，然后通过查阅各类参考资料以及网上这方面知识的查询，慢慢的掌握系统原理，不断修改，最终将系统原理图设计完成。然后在观察眼图的时候依然不能观察到期望的波形，最终在老师的帮助和指导下，找到了问题的所在，最后设计调试完成。自己做的这次设计并不是很系统和全面，还有很多不足的地方需要改进，老师和学生的互动性不是很强，虽然有老师最好的电子稿指导我们完成这些作业，但是书面上的知识并不如直接和老师互动和交流更能够方便快捷的让自己完成设计，而且老师对于我们的监督力度也不够，有很多学生并不能自觉地完成所有课程，白白浪费了学校给予的大好的实践机会，对于以后工作有很大的好处。5、结论刚开始没用过System view这个通信仿真软件，也没做过课程设计，心中有种莫名的恐惧，但是入手后，尤其是克服了一个有一个困难时，我的探索欲望持续高涨。做这次课程设计的过程中，需要参数的设置，而参数的设置既需要科学的计算，又需要有足够的耐心。比如，方差的设置是否恰当直接关系到眼图是否清晰和“睁得大”。以及有时候误差设置得太大时，会引起误码等。不过到最后我都一一给克服了。 这次课程设计的实践，极大地拓宽了我的知识面。在实践过程中，我把学过的通信原理、信号与系统、数字信号处理等各学科的理论运用到其中来，把理论与实践相结合，加深了我对这些理论的了解，使我能更好地运用它。另外我也认识和熟悉了System view这个通信仿真软件，System view功能的强大也令我大开眼界，同时这次课程设计也大大激发了我的学习兴趣。在这次课程设计中，我学到了很多课堂上学不到的知识，加深了我对自己专业的了解，夯实了我的学习基础，锻炼了自己的能力，这些都是无价之宝，使我在以后的学习中更能很好的掌握知识。这次课程设计真的使我受益匪浅。在这次通信系统仿真中，我对System view的功能有了更深入的认识，对System view重要的功能也有了很多实践练习，基本应用全部掌握，我认为最关键是要理解原理图，然后再与课本上的通信传输理论进行对比，最后对该原理加以理解及应用。经过了几天的努力，我终于把这次设计完成了。这期间雷进辉老师和张志霞老师热心的指导给了我很大的帮助，还有许多同学的解答也使我