第11章-SystemView使用进阶.ppt

1、第11章SystemView使用进阶,本章主要内容如下： 111 概述 112 使用接收数据计算器进行数据的FFT分析 113全局参数关联（Global Parameter Links） 114MetaSystem 115Custom Library与M-Link简介,SystemView中，仿真结果的分析处理是在分析窗口中利用接收数据计算器进行的。为了对仿真数据进行分析处理，SystemView对接收数据计算器这一工具配置了很强的功能。 全局参数关联的使用：SystemView中，如果激活全局参数关联,用户可以把相关图符的参数与指定的系统运行参数相关联，从而实现在系统仿真运行中对图符参数的动

2、态控制与调整。 MetaSystem体现了SystemView的分层属性，称子程序。使用MetaSystem后可使系统结构清晰，层次分明，便于系统设计过程中的编辑与修改。,11.1 概述,11.2 使用接收数据计算器进行数据的FFT分析,11.2.1 引言,分析窗口中的接收数据计算器为信号的线性谱估计提供了完备的功能。由于线性谱估计基于FFT，因此学会使用接收数据计算器进行FFT分析，也就基本上学会了利用这一工具进行线性谱估计。 对随机数据来说，其FFT也是随机的。处理随机数据时所涉及的一个极为重要的概念是平均。因此，通常进行的操作是对仿真数据进行分段，再对各分段作FFT后求其平均值，或同时在

3、处理过程中对数据进行加窗处理，以此得到方差较小因而较为可靠的分析结果。 用时间平均求取统计平均的理论依据是Ergotic假设。,11.2.2 系统说明,被分析的信号： 加性白高斯噪声（AWGN）加单频正弦信号 窄带高斯噪声（NBGN）加单频正弦信号 窄带高斯噪声（NBGN） 正弦信号频率取为32Hz以使系统采样率可以较低 FFT方法的选择： 分析窗口中的FFT分析 使用FFT算子进行FFT分析,11.2.2 系统构成,加性白高斯噪声（AWGN）加正弦信号,窄带高斯噪声（NBGN）,窄带高斯噪声（NBGN） 加正弦信号,FFT（Complex FFT）算子,位于算子库的Filters/Syste

4、ms子库，它执行基2-FFT算法，允许复输入，输出有多种选择。 运算规则：当输入累计接收到了N个数据样本后，从第N+1个采样时刻开始依次在N+1-2N个时刻逐个输出前N个数据样本计算得到的N个频域样本值，其间同时接收输入数据样本。因此从第2N+1个采样时刻起，输入累计又达N个数据样本，此时开始依次输出第二次的N个数据样本执行FFT计算得到的N个频域样本值，如此运行，直到仿真停止。 专用库的DSP库Signal Process子库中也提供了两个FFT算子，一个为实输入，另一个为复输入，但它们可进行混合基运算。,11.2.3 数据的预处理,由于本系统使用了FFT算子，执行的是基2-FFT运算，故系

5、统定时设置中的系统采样率取为128Hz，这样，对64点FFT来说，其频域样本间隔dF=2Hz。 由于正弦信号频率为32Hz，此时不会发生泄漏。 仿真运行总样本数取为2688点，实际数据处理的时候，删去仿真运行后所产生信号的首尾各64点，实取数据样本2560点。 删除首尾各64点样本的理由如教材p232中所述。 预处理操作 ： 接收数据计算器的“Data”块处理中的“Extract Data”。 目的：去掉数据中由于初始条件引起的瞬态响应部分的前端数据以及实际上未被FFT算子使用的后端数据，以保证FFT算子与分析窗口中的FFT分析使用相同的数据段。,11.2.4分析窗口中的FFT分析,涉及的操作

6、为：提取要进行分析的数据段，切割成若干分段（本例中为20段），对各分段作FFT分析，最后求取各分段FFT分析结果之均值。 具体操作步骤及涉及的各种分析窗口操作，参见教材p233。（操作演示） 分析中，将2560点数据样本分成两段使用，每段1280点，相当于每段信号时长10秒。信号源中，正弦信号频率取为32Hz，幅度为1V；AWGN的功率谱密度取为2.5W/Hz。因此如将1280点数据视为码元长度，则相应的 即信噪比SNR=3dB。,20段长度均为64点的 数据分段,提取从65到1344点总长为1280点的数据,20个FFT分析结果的均值,20个FFT结果,11.2.5FFT算子输出数据的处理操

7、作,P231图11-1中第三条支路使用了FFT算子，对1280点数据共进行了20次64点FFT运算。 在分析窗口中对FFT算子输出所须进行的操作是： 把20次FFT的运算所得到的幅度取平均值，从统计平均的意义上反映出这1280点数据段的频谱结构。 由于FFT算子是在时域采样点的位置上表达其输出的，其输出的1280点数据的横坐标单位仍是时间，因此，必须将横坐标转换为频域坐标才能正确表达它的频谱。,对20次FFT运算结果取均值具体操作见p234,横坐标的（时频）变换,选择“Scale”处理中的“Scale Axes”操作实现所需的坐标单位（时频）尺度的变换。 下式和下表中，a为X轴时频转换因子；b

8、为X轴起始频率调零偏置值；c,d分别为Y轴放大因子与偏置。 因子a，b，c，d的确定参见教材p236。,a,d,c,b,11.2.6 归一化与覆盖图,接收数据计算器中的归一化处理和覆盖图绘制： 归一化：“Arithmetic”处理中的“Normalize Window” 或“Normalize Plots”，再选择操作对象即可完成。 覆盖图（Overlay Plots）：“Operators”处理中的“Overlay Plots”，再在“Select one or more windows”选择框中选取要作覆盖图显示的对象。（需同时按下ctrl键） 对FFT算子输出均值与分析窗FFT均值作覆盖

9、图分析，可见两者所得结果完全一致。,11.2.7其它可进行的FFT分析,P231图11-1产生的三种信号可以在分析窗口中进行多种形式的FFT分析，相应的基本操作相似，但各种操作的先后次序或有不同。 如果信号中正弦信号频率为先验已知，则对数据段进行切割分段时，可利用这一点将各数据分段分割得使对正弦信号而言均为同相。于是，利用信号同相相加时是幅度相加而不相关噪声相加时是方差相加的性质，在本例中对N个数据分段进行相加平均后可得到一个信噪比近似增大了N倍的分段。对此分段再作FFT分析应更能显现出信号中有正弦信号存在的频谱特征。,11.2.8 练习,1自行构建图11-1所示系统，在此基础上，自行完成11

10、.2.5节所述的全部处理操作并对得到的FFT算子输出均值进行归一化。 211.2.7节中比较了正弦加NBGN信号与正弦加AWGN信号的两种频谱结构，参照其中操作，对正弦加NBGN信号与NBGN信号进行两种信号的频谱结构比较。,11.3全局参数关联 （Global Parameter Links）,全局参数关联是将指定的图符参数与系统级参数以代数表达式形式相关联，从而实现对图符参数的动态控制或调整。 所谓系统级参数，一是指系统定时设置中的各项参数，即系统采样率，系统时域步长即采样间隔，仿真样本数，仿真循环数；二是指与当前系统仿真运行有关的系统参数，包括当前循环数，当前系统时间，当前系统样本。 用

11、于全局参数关联的系统参数通常为当前循环数cl（Current System loop）。,11.3.2 示例系统的原理框图分析,积分清除滤波器,门限 判决,H1 H2,TH,AWGN, n0,Cos 0 t,图中A为信号幅度；Z为供判决用的检验统计量；a为其信号分量，是个确定性量；n0为其噪声分量，是个随机变量；TH为门限threshold值。,乘法器与其后的积分清除滤波器构成了输入正弦信号的匹配滤波器，以相关接收机形式出现。积分清除滤波器在规定的积分时间内对输入中的正弦信号能量进行累积并予以输出，成为检验统计量Z中的a，即信号分量。 设积分时间为 ，起始时间为0，若正弦信号存在，则 若正弦信

12、号不存在，信号分量a为零。 检验统计量Z中的噪声项 n0由AWGN经过匹配滤波器后得到，故仍具零均值高斯分布，其方差从匹配滤波器知识可知为：,系统说明,判决门限 : 以上情况可视为是码元时宽为 的2ASK最佳相干解调，相应的每比特信号平均能量 系统的判决错误有两类，一是存在正弦信号而未能检测出来，称为漏检（Miss）；另一是不存在正弦信号而误判为存在，称为误报或虚警（False Alarm）。,系统说明,11.3.3 示例系统的图符选择,1积分清除滤波器 SystemView中有两个图符可以完成上述运算: 算子库Filters /Systews子库中的平均 （Average）算子 通信库Fil

13、ters/Data子库中的积分清除（Integrate and dump）滤波器,2. 重采样 为使积分清除滤波器每T0输出一次检验统计量，其后面需连接一个采样器，进行每T0采样一次的操作。 门限判决使用的图符还需一个与积分清除滤波器同步的信号，故使用SystemView推荐的适用于在这种情况下的重采样器（Resample）。 Resample:Inputs:x(t),Outputs:y(t),此图符用于完成与系统采样率不同的采样。,11.3.3 示例系统的图符选择,11.3.3 示例系统的图符选择,3.门限判决： SystemView对此提供了BER图符，位于 通信库的Processors子

14、库。其全称是比特差错率计数器（BER Counter）。 BER图符 功能： （1）作出判决，对判决是否正确作出判断，对错误判决计数； （2）将错误判决数发送至控制仿真停止的信号接收器 ，在累积到所设定的错误总数时，停止该次循环。 （3）求出本次循环中累积的错误数与进行判决的次数之比值，本次循环结束时，此比值就是相应信噪比下的平均差错率。BER将此平均差错率发送至记录该值的信号接收器 ，以供所有循环的仿真结束后在分析窗口中计算出BERSNR关系曲线。,11.3.4 系统设计,1说明 : 通常情况下，差错率信噪比曲线从信噪比为0dB开始，而且总希望能获得较大信噪比范围内的曲线。从理论分析可知，

15、时，BER小于0.0001，为使仿真结果具有统计意义，错误次数设置至少应为10，这样，平均而言积累10个错误至少需要10万次判决，而且每次判决还需要使用多个仿真样本点。也正因为这个原因，学生版中，差错率信噪比曲线的信噪比范围受限。,11.3.4 系统设计,2系统定时设置与图符参数设置 -系统采样率取3Hz，仿真运行样本数取为300000个； -正弦信号源：两个。一个作为输入信号并用于提供BER的“真值”，一个作为接收机的本振信号。参数设置相同，均取频率为1Hz，幅度A=1V，取余弦输出，初相为0。 -AWGN噪声源： -积分清除滤波器：积分时间 s，相应于,图符参数设置,重采样器：两个，一个安

16、置于积分清除滤波器与BER之间，另一个安置于输入正弦信号源与BER之间，采样率均为1Hz； BER：判决门限TH=0.25，两个重采样器的输出作为其两个输入，总差错（Total Error）输出接至条件停止信号接收器（Conditional Stop Sink），累计平均差错（Cumu.Avg）输出接至终值信号接收器（Final Value Sink）； 条件停止信号接收器：视不同错误次数门限设置不同。当Eb/N0=0dB时，BER理论值为0.158，即100次仿真中平均会产生16个错误，故错误次数门限应大于160；而当Eb/N0= 12dB，BER理论值小于0.0001，故错误次数门限不应小

17、于10，在其余Eb/N0时可根据BER理论值作相应设定。其它参数在单循环仿真下可任取； 终值信号接收器：无参数定义要求。,此系统中参数设置为Eb/No=0dB，但只须改变No数值，即可改变Eb/No值。在Eb/No为012dB时，此系统均可正常工作。,3全局参数关联,（1）Eb/N0的控制 只需在AWGN噪声源与加法器之间串接一个增益（Gain）算子，然后将增益算子的增益与当前系统循环数这一系统参数按下列代数表达式进行全局参数关联，即可实现使Eb/N0每次增大2dB的变化： 式中cl表示Current System Loop即当前系统循环数。对012dB，总的循环次数为7。,（2）条件停止信号

18、接收器中错判次数门限值的控制 在不同Eb/N0的下，漏检率不同，为了保证仿真结果具有统计意义，错判次数门限设置也应随之不同。前面已得到了为0dB和12dB时的分析结果，分别为大于160和大于10，因此，将这一门限与当前系统循环数以下列代数表达式进行全局参数关联，即可满足两个边际的要求： Threshold=640/2（cl-1） Eb/N0 =0dB时，cl=1，上式为640， Eb/N0 =12dB时，cl=7，上式为10，均满足理论分析之要求。为保证仿真结果的统计意义，上式中可加上一个固定数，例如15。,3全局参数关联,3全局参数关联,（3）全局参数关联的具体操作 1）单击系统窗口工具菜单

19、，选中“Global Parameter Links”，打开全局图符参数关联（Global Token Parameter Links）定义窗口 ； 2）在图符选择框（Select System Token）中选中Sink（Cndtnl Stop）； 3）在“Define Algebraic Relationship FGi,Vi”框中键入 代数表达式； 4）单击代数表达式定义框右边的“Update Link”键以激活此次关联； 5）对其余要进行全局参数关联的图符重复1） 4）的步骤； 6）单击右下“OK”键，完成操作。,全局参数关联,全局参数关联,11.3.5 仿真分析,1.Miss Rat

20、e Eb/N0 曲线的生成 SystemView为生成BER Eb/N0曲线进行了精心的设计，用户只需在分析窗口进行简单的操作，就可将系统窗口内终值信号接收器接收存放的各次循环的累计平均差错（即错判次数与判决总数的比值）与相应循环的联系建立起来，从而得到BER Eb/N0曲线。 2.仿真结果与理论值的比较 本系统工作于最佳门限，因此其差错率从理论上来说与2ASK最佳相干解调的BER Eb/N0相同，也与正交2FSK的相干解调BEREb/N0相同。,11.3.6 练习,1自行构建系统，构建后进行仿真运行，并与2FSK（相干、正交）理论曲线进行比较。 2将图11-13所示系统中输入正弦信号源的幅度改变为“0”，其余设置均不变，即可进行 Miss RateEb/No仿真测试。试理解其原理并进行仿真运行。注意