用SystemView实现通信FSK系统的仿真与分析

上海理工大学学报　第２８卷第４期　Ｊ．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　ｆｏｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．４　２００６　文章编号：１００７—６７３５（２００６）０４～０３７３—０３　用ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ实现通信ＦＳＫ系统的仿真与分析　杨伟祥　（上海理Ｔ大学光学与电子信息Ｔ程学院，上海２０００９３）　摘要：阐述了用ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ软件实现通信系统仿真的方法，并以二进制移频键控（２ＦＳＫ）为例，详　细论述了仿真过程，仿真结果表明，通过用ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ软件仿真，可以很方便地得到所设计电路　的输出结果与分析波形．　关键词：ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ；通信系统；仿真　中图分类号：ＴＰ　３９１，９　文献标识码：Ａ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＦＳＫ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｆ　ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ　ＹＡＮ６　Ｗｅｉ－ｘｉｍ９　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｆＯｐｔｉｏｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｗａｙ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｆ　ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏ－　ｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｖｉａ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ｂｉｎａｒｙ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｈｉｆｔ　ｋｅｙ－　ｉｎｇ（２ＦＳＫ）．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎｄｉａｔｅｃｓ　ｔｈａｔ　ｗｉｔｈ　ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ　ｉｔ’Ｓ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｗａｖｅ－ｆｏｒｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ仿真软件是美国ＥＬＡＮＩＸ公司设　计和开发的信号级系统仿真软件，主要用于电路与　通信系统的设计、仿真，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，是迄今为止专用于动态系统仿真的优秀　１通信系统ＦＳＫ仿真设计与分析　ＦＳＫ是在数字信号调制中使用较典型的一种　调制方式，其利用载波的频率变化来传递数字信息　０或１．由于其实现起来较容易、抗噪声与抗衰减的　性能较好，因此，在中低速数据传输（传输速率在　１　２００　ｂｉｔ／ｓ以下）中得到了广泛的应用＿２　Ｊ．　在二进制ＦＳＫ中载波频率随着调制信号１或０　而变，１对应于载波频率ｆ１，０对应于载波频率厂２．　软件，特别是在通信系统分析和设计领域具有广阔　的应用前景…．ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ动态系统分析及通信系　统仿真设计软件可以快速、方便地实现动态系统仿　真设计与分析．本文以简单的频移键控（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ，ＦＳＫ）为例，用ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ仿真设计　ＦＳＫ的调制与解调的全过程．用ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ同样　二进制ＦＳＫ已调信号的时域表达式为　３　可以仿真设计蓝牙技术、手机通信等其他通信电路．　收稿日期：２００５—０９—２１　Ｓ２ＦＳＫ（ｆ）＝［∑乜　（ｆ—ｎＴｓ）］ｏｃｓ　＋　作者简介：杨伟祥（１９５５一），男，工程师　维普资讯 http://www.cqvip.com

３７４　上海理工大学学报　２００６年第２８卷　［∑　（￡一　）］ＣＯＳ　２￡　其中ｆ．Ｏ１＝２　Ｌ厂１　ｆ．Ｏ２＝２　ｆ２　ｆ　０概率为Ｐ　式中　，　——口　的反码　码元周期　二进制ＦＳＫ的调制器可以采用调频电路实现，　也可以用键控法实现．解调器有相干解调和非相干　解调，以下用仿真的方法实现其全过程．　ｆ　１概率为Ｐ　口　｛ｌ概率为ｌ—Ｐ　ｎ　｛０概率为ｌ　Ｐ　２　ＦＳＫ仿真设计与分析　ｇ——码元波形　２．１调制器仿真设计与分析　Ｌ厂１，　——ＦＳＫ的两个不同的载波频率　调制器仿真设计原理，如图１所示　图１　２ＦＳＫ调制器ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ仿真电路图　Ｆｉｇ．１　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　２ＦＳＫ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｉｎ　ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ　调频法：在ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ中二进制数据用伪随　分析结果相吻合．　２．２解调器仿真设计与分析　２．２．１非相干解调实现　机序列ＰＮ　ｓｅｑ仿真出随机的０，１二进制数字信号，　通过调频器ＦＭ调制，０对应５０　Ｉ－ｌｚ，ｌ对应１００　Ｈｚ．　幅度Ａ均为１　Ｖ．　键控法：在ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ中二进制数据用伪随　机序列ＰＮ　Ｓｅｑ仿真出随机的０，１二进制数字信号，　作为键控开关的控制信号，０对应５０　Ｈｚ正弦波，ｌ　对应１００　Ｈｚ正弦波．幅度Ａ均为１　Ｖ．仿真后的波　形见图２．　２ＦＳＫ非相干解调器仿真设计原理及各模块参　数如图３所示．设计解调电路时，先将调制后带有高　斯噪声的信号分别送人带通滤波器，由带通滤波器　将５０　Ｈｚ和１００　Ｈｚ信号分开，其带通滤波器通带宽　度分别设计为４０～６０　Ｈｚ和９０～ｌ１０　Ｈｚ；然后送人　半波整流器、低通滤波器，再经过比较器比较、整形，　（ａ）模似调频法２ＦＳＫ仿真输出波形　信号就解调还原成传输的伪随机信号．　选用合适的器件实现包络检波器的功能．２ＦＳＫ　信号用包络检波法解调，包络检波器可由半波整流　器与低通滤波器串联实现其功能．　半波整流器的功能描述为　Ｙ（ｔ）＝ｚ（ｔ）一ｚ　ｚ（ｔ）≥　（ｂ）键控法２ＦＳＫ仿真输出波形　图２　２ＦＳＫ调制输出波形　Ｆｉｇ．２　Ｏｕｔｕｔ　ｏｆ　２ＦＳＫ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　由图中可见，模拟调频法２ＦＳＫ输出波形是连　续的；键控法２ＦＳＫ输出波形是不连续的，这与理论　式中　（ｔ）——输出信号　ｚ（ｔ）——输人信号　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４期　杨伟祥，等：用ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ实现通信ＦＳＫ系统的仿真与分析　３７５　ｚ——所设置的零位点　当ｚ取０时，其功能为　置为２０　Ｈｚ．这样设置后通过包络检波的两路信号　波形如图４所示．　０　图５为上述系统运行后，在分析窗口中得到的　结果．比较波形可以看出，解调后的信号与输入的伪　随机序列相仿，只是略有延迟．　选用的模拟滤波器为低通滤波器，截止频率设　器　正　号　图３　２ＦＳＫ非相干解调器ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ仿真电路图　Ｆｉｇ．３　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　２ＦＳＫ　ｎｏ－ｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｉｎ　ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ　５ＯＯ　＞４００　７　３００　呈　２Ｏ　×１００　０　２００　４００　，×１Ｏ一　／Ｓ　６００　８００　图４包络检波的两路信号波形　Ｆｉｇ．４　Ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｅｎｖｅｌｏｐｅｄｅｔｅｃｔｏｒ　芝１　＾ｌ０　１　２０　４００　，×１０－　／Ｓ　６００　（ａ）输入的伪随机序列　２０　４００　，×１Ｏ｜’／Ｓ　＞　（ｂ）调制波形　８００　＝４００　×　Ｏ　２０　４００　，×１０。　／Ｓ　６００　８００　《ｃ）解调后的波形　图５输入信号波形与２ＦＳＫ非相关解调输出波形　Ｆｉｇ．５　Ｉｎｐｕｔ　ｓｉｇｎａｌ　ａｎｄ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　２ＦＳＫ　ｎｏ－ｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ　２．２．２相干解调实现　图５　４￣６１．　相干解调实现图与图３基本相同，只要将半波　整流器位置分别换为相干解调器即可，但相干解调　器的解调源要和载波源对应相同．其输出结果同　运行上述系统后，在分析窗口中得到的结果可　以看出，解调后的信号与输入的伪随机序列相仿．　（下转第３８０页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

３８０　上海理工大学学报　２００６年第２８卷　后才出现，并且促进作用不明显　基，增加了与硫反应的氢，从而促进了硫的析出．　ｃ．通过对３种煤在氮气气氛下热解碳氢组分　析出规律的比较，说明天然气对不同煤种有不同的　促进作用的原因是，煤的挥发分析出规律不同导致　与甲烷作用的活性自由基的析出规律不同．甲烷在　不同的温度下裂解，也就在不同温度下释放出氢，从　而改变了硫的析出规律．一般来说，挥发分越高，硫　越容易析出．　ｄ．甲烷对煤热解过程中，硫析出的具体机制，　有待通过研究热解过程的中间产物来进一步分析和　图７　３种煤在氮气气氛下热解甲烷析出规律的比较　Ｆｉｇ．７　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｒｄｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　探讨．　参考文献：　［１］赵金成，胡旭东，高晋生．煤热解中有机硫的变化［Ｊ］．　３结论　煤炭转化，１９９３，１６（２）：７７—８１．　【２］　ＡＴＴＡＲ　Ａ．Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｓｃ　ａｎｄ　ｋｉｎｅｔｉｓ　ｃｏｆ　ｒｅａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　从上述分析看，天然气对３种煤的热解都有促　进硫的析出作用．　ａ．比较３种煤在氮气和天然气气氛下热解硫　的析出规律．在氮气气氛下硫的析出量都是在５５０　℃左右达到最大值，说明此时硫的析出反应最剧烈，　而在天然气气氛下，硫的析出量在７００℃以前一直　较高，说明甲烷的存在改变了硫的析出反应机制．　ｂ．根据前人对各种煤在氮气气氛下热解研究　表明，煤中内在氢的不足是阻碍硫进一步析出的主　要因素．而天然气中的甲烷在煤中活性自由基作用　下能在较低温度下裂解，释放出甲基和氢活性自由　ｓｄｐｈｕｒ　ｉｎ　ｃｏａｌ—ｇａｓ　ｒａｃｔｅｉｏｎｓ：ｒｅｎｅｗ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，１９７８，５７　（４）：２０１—２１２．　［３］　ＣＨＥＮ　Ｈ　Ｋ，ＬＩ　Ｂ　Ｑ，ＺＨＡＮＧ　Ｂ　Ｊ．Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｙｒｉｔｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｙｒｉｔｅ　ｗｉｔｈ　ｃｏａｌ　ｏｒｇａｎｉｃ　Ｉｌｉａ—　ｔｒｉｘ　ｉｎ　Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｐｙｒｏｌｓｉｙｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０００，７９　（１３）：１　６２７—１　６３１．　［４］廖洪强，孙成功，李保庆．焦炉气气氛下煤加氢热解研　究进展［Ｊ］．煤炭转化，１９９７，２０（２）：３８—４３．　［５］ＮＯＳＡＯＥ，ＭＵＲＲＡＹＲＧ．Ｅｖｉｄｅｎｃｅｆｏｒｍｅｔｈａｎｅ　ｒａｅ—ｅ　ｔｉｖｉｔｙ　ｄｕ￣ｎｇ　ｃｏａｌ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，　１９９０，６９（１０）：１　２７６—１　２８２．　结击　系统仿真设计［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，　通融输入输出波形的对比，可知ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ　仿真电路图设计是否正确．使用ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ可方　［２］樊昌信．通信原理教程［Ｍ］．北京：电子工业出版社，　２００４：　２７一　２８·　用捷地实现苎　比用硬件进行通信工程实验节省经费、易改变实验　内容．在高校中采用此种实验，可让学生发挥想象设　计实验，通过分析实验结果，可方便纠正错误，不断　改进实验，从而激发学生的创新意识．　参考文献：　ｓ　：　ｉｅｗ　件进行通信工程仿真设计实验，　［４］　的　篇　信原剐川·北京。清华大学　，　爱主．　最小频移键控系统实现技术的　仿真研究…现代电子技术，２００２，（１２）：８８—８９．　［５］李东生雍爱霞，左洪浩，等．Ｓｙ　ｔｅｍＶｉ　系统设计及　仿真入门与应用［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００２：　１２０—１５６．　ｔｅｍＶｉｅｗ仿真与分析［Ｍ］．北京：电子工业出版　，　２００１：５３—１３５．　［１］罗卫兵，孙桦，张捷．ＳｙｓｔｅｍＶｉｅ　动态系统分析及通信