数字通信系统的SystemView仿真与分析

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计算机书籍
　　 结合EDA工具—动态仿真软件SystemView，介绍数字通信系统的仿真和分析方法以及数字通信系统设计和开发的新手段，并力求通过实例使读者掌握和精通System View动态仿真软件。
　　 本书内容分为5章，分别介绍SystemView动态仿真软件的基本使用方法、主要功能及其开放式的设计环境；数字滤波器和位真DSP的仿真设计方法以及与FPGA／DSP设计工具的接口；数字载波通信系统各种常用调制和解调方式的基本原理及其仿真分桥方法；直序扩频通信基本原理及几个实际系统的仿真分析举例；结合SystemView专业扩展库，IS-95的窄带CDMA系统、EN 300 744的DVB系统和3GPP的WCDMA系统的简介及其链路级仿真。
　　 本书可作为基于SystemView的通信原理实验课程的教材，亦可作为现代通信系统仿真专业设计人员的参考书，另也可供欲学习与精通SystemView动态仿真工具的爱好者使用。
　　

第1章 systemview仿真平台的功能与使用简介
1．1 systemview简介
1．2 设计窗口
1．2．1 设计窗口简介
1．2．2 图标库及图标定义的方法
1，2．3 设计窗口的基本使用
1．2．4 设计窗口中的各项功能
1．3 分析窗口
1．3．1 分析窗口简介
1．3．2 接收计算器
第2章 利用systemview仿真滤波器与位真dsp
2．1 数字滤波器及设计方法概述
2．1．1 iir滤波器设计
2．1．2 fir滤波器设计
2．2 利用仿真软件systemview设计各种滤波器
2．2．1 fir滤波器设计
2．2．2 模拟滤波器设计
2．2．3 通信滤波器设计
2．2．4 用户自定义型滤波器设计
2．2．5 直接输入系数滤波器设计

　　 通信技术的发展日新月弄，通信系统也日趋复杂，因此，在通信系统的设计研发环节中，在进行实际硬件系统试验之前，软件仿真已成为必不可少的一部分。 目前，电子设计自动化EDA(Electronic Design Automatic)技术已经成为电子设计的潮流。为了使繁杂的电子设计过程更加便捷、高效，出现了许多针对不同层次应用的EDA软件。美国Elanix公司推出的基于PC机Windows平台的SystemView动态系统份真软件，是一个已开始流行的、优秀的EDA软件。它通过方便、直现、形象的过程构建系统，提供丰富的部件资源，强大的分析功能和可视化开放的体系结构，已逐渐被电子工程师、系统开发／设计人员所认可，并作为各种通信、控制及其它系统的分析、设计和仿真平台以及通信系统综合实验平台。
　　 SystemView是一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化开发环境。它可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。尤具特色的是，它可以很方便地进行各种滤波器的设计。系统备有通信、逻辑、数字信号处理(DSP)、射频／模拟、码分多址个人通信系统(CDMA／PCS)、数字税频广播(DVB)系统、自适应滤波器、第三代无线移动通信系统等专业库可供选择，适合于各种专业设计人员。该系统支持外部数据的输入和输出，支持用户自己编写代码(C／C++)，兼容Matlab软件。同时，提供了与硬件设计工具的接口，支持Xilinx公司的FPGA芯片和TI公司的DSP芯片，是一个用于现代工程和科学系统设计与仿真的动态系统分析工具平台。SystemView已大量地应用于现代数字信号处理、通信系统及控制系统的设计与仿真等领域。
　　 软件仿真要以理论知识为指导，另一方面，软件仿真对硬件开发提供方案论证和实践指导。为了帮助通信及其它专业的设计人员更好地利用该EDA软件进行通信系统的设计与仿真，作者结合自己从事通信系统研究和使用SystemView动态仿真软件的经验，编写了此书。
　　 本书结合SystemView介绍了数字通信系统的基本原理和几种数字通信系统在该平台上的仿真分析方法。本书共分5章，在内容安排上依照循序渐进的原则。
　　 第1章结合2000年发布的SystemView4.5Build42版本，介绍SystemView软件的基本操作方法和主要功能。从入门开始，以使用户能在最短时间内掌握该软件的使用方法。
　　 第2章介绍两部分内容：第一部分介绍在SystemView仿真平台上依据性能指标进行FIR、模拟和通信滤波器设计的方法，以及用户自定义辐／相频特性或直接指定传递函数系数的滤波器设计方法；最后介绍滤波器及其它DSP设计的FPGA实现方法。第二部分介绍SystemView位真DSP的设计功能，主要结合TI的EVM(Evaluation Module)／DSK(DSP Starter Kit)硬件系统，介绍SystemView的RTDA(Real Time DSP Architect)实时处理的功能。
　　 第3章介绍数字载波通信系统各种常用调制和解调方式的仿真分析。首先结合SystemView介绍各种常用数字通信系统的基本原理，从简到繁，由浅入深。从最简单的2ASK、2FSK、BPSK系统开始，到各种多进制数字调制方式以及更为优化的恒包络调制等，辅以SystemView仿真电路图和波形图，详细介绍各种数字通信方式的原理、调制和解调仿真方法。然后结合QPSK调制和解调仿真实例以及V26标准实际采样数据软解调实例，详细介绍在SystemView上对通信系统进行仿真和分析的方法。
　　 第4章主要结合几个实际系统，来介绍直立序扩频通信系统的仿真。在介绍扩频通信系统(主要是立序扩频通信系统)基本原理的基础上，首先介绍SystemView应用范例——用于无线局域网通信的直序扩频系统。该系统的特点是对射频发送、接收系统进行了比较实际的仿真，较多地涉及到射频／模拟库。其次，结合科研实践，介绍MSK直序扩频相关解调系统、差分编码MSK直序扩频延时相干解调系统的原理及仿真。最后，介绍PSK直序扩频数字相关解调系统及其仿真。在原理讲解部分着重于介绍基本知识；在系统仿真中，结合实际电路进行讲解说明，并重视软件仿真对硬件试验的指导作用；在仿真时考虑外部环境对系统的影响，并给出相应的结论，以指导硬件调试。
　　 第5章结合SystemView软件的专业扩展库，介绍3种比较新的通信系统仿真实例：用于第二代无线移动通信系统的窄带CDMA技术、用于第三代无线移动通信系统的宽带CDMA技术以及数字视频广播DVB系统。基本原理部分比较复杂，但是标准性强，系统实现相对简单，所以侧重于原理叙述；在仿真部分用基于标准的例子对仿真方法及注意事项作介绍。主要目的是使用户熟悉这些较新的通信系统的原理以及利用SystemView对这些技术进行份真的方法。
　　 在本书写作过程中，得到了SystemView软件的中国总代理——北京泰科艾伦电子工程有限责任公司及美国Elanix公司的大力支持。他们提供了SystemView正式版软件和应用范例的使用授权。何小庆、曹旭华、姜桥等对内容的策划、组织和编排等提供了大量的帮助，并提出了许多宝贵的修改意见。Elanix公司的Schiff博士和副总裁Andre C．Kobel对内容也提出了建议。北方交通大学李哲英教授和北京航空航天大学陈星副教授审阅了全书，并给予了许多有价值的参考意见，李哲英教授还在百忙之中为本书做了序。马广云副教授对章节编排和内容做了字斟句酌的修改，为本书的出版提供了建设性意见和无私的帮助。在此，向以上各位一并致以衷心的感谢。没有他们的帮助，就不可能有本书的出版。此外，在编写过程中，参考、引用了许多著作、文献、标准等(如参考文献所列)，这些参考文献使作者深受启发，在此，也向各位作者表示感谢。
　　 读者若想获得SystemView软件的技术支持，可与北京泰科艾伦电子工程有限责任公司联系。
　　 北京泰科艾伦电子工程有限责任公司：
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　　 现代通信系统是一个十分复杂的工程系统，通信系统设计研究也是一项十分复杂的技术。由于技术的复杂性，在现代通信技术中，越来越重视采用计算机仿真技术来进行系统分析和设计。随着电子信息技术的发展，已经从仿真研究和设计辅助工具，发展成为今天的软件无线电技术，这就使通信系统的仿真研究具有更重要和更实用的意义。
　　 计算机仿真技术的基础，是建立工程问题的数学模型。只有建立了工程问题的数学模型，才能通过计算机进行仿真，达到对系统分析和检验的目的。但由于现代通信系统和电子系统的复杂性，在许多时候直接建立数学模型是相当复杂的，也不利于工程使用。因此，在电子系统的分析和设计中，人们一直希望有一种既能按物理概念直接建立分析和仿真模型，又能提供直观数学模型分析和份真的工具。SystemView就是一种比较适合这两种建模方法的现代通信系统设计、分析和仿真试验工具。
　　 工程系统模型(Model)，是人们对实际事物的一种描述方法，也是工程技术的基本设计分析工具。在现代通信系统中，所谓工程模型包括如下一些基本特点：
　　 模型的功能性。工程实际中的模型可以分为物理模型和数学模型，每一种模型都具有相应的功能。
　　 模型的代表性。模型能直接反映科学或工程系统的基本行为，这些模型所代表的是具体工程系统的行为特性。
　　 模型的条件性。模型是在一定条件下物理现实中基本问题的突出代表，所以，任何一种模型都是在一定约束条件下提出的，也只能适用于相应约束的工程问题。
　　 现代电子系统中，模型分为物理模型和数学模型两大类。
　　 (1)物理模型。物理模型是指利用物理概念和限制条件直接建立的电子系统模型，例如通常绘制的电路图。物理模型的特点是直观、物理意义明确、易于用物理方法实现仿真，缺点是实现上需要时间和金钱。物理模型可以用来对电子系统(例如电路图、电网网络原理图等)进行定性分析。
　　 (2)数学模型。数学模型也叫做分析模型。数学模型是指利用基本物理定律和数学描述工具，在一定的限制条件下，对电子系统中变量关系的数学描述。在电子工程实际中，有两种方法建立相应的数学模型，一种是利用物理概念及其所对应的数学描述方法，直接建立对应问题的数学模型，例如高等数学中的一些分析方法；另一种是利用已经建立的物理模型和基本物理学定律，建立对应电路的数学模型。
　　 本书从模型建立出发，对现代通信系统的基本原理进行了阐述。结合SystemView平台的基本功能和特点，书中各章由浅入深地描述了现代通信系统的基本电路模型和系统模型的建立方法，充分利用了Systemview仿真平台的模型仿真灵活性，向读者提供了一整套相当有价值的实验仿真内容。可以毫不夸张地锐，本书的内容基本上组成了一个研究和设计现代通信系统的基本实验室，是学习研究现代通信系统设计分析和仿真方法的实用型教材和工具参考书。
　　 本书的出版除了上述专业技术方面的意义外，还值得一提的就是本书对现代教育手段在高等工程教育中应用所做出的贡献，是一种建立现代通信系统虚拟实验手段的新尝试。
　　 李哲英
　　 2000年12月于北方交通大学