抽样定理仿真 [抽样定理的System,View仿真与实现]

  摘要: 通过分析SystemView仿真软件的优势及主要的功能模块库和应用领域,重点通过通信系统中的抽样定理实例介绍了该软件的使用方法及注意事项。最后,总结该软件的教学应用效果及对相关课程教学的借鉴作用,特别适合通信系统的仿真与设计。
  关键词: 仿真;SystemView;抽样定理;通信系统
  中图分类号:TP39文献标识码:A文章编号:1006-4311(2012)05-0146-02
  0引言
  系统仿真是根据被研究的电子系统建立仿真模型,然后在计算机上进行分析、计算和研究。由于它在计算机上直观简单,使学生对一些如《信号与系统》、《通信原理》、《数字信号处理》等比较抽象难懂学科中的问题,可以利用仿真软件放到计算机界面上,并可直观清楚地观察信号的传输、信号通过系统的响应、信号的频谱及其搬移情况、可以帮助学生对所学的较难理解的理论有更清楚、深刻的认识,提高学生学习兴趣并由此而改善此类课程的教学效果,同时,也可供工程技术人员对新技术产品研发之用。
  1概述
  1.1 System View简介SystemView是ELANIX[1]公司推出的一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真,直到一般的系统数学模型建立等各个领域,System View在友好而且功能齐全的窗口环境下,为用户提供了几百种功能模块,能满足各种功能的实现。
  System View的库资源十分丰富,包括含若干图标的基本库(Main Library)及专业库(Optional Library),基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器,各种函数运算器等;专业库有通信(Communication)、逻辑(Logic)、数字信号处理(DSP)、射频/模拟(RF/Analog)等;在系统设计和仿真分析方面,System View还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内,可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。另外,分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”,可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波[2][3]。综上,SystemView是一个功能强大、用途广泛的软件,特别适合于系统的仿真与设计。
  
  1.2 抽样定理概述抽样定理是模拟信号数字化传输的理论基础,它告诉我们:在一个频带限制在(0,fm)内的时间连续信号f(t),如果以1/(2fm)的时间间隔对它进行抽样,那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。或者说,如果一个连续信号f(t)的频谱中最高频率不超过fm,当抽样频率fs?叟2fm时,抽样后的信号就包含原连续的全部信息,也就是说,要传输模拟信号不一定传输模拟信号本身,只需传输按抽样定理得到的抽样值就可以了[4]。1/(2fm)是抽样的最大间隔,也成为奈奎斯特间隔。抽样定理在实际应用中应注意在抽样前后模拟信号进行滤波,把高于二分之一抽样频率的频率滤掉。
  2低通信号抽样定理在System View上的仿真
  图1所示是低通信号的采样与重建原理图[5]。对应的System View仿真系统原理图如图2所示,为观察信号抽样与恢复不失真的条件和引起失真的原因,分别选取了100Hz、200Hz、500Hz等几种不同的抽样频率。运行系统,分别在图符4内输入不同的抽样频率,对比抽样前后的波形变化,如图3,图4,图5,图6所示。
  通过仿真结果的对照,表明采样频率为500Hz时抽样信号恢复的效果最好,基本能得到与原信号相同的波形。由此直观地证明了抽样定理的正确性:抽样信号在fs≥2fm的条件下可以重建原信号;抽样信号频率越高重建效果越好。运用System View软件建立信号的采样与重建的动态仿真模型,采用逐步提高采样频率的方法,从而得到一系列的仿真结果,直观地验证了低通信号的抽样定理的正确性。
  通过Systemview仿真实现,可以使学生对通信原理和信号与系统等相关内容很直观、形象、明白的进行理解,从而也可以大大提高使教学效果。
  3结论
  SystemView具有完整的功能模块库,具有友好的界面窗口,简单易学。可用于通信、信号分析和处理等课程的教学仿真与系统设计,让学生对通信相关特性提高了兴趣,并加深了理解,同时在毕业设计中指导学生进行系统性能分析也是一个很好的软件,可以大大激发学生的创新思维。总之,System View是一个具有广泛前景的开发、设计、分析的应用平台。
  参考文献:
  [1]孙屹.SystemView通信仿真开发手册[M].北京:国防工业出版社,2004.1-362.
  [2]青松,程岱松等.数字通信系统的SystemView仿真与分析[M].北京:电子工业出版社,2001.127-136.
  [3]罗卫兵,孙桦等. Systen View动态系统分析及通信系统仿真设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.98-104.
  [4]樊昌信.通信原理(第5版)[M].北京:国防工业出版社,2001.
  [5]汪英,杨喜,张勇华,低通信号的采样与重建及其System View仿真[J].现代电子技术,2006,29(14),130-133.

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