典型滤波器的SystemView设计与仿真

典型滤波器的SystemView设计与仿真

通信技术的飞速发展使得通信系统日趋复杂，通信系统设计的EDA技术在研发阶段实现软件仿真已成为时尚。文章介绍了通信仿真软件SystemView的系统组成及主要特点，结合数字滤波器仿真，介绍了该软件的使用方法。该软件系统是用于现代工程与科学系统设计、模拟的动态系统分析软件，是一个功能强大、有多种用途的工具平台，适用于教学和指导大型通信控制系统的仿真与设计。
本设计论文首先介绍了本课题的课题背景和目的意义，而后在第二章对数字滤波器进行了简要的介绍，第三章以FIR和IIR滤波器为例，详细说明了MATLAB和SystemView进行的仿真。第四章作者应用SystemView作了一个直序扩频系统的仿真。
通过本论文的介绍，可以看到SystemView是一种非常方便实用的仿真软件，在现今的教学和软件设计中起到举足轻重的作用。

关键词：SystemView，MATLAB，FIR滤波器，IIR滤波器，直序扩频系统的仿真
ABSTRACT
The rapid development of communication technology makes communication system more and more complex. Using the EDA technique in designing communication system to realize software simulation in the research and exploitation period has been popular. This paper describes the comPOSTTTION of the software system. Combining with FIR and IIR filter simulation, it also introduces the method of how to use the software. SystemView is a tool platform with powerful functions and various uses, which can be used in modern engineering and science system design and analog, especially in the simulation and design of communication system.
In the beginning of this paper, the author first shows us the backdrop and significance of this discussion. Then, in the chapter 2,there are some brief introductions of digital filter, which is the example we have to carry out in this whole paper. Chapter 3 is the main part of this paper, in this part the author give us a really particular describe of the MATLAB/SystemView simulation process, using FIR/IIR filter as the simulation object. Last but not least, the chapter 4 is the expanding part in this paper; the author does an exactitude simulation of the process of Direct-sequence spread spectrum.
Via the introduction of this paper, the readers can get a brief opinion of SystemView, this extremely useful simulating software, it do earn our emphasis during the teaching and software designing nowadays.

KEY WORDS SystemView，MATLAB，FIR filter，IIR filter，Direct-sequence spread spectrum
目 录

第一章 绪 论 1
1.1 课题概述 1
1.1.1 课题背景 1
1.1.2 课题研究目的意义 2
1.2 论文结构 2
第二章 滤波器原理 4
2.1数字滤波器的基本概念 4
2.1.1基本概念 4
2.1.2 数字滤波器的分类 4
2.2数字滤波器设计方法概述 6
2.2.1 IIR滤波器设计 6
2.2.2 FIR滤波器设计 7
2.3 仿真软件的简介和选择 7
2.3.1 MATLAB简介 7
2.3.2 SystemView简介 8
2.3.3 其它软件介绍 9
2.3.4 仿真软件选择 9
第三章 典型滤波器的SystemView设计与仿真 10
3.1 MATLAB仿真 10
3.1.1 FIR数字滤波器的设计 10
3.1.2椭圆模拟滤波器的设计 14
3.2 SystemView仿真 15
3.2.1椭圆滤波器仿真 15
3.2.2椭圆滤波器效果验证（方波信号的合成分解） 16
1.信号分解与合成原理 16
2.仿真系统实现 17
3.2.3 FIR滤波器仿真 20
3.2.4 FIR滤波器效果验证（奈奎斯特准则仿真） 22
3.3 SystemView调用第三方M-LINK模块 24
3.3.1 M-LINK的主要功能 24
3.3.2 建立SystemView下的MATLAB函数库 25
第四章 仿真应用–直接序列扩频仿真 28
4.1 直接序列扩频原理 28
4.1.1 扩频技术的理论基础 28
4.1.2 直接序列扩频原理 29
4.2 直接序列扩频系统的仿真 30
第五章 结论 37
参考文献 38
致 谢 39
附 录 40

第一章 绪 论
在传统的系统设计方法中，一般将设计过程划归为系统设计和算法研究和硬件和软件的实现两大类。由于两类设计在设计工具、语言，甚至于设计者知识背景方面都存在着很大的差异，所以，设计链很容易被打断，系统设计仿真和工程实现之间容易被隔离。这样的设计很难保证一次性成功，往往要经过多次地修改才能完成。
实现将系统级设计工具完成的设计结果自动映射成为工程实现。一直是系统设计研究人员努力达到的目标。目前，离最终实现这一目标虽然还有一段距离，但在很多新版本的仿真工具中已经具有这样的功能。
Elanix公司发布的SystemView 软件就是一个优秀的仿真软件[1]。
1.1 课题概述
1.1.1 课题背景

销售额

时间
图1.1 产品利润与其上市时间的关系
在现今市场经济的时候，设计周期短和上市快是所有厂商坚持不懈的追求。正如上图中，即表明了产品上市时间与其利润之间的关系。这说明，一个企业如果能够比其竞争对手更快地推出新产品，更快地对市场作出反应，即可获取更大的市场份额和更大的利润。
系统设计仿真即用计算机帮助设计人员完成繁琐的设计工作，是解决以上问题的有效途径。
随着仿真技术的飞速发展，新的设计工具不断涌现。其中一个很显著的特点是新的仿真设计工具越来越具有强大而全面的功能。例如，Cadence公司的SPW以及Elanix公司的SystemView 等。这些软件工具的产生，主要是由于传统的分隔各层次的设计方法越来越不能适应目前超大规模复杂设计的需要。
1.1.2 课题研究目的意义
本课题的研究内容主要涉及数字滤波波器的MATLAB和SystemView仿真。目的是希望对MATLAB和SystemView的仿真有一个较为明确的了解，体会仿真软件强大的功能和现实的意义，以及对滤波器的设计和功能有一个全面的了解。
随着电子技术和计算机信息技术的迅速发展，信息设备更新换代速度日益加快，市场寿命周期越来越短，致使传统的电子设计和分析工具己经无法满足市场需要在此背景下，EDA即电子设计自动化技术应运而生，现已成为提高电子产品质量和技术水平的一项必不可少的技术。
EDA技术的发展改变了传统电子技术类专业教学方法、设计手段，此类技术已经应用于多种专业的教学软件中。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》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、可以帮助学生对课堂所学的较难理解的理论有更清楚、深刻的认识，提高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]。
本论文研究的意义即是对典型滤波器进行仿真，可用于教学，使学生更深刻领会数学信号处理中的较难理论，亦可用于产品研发之中，作为一个零部件的设计仿真之用。在本论文的应用扩展部分，本人将以一个更加完整的实例体现仿真软件的强大功能，说明滤波器在通信系统中的作用。
1.2 论文结构
本文共分四部分：
在本文的开始，首先介绍了课题研究的背景和研究的意义。
在第二章中，为了提出仿真的具体实现方法，作者对所要实现的数字滤波器的原理作了介绍。
在第三章，首先对仿真软件做了一定的介绍，而后对本文中将使用的仿真软件作出选择。并选用SystemView和MATLAB两种仿真软件，在滤波器数学模型的基础上对典型滤波器–椭圆模拟滤波器和FIR（有限脉冲响应）数字波器的特性进行仿真。并设计了一个仿真系统(如信号的合成与分解)和一个奈奎斯特准则仿真系统来阐明其滤波作用。然后根据SystemView的强大功能，在其环境下直接调用MATLAB的函数来实现它与MATLAB第三方库模块–M-link库的可靠连接，并利用对滤波器特性的仿真效果分析这两种方法下的滤波器的滤波作用。
在第四章中，作者利用SystemView的强大功能，设计了一个更加完整的应用实例，以此来说明滤波器在通信系统中的作用。
文中最后部分对该文所做的设计工作做了总结。
第二章 滤波器原理
2.1数字滤波器的基本概念
2.1.1基本概念
所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件。因此，数字滤波的概念和模拟滤波相同，只是信号的形式和实现滤波方法不同。正因为有该不同点，数字滤波器具有比模拟滤波器精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配以及实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能等优点。如果要处理的是模拟信号，可通过A/DC和D/AC，在信号形式上进行匹配转换，同样可以使用数字滤波器对模拟信号进行滤波[2]。
2.1.2 数字滤波器的分类
数字滤波器按照不同的分类方法，有许多种类，但总起来可以分成两大类。一类称为经典滤波器，即一般的滤波器，特点是输入信号中有用的频率成分和希望滤除的频率成分各占有不同的频带，通过一个合适的选频滤波器达到滤波的目的。例如，输入信号中含有干扰，如果信号和干扰的频带不重叠，可滤除干扰得到纯信号。但对于一般滤波器如果信号和干扰的频带重叠，则不能完成对干扰的有效滤除，这时需要采用另一类所谓的现代滤波器，例如维纳滤波器、卡尔曼滤波器、自适应滤波器等最佳滤波器。这些滤波器可按照随机信号内部的一些统计分布规律，从干扰中最佳地提取信号[3]。

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