通信原理课程设计报告

通信原理课程设计

课设题目： 2DPSK系统设计与解调仿真 院 （系）： 电子信息学院 班 级： 通信131班 姓 名： *** 学 号： ********** 指导教师： ******

2016年6月24日

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中 原 工 学 院 课 程 设 计 任 务 书

姓 名 班 级 课 程 题 目 崔校通 通信131班 学 号 学 院 通信原理课程设计 2DPSK数字调制系统和误比特率测试的仿真设计与分析 1.利用SystemView软件按照课设指导书分别画出2DPSK系统中相干解调与差分解调的高频与不加噪声时低频的误比特率仿真测试原理图。 2.观测低频的仿真过程中原始基带信号波形、差分码波形、2DPSK信号波形、本地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、抽样判决输出波形以及码反变换后的输出波形。观测输入和输出波形的时序关系。 设 计 3.在2DPSK系统中，“差分编码／译码”环节的引入可以任 务 有效地克服接收提取的载波存在180°相位模糊度，即使接收端同步载波与发送端调制载波间出现倒相180°的现象，差分译码输出的码序列不会全部倒相。重新设置接收载波源的参数，将其中的相位设为180°，运行观察体会2DPSK系统时如何克服同步载波与调制载波间180°相位模糊度的。 4.利用建立的SystemView DPSK系统相干接收的仿真模型进行BER测试，产生该系统的BER曲线以此评估通信系统的性能。 时 间 进 度 课程设计要求在1周内做完 [1] 樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯.通信原理(第五版)[M] 北京：国防工业出版社，2002 [2] 罗卫兵，孙桦，张捷.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M] 北京：电子工业出版社，2002 [3] 李东生, 雍爱霞, 左洪浩。System View 系统设计及仿真入门与应用[M] 北京: 电子工业出版社, 2002 [4] 青松, 程岱松, 武建华等。数字通信系统的System View仿真与分析[M] 北京: 北京航空航天大学出版社, 2001 201300484316 电 子 信 息 学 院 主要参考资料 2

目录

1、概述 .............................................................................................. 4 2、设计要求 ...................................................................................... 5

2.1、课程设计组织形式 ............................................................ 5 2.2、课程设计具体要求 ............................................................ 5 2.3、分析内容要求 .................................................................... 5 3、软件简介 ...................................................................................... 6

3.1、SystemView动态系统仿真软件简介 5

3.2、使用Systemview进行通信系统仿真的步骤

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4、设计内容简介 .............................................................................. 8

4.1、2DPSK系统组成及原理 ..................................................... 9 4.2、误比特率（BER：Bit Error Rate） .............................. 9 4.3、2DPSK系统误比特率测试的结构框图 ............................. 8 4.4、相干2DPSK系统误比特率测试的仿真模型的建立 ....... 11 4.5、仿真结果及相干2DPSK系统误比特率曲线绘制 ........... 11 5、仿真模型的建立及结果分析 .................................................... 12

5.1 2DPSK高频差分解调 ....................................................... 12 5.2 2DPSK高频相干解调 ....................................................... 13 5.3 2DPSK低频相干解调 ....................................................... 14 5.3.1 2DPSK相干解调仿真图 13

5.3.2 观察并分析“分析窗口”的波形 14 5.4 2DPSK低频差分解调 ......................................................... 18 5.4.1 2DPSK相干解调仿真图 .......................................... 14 5.4.2 观察并分析“分析窗口”的波形 ........................... 18 6设计过程中解决的问题 21 6、总结及心得体会 ........................................................................ 24 7、参考文献 .................................................................................... 25

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1、概述

《通信原理》课程设计是通信工程、电子信息工程专业教学的重要的实践性环节之一，《通信原理》课程是通信、电子信息专业最重要的专业基础课，其内容几乎囊括了所有通信系统的基本框架，但由于在学习中有些内容未免抽象，为了使学生能够更进一步加深理解通信电路和通信系统原理及其应用，验证、消化和巩固其基本理论，增强对通信系统的感性认识，培养实际工作能力和从事科学研究的基本技能，在通信原理的理论教学结束后，我们开设了《通信原理》课程设计这一实践环节。

Systemview是ELANIX公司推出的一个完整的动态系统设计、模拟和分析的可视化仿真平台。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， Systemview 在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。它可达到在不具备先进仪器的条件下也能完成复杂的通信系统设计与仿真的目的，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。 在通信系统分析和设计领域具有广阔的应用前景。

在本课程设计中学生通过运用先进的仿真软件对通信系统进行仿真设计，既可深化对所学理论的理解，完成实验室中用硬件难以实现的大型系统设计，又可使学生在实践中提高综合设计及分析解决实际问题的能力，加强系统性和工程性的训练。

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2、设计要求

2.1、课程设计组织形式

课程设计过程按分组的方式进行，由指导教师向学生讲述课程设计的方法、步骤和要求，设计过程采取课堂集中辅导，分散设计的方式进行。课程设计按2个人为一组，要求在小组内分工协作、充分讨论、相互启发的基础上形成设计方案，课程设计结束要求提交一份课程设计报告书，必要时可要求各小组选出一个代表，进行课程设计方案演示和答辩，评出若干优秀设计成果。

2.2、分析内容要求

（1）、观测仿真过程中原始基带信号波形、差分码波形、2DPSK信号波形、本地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、抽样判决输出波形以及码反变换后的输出波形。观测输入和输出波形的时序关系。

（2）、在2DPSK系统中，“差分编码／译码”环节的引入可以有效地克服接收提取的载波存在180°相位模糊度。重新设置接收载波源的参数，将其中的相位设为180°，运行观察体会2DPSK系统时如何克服同步载波与调制载波间180°相位模糊度。

（3）、利用建立的SystemView DPSK系统相干接收的仿真模型进行BER测试，产生该系统的BER曲线以此评估通信系统的性能；它以相干接收DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，信道模型为加性高斯白噪声信道，利用全局参数链接功能通过设置循环来改变噪声功率得到不同信噪比下的误比特率。

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3、软件简介

3.1、SystemView动态系统仿真软件简介

SystemView是美国Elanix公司推出的基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化工具。利用该软件可以进行通

信系统的仿真，也可以构建一些复杂的模拟、数字和多速率系统。 SystemView 属于一个系统级的工作平台，它通过方便、直观、形象的过程构建系统，提供了丰富的部件资源、强大的分析功能和可视化开放的体系结构，已逐渐成为各种通信、信号处理、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的图符资源十分丰富，包括基本库和专业库。基本库中有加法器、乘法器、多种信号源、接收器、各种函数运算器等；专业库有通信、逻辑、数字信号处理、射频／模拟等特别适合于现代通信系统设计、仿真和方案论证，其特点简要介绍如下：

1.强大的动态系统设计与仿真功能

SystemView 提供了开发电子系统的模拟和数字工具，包含几百种信号源、接收端、操作符和功能块，各功能模块都用形象直观的图符表示，使用SystemView不用编程，只需用鼠标从SystemView库中选择图符，并将他们拖到设计窗口中就可以构造出各种线性和非线性、离散和连续、模拟、数字、模数混合系统以及各种多速率系统，可用于各种线性和非线性控制系统的仿真。 2.方便快捷

SystemView使用了用户熟悉的Windows界面的功能键，用户可以方便快捷地在设计窗口和分析窗口之间切换，对所设计系统进行时域和频域分析，分析窗口中的分析结果以图形直观显示，

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使得对所设计系统的修改、调试简单易行，达到实时修改、实时显示的操作效果。用户还可以在屏幕上给设计系统加上注解，在SystemView高版本中，系统输出的波形图可以方便的插入Word中进行编辑。

3.完备的滤波器和线性系统设计

SystemView包含一个功能强大的、很容易使用的图形模板设计环境，便于模拟和数字以及离散和连续时间系统的设计，同时还包含大量的FIR/IIR滤波器类型和FFT类型，并提供了便于用DSP实现滤波器或线性系统的参数。 4.多速率系统和并行功能

SystemView可以对具有多种数据采样率输入的系统进行合并，以简化FIR滤波器的执行，这种特性尤其适合于同时具有低通和高通部分的通信系统的设计和仿真，该特性有效地提高了整个系统的仿真速度，而在局部又不会降低仿真的精度，同时还降低了系统对计算机硬件配置的要求。 5.先进的信号分析和数据块处理

SystemView的分析窗口是一个能够对系统波形进行详细检查的交互式可视环境。分析窗口还提供了一个能对仿真生成的数据进行先进的块处理操作的接受计算器。接受计算器的块处理功能十分强大，内容也相当广泛，能够完全满足通常所需要的分析要求。这些功能包括：应用DSP窗口、余切、自动并联、平均值、复杂的FFT、常量窗口、卷积、余弦、交叉并联、习惯显示、十进制、微分、除窗口、眼图模式、功能比例尺、柱状图、覆盖统计、自相关、功率谱、分布图、平方、平方根、波形求和、窗口幂、窗口函数等等。

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6.可扩展性

SystemView允许用户输入数据，并对其进行处理，也可以将处理结果输出到外部数据文件。另外，他还提供了与VC++及Matlab的接口，用户可以方便地调用其函数或自定义图标功能。 7.完善的自我诊断功能

SystemView能自动执行系统连接检查，并显示连接的出错信息和指出出错的图符。总之， SystemView支持嵌入式系统和多层子系统、全部的逻辑功能、开关和非线性装置组件，完整的信号源，内部系统诊断和连接检查，分析窗口的多图显示，在线帮助系统，使你能够快速方便地设计、开发和测试各种系统。是目前国际上较优秀的系统设计和仿真软件。

3.2、使用Systemview进行通信系统仿真的步骤（1） 建立系统模型：

根据通信系统的基本原理确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，根据各个部分之间的关系，画出系统框图。 （2）基本系统搭建和图标定义：

从各种功能库中选取满足需要的可视化图符和功能模块，组建系统，设置各个功能模块的参数和指标，在系统窗口按照设计功能框图完成图标的连接；

（3） 调整参数，实现系统模拟参数设置，包括运行系统参数设置（系统模拟时间、采样速率等）。

（4）运行结果分析：

在系统的关键点处设置观察窗口，利用接收计算器分析仿真数据和波形，用于检查、监测模拟系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。

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4、设计内容原理简介 4.1、2DPSK系统组成原理

2DPSK系统组成原理如图4-1所示，系统中差分编、译码器是用来克服2PSK系统中接收提取载波的180°相位模糊度。

PN码 发生 器 差 分 编码器 2PSK 系 统 差 分 译码输出

图4-1 2DPSK系统组成

4.2、误比特率（BER：Bit Error Rate）

误比特率（BER：Bit Error Rate）是指二进制传输系统出现码传输错误的概率，也就是二进制系统的误码率，它是衡量二进制数字调制系统性能的重要指标，误比特率越低说明抗干扰性能越强。对于多进制数字调制系统，一般用误符号率（Symble Error Rate）表示，误符号率和误比特率之间可以进行换算，例如采用格雷编码的MPSK系统，其误比特率和误符号率之间的换算关系近似为：

Pb,MPSKPs,MPSKlog2M其中，M为进制数，且误比特率小于误符号率。 4.3、2DPSK系统误比特率测试的结构框图

在二进制传输系统中误比特率BER（ Bit Error Rate） 是指出现码传输错误的概率，误比特率越低说明抗干扰性能越强。几种基本的数字调制方式中，2PSK具有最好的误码率性能，但2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，易造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。这个问题将直接影响2PSK信号用于长距离传输。为克服此缺点并保存2PSK信号的优点，采用二进制差分相移

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键控（2DPSK），2DPSK信号的产生原理、调制解调的方法以及误比特率的分析也是通信原理教学中的一个重点和难点。

2DPSK信号克服了2PSK信号的相位“模糊”问题， 但其误码率性能略差于2PSK，2DPSK信号的解调主要有两种方法：一是相位比较法，另一是极性比较法，相干DPSK系统BER测试利SystemView软件来产生一个通信系统的BER曲线以此评估通信系统的性能；它以相干DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，信道模型为加性高斯白噪声信道， 利用全局参数链接功能通过设置循环来改变噪声功率得到不同信噪比下的误比特率,相干2DPSK系统误比特率测试的结构框图如下：

载波发生随机信源码变换信道噪声本地载波低通滤波抽样判决码反变换采样BER计算采样 图3-2 相干2DPSK系统误比特率测试的结构框图

SystemView的通信库（Comm Lib）中提供了BER分析的专用图符块，可直接调用。在系统窗下，创建以2PSK传输系统为BER分析对象的仿真分析系统，在创建的系统中，必须使与2PSK信号叠加的高斯噪声强度自动可变，才能得到随SNR改变的BER分析曲线，可在高斯噪声源与加法器之间插入一个增益随每次循环改变的“Gain”图符块；

创建完仿真系统后，单击运行按钮，随着每次循环，终值显示框内出现每次的运算结果，其中最后一列带括弧的数据为误比特率。循环结束后进入分析窗，此时输出给出的误比特率是随仿

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真时间改变的规律，欲观察BER随解调信号SNR改变的曲线，需单击“信宿计算器”按钮，在出现的对话框中，选中Style按钮，单击BER Plot按钮，在其右侧的“SNR Start[dB]:”栏内输入-10、“Increment[dB]:”栏内输入20，再选中右上角窗口内“Bit Error Rate 相关窗口”项，最后单击OK按钮即可显示随SNR改变的BER曲线。每次循环时，输入的2DPSK信号功率保持不变，而叠加的高斯噪声功率逐次衰减，即SNR不断增加。

叠加高斯噪声强度随循环每次减小3dB变化。 4.4、相干2DPSK系统误比特率测试的仿真模型的建立

根据图3-2测试的结构框图，建立仿真模型，模型中各图符的参数指标根据随机信源和调制载波的频率来设定，模型建立之后的参数调整直至调试出现正确结果的过程，也是一个对调制解调原理的不断理解和消化的过程，其中对滤波器的截至频率设置，抽样判决的实现、码反变换的相关参数设置、BER计算时原始信源相对抽样判决后码元的延迟时间的计算以及系统的采样速率的设置等都能进一步加深对原理的掌握并可通过调试结果的直观体现出来，从而将抽象的原理和具体的实现过程紧密地结合起来。 4.5、仿真结果及相干2DPSK系统误比特率曲线绘制

仿真过程波形可用瀑布图直观表示，要观察的依次为原始基带信号波形、差分码波形、2DPSK、本地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、抽样判决后的波形以及码反变换后的输出波形。由图观察解调输出与基带输入是否相一致，并注意二者波形时序。

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5、仿真模型的建立及结果分析 5.1 2DPSK的高频差分解调

图-5.1.1高频差分解调原理图

系统基本参数：基带信号频率=1000HZ，电平=1，偏移=0,逻辑异或threshold=500e-3，tureoutput=1，FALSEoutput=-1，延迟块delay=1e-3，载波频率=2e+3HZ,模拟低通滤波器频率=1.5e+3HZ，极点个数位3，保持器gain=1。

图-5.1.2高频差分解调输出波形

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5.2 2DPSK相干解调（高频）

图-5.2.1相干解调原理图

系统基本参数：基带信号频率=1000HZ，电平=1，偏移=0,逻辑异或threshold=500e-3，tureoutput=1，FALSEoutput=-1，延迟块delay=1e-3，载波频率=2e+3HZ,模拟低通滤波器频率=1.1e+3HZ，极点个数位3，保持器gain=1。

图-5.2.2高频相干解调输出波形

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5.3 2DPSK低频相干解调 5.3.1 2DPSK相干解调仿真图

图-5.3.1低频相干解调原理图

图-5.3.2低频相干解调输出波形

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5.3.2 观察并分析“分析窗口”的波形 1. 输入的二进制基带波形（绝对码）：

图-5.3.3 2DPSK相干解调输入的基带信号

输入的基带信号（绝对码）是二进制双极性伪随机码（即PN序列），频率为20Hz，图5.3.3中可看出输入的序列为“01101000101”。

2. 2DPSK调制中输出的相对码：

图-5.3.4 2DPSK调制中输出的相对码

输入的基带绝对码经过差分编码器转换成绝对码。 3. 2DPSK相干解调中已调信号与载波相乘的波形：

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图5.3.5 2DPSK相干解调中已调信号与载波相乘输出波形

从图5.3.5中可以看出2DPSK相干解调中已调信号与载波相乘输出的波形中含有很多高频成分，我们需要用低通滤波器将这些高频成分滤除，得到需要的直流分量。

4 . 2DPSK经过低通波形：

图-5.3.62DPSK相干解调经过低通波形

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图-5.3.7 解调出的绝对码

在仿真时当得到已调信号与载波相乘的波形后，再经过低通滤波器、采样器、保持电路、抽样判决器，得到解调出的相对码。最后经过差分译码器，就可以得到解调出的绝对码（即输入的原始基带信号），从图可以看出2DPSK相干解调出来的波形与输入的原基带信号基本保持一致，有一点延迟，但在允许范围内，仿真正确。

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5.4低频差分解调

5.4.1 2DPSK非相干解调仿真图

图-5.4.1低频差分解调原理图

图-5.4.2低频差分解调输出波形

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5.4.2 观察并分析“分析窗口”的波形

图-5.4.3低频差分解调绝对码波形

输入的基带信号（绝对码）是二进制双极性伪随机码（即PN序列），频率为20Hz，图5.4.3中可看出输入的序列为“100011110”。

图-5.4.4低频差分解调相对码波形

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图-5.4.5 2DPSK差分解调中已调信号与载波相乘输出波形

从图5.4.5中可以看出2DPSK相干解调中已调信号与载波相乘输出的波形中含有很多高频成分，我们需要用低通滤波器将这些高频成分滤除，得到需要的直流分量。

图-5.4.6 2DPSK差分解调经过低通波形

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图-5.4.7 差分解调出的绝对码波形

在仿真时当得到已调信号与载波相乘的波形后，再经过低通滤波器、采样器、保持电路、抽样判决器，得到解调出的相对码。最后经过差分译码器，就可以得到解调出的绝对码（即输入的原始基带信号），从图可以看出2DPSK相干解调出来的波形与输入的原基带信号基本保持一致，有一点延迟，但在允许范围内，仿真正确。

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6设计过程中解决的问题

1、在低频信号（10Hz~100Hz）调试时，当出现连1或连0时，在码间会出现冲击脉冲如图5.3，可以通过合理为Delay Token选择0：Delay或1：Delay-dT消除这种现象。

图

2、在高频信号（1kHz）误码率分析时,首先要将高斯白噪声通过增益使其按一定的规律衰减，即使信噪比按一定的规律增加(高斯白噪声的功率谱密度应通过计算得到合适的值) 。在信号噪声的设值，由于最后进行误码率对比时，起始信噪比是0dB，信噪

rN比为r，分贝表示为dB，N为当前噪声功率密度，dB为分贝

表示的当前噪声功率密度，

N0为最初噪声功率密度。

EbA2TA2rN0N0N0R

EbrdB10log10logEb10logN10logEbNdBN

rdB

A2N0Eb0R这样可设置初始噪声的可推出 r=1，

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大小。

全局关联参数的设置：设函数设置为 –k*cl 则

NdB10logN0k*cl

rdB10logEbNdB10logEb(10logN0k*cl)

rk*cldB则。随着循环次数cl的依次增加，得到对应的信

噪比，系统就是在这个信噪比下计算的误码率，所以在“信宿计算器”中的设置Increment[dB]时数值应该是k。

验证方法：设计一个最佳接收机或匹配滤波器系统，当按上述方法设置时，系统测到的误码率曲线应该和理想的基本重合，否则上述关于全局变量改变信噪比的理解是错误的。

将系统信号源输出信号延时与解调出的信号同步（可以通过计算其相关性得到精确的延时时间）,再抽样比较,抽样频率的选择应为信号频率的N倍（理论上N>=1即可，但实际调试过程中当523

7、总结及心得体会

为期一周的通信原理课程设计结束了。在此期间我学到了不少的知识。

其中最主要的就是SystemView这个软件，因为是第一次接触到这个软件，所以就先上网查询了这个软件的基本使用方法，然后，和同学一起去图书馆借了罗卫兵的《SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计》。作为通信工程的我们，掌握SystemView软件对我们是非常必要的。之后，便开始设计各个通信系统，其中，每个图符参数一定要设置合理，这一步很重要。接着，就开始了高频2DPSK系统相干与差分解调误码率的比较。加入高斯噪声，对信号进行抽样判决，恢复出基带信号，然后利用BER对输入基带信号和输出的信号进行误码率分析，调整高斯噪声的大小和全局互联，最后终于得到了比较满意的误码率曲线，然后将其与理想的误码率曲线进行比较，分析得出结论。通过这些 ，为以后进一步去设计更为复杂的系统打下一定的基础。

在这次课程设计中，我学会了system view这个软件的基本使用方法，了解到了system view 的强大功能，同是我也进一步加深了对通信系统调制与解调的理解，特别是2DPSK的调制与解调和对其相干和非相干误码率的分析。同时也明白了实践与理论相结合的重要性，通过感性的实验现象和理性的数据分析，让我更好的理解了书本上一些晦涩难懂的知识点。最后感谢老师这一周的耐心地讲解和同学的帮助，也希望我们能在通信之路上越走越远。

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8、参考文献

[1] 樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯.通信原理(第五版)[M] 北京：国防工业出版社，2002

[2] 罗卫兵，孙桦，张捷.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M] 北京：电子工业出版社，2002

[3] 李东生, 雍爱霞, 左洪浩。System View 系统设计及仿真入门与应用[M] 北京: 电子工业出版社, 2002

[4] 青松, 程岱松, 武建华等。数字通信系统的System View仿真与分析[M] 北京: 北京航空航天大学出版社, 2001

[5] 仇润鹤,刘世地,唐明浩.SystemView 及其通信系统仿真分析实验指导书.东华大学信息学院通信系内部实验指导书,2005．

[6] 韩力.SVU实验指导书,北京理工大学内部资料,2008

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