通信軟件實驗報告

1、 本科實驗報告實驗名稱： 通信電路與系統(tǒng)實驗（軟件） 課程名稱：通信電路與系統(tǒng)實驗（軟件）實驗時間：任課教師：南方實驗地點：4-342實驗教師：南方實驗類型： 原理驗證 綜合設(shè)計 自主創(chuàng)新學(xué)生姓名：焦奧學(xué)號/班級：1120141454/05941401組 號：學(xué) 院：信息與電子學(xué)院同組搭檔：專 業(yè)：成 績：第一次實驗2.1 簡單基帶傳輸系統(tǒng)分析【分析內(nèi)容】構(gòu)造一個簡單示意性基帶傳輸系統(tǒng)。以雙極性PN碼發(fā)生器模擬一個數(shù)據(jù)信源，碼速率為100bit/s，低通型信道噪聲為加性高斯噪聲（標(biāo)準(zhǔn)差0.3v）。要求： 1觀測接收輸入和濾波輸出的時域波形； 2觀測接收濾波器輸出的眼圖。【分析目的】掌握觀察系統(tǒng)

2、時域波形，特別是眼圖的操作方法。【系統(tǒng)組成及原理】簡單的基帶傳輸系統(tǒng)原理框圖如圖2-1-1所示，該系統(tǒng)并不是無碼間干擾設(shè)計的，為使基帶信號能量更為集中，形成濾波器采用高斯濾波器。PN碼發(fā)生器低 通高 斯噪聲源加性高斯低通型信道圖2-1-1 簡單基帶傳輸系統(tǒng)組成框圖形 成濾波器接 收判 決 【創(chuàng)建分析】 第1步：進入SystemView系統(tǒng)視窗，設(shè)置“時間窗”參數(shù)如下： 運行時間：Start Time: 0秒； Stop Time: 0.5秒； 采樣頻率：Sample Rate：10000Hz。 第2步：調(diào)用圖符塊創(chuàng)建如圖2-1-2所示的仿真分析系統(tǒng)：圖2-1-2 創(chuàng)建的簡單基帶傳輸仿真分析系統(tǒng)

3、系統(tǒng)中各圖符塊的設(shè)置如表2-1-1所示：表2-1-1編號圖符塊屬性（Attribute）類型（Type）參數(shù)設(shè)置（Parameters）0SourcePN SeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=100Hz,Levels=2,Phase=0 deg1CommPulse ShapeHanning,Time Offset=0 sec,Pulse Width=0.01 sec,Std Dev=0.15v.2Adder-3SourceGauss NoiseStd Dev=0.3v,Mean=0v.4OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR,5 Pol

4、es,Fc=200Hz.5OperatorSamplerInterpolating,Rate=100Hz,Aperture=0 sec,Aperture Jitter=0 sec,6OperatorHoldLast Value ,Gain=2,Out Rate=10.e+3Hz7OperatorCompareComparison=,True Output=1V,False Output=0v,A input=t6 Output0,B input=t8 Output08SourceSinusoidAmp=0v,Freq=0Hz,Phase=0 deg9SinkAnalysisInput from

5、 t0 Output Port010SinkAnalysisInput from t1 Output Port011SinkAnalysisInput from t4 Output Port012SinkAnalysisInput from t7 Output Port0其中，Token1為高斯脈沖形成濾波器；Token3為高斯噪聲產(chǎn)生器，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏差 Std Deviation=0.3v，均值Mean=0v；Token4為模擬低通濾波器，來自選操作庫中的“LinearSys”圖符按鈕，在設(shè)置參數(shù)時，將出現(xiàn)一個設(shè)置對話框，在“Design”欄中單擊Analog按鈕，進一步單擊“Filter Pa

6、ssBand”欄中Lowpass按鈕，選擇Butterworth型濾波器，設(shè)置濾波器極點數(shù)目：No.of Poles=5（5階），設(shè)置濾波器截止頻率：LoCuttoff=200 Hz。 第3步：單擊運行按鈕，運算結(jié)束后按“分析窗”按鈕，進入分析窗后，單擊“繪制新圖”按鈕，則Sink9Sink12顯示活動窗口分別顯示出“PN碼輸出”、“信道輸入”、“信道輸出”和“判決比較輸出”時域波形，如圖2-1-2所示： 第4步：觀察信源PN碼和波形形成輸出的功率譜。通過兩個信號的功率譜可以看出，波形形成后的信號功率譜主要集中在低頻端，能量相對集中，而PN碼的功率譜主瓣外的分量較大。在分析窗下，單擊信宿計算器

7、按鈕，在出現(xiàn)的“System Sink Calculator”對話框中單擊Spectrum按鈕，分別得到Sink9 和Sink10的功率譜窗口（w4:和w5:）后，可將這兩個功率譜合成在同一個窗口中進行對比，具體操作為：在“System Sink Calculator”對話框中單擊Operators按鈕和Overlay Plots按鈕，在右側(cè)窗口內(nèi)壓住左鍵選中“w4：Power Spectrum of Sink9” 和“w5：Power Spectrum of Sink10”信息條，使之變成反白顯示，最后單擊OK按鈕即可顯示出對比功率譜，如圖2-1-3所示。 第5步：觀察信道輸入和輸出信號眼圖

8、。眼圖是衡量基帶傳輸系統(tǒng)性能的重要實驗手段。當(dāng)屏幕上出現(xiàn)波形顯示活動窗口（w1:Sink10和w2:Sink11）后，單擊“System Sink Calculator”對話框中的Style 和Time Slice按鈕，設(shè)置好“Start Timesec”和“Lengthsec”欄內(nèi)參數(shù)后單擊該對話框內(nèi)的OK按鈕即可，兩個眼圖如圖2-1-4所示。信源PN碼高斯濾波器之后的波形信道輸出的接收波形判決比較整波之后的波形PN碼功率譜以及高斯濾波之后的功率譜合成功率譜輸入眼圖（上）以及輸出眼圖（下）分析：該系統(tǒng)的大體過程是：產(chǎn)生PN碼，濾波之后加噪，再整波還原信號。原本的PN碼濾波之后變成了三角尖形的

9、波形，其大小正負(fù)反映了PN碼；加上噪聲之后，波形變得不規(guī)則；但通過判決比較，正的賦值固定，負(fù)的也賦值固定，從而得到了與原圖像一樣的輸出。功率譜上，經(jīng)過濾波之后，功率有所下降。從上述眼圖可以看出，經(jīng)高斯濾波器形成處理后的基帶信號遠(yuǎn)比PN碼信號平滑，信號能量主要集中于10倍碼率以內(nèi)，經(jīng)低通型信道后信號能量損失相對小一些。由于信道的不理想和疊加噪聲的影響，信道輸出眼圖將比輸入的差些，改變信道特性和噪聲強度，眼圖會發(fā)生明顯變化，甚至產(chǎn)生明顯的接收誤碼。2.2 利用Costas環(huán)解調(diào)2PSK信號【分析內(nèi)容】構(gòu)造一個2PSK信號調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，利用Costas環(huán)對2PSK信號進行解調(diào)，以雙極性PN碼發(fā)生器模

10、擬一個數(shù)據(jù)信源，碼速率為50bit/s，載波頻率為1000Hz。以PN碼作為基準(zhǔn)，觀測環(huán)路同相支路輸出和正交支路輸出的時域波形， 【分析目的】通過分析理解Costas環(huán)的解調(diào)功能。 【系統(tǒng)組成及原理】2PSK 調(diào)制和Costas環(huán)解調(diào)系統(tǒng)組成如圖2-2-1所示：PN碼產(chǎn)生器載波產(chǎn)生器VCOLF低通低通圖2-2-1 2PSK 調(diào)制和Costas環(huán)解調(diào)系統(tǒng)其中： 經(jīng)過低通濾波器后，得到的同相分量和正交分量分別為：通常，環(huán)路鎖定后 很?。ㄔ诜抡娣治鰰r可設(shè)為0）。顯然，同相分量 ，正交分量近似為0。實際上，Costas環(huán)可以同時完成載波同步提取和2PSK信號解調(diào)，這與常用的平方環(huán)有所不同。 【創(chuàng)建分析

11、】 第1步：進入SystemView系統(tǒng)視窗，設(shè)置“時間窗”參數(shù)如下： 運行時間：Start Time: 0秒；Stop Time: 1秒； 采樣頻率：Sample Rate=5000Hz。第2步：調(diào)用圖符塊創(chuàng)建如圖2-2-2所示的仿真分析系統(tǒng)。與前邊創(chuàng)建的仿真系統(tǒng)比較，出現(xiàn)了幾個“圖符參數(shù)便箋”。 生成“圖符參數(shù)便箋”的操作方法如下：在全部圖符參數(shù)確定后，執(zhí)行“NotePadsCopy Token Parameters to NotePad”命令，再用附著了“Select”條框的鼠標(biāo)單擊某個圖符塊，立刻生成該圖符塊的“圖符參數(shù)便箋”。單擊便箋框使之被激活，拉動四邊上的“操作點”可調(diào)節(jié)其幾何尺

12、寸；用鼠標(biāo)壓住便箋框，使之顯示略微變暗，可移動其位置。第3步：創(chuàng)建完仿真系統(tǒng)后，單擊運行按鈕，分別由Sink4 、Sink11和 Sink12顯示PN碼、同相分量和正交分量的時域波形，如圖2-2-3所示。PN同向正交觀察到同相分量較好地反映了數(shù)據(jù)信息。第二次實驗實驗一 二進制鍵控系統(tǒng)分析（1） 【實驗?zāi)康摹坑捎诒緦嶒炇抢肧ystemView進行仿真分析的第一個上機實驗，故安排了較為簡單的2ASK和2FSK系統(tǒng)分析內(nèi)容，上機操作步驟介紹得也很詳細(xì)。建議除按照實驗的分析內(nèi)容要求得到分析結(jié)果外，應(yīng)進一步熟悉軟件的主要操作步驟。一、 相干接收2ASK系統(tǒng)分析1 相干接收2ASK系統(tǒng)工作原理相干接收2

13、ASK系統(tǒng)組成如圖3-1-1所示：二進制基帶信號載 波噪 聲低 通濾波器載 波信道圖3-1-1 相干接收2ASK系統(tǒng)組成2 上機操作步驟 根據(jù)圖3-1-1所示系統(tǒng)，在SystemView系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，首先設(shè)置時間窗，運行時間：00.3秒，采樣速率：10000Hz。 組成系統(tǒng)如圖3-1-2所示： 圖符塊參數(shù)參數(shù)設(shè)置：Token0: 雙極性二進制基帶碼源（PN碼），參數(shù)：Amp=0.5v；Offset=0.5v；Rate=100Hz；No.of Level=2；Token1: 乘法器；Token2: 正弦載波信號源，參數(shù)：Amp=1V；F=3000Hz；Phase=0；Token3: 加法

14、器；Token4: 高斯噪聲源，參數(shù)：Std Deviation=0.3V；Mean=0V；Token5: 乘法器；Token6: 正弦本地同步載波信號源，參數(shù)設(shè)置同Token2； Token7: 模擬低通濾波器，參數(shù)：Butterworth_Lowpass IIR；No.of Poles=5；LoCuttoff=200Hz；Token1217：信宿接收分析器。3 分析內(nèi)容要求在系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，觀察指定分析點的波形或功率譜；原信號（上）調(diào)制后（下）加噪聲（上）解調(diào)（下）采樣（上）比較（下）判決原信號原信號功率譜（上）調(diào)制后功率譜 010030003100（下）加噪（上）濾波+解調(diào)（下）最

15、終功率譜原功率譜高斯信號改為0.7，原信號（上）輸出信號（下）4 實驗分析觀察到調(diào)制后加噪聲導(dǎo)致了信號波形發(fā)生改變，變得不規(guī)則；調(diào)制之后功率譜產(chǎn)生了“平移”，平移了3000頻率，符合理論；加噪之后的功率譜參差不齊，濾波解調(diào)之后功率譜明顯變平滑。采樣比較判決可以實現(xiàn)去除噪聲影響，統(tǒng)一幅值，觀察到最后的輸出信號和源信號基本相同，功率譜也一致，說明該系統(tǒng)實現(xiàn)了去噪功能。改變高斯信號，解調(diào)波形有所出入，高斯噪聲影響更大，甚至?xí)a(chǎn)生誤碼。PN碼改為雙記性極性碼，無法產(chǎn)生2ASK信號，產(chǎn)生了BPSK信號，但最終解調(diào)波形一致。 二、2FSK系統(tǒng)分析12FSK系統(tǒng)組成以話帶調(diào)制解調(diào)器中CCITT V.23建議

16、規(guī)定的2FSK標(biāo)準(zhǔn)為例，該標(biāo)準(zhǔn)為：碼速率1200bit/s； f01300Hz及f12100Hz。要求創(chuàng)建符合CCITT V.23建議的2FSK仿真系統(tǒng)，調(diào)制采用“載波調(diào)頻法”產(chǎn)生CP-2FSK信號，解調(diào)采用“鎖相鑒頻法”。系統(tǒng)組成如圖3-1-3所示。PN碼產(chǎn)生器FM載波源噪聲PDLFVCOLPF信道調(diào)制解調(diào)圖3-1-3 2FSK仿真系統(tǒng)組成解調(diào)輸出2上機操作步驟 根據(jù)圖3-1-3所示系統(tǒng)，在SystemView系統(tǒng)窗下建立仿真系統(tǒng)，首先設(shè)置時間窗，運行時間：00.3秒，采樣速率：10000Hz，組成系統(tǒng)如圖3-1-4所示，其中：Token0：PN碼源，參數(shù)：Amp1v、Offset0v、Ra

17、te1200Hz、No.of levels2；Token1：直接調(diào)頻器，參數(shù)：Amp1v、F1700Hz、Phase0、Mod Gain400Hz/V；Token2，3，4：話帶加性高斯噪聲模擬信道，參數(shù)：Token4為Butterworth_BPF、No.of Poles5、Lo Cuttoff300Hz、Hi Cuttoff3400Hz；Token3為高斯噪聲源；Token22，6，7：鎖相環(huán)路，其中Token6為Butterworth_LPF、No.of Poles1、Lo Cuttoff600Hz； Token7：VCO，參數(shù)：Amp=2v、F=1700Hz、Phase=0、Mod G

18、ain=800Hz/v； Token8：低通濾波器，參數(shù)：Butterworth_BPF、No.of Poles9、Lo Cuttoff1200Hz；Token17、20：過零比較器，參數(shù)：選ab模式、a輸入為Token輸出、b輸入為門限電平、 True Output1v、false Output-1v ；Token18：比較門限電平，選正弦信號源，Amp0V、F0Hz，即比較門限為0電平；Token9，10，11，12，1，16：信宿接收分析器Sink。 3分析內(nèi)容要求 在系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，觀察各接收分析器（Sink11，12，13，14，15，16）的時域波形，體會各圖符塊在系統(tǒng)中的特

19、殊作用；觀察接收分析器Sink12的功率譜，分析該2FSK信號的主要信號能量是否可以通過話帶（300Hz3400Hz）；原始信號調(diào)制信號加高斯以后過巴特沃斯帶通濾波解調(diào)之后低通濾波再一次濾波比較采樣判決無采樣判決未過帶通的功率過了的功率實驗分析：此系統(tǒng)實現(xiàn)了輸入調(diào)制解調(diào)輸出的整個過程。其中進行了采樣判決和無采樣直接判決的對比?？梢杂^察到功率只要集中在1k2khz，可以通過300-3400hz的濾波話帶。 改變元件設(shè)置參數(shù)，再觀察仿真結(jié)果。高斯信號0.0001v此時采樣判決（上）和非采樣判決（下）無明顯差異。將高斯std改為0.4v時非采樣直接判決（下）可以觀察到明顯的差異，有誤碼出現(xiàn)。采樣處理

20、環(huán)節(jié)的作用即把參差不齊的有噪聲信號整波為規(guī)則平整的無噪聲信號，最終輸出幅值固定。實驗二 二進制鍵控系統(tǒng)分析（2） 【實驗?zāi)康摹勘緦嶒灠才帕?PSK和2DPSK系統(tǒng)分析內(nèi)容。在分析中，除鞏固二進制移相鍵控系統(tǒng)的工作原理外，應(yīng)特別注意2DPSK系統(tǒng)是如何解決同步載波180相位模糊問題的。一、 相干接收2PSK系統(tǒng)分析1 相干接收2PSK系統(tǒng)工作原理相干接收2PSK系統(tǒng)組成如圖3-2-1所示：PN碼發(fā)生器載 波源噪聲載 波提 取低通信道輸出圖3-2-1 2PSK系統(tǒng)組成對2PSK信號相干接收的前提是首先進行載波提取，可采用平方環(huán)或科斯塔斯環(huán)來實現(xiàn)。為分析方便起見，在本實驗中可直接在收端設(shè)置一個與發(fā)送

21、端同步的本地載波源。另外，本實驗中暫不考慮位同步提取問題。 2上機操作步驟按照圖3-2-1所示系統(tǒng)，創(chuàng)建仿真系統(tǒng)如圖3-2-2所示。設(shè)置系統(tǒng)運行時間：0-0.3秒；采樣頻率10000Hz。PN碼速率為100Hz，載波頻率為3000Hz；收、發(fā)正弦載波源的相位均為0。其中，Token 0為雙極性PN碼源；Token2和Token7是彼此同步的載波源；Token10為過零比較器（ab模式）；Token11是幅度和頻率均為0的正弦源，作為過零門限電平（比較器b輸入）；Token6為3階100Hz截止頻率的低通濾波器（比較器a輸入）。3分析內(nèi)容要求 觀察Token1217處的時域波形，看解調(diào)是否正確？觀察Token13處的功率譜；12 源信號13 調(diào)制14 加噪15 相乘16 濾波17 判決該系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)生調(diào)制加噪相乘（解調(diào)）濾波比較的過程。波形與原波形吻合。將高斯噪聲加到1v，輸入輸出波形：與2ASK系統(tǒng)相比，誤碼率幾乎為零，說明此系統(tǒng)更穩(wěn)定，抗噪更強。 在2PSK系統(tǒng)中，接收提取的載波存在180相位模糊度，這是載波提取電路存在的固有問題，一旦接收端提取的載波與發(fā)送端調(diào)制載波倒相，解調(diào)出的碼序列將全部倒相。重新設(shè)置接收載波源的參數(shù)，將其中的相位設(shè)為180，運行后再觀察解調(diào)的結(jié)果。輸出信號完全反向。 二、相干接收2DPSK系統(tǒng)分析1 2