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刘瑶第 24 页2020-1-30通信系统仿真实验班级：0904220106姓名：刘瑶 学号：0904220106 指导老师：李鹏目 录实验一 模拟调制系统设计分析31.实验目的32.实验原理32.1 基本概念32.2 AM调制 (常规双边带调制) 原理33.实验内容44.实验步骤44.1 绘制实验系统框图44.2 设置元件参数55.实验结果及分析55.1 实验波形图55.2 频谱分析65.3 抗噪声性能分析7实验二 模拟信号的数字传输系统设计分析91.实验目的92.实验原理93.实验内容104.实验步骤104.1 绘制实验系统框图104.2 设置元件参数105.实验结果及分析115.1 实验波形图115.2 频谱分析12实验三 数字载波通信系统设计分析131.实验目的132.实验原理133.建模描述134.实验内容145.实验步骤145.1 绘制实验系统框图155.2 设置元件参数156.实验结果及分析166.1 实验波形图166.2 频谱分析176.3 眼图与抗噪性能分析196.4 系统误比特率分析22实验感想23参考文献23实验一模拟调制系统设计分析(常规AM振幅调制系统)一 实验目的1复习模拟信号与模拟调制的基本概念，包括基本特征、主要性质、典型应用等；2理解模拟信号的典型调制方式，比较它们的异同点；3对AM振幅调制系统进行仿真模拟，并分析它们的波形及频谱特性；二 实验原理2.1 基本概念调制 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义调制 分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。 狭义调制 仅指带通调制。在无线通信和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。调制信号 指来自信源的基带信号 载波调制 用调制信号去控制载波的参数的过程。载波 未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已调信号 载波受调制后称为已调信号。解调（检波） 调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。 调制的目的 提高无线通信时的天线辐射效率；把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率；扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。调制方式 模拟调制、数字调制 常见的模拟调制： 幅度调制 调幅、双边带、单边带和残留边带角度调制 频率调制、相位调制 2.2 AM调制 (常规双边带调制) 原理假设调制信号m(t)的平均值为0，将其叠加一个直流偏量A后与载波相乘（如图1-1所示），即可形成调幅信号。其时域表示式为：其中： m(t) 调制信号，均值为0，可以是确知信号也可以是随机信号。A0 常数，表示叠加的直流分量wc=2fc 载波信号的角频率图1-1 AM调制系统原理AM调制的波形如图1-2所示： 图1-2 AM调制的波形图由波形可以看出，当满足条件： |m(t)| A0时，其包络与调制信号波形相同，因此用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。否则，出现“过调幅”现象。这时用包络检波将发生失真。但是，可以采用其他的解调方法，如同步检波等。三 实验内容应用SystemView设计模拟调制仿真系统并分析系统性能。要求仿真系统包括模拟调制、高斯信道及解调几部分，运行系统观察各点波形并分析频谱特性，改变参数研究其抗噪特性。四 实验步骤4.1绘制实验系统框图4.2 设置元件参数表1.1 AM调制元器件参数编号名称参数设置0载波Sinusoid：Amp=1v，Freq=100Hz，Phase=0deg，Output 0=Sine t1 t10 t2，Output 1=Sine，Max Rate (Port 0)=1e+3Hz，Token 012增益Gain：Gain=2，Gain Units=Linear，Token 127、8乘法器Multiplier13调制信号Sinusoid：Amp=1v，Freq=5Hz，Phase=0deg，Output 0=Sine t2 t9，Output 1=Sine，Token 139、10加法器Adder1高斯噪声Gauss Noise：Std Dev=0v，Mean=0v，Token13、4、5、6信号接收器Graphic2AM调制解调信号Sinusoid：Amp=1v，Freq=400Hz，Phase=0deg，Output 0=Sine t12，Output 1=Sine，Token 211滤波器Linear Butterworth Analog Lowpass ，3 poles ，Low cutoff=5Hz ，sample rate=1000Hz，Token 11五 实验结果及分析5.1 实验波形图5.2 频谱分析频谱分析：AM为常规的双边带调制，因为Sam(t)=A0+f(t)cos(ct)，若f(t)为确知信号，且其傅里叶变换为F()，则AM信号的频谱为Sam()=A0(+c)+(-c)+1/2F(+c)+F(-c)解调后信号的频谱中可见正半轴所示图形为调制信号图形的一半。5.3 抗噪声性能分析噪声峰值为0.2V时的波形噪声峰值为0.5V时的波形噪声峰值为0.8V时的波形噪声峰值为1V时的波形噪声峰值为0.8V、信号峰值为3V时的波形增益为1时的信号波形抗噪性能分析：当噪声变大时，信号的准确度明显发生了变化，产生了很大的误差；当增益小于适当取值时，会产生过调制现象，但是相干解调还原出的波形并无太大变化，可以避免过调制产生的不良现象；当信号幅度变大时，噪声的影响会减小。实验二 模拟信号的数字传输系统设计分析（PCM脉冲编码调制系统）一 实验目的1对PCM脉冲编码调制系统进行仿真模拟，并分析它们的波形及频谱特性；二 实验原理脉冲编码调制（PCM）是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式，其最大的特点是把连续输入的模拟信号变换为在时域和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输。图 2-1 PCM通信系统模拟信源通过抽样,变为离散信号,然后做量化、编码,变为数字信号。这里的量化为PCM 对数量化,为非均匀量化,编码后的数据为并行数据,但是传输过程为串行传输方式,需要做并/ 串转换。由于需要增大信道的利用率,一般采用复用方式共享信道,这里为两路时分复用。复用后,通过调制,把信号从基带变为频带,放到合适的信道中。调制方式多种多样,可根据情况自行选择。接收到调制信号后,解调、解复用,得到各个支路信号,然后做反变换,通过低通滤波器,得到还原后的模拟信号。在实际中采用的量化方式多为非均匀量化，通常使用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化。在保持信号固有的动态范围前提下，在量化前将小信号进行放大而对大信号进行压缩。三 实验内容应用SystemView设计模拟信号的数字传输仿真系统并分析系统性能，要求仿真系统包括模拟信号脉冲调制及解调等部分，运行系统观察各点波形并分析频谱特性等。四 实验步骤4.1绘制实验系统框图图 2-2 PCM调制与解调系统框图 4.2 设置元件参数表2.1 PCM调制元器件参数编号名称参数设置0输入信号Gauss Noise：Std Dev=1v，Mean=0v，Token 01抽样脉冲Pulse Train：Amp=1v，Freq=3kHz，Phase=0deg，Pulse=100e-6，Offset=0v，Token 12低通滤波器Linear Butterworth Analog Lowpass ，3 poles ，Low cutoff=400Hz sample rate=6000Hz，Token 23信号接收器Graphic：Input from t2 Output Port 3，Token 34信号接收器Graphic：Input from t7 Output Port 4，Token 45信号接收器Graphic：Input from t6Output Port 5，Token 56正切Max Input=1v，Token 67限幅Max Input=1v，Token 79数模转换器Gate Delay=0s，Threshold=0.5v，No.Bits=8，Min Output=-1.28v，Max Output=1.27v，Token 98模数转化器Gate Delay=0s，Threshold=0.5v，No.Bits=8，Min Output=-1.28v，Max Output=1.27v，Rise Time=0s，True Output=1vFalse Output=0v，Token8五 实验结果分析5.1 波形分析5.2频谱分析结果分析：PCM调制解调系统解调后所得信号波形与调制前原始信号的波形在误差允许的范围内重合，因此得出结论：系统的还原度较高。实验三 数字载波通信系统设计分析 （2PSK二进制相移键控系统）1、实验目的设计数字载波通信仿真系统并分析系统性能，运行系统观察各点波形并分析频谱、眼图等，改变参数研究其抗噪特性，分析BER曲线等。2、基本原理； 二进制移相键控（2PSK）的基本原理：2PSK,二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。就是根据数字基带信号的两个电平(或符号)使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控(PSK),也称为绝对相移方式。3、建立模型描述；1）2PSK信号的产生2PSK的产生：模拟法和数字键控法，就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。 2PSK信号与2ASK信号的时域表达式在形式上是完全相同的，所不同的只是两者基带信号s(t)的构成，一个由双极性NRZ码组成，另一个由单极性NRZ码组成。因此，求2PSK信号的功率谱密度时，也可采用与求2ASK信号功率谱密度相同的方法。（2）2PSK信号的功率谱 2PSK信号的功率谱密度及其功率谱示意图如下: 分析2PSK信号的功率谱：（1）当双极性基带信号以相等的概率（p=1/2）出现时，2PSK信号的功率谱仅由连续谱组成。而一般情况下，2PSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。其中，连续谱取决于基带信号经线性调制后的双边带谱，而离散谱则由载波分量确定（2）2PSK的连续谱部分与2ASK信号的连续谱基本相同因此，2PSK信号的带宽、频带利用率也与2ASK信号的相同其中，数字基带信号带宽。这就表明，在数字调制中，2PSK的频谱特性与2ASK相似。相位调制和频率调制一样，本质上是一种非线性调制，但在数字调相中，由于表征信息的相位变化只有有限的离散取值，因此，可以把相位变化归结为幅度变化。这样一来，数字调相同线性调制的数字调幅就联系起来了，为此可以把数字调相信号当作线性调制信号来处理了。（3）2PSK的解调系统2PSK信号属于DSB信号,它的解调,不再能采用包络检测的方法,只能进行相干解调。2PSK相干解调系统框图及个测试行波形如下：5.1-1 2PSK相干解调系统框图及各个测试点波形利用Costas环对2PSK信号进行解调2PSK 调制和Costas环解调系统组成如下图所示：图2 2PSK 调制和Costas环解调系统组成4、模型组成模块功能描述（或程序注释）Systemview软件对2PSK系统进行仿真4 实验内容应用SystemView设计数字载波通信仿真系统并分析系统性能，要求仿真系统包括二进制数字载波调制、高斯信道、解调等部分，运行系统观察各点波形并分析频谱、眼图等，改变参数研究其抗噪特性，分析BER曲线等。5 实验步骤5-1 绘制实验系统框图图 3-3 2PSK调制与解调系统框图5-2 设置元器件参数表3.1 2PSK调制系统元器件参数编号名称参数设置0、6、14、15信号接收器Analysis：Input from t29 Output Port 0，Token 0、Token6 、Token14Token151加法器Adder：Non Parametric Inputs from9 2Outputs to 4 ，Token 12高斯噪声Gauss Noise：Std Dev=10e-3v，Mean=0v，Token 23低通滤波器Linear Bessel Analog Lowpass ，3 poles ，Low cutoff=10Hz ，sample rate=750Hz，Token 34带通滤波器Linear Bessel Analog Bandpass ，3 poles ，Low cutoff=40Hz ，Hi Cutoff=60Hz，sample rate=750Hz，Token 45乘法器Multiplier：Non Parametric Inputs from 4 11Outputs to 3， Token 57、11载波信号Sinusoid：Amp=1v，Freq=50Hz，Phase=0deg，Token 7 、Token118PN码产生器PN Seq：Amp=1v，Rate=10Hz，Phase=0deg，No.Levels=2，Offset=0v，Token 89单刀双掷开关SPDT：Gate Delay=0s，Ctrl Thresh=0.1v，Token910反相器Negate：Non Parametric Inputs from10Outputs to 9 ，Token 1012缓冲器Buffer：Gate Delays=0s，True Output=0v，False Output=1v，Threshold=0v，Rise Time=0s， Fall Time=0s，Token 1213延时器Delay：Delay=55e-3s，Token 13六 实验结果分析5.1 波形分析信号源波形：调制后信号的波形：判决前信号波形：判决后信号波形5.2 频谱分析信号源频谱：调制后信号的频谱：判决前信号频谱：判决后信号频谱：2PSK信号的功率谱特点：（1）当双极性基带信号以相等的概率（p=1/2）出现时，2PSK信号的功率谱仅由连续谱组成。而一般情况下，2PSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。其中，连续谱取决于数字基带信号s(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱则由载波分量确定。 （2）2PSK的连续谱部分基带信号带宽为fs，信号带宽为2fs。频带利用率仅为直接传输基带信号的1/2。5.3 眼图与抗噪性能分析噪声为0.01V时的眼图噪声为0.1V时的眼图噪声为1V时的眼图眼图及抗噪性能分析：当信号幅度变大时，信噪比r相应减小，使得误码率增大，系统的信号原能力降低。当然，当噪声较小时，系统效果还是很可观的。5.4 系统误比特率分析（1）原理：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：其中，M为进制数，且误比特率小于误符号率。（2）2PSK系统BER分析的仿真分析系统图3-15 系统BER分析系统框图表3.2 系统BER分析参数设置表编号名称参数设置13、15信号接收器Analysis：IToken 13、Token154加法器Adder：Non Parametric Inputs from3Outputs to 5 ，Token 412高斯噪声Gauss Noise：Std Dev=50e-3v，system 1ohm Mean=0v，Token1 27低通滤波器Linear Bessel Analog Lowpass ，3 poles ，Low cutoff=20Hz ，sample rate=10000Hz，Token 75带通滤波器Linear Bessel Analog Bandpass ，3 poles ，Low cutoff=80Hz ，Hi Cutoff=1200Hz，sample rate=10000Hz，Token 56乘法器Multiplier：Non Parametric Inputs from 4 11Outputs to 3， Token 59、14载波信号Sinusoid：Amp=1v，Freq=100Hz，Phase=0deg，Token 9 、Token140PN码产生器PN Seq：Amp=-9v，Rate=20Hz，Phase=0deg，No.Levels=2，Offset=0v，Token 83单刀双掷开关SPDT：Gate Delay=0s