通信工程专业.doc

通信原理仿真实验指导书通信工程专业通信原理仿真实验指导书河北科技大学信息科学与工程学院2008年3月目 录 实验一 幅度调制（AM、DSB、SSB）实验二 调频系统（FM）实验三 二进制振幅键控调制实验四 二进制频移键控调制实验五 二进制相移键控调制实验六 正交相移键控实验七 最小频移键控系统实验八 低通信号的抽样定理实验九 时分复用数字基带传输系统实验一 幅度调制（AM、DSB、SSB）一、 实验目的：1、掌握AM、DSB、SSB基本原理；2、掌握AM、DSB、SSB信号的产生方法和解调方法；3、掌握AM、DSB、SSB信号的波形及频谱特点。二、 实验内容：1、搭建AM、DSB、SSB调制、解调系统；2、观察AM、DSB、SSB信号的波形和频谱；3、幅度调制系统的抗噪声性能。三、 知识要点和原理幅度调制是有调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。基本原理：AM调制的一般表达式式中， m(t)为基带调制信号，均值为0；A0为常数，表示叠加的直流分量。抑制载波的双边带调制：其特点是在时域无直流分量，在频域无载频。单边带调制：双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱M(w)的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带。其上边带、下边带表达式为：综合为原理框图：（1） AM的调制与解调调制框图 包络检波解调法（2） SSB调制滤波器产生法移相法（3）相干解调法四、 系统仿真1. AM调制解调系统，如图一2. DSB调制解调系统，如图二3. SSB调制解调系统，如图三图一图二图三实验二 调频系统（FM）一、 实验目的：1、掌握FM基本原理；2、掌握FM信号的产生方法和解调方法；3、掌握FM信号的波形及频谱特点。二、 实验内容：1、搭建FM调制、解调系统；2、观察FM信号的波形和频谱；3、调频系统的抗噪声性能。三、 知识要点和原理幅度调制是有指瞬时频率偏移随调制信号成比例变化。即FM信号的表达式为信号波形为原理方框图：直接调频法：用调制信号直接去控制载波振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性地变化。采用锁相环（PLL）具体方案：间接法调频 阿姆斯特朗（Armstrong）法 ：先将调制信号积分，然后对载波进行调相，即可产生一个窄带调频(NBFM)信号，再经n次倍频器得到宽带调频 (WBFM) 信。四、系统仿真1、PLL锁相环法实现FM调制系统，如图一；2、间接调频法实现FM调制系统，如图二。图一图二实验三 二进制振幅键控调制一、 实验目的：1、掌握2ASK信号的产生方法和解调方法；2、掌握2ASK信号的波形及频谱特点；3、了解2ASK系统的抗噪声性能。二、 实验内容：1、搭建2ASK调制系统；2、观察2ASK信号的波形和频谱；3*、2ASK系统的抗噪声性能。三、 知识要点和原理2ASK调制就是用数字基带信号来控制键控期间的振幅，键控器件有两个信号输入端，数字基带信号为1或0时使两个不同信号分别输出，达到键控目的。基本原理： 2ASK信号的一般表达式其中，若 则2ASK信号为“通- 断键控(OOK)” 信号：波形为： 原理框图2ASK信号的产生（模拟法和键控法）2ASK信号的解调(1)非相干解调(2)相干解调四、 系统仿真4. OOK信号的生成，如图一5. OOK信号的解调，如图二6. ASK信号的调幅法生成，如图三图一图二图三实验四 二进制频移键控调制一、 实验目的：1、掌握2FSK信号的产生方法和解调方法；2、掌握2FSK信号的波形及频谱特点；3、了解2FSK系统的抗噪声性能。二、 实验内容：1、搭建2FSK调制系统；2、观察2FSK信号的波形和频谱；3*、2FSK系统的抗噪声性能。三、 知识要点和原理2FSK调制就是用数字基带信号来控制键控期间的频率，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。键控器件有两个信号输入端，数字基带信号为1或0时使两个不同信号分别输出，达到键控目的。基本原理： 2FSK信号的一般表达式波形为： 原理框图2FSK信号的产生框图2ASK信号的解调框图(1)非相干解调(2)相干解调四、 系统仿真1. 2FSK信号的生成，如图一；2. 2FSK信号的非相干解调，如图二；3. 2FSK信号的相干解调，如图三。图一图二图三实验五 二进制相移键控调制一、 实验目的：1、掌握BPSK、DPSK信号的产生方法和解调方法；2、掌握BPSK、DPSK信号的波形及频谱特点；3、了解PSK系统的抗噪声性能。二、 实验内容：1、搭建BPSK、DPSK调制系统；2、观察BPSK、DPSK信号的波形和频谱；3*、PSK系统的抗噪声性能。三、 知识要点和原理1、BPSK调制就是用数字基带信号来控制键控期间的相位，键控器件有两个信号输入端，数字基带信号为1或0时使两个不同信号分别输出，达到键控目的。基本原理： 在BPSK中，通常用初始相位0和p分别表示二进制“1”和“0”。因此，BPSK信号的时域表达式为 式中，jn表示第n个符号的绝对相位，发送“0”时为0，发送“1”时为。由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号也可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘。但是BPSK 方式的“倒”现象或“反相工作”，因而2PSK方式在实际中很少采用。另外，在随机信号码元序列中，信号波形有可能出现长时间连续的正弦波形，致使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。为了解决这些问题，可以采用差分相移键控（DPSK）体制，利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。即2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元的相对相位才决定信息符号。对于数字信息“11011”的2PSK和DPSK的波形分别为：原理框图BPSK信号的产生框图（模拟调制和键控法）BPSK信号的解调框图DPSK信号的调制框图DPSK信号的解调框图 (1)相干解调法(2)差分相干解调法（相位比较）四、 系统仿真1. BPSK信号调制和相干解调，如图一；2. DPSK信号的调制和相干解调，如图二；图一图二实验六 正交相移键控一、 实验目的：1、掌握QPSK信号的产生方法和解调方法；2、掌握QPSK信号的波形及频谱特点；3、了解QSK系统的抗噪声性能。二、 实验内容：1、搭建QPSK调制系统；2、观察、QPSK信号的波形和频谱；3*、QSK系统的抗噪声性能。三、 知识要点和原理 4PSK常称为正交相移键控(QPSK)，QPSK信号的矢量图为原理框图：（1）相乘电路产生法（2）选择产生法：（3）解调原理框图四、系统仿真QPSK信号调制和相干解调，如下图实验七 最小频移键控系统一、 实验目的：1、掌握MSK信号的产生方法和解调方法；2、掌握MSK信号的波形及频谱特点；3、掌握MSK系统的基本原理。二、 实验内容：1、搭建MSK调制系统；2、观察MSK信号的波形和频谱；三、 知识要点和原理MSK调制是一种包络恒定、相位连续、带宽最小且严格正交的2FSK信号，基本原理： MSK信号的第k个码元可以表示为式中，ws为载波角载频； ak = 1（当输入码元为“1”时， ak = + 1 ；当输入码元为“0”时， ak = - 1 ）； Ts 为 码元宽度； jk 为第k个码元的初始相位，它在一个码元宽度中是不变的。 波形为： 可以看到，前一码元末尾的总相位等于后一码元开始时的总相位。MSK信号可以用两个正交的分量表示：产生框图为载波提取积分判决解调输出MSK信号2iTs, 2(i+1)Ts(2i-1)Ts, (2i+1)Ts积分判决解调框图：四、 系统仿真1. MSK信号的产生和解调，如下图实验八 低通信号的抽样定理一、 实验目的：1、掌握抽样信号的产生和重建；2、掌握信号无失真条件；3、掌握奈奎斯特频率；4、了解无失真抽样条件的原因。二、 实验内容：1、搭建信号抽样和恢复系统；2、观察、分析输入信号波形和抽样信号的波形；3、比较使用不同采样频率的情况。三、知识要点和原理：对模拟信号进行抽样过程如下图时 域 频 域从频域图可以看出，为了能恢复原信号，抽样频率需要满足即抽样频率应不小于最高频率的2倍，这一抽样频率称为奈奎斯特（Nyquist）抽样速率。若抽样速率低于奈奎斯特抽样速率，则相邻周期的频谱间将发生混叠，因而不能正确分离原信号的频谱。抽样定理是模拟信号数字化的理论基础。当采样频率小于奈奎斯特频率时，在接收端恢复的信号失真比较大，这是因为存在信号的混频；当采样频率大于或等于奈奎斯特频率时，恢复信号于原信号基本一致。理论上，理想的抽样频率为2倍的奈奎斯特带宽，但实际工程应用中，限带信号绝不会严格限带，通常选取抽样频率的2.55倍的最高频率进行采样以避免失真。四、系统仿真1、对模拟信号进行采样，并采用巴特沃斯低通滤波器恢复信号，对原输入信号波形与抽样恢复后的波形进行观察和分析。系统模型如下图。实验九 时分复用数字基带传输系统一、 实验目的：1、掌握时分复用数字基带通信系统的基本原理和数字基带信号的传输过程；2、掌握位同步、群（帧）同步的方法和作用；3、掌握子系统的创建和使用；3、理解复用的概念。二、 实验内容：1、搭建时分复用基带传输终端系统；2、在终端系统中要求有位同步和群（帧）同步；3、观察复用后的帧信号。三、 知识要点和原理1、 时分复用：时分复用技术是一种重要的复用方法，应用十分广泛。时分复用就是利用离散抽样的间隔时间传输其他路的抽样信号，复用原理如下图所示。我国的话音E1系统采用2.048Mb/s，一帧中32路PCM信号，其中30路为语音信号。2、 位同步：在接收数字信号时，为了在准确的判决时刻对接收码元进行判决，以及对接收码元能量正确积分，必须得之接收码元的起止时刻。为此需要进行码元同步，也称为位同步。有两种同步技术，包括外同步和自同步法，广泛应用的是锁相环同步法。其基本原理是：将接收信号和本地产生的码元定时信号相比较，使本地产生的定时信号和接收码元波形的转变点保持同步。框图如下：3、 群（帧）同步:为了使接收到的码元能够被理解，需要知道其如何分组，一般来说接收端需要利用群同步码去划分接收码元序列。群同步码有两种插入法：集中插入和分散插入。集中插入法是在码组开始位置插入同步码，分散插入法是将一种特殊的周期性同步码元序列分散插入在信息码元序列中。如下图所示。集中