北邮通原软件实验报告

通信原理软件 实验报告 学 院 信息与通信工程学院 专 业 通信工程 姓 名 学 号 班 级 班级序号 实验二实验二 时域仿真精度分析时域仿真精度分析 一 一 实验目的实验目的 1 了解时域取样对仿真精度的影响 2 学会提高仿真精度的方法 二 二 实验原理实验原理 一般来说 任意信号 s t 是定义在时间区间 上的连续函数 但所 有计算机的 CPU 都只能按指令周期离散运行 同时计算机也不能处理 这样一个时间段 为此将把 s t 按区间 T 2 T 2 截短为 St t 按时 间间隔 t 均匀取样 得到的取样点数为 N T t 仿真时用这个样值集合来表示信号 s t t 反映了仿真系统对信号波形的 分辨率 t 越小则仿真的精确度越高 据通信原理所学 信号被取样以后 对 应的频谱是频率的周期函数 其重复周期是 1 t 如果信号的最高频率为 fH 那么必须有 fH 1 2 t 才能保证不发生频域混叠失真 这是奈奎斯特抽样定理 设 Bs 1 2 t 则称 Bs 为仿真系统的系统带宽 如果在仿真程序中设定的采样间隔是 t 那么 不能用此仿真程序来研究带宽大于 Bs 的信号或系统 换句话说 就是当系统带 宽 一定的情况下 信号的采样频率最小不得小于 2 Bs 如此便可以保证信号 的不失真 在此基础上时域采样频率越高 其时域波形对原信号的还原度也越 高 信号波形越平滑 也就是说 要保证信号的通信成功 必须要满足奈奎斯 特抽样定理 如果需要观察时域波形的某些特性 那么采样点数越多 可得到 越真实的时域信号 三 三 实验内容实验内容 将模块按下图连接 参数设置 四 四 实验结果实验结果 修改参数后结果为 五 五 思考题思考题 1 观察分析两图的区别 解释其原因 可以看出信号 2 的波形严重失真 这是因为第二次的时钟设置是 0 3 第一 次的时钟设置是 0 01 在第一次的时候 信号的采样频率是 f 1 t 1 0 01 100 每秒采样点数为 100 第二次的采样频率为 f 1 0 3 33 3 每秒采样点数严重减 少为 33 3 个 而由奈奎斯特抽样定理知道 这个采样频率必须满足以下条件 fH 1 2 t 此时 根据计算可知 真实 fH 20hz fH1 50hz fH 2 0 5 33 3 约为 16 6 故信号失真了 2 将示波器的控制时钟的 period 的参数改为 0 5 观察仿真结果 分析其原因 当把周期设置为 0 5 的时候 得到的结果如下 可见 此时根本没有信号显示了 此时的的采样频率是 f 1 0 5 20 每秒 的采样点变成了原始信号的零点 并且零点连接成了一条直线 故看起来就像 没有信号了一样 由此得出的结论就是 如果信号的最高频率为 fH 那么必须有 fHfh 或 fs 2fh 从而证明了低通信号采样定理 对于一个频带限制在 0 fh Hz 内的时间连续信号 x t 如果以 1 2fh Hz 的时间间隔对它进行抽样 那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号 图 5 3 所示的抽样结果会产生如图 5 4 所示输出 即由虚线所示的正弦波抽 样所得的信号 在满足采样定理条件的情况下 初始输入信号可以从这些抽样值中恢复出 来 三 实验内容三 实验内容 模块按下图连接 四 实验结果四 实验结果 取样信号功率谱放大部分 重建信号的功率谱密度 修改参数后结果为 五 思考题五 思考题 1 分析两个取样信号功率谱图有何区别 并解释其原因 答 由于在 PULSE GENERATER 的参数 time in high state 的值不同 导致 第一次试验中的采样时间很短 相当于脉冲抽样 而第二次实验中抽样时间很 长 相当于矩形脉冲抽样 在时域抽样相当于在频域进行周期延拓 脉冲进行 傅里叶变换后还是脉冲 矩形进行傅里叶变换后是 sa 函数 相当于许多个 SA 函数的周期延拓 根据 sa 函数的形状 所以后面的幅度会有所降低 2 观察信号时域采样后 其对应的频谱周期延拓现象 其周期是多少 答 周期是 4Hz 3 观察并对照两组参数设置下出现的不同仿真现象 结合信号与系统相关理 论分析不同采样函数占空比对信号频谱的影响 答 采样函数占空比越大 频谱越易发生混叠 六 六 遇到的问题和解决办法遇到的问题和解决办法 本次实验在第二个实验把 time in high state 修改之后 出现的频谱图不正确 后来发现是参数存在问题 修改之后恢复正常 七 七 实验总结实验总结 本次实验中主要是对信号的抽样和恢复加深理解 我之前对于抽样点维持 时间理解不够 这次加深了理解 实验七实验七 SSBSSB 调制与解调 模块实现 调制与解调 模块实现 一 一 实验目的实验目的 1 了解产生 SSB 调制的基本原理 2 了解 SCICOS 中的超级模块 3 了解利用相干解调法解调幅度调制信号的方法 二 二 实验原理实验原理 SSB 调制 SSB AM 产生方法一 SSB 信号的产生可以通过先产生双边带抑制载波调幅信号 DSB SC 然 后再将它通过边带滤波器实现 如图 5 43 由于 DSB SC 信号的特点是上下边 带携带相同的信息 所以可以利用滤波器滤去一半带宽信号的方法无失真的传 输信号 SSB AM 产生方法二 单边带调制信号表达式为 号对应着上边带调制 号对应着下边带调制 实验中利用对源信号进行希尔伯特变换 和对载波进行移相的方法来产生 单边带信号 其原理框图如下 SSB 解调 用相干解调或同步解调来还原幅度调制信号 其解调框图如下 以 SSB 上边带调幅信号为例进行说明 如图 5 45 所示 载波应该提取自输入信号 通过平方环法或 COSTAS 环方 法提取 由于这次实验是验证解调方法 假定已经获得了解调所用的载波的频 率 所以直接使用调制端正弦波发生器产生的载波信号充当解调载波 三 三 实验内容实验内容 将模块按下图连接 SSB 调制 SSB 解调 四 四 实验结果实验结果 SSB 调制 m t 频率为 20Hz 改为 10Hz 后 改为 20Hz 后 求和模块由加变减时 Clk1 变成 1024 点的时候 SSB 解调结果 五 五 思考题思考题 1 SSB 信号的波形和频谱特点是什么 答 只有上边带或只有下边带 最窄的传输带宽 信道利用率最高 2 实验步骤 5 的参数之间有什么关系 答 时钟 的值要远大于时钟 的值 否则如上图将时钟 的周期设为 1 1024 时 SSB 的调制图像出现了失真 六 假设基带信号为六 假设基带信号为 载波频率为 载波频率为 仿 仿 sin 2000 2cos 1000 m ttt 20kHz 真出真出 SSB 信号 观察已调信号的波形及频谱 信号 观察已调信号的波形及频谱 编程实现 编程实现 clear all exec t2f sci exec f2t sci fs 800 T 200 N T fs dt 1 fs t T 2 dt T 2 dt df 1 T f fs 2 df fs 2 df fm 1 fc 20 m sin 2 pi fm t 2 cos pi fm t M t2f m fs MH i sign f M mh real f2t MH fs s m cos 2 pi fc t mh sin 2 pi fc t S t2f s fs xset window 1 plot t s xlabel t ms ylabel s t V mtlb axis 0 6 3 3 xset window 2 plot f abs S xlabel f kHz ylabel S f V Hz mtlb axis 25 25 0 max abs S 六 六 遇到问题及解决办法遇到问题及解决办法 本次实验的难度主要是在编程上 由于之前学过 MATLAB 这两种软件编程的语言 很相似 书的前面也有编程的例子 所以首先编出来一次 但是图像不是很理想 后来改 了 N 的值图像变得很好 七 七 实验总结实验总结 本次实验让我了解到了 SSB 的调制和解调 以及使用 SCILAB 软件的编程功能 说 明 SCILAB 这款软件还是很强大的 还有一个比较奇怪的现象是 求和符号变成一个加一 个减时 出来的图是下边带 实验十二实验十二 ASKASK 调制与解调调制与解调 一 一 实验目的实验目的 了解幅度键控 ASK 调制与解调的基本组成和原理 二 二 实验原理实验原理 用数字基带信号去控制正弦型载波的幅度称为振幅键控 ASK 2ASK 是 指二进制振幅键控又名 OOK 它以单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启 与关闭 其产生框图如图所示 图 5 1 OOK 信号的产生框图 图 5 2 ASK 调制信号 图 5 3 二进制信源以及 ASK 调制信号的功率谱图 在加性高斯白噪声信道条件下 OOK 信号的解调方法有相干解调和非相干 解调 两种解调方法的原理框图 如图所示 三 三 实验内容实验内容 将模块按下图连接 ASK 调制 ASK 解调 方法 1 ASK 解调 方法 2 四 四 实验结果实验结果 ASK 调制 ASK 解调 方法 1 ASK 解调 方法 2 五 五 思考题思考题 1 从时域和频域分析 rectifier analog low pass filter 两个模块的作用 整流器和模拟低通滤波器的作用是 整流器的作用是将 ASK 的调制信号的时域的 0 的部分翻到 Y 轴的上方 使时域的 ASK 的 SIN 信号变为全正 模拟低通滤波器是为了滤除掉整流带来了高频和不光滑的部分 2 MASK 调制解调模块如何构建 把两个二电平的合成四电平 六 六 遇到问题及解决办法遇到问题及解决办法 由于本次实验的模块比较复杂 还是用了很多时间连接模块和设置参数的 七 七 实验总结实验总结 设计类实验二设计类实验二 线路码型线路码型 HDB3HDB3 编码编码 一 一 实验目的实验目的 1 了解几种常用线路码型及其编码规则 2 掌握 HDB3 码的编码原理及其 SCILAB 实现 3 学会使用 HDB3 码编码模块及其调试 二 二 实验原理实验原理 常用线路码型有 单极性非归零 NRZ 码 双极性非归零 NRZ 码 单极性归零 RZ 码 双极性归零 RZ 码 差分码 AMI 码 HDB3 码 Manchester 码 CMI 码 多进制码等 下面介绍 AMI 码和 HDB3 码的编码规 则 八 AMI 码称为传号交替反转码 其编码规则为代码中的 0 仍为传输码 0 而 把代码中 1 交替地变化为传输码的 1 1 1 1 AMI 码的特点 1 在 1 0 码不等概情况下 也 无直流成分 且零频附近低频分量很 小 因而在信道传输中不易造成信号失真 2 若接收端收到的码元极性与发送端的完全相反 也能正确判决 3 编码电路简单 便于观察误码状况 不过 AMI 码有一个重要缺点 即当它用来获取定时信息时 由于它可能 出现长的连 0 串 因而会造成提取定时信号的困难 为了克服其缺点 人们提 出了很多种类的改进码 HDB3 码就是广泛为人们所接受的一种高密度双极性 码 HDB3 码的编码规则 1 将消息代码变换成 AMI 码 2 检查 AMI 码中的连 0 情况 当无 4 个以上的连 0 传时 则保持 AMI 的 形式不变 若出现 4 个或 4 个以上连 0 时 则将 1 后的第 4 个 0 变为与前一非 0 符号 1 或 1 同极性的符号 用 V 表示 1 记为 V 1 记为 V 3 检 查相邻 V 符号间的非 0 符号的个数是否为偶数 若为偶数 则再将当前的 V 符 号的前一非 0 符号后的第 1 个 0 变为 B 或 B 符号 且 B 的极性与前一非 0 符 号的极性相反 并使后面的非 0 符号从 V 符号开始再交替变化 举例如下 代码 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 HDB3 10 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 V B V HDB3 码的特点如下 基带信号无直流成分 且只有很小的低频成分 连 0 串符号最多只有 3 个 利于定时信息的提取 不受信源统计特性的影响 虽然 HDB3 码的编码规则比较复杂 但译码却比较简单 HDB3 是 CCITT 推荐 使用的码型之一 三 三 实验内容实验内容 方案思路 设计过程中 由于 HDB3 是由 AMI 码衍生而来 故可以将模块分为 AMI 编码 和 B V 码编码两部分 然后再由超级模块将两部分进行组合即可 最后按照 模块性能测试 中提供的测试例程对模块进行测试 成功运行后 将结果与 测试例程的结果进行对比 然后进行调试和优化等后续工作 模块搭建如图 三 三 实验结果实验结果 四 四 思考题思考题 1 观察 HDB3 码的频谱图 分析其与原码频谱的不同 原码是单极性不归零码 而 HDB3 码属于双极性的归零码 原码的频谱中应该有脉冲成分 而 HDB3 码中应该没有 而且 HDB3 的 频谱图的主瓣宽度应该是原码的两倍 2 线路码在数字通信系统中起什么作用 除了 HDB3 码 还有哪些线路码 线路码型所针对的是 线缆连接 这样的场合 例如交换机到卫星传输 设备 网卡与 Hub 路由器到传输设备 连接距离一般在几米到几公里 在这些场合中 噪声不是特别需要考虑的因素 与此很不同的场合是 无线 传输或者有线的长距离传输 在线缆连接的应用中 我们期望数字信号有如下特性 1 它可以被隔直流 在 0 频附近的功率非常小 2 它有利于时钟恢复 3 如果可能 带宽尽量要小 线缆传输时 信号带宽越宽 则传输距离越 小 4 如果这种信号设计能支持诸如电缆连接是否正常 是否有误码将更好 达到这些目标的方法可以很多 线路码型是一种简便的方法 其做法是 脉冲波形仍然采用简单的 NRZ 或 RZ 矩形脉冲 通过一些简单的编码来使 PAM 的幅度序列具有某种特征 从而达到上述目的 线路码型还有 有 AMI 码 CMI 码 数字双向码等 五 五 遇到问题及解决办法遇到问题及解决办法 HDB3 的解码模块知道原理但是没有办法设计出来 可能还是对软件的了 解不够 六 实验总结六 实验总结 本次实验让我对 HDB3 这种线路码有了更深的了解 HDB3 码不会出现很 多个连零 有利于时钟信号的恢复 而且正负交替也不会出现直流分量 这种 码在实践中有很多应用 综合类实验一综合类实验一 数字基带 编程 模块 数字基带 编程 模块 一 实验目的一 实验目的 1 了解在理想限带及加性白噪声信道条件下数字基带系统的基本原理和设计 方法 完成在仿真平台上的系统搭建与仿真 2 进一步熟悉 SICIOS 下的复杂系统设计 3 运用工具库现有的通信工具模块搭建系统 利用其功能全面且封装性强的特 点 针对数字基带系统进行横向功能分解 是系统设计更加精炼 准确 4 深入学习数字基带系统核心传输节点的性能 并掌握眼图示波器的用法 观 察接受滤波器输出的眼图和功率谱密度 判断系统传输的正确性和精确性 调 试已达到最佳传输效果 二 二 实验原理实验原理 在理想限带信道情况下 既要使接收端抽样时刻的抽样值无码间干扰 又 要使得在抽样时刻抽样值的信噪比最大 则