基于SystemView的通信原理软件实验.doc

通信原理实验报告题目： 基于SystemView的通信原理软件实验 实验一 低通抽样定理的验证1、 实验目的：1、 利用SystemView模拟来验证低通抽样定理。2、 熟悉SystemView的基本操作，学会基本的分析方法。2、 实验原理：奈奎斯特第一准则：，该式的物理意义是: 基带系统的传输特性沿轴平移再相加起来，在区间叠加的结果为一条水平直线，即为一固定数值。则理想低通信道的最高码元传输速率等于2W Baud。抽样定理是模拟信号数字化的理论基础，对上限频率为fH的低通型信号，低通抽样定理要求抽样频率应满足：其中，对于恒定频谱的冲激函数，通过低通滤波产生低通型信号，再进行低通抽样，最后滤波重建原始信号。仿真分析时，三路信号的频率分别设为10Hz、12Hz和14Hz，设置低通滤波器的上限频率为14Hz，低通抽样频率选为50Hz。 3、 实验步骤：(一) 设置“时间窗”参数：l 运行时间：Start Time: 0秒；Stop Time: 1.5秒；l 采样频率：Sample Rate= 100Hz。(二) 创建的仿真分析系统图：(三) 参数配置l 信源：3组正弦，f1=10Hz.f2=12Hz.f3=14Hzl 抽样：f= 50Hzl 模拟低通滤波器 ：截止频率=50Hzl 加法器：将3个信源信号叠加l 乘法器：加入抽样l 3个分析窗：三路正弦相加获得的原信号、抽样获得的信号和恢复后获得的信号(四) 运行并观察结果4、 实验结果：运行后，获得的实验结果如下所示：分别为三路正弦相加获得的原信号、抽样获得的信号和恢复后获得的信号5、 实验分析与讨论：当抽样频率小于最高频率的2倍时，由于无法获得原信号一个周期内的完整信息，所以在对信号恢复的会产生误差，如图显示会将两个波峰相连，形成一个波峰，而丢失掉原信号的信息，无法无失真的恢复。当抽样频率大于等于信号最高频率fH的2倍时，经过模拟低通滤波器后的频域波形很多高频分量被滤掉了，防止了强烈的码间干扰，可以恢复出原始信号，此时不会产生频率混淆。实验二 奈奎斯特抽样定理的验证1、 实验目的：1、 利用SystemView模拟来验证无码间干扰的奈奎斯特准则。2、 熟悉SystemView的基本操作，学会基本的分析方法。2、 实验原理：验证无码间干扰的奈奎斯特准则：根据无码间干扰基带传输的奈奎斯特准则有：，可以先粗略设计一个，的范围是0到1之间，再由信源确定，最后根据公式确定W的值，从而完成设计。3、 实验步骤：（一）设置“时间窗”参数：l 运行时间：Start Time: 0秒；Stop Time: 1秒；l 采样频率：Sample Rate= 100Hz（二） 创建的仿真分析系统图：（三）参数配置l 基带信号：PN码序列，f=10Hzl 低通滤波器：升余弦滤波器（=0）l 模拟信道：FFT滤波器，截止频率为5Hz，过度频率带为1Hzl 加法器：加入噪声l 采样器：采样频率为10Hzl 保持器l 判决器：判决门限为0电平l 分析窗：观察原信号和经过限带传输恢复后的信号l 高斯噪声（四）运行并观察结果4 、实验结果：1 当含有升余弦滤波器时，通过无燥信道的结果为：原信号和通过升余弦滤波器，无燥信道并采样判决之后获得的信号此时眼图：2 在含有升余弦滤波器的同时，将基带信号频率从100Hz提高到150Hz，出现码间干扰，显示结果如下： 此时眼图为：（3）在基带频率为150Hz的情况下，加大噪声至无码间干扰：（4）加大滚降系数，出现失真：此时眼图：5、实验分析与讨论：（1）将信号通过升余弦滤波器和限带信道，恢复后可发现系统能较好的恢复原信号，可见升余弦滤波器的重要性 （2）在不改变信道的前提下，将输入信号频率改为150HZ（至少需要10Hz的信道带宽），此时运行模拟电路，获得的实验结果发现有明显的误码。说明限带对原信号的传送和恢复会产生一定的影响。（3）加大噪声，直至出现无码间干扰。可见在不改变信道的前提下，适当的噪声对于系统恢复原始信号有一定的好处。（4）当升余弦滤波器的滚降系数设为0时，信道至少应为5Hz（在原信号频率为10Hz的条件下），此系统性能良好；在不改变信道的前提下，将滚降系数改为1（此时我们应该至少需要10Hz的信道带宽），此时运行模拟电路，获得的实验结果发现有明显的误码。说明限带对原信号的传送和恢复会产生一定的影响。（5）眼图中，若系统中“睁开”的眼睛，说明系统性能良好。而当系统性能不好时，眼图将会出现“睁不开”的现象。实验三 16QAM的调制与解调1、 实验目的：1、利用SystemView模拟16QAM调制，并观查其星座图；2、利用SystemView模拟16QAM解调，并观查其眼图；3、测试16QAM的性质。2、 实验原理：设计思路（原理）：单独使用幅度或相位携带信息时，不能最充分地利用信号平面，主要是由矢量图中信号矢量端点的分布直观地观察到。MASK时，矢量端点在一条轴上分布，MPSK时矢量端点在一个圆上分布。随着M增大，这些矢量端点之间的最小欧氏距离也随之减小。为充分利用信号平面，将矢量端点重新合理分配，则有可能在不减少最小欧氏距离情况下增加信号矢量端点数目，提高频带利用率。基于上面可以引出幅度与相位相结合的调制方式QAM。16QAM技术可有效地利用带宽，并在带宽利用率上比16PSK更有效 16QAM即四进制正交幅度调制，它利用载波的16种不同幅度/相位来表示数字信息，把输入的二进制信号序列经过串并变换，映射为一个符号的相位，因此符号率为比特率的1/4。16QAM的调制过程如下：16QAM的解调过程如下：下图表示16QAM的星座图：可以看出16QAM能更加充分利用信号平面，将矢量端点重新合理分配，则有在不减少最小欧氏距离情况下增加信号矢量端点数目，提高频带利用率。3、 实验步骤：（一）设置“时间窗”参数：l 运行时间：Start Time: 0秒；Stop Time: 1.5秒；l 采样频率：Sample Rate= 20，000Hz。（二）创建的仿真分析系统图：调制调制解调（三）参数配置l 基带信号：PN码序列，f=50Hz ; 电平=4Levell 载波：正弦波发生器 ，f=1000Hz）l 模拟低通滤波器，截止频率=275Hzl 乘法器l 加法器l 分析窗（四）运行并观察结果4、 实验结果：1、 当无噪声时，星座图和眼图显示如下：2、 解调W5、W6的结果：3、 当加入高斯白噪声时，星座图和眼图显示如下：4、当修改线性低通滤波器的带宽时，星座图和眼图如下：5、实验分析讨论：（1）当未加入噪声时，可以非常明显地观察到清晰的星座图和眼图，星座图16的点位置清晰且不外扩，眼图“眼睛”张得非常大且清晰，表明调制系统性能优良；（2）观察W5和W6的解调结果，眼图清楚，说明解调系统性能正常。（3）在加入高斯噪声之后，可以发现星座图已经看不清楚点数，眼图也不清楚眼睛的张开程度。这说明噪声在增加时，系统的误码在逐渐的增加。可以发现16QAM的误码率与星座图两点之间的距离有关，因为加入噪声之后，星座图的点位置会向外扩，当扩大到两星座点有地方重合时，就发生误码，所以，两星座点之间的距离越大的话，QAM的抗燥性能就越好；但同时增大两星座点之间的距离就需要加大发射功率，所以两者之间是需要找到一个平衡点的。（4）当减小带宽时，观察星座图和眼图的变化。可发现星座图点的位置没有什么大的变化，但是眼图的睁开度却减小了，可以得出限带对原信号的恢复以及解调会产生影响。实验四 BPSK的调制与解调1、 实验目的：1、 利用SystemView模拟BPSK调制，并观查其星座图；2、 利用SystemView模拟BPSK解调，并观查其眼图；3、 测试BPSK的性质。2、 实验原理：二进制相移键控（2PSK）就是根据数字基带信号的两个电平，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。通常，两个载波相位相差弧度 ，故有时又称为反相键控（PRK）。如果被调制的二进制信号是用正负电平表示，那么，2PSK与双边带抑制载波调幅（DSB）是完全等效的。因此，PSK信号可以写成如下形式： SPSK(t)=Aa(n)cos(w0t+q)调制部分：在2PSK中，通常用相位0或180来分别表示1或-1。在这里用调相法来生成2PSK : 将数字信号与载波直接相乘。这也是DSB信号产生的方法。 SBPSK(t)=cos(w0t+fi) , fi=0或p Acos(w0t) a(n)=1 SBPSK（t）= -Acos(w0t) a(n)= -1 其原理框图如下所示： 基带信号a(n) 调制信号SBPSK（t） 载波Acos(w0t) 2. 解调部分：BPSK必须采用相干解调，如何得到同步载波是个关键问题 。LPF 其原理框图如下所示： SBPSK(t) 解调信号（n） 本地载波Acos(w0t)3、 实验步骤：（一）设置“时间窗”参数：l 运行时间：Start Time: 0秒；Stop Time: 0.5秒；l 采样频率：Sample Rate= 20，000Hz。（二） 创建的仿真分析系统图：（三）参数配置l 基带信号：PN码序列频率=50Hz ， 电平=2Levell 载波：正弦波发生器，频率=1000Hz l 乘法器l 低通滤波器：截止频率=225Hzl 采样器：f= 50Hzl 保持器l 判决器，判决门限为0l 分析窗（四）运行并观察结果4、实验结果：1、 在未加入噪声的前提下原信号和相干解调：2、 在未加入噪声的前提下，在相干解调中引入相移，会出现反相：3、加入高斯白噪声，出现译码错误：5、实验分析讨论：（1）可以发现在无燥声的前提下，用相干解调可以获得不失真的原信号。（2）在相干解调中引入相位差，会发现严重状态下可能会出现反相。在现实中，用相干的方法很难获得同频同相的载波，所以大致引入相位误差，观察可发现产生了剧烈的变化。此时可考虑用科斯塔斯环解决提取载波同频同相的问题（3）加入高斯噪声，发现出现了译码错误。相干解调的系统抗噪声性能比较差，系统出现问题。此时可以考虑用科斯塔斯环解调解决问题。实验五 ASK的调制与解调1、 实验目的：1、 利用SystemView模拟ASK调制，并观查其星座图；2、 利用SystemView模拟ASK解调，并观查其眼图；3、 测试ASK的性质。2、 实验原理：1、调制部分：二进制幅度键控的调制器可用一个相乘器来实现。对于OOK信号，相乘器则可以用一个开关电路来代替。调制信号为1时，开关电路导通，为0时切断。OOK信号表达式： SOOK(t)=a(n)Acos(w0t) A：载波幅度 w0：载波频率 a(n): 二进制数字信号其原理框图如下所示：基带信号a(n) 调制信号SOOK(t) 载波Acos(w0t) 2. 解调部分：解调有相干和非相干两种。非相干系统设备简单，但在信噪比较小时，相干系统的性能优于非相干系统。这里采用相干解调。低通滤波器其原理框图如下所示： OOK(t) 解调信号 （n） 载波 Acos(w0t) 3、 实验步骤：（一） “时间窗”参数：l 运行时间：Start Time: 0秒；Stop Time: 1秒；l 采样频率：Sample Rate= 1，000Hz。（二）创建仿真电路：解调调制（三）参数配置：l 基带信号，PN码序列，f=50 Hz , 电平=0.5 level , 偏移=0.5Vl 乘法器l 载波: 正弦波发生器,f=100Hzl 模拟低通滤波器,截止频率=225Hzl 采样器，f=50Hzl 保持器l 判决器, 判决门限为0.5v l 阶跃信号，幅值为0.5Vl 分析窗（四）运行并分析结果4、 实验结果：1、 为引入噪声的原信号、包络检波解调和相干解调，其结果如下：原信号和调制信号：原信号和解调信号：2、 引入噪声的原信号和解调信号5、 实验分析讨论：此次试验本要用相干解调来做，但考虑到包络检波法的抗噪性能更强，所以能更好恢复原信号。至于包络检波，是需要带通滤波器和判决器才能协同完成的。设计中注意分析窗可能会因为比例不同而无法显示。同时，加入采样和保持能使信号得到较好的波形恢复。实验建议：总体来说，软件实验比硬件实验情况要好些，因为多了更多参数设置的具体数量调节，而不是对实验仪器好坏的判断。总的感觉就是自己