通信系统仿真实验-基于SystemView软件

.Word文档资料通信系统仿真实验——基于SystemView软件班级：通信二班姓名：学号：手机：学院：电光学院指导老师：实验时间：2013年08月27日至30日目录实验一模拟调制系统设计分析（常规AM） 3实验二模拟信号的数字传输系统设计分析（PAM） 3实验三数字载波通信系统设计分析（2FSK） 3实验体会 3参考文献 3实验一模拟调制系统设计分析（常规AM）一、实验内容振幅调制系统（常规AM）的模拟调制系统设计分析。二、实验要求根据设计要求应用软件搭建模拟调制、解调（相干）系统，运行系统观察各点波形并分析频谱，改变参数研究其抗噪特性。三、实验原理AM已调信号可以表示为，且不等于0时，称为常规调幅，其时域表达式为：其中是外加直流分量，f(t)是调制信号，它可以是确知信号也可以是随机信号。为载波信号的角频率，为载波信号的起始相位，为简便起见，通常设为0。常规AM通常可以用图1所示的系统来实现。常规AM调制系统框图要使输出已调信号的幅度与输入调制信号f(t)呈线性对应关系，应满足，否则会出现过调制现象。解调可以用相干解调也可以用包络检波（非相干）。对于相干解调，，因此只需要用一个跟载波信号同频同相的正弦波跟接受信号相乘再通过低通滤波器滤波即可以将原信号解调出来。而对于非相干解调，从的表达式可以看出只需要对它进行包络检波即可将原信号解调出来。当然，用非相干解调时不可以过调制，而相干解调则可以。这两种方法相比而言，非相干解调更经济，设备简单，而相干解调由于需要跟载波同频同相的信号，因此设备比较复杂。四、实验步骤与结果1、实验原理图如下：根据已调信号的公式，其中。通过有噪声的信号后，接收并利用相干解调方法进行解调，这样就可以获得原理图。其中正弦信号源信号幅度为1v，频率为100Hz；解调部分的本振源与载波信号源的设置相同，幅度为1v，频率为1KHz。低通滤波器的截止频率为300Hz，保留正弦信号源的频率100Hz，并滤除了高频的分量，这样得到的输出信号的幅值是输入信号的二分之一。2、实验的波形及分析1.实验中的各时域波形：如上图从上至下从左至右依次为载波信号，调制信号，已调信号，加噪声的已调信号，高斯噪声和解调信号的波形图，实验中通过设置载波信号和调制信号的幅度使QUOTE=QUOTE。2.实验中的各频域波形：如上图从上至下从左至右依次为载波信号，调制信号，已调信号和解调信号的频谱图。3.输入信号与解调后的信号对比分析：a.时域对比：b．频域对比：由上图结果分析可得，在高斯噪声为0.2V的条件下输入信号与输出信号基本一致。3．抗噪声性能的研究实验通过改变噪声的大小来观察输出信号对比于输入信号的时域波形和频域波的改变。a.高斯噪声为零：b.高斯噪声幅度为0.6V：c.高斯噪声的幅度为0.8V：由上图可见，当输入信号一定时，随着噪声的加强，接收端输入信号被干扰得越严重，而相应的输出波形相对于发送端的波形误差也越大。而当噪声过大时，信号几难分辨。这是信噪比变小导致的，在实际的信号传输过程中，当信道噪声过大将会导致幅度相位等各种失真，当然由于非线性元件如滤波器等的存在。非线性失真也会随噪声加大而变大。实验二模拟信号的数字传输系统设计分析（PAM）一、实验内容脉冲振幅调制（PAM）系统二、实验要求根据设计要求应用软件搭建模拟信号的数字传输（调制、解调）系统，运行系统观察各点波形并分析频谱等。三、实验原理脉冲振幅调制（PAM）是利用冲击函数对原始信号进行抽样，它是一种最基本的模拟脉冲调制，它往往是模拟信号数字化过程中的必经之路。设基带脉冲信号的波形为m（t），其频谱为M(f)；用这一信号对一个脉冲载波s（t）调幅。s（t）的周期为，其频谱为S(f)；脉冲宽度为，幅度为A；并设抽样信号是m（t）和s（t）的乘积。则抽样信号的频谱就是二者频谱的卷积：其中图1中示出PAM调制过程的波形与频谱。s（t）的频谱包络|S（f）|的包络呈|sinx/x|形，并且PAM信号的频谱包络||的包络也呈|sinx/x|形。若s（t）的周期T，则采用一个截止频率的低通滤波器仍可以分离原模拟信号。脉冲振幅调制实验总体的电路如下图图2所示，把输入信号与脉冲信号通过相乘器相乘，这样在频域就达到了卷积的效果。这样频谱就会在频谱分开，如图1所示，通过信道传输后再通过低通滤波器，只要低通滤波器的截止频率就可以实现解调。四、实验步骤与结果1.实验原理图如下：如上图所示，图中采用的是高斯信号源，其幅值为1V。两个低通滤波器的截止频率均为300Hz，脉冲的频率为5KHz，而脉冲宽度为周期的一半，即。增益的大小为6信道噪声先设置为0。2、实验的波形及分析1.实验中的各时域波形：a.高斯信号和通过滤波器的高斯信号：b．方波信号和采样后的信号：c．解调信号：经过低通滤波器恢复的信号与原信号对比如图7所示，可见波形在时间上有一定的延时，这是由于采用滤波器的缘故。此外细看上去，在一些部分波形出现不一致，输出的波形较为平缓，这是因为低通滤波器的非理想造成的，高频分量不能完全的被滤除。2.实验中的各频域波形：a.输入信号和已调信号的频谱：b．输出信号的频谱：3.输入信号与解调后的信号对比分析：a.时域对比：b.频域对比：c.输入信号和输出信号频谱合并：是经过信道传播后再通过低通滤波器恢复信号获得波形，可见其波形大致与原信号相同，其频谱是调制信号频谱经低通滤波得到的，大致与原信号的频谱相同。实验三数字载波通信系统设计分析（2FSK）一、实验内容二进制频移键控（2FSK）系统二、实验要求根据设计要求应用软件搭建数字载波通信系统（调制、解调），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。三、实验原理数字调频又称移频键控，简记为FSK，它是载波频率随数字信号而变化的一种调制方式。利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。除具有两个符号的二进制频移键控之外，尚有代表多个符号的多进制频移键控，简称多频调制。一种用多个载波频率承载数字信息的调制类型。最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。本实验采用2FSK调制，利用键控法产生2FSK信号。其实验原理图如图1所示，即通过二进制数据的0值与1值控制开关与哪一路频率信号接通，这样0值与1值对应不同的频率，达到调制的目的。键控法产生信号FSK信号的解调方法有相干解调，非相干解调等。在高斯白噪声信道环境下FSK滤波非相干解调性能较相干FSK的性能要差，但在无线衰落环境下，FSK滤波非相干解调却表现出较好的稳健性。在这个实验里我们采用的是高斯信道，故而用相干解调方法。FSK相干解调要求恢复出传号频率与空号频率，恢复出的载波信号分别与接收的FSK调制信号相乘，然后通过低通滤波器滤除相乘后得到的高频分量，保留低频近乎直流的分量。相干FSK解调框图如图2所示。相干解调四、实验步骤与结果1、实验原理图如下：如上图所示，利用键控法产生2FSK信号FSK相干解调恢复信号。其中低频正弦信号为1000Hz，高频正弦信号为2000Hz，随机码为500Hz。上支路带通滤波器为500Hz到1500Hz，下支路带通滤波器为1500Hz到2500Hz，上下支路的低通滤波器均为500Hz，各参数如图所示。2、实验的波形及分析1.2FSK信号及通过带通滤波器输出信号2.通过低通滤波器后的两路信号信号：带通滤波时，上支路信号是通过带通获得频率较低的分量，对应原始信号的低电平。通过500Hz到1500Hz的带通滤波后，1000Hz的低频分量被滤出来，而2000Hz对应的量幅度则接近于零。下支路信号是通过带通获得频率较高的分量，对应原始信号的高电平。通过1500Hz到2500Hz的带通滤波后，2000Hz的低频分量被滤出来，而1000Hz对应的量幅度则接近于零。低通滤波后，导致幅度突变的高频分量被滤除掉了，幅度变换区域平缓，得到下图是所示的时域波形。当原始信号电平为0时，下图信号的对应值为1；而当原始信号电平为1时，下图信号的对应值为0。而通过低通滤波后，频谱也集中在500Hz以内。同样的，低通滤波后，导致幅度突变的高频分量被滤除掉了，幅度变换区域平缓。当原始信号电平为0时，下支路信号的对应值为0；而当原始信号电平为1时，下支路信号的对应值为1。而通过低通滤波后，频谱也集中在500Hz以内。3．判决之前的输出信号由于原始信号电平为0时，下支路信号的对应值为0；而当原始信号电平为1时，下支路信号的对应值为1。所以输出信号完全可以由下支路信号获得，因此可用下支路信号自己抽样判决获得输出信号。4.输入波形与判别后输出波形对比：以上是随机信号原波形与通过判决器波形后，恢复的原始信号波形，由图中可见，该信号是有一定的时延，这是因为示波器的非理想等原因导致的。3、眼图与抗噪性能1.实验原理图如下：2.眼图的观测在低通滤波器之后，接收器图符之前加了一个抽样器图符，用来调整采样率以配合SystemView接收计算器的时间切片绘图功能来观察眼图。时间段的起始位置和长度都可以由计算器窗口设置。为满足时间切片周期和码元同步并且能完整地观察到一个眼图的要求，一般将时间切片的长度设置为当前采样率下采样周期的两倍长。这里将采样频率设置为1000Hz，则时间切片应设为2ms。时间切片的设置如下图所示，在接受计算器窗口下选择“Style”项，再输入“TimeSlice”的参数。确定退出后即可看到眼图。3.眼图与分析如下图所示，在没有高斯噪声时，眼图是清晰简洁的眼形状，而随着噪声的加大，眼图线条愈加凌乱，观察到眼图的“眼睛”张开的幅度变小，即噪声容限下降，对应输出波形，就是信号受噪声的影响加大，愈加不容易分辨。a.高斯噪声为0：b.高斯噪声幅度为0.2V：c.高斯噪声幅度为0.4V：d.高斯噪声幅度为0.6V：4、BER曲线1.实验原理图如下：2.操作步骤1.首先设置高斯噪声，如下图所示。设置高斯噪声的幅值为1V2.添加BER计算器，并设置。No.TRIALS为对比试验的比特数，设“No.TRIALS”为10000，系统定时中的每个循环采样点数为131072，循环次数设置为十次。“Threshold”值为参考信号与解调信号差异的门限值，这里设为0.5，“Offset”为时间偏移量，置为0，BER计算器设置图符27为停止接收计数器图符，连接BER计数器的选择2：TotalErrors为错误总数。设置为多次循环，并将系统定时中的No.ofSystemloops设置为9。图符25为终值接收计算器，它与BER计数器的选择1：CummulativeAvg为BER的累计均值连接，当仿真进行时，每一个循环结束时会显示本次循环的BER均值，该值也是用于计算BER/SNR曲线的基础，只有利用该计算器的数据才能绘出所需的BER曲线。停止计数器设置3．全局变量的关联与BER曲线的生成设置将噪声增益控制与系统循环次数进行全局变量关联，使信道的信噪比（SNR）由0dB开始逐步加大，即噪声逐步减小。每次减小的步长与循环次数有关。设置全局变量的方法是，单击主菜单的“Tools”选项，选择“GlobalParameterLinks”。这时出现下图的界面。全局关联设置设置每次信噪比递增3dB，即噪声减小3dB，则在相应的定义栏将F[Gi,Vi]的值置为-3*cl。这里的cl为系统变量“currentsystemloop”系统循环次数。下面求BER/SNR曲线，进行如下设置。选择“Style”功能中的“BERPlot”。设置起始信噪比为1dB，增量“Increment”值为1（必须与预先设置的增益关联一致）。在选择计算窗口“Selectonewindow”中，选择刚刚获得的系统累计误码率均值相对时间的关系曲线的窗口，单机确定后，即可获得所需的BER/SNR曲线。BER绘图设置4.BER曲线：将实际BER曲线与理想曲线比较，结果如下图所示：由上图可见，随着信噪比的提高，误码率单调下降，但是与理论值有一定的差异。而随着信噪比的越来越高，差异似乎更大，这个是因为在实际的系统中滤波器不是理想的，像带通滤波器和低通滤波器是巴特沃斯滤波器，并非理想的方形，会附加一定频带外噪声。同时，之前获得延时也不是完全准确的，也会造成一定的附加噪声。实验体会对于本次通信系统仿真的课题，历时四天。实验中，我遇到过很多困难。首先由于通信原理知识难免有些生疏，在设计过程中会犯一些错误。然后是systemview软件应用的学习，由于以前没接触过所以刚用起来时有点费力，不过通过几天的实际操作，我已经可以很好掌握并且熟练运用了。实验一的实验原理很简单，是常规的振幅调制，老师也提供了详细的实例分析，因此做起来很容易上手，这个实验完成得比较快，并不占用时间，但是通过这个实验更加掌握了对SystemView系统的运用。实验三与前两个相比难度加大了许多，首先是刚开始的主体电路和眼图，本身的系统较为复杂，但这并不是本实验的难点所在。本实验的难点在于BER曲