通信电路与及系统软件实验实验报告.docx

1、通信电路与及系统软件实验实验报告 本科实验报告实验名称： 通信电路与及系统软件实验 课程名称：通信电路与系统实验时间：2018.5任课教师：实验地点：理学楼 B404实验教师：实验类型： 原理验证 综合设计 自主创新学生姓名：学号/班级：组 号：学 院：信息与电子学院同组搭档：专 业：电子信息类成 绩：实验 1 简单基带传输系统分析举例一、分析内容构造一个简单示意性基带传输系统。以双极性 PN 码发生器来模拟一个数据信源，码速率为 100bit/s，低通型信道噪声为加性高斯噪声(标准差=0.3V)。要求：1. 观测接收输入和滤波输出的时域波形；2. 观测接收滤波器输出的眼图。二、分析目的掌握观

2、察系统时域波形，重点学习和掌握观察眼图的操作方法。三、系统组成及原理简单的基带传输系统原理框图如下所示，该系统并不是无码间干扰设计的，为使基带信号能量更集中，形成滤波器采用高斯滤波器。图 1-1 简单基带传输系统组成框图四、创建分析第 1 步： 进入 System View 系统视窗， 设置“时间窗”参数如下：运行时间： Start Time:0 秒；Stop Time:0.5 秒。采样频率： Sample Rate:10000Hz。第 2 步： 调用图符块创建如下图所示的仿真分析系统：图 1-2 创建的简单基带传输仿真分系统系统中各图符块的设置如表 1-1 所示：表格 1-1Token 编A

3、ttribute属性Type类型Parameters参数设置0SourcePN SeqAmp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz， Levels=2，Phase=0 deg1CommPulse ShapeGaussian， Time Offset=0，Phlse Width=0.01sec，Std Dev=0.15V2Adder-3SourceGauss NoiseStd Dev=0.3V，Mean=0V4OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR，5 Poles， Fc=200Hz5OperatorSamplerInterpolating，

4、Rate=100Hz， Aperture=0 sec， Aperture Jitter=0 sec6OperatorHoldLast Value，Gain=27OperatorComparea=b，True Output=1V， False Output=1V， A input=token6 Output0，B input=token8 Output08SourceSinusoidAmp=0V， Freq=0Hz，Phase=0 deg9SinkAnalysisInput from token0 Output Port010SinkAnalysisInput from token1 Outpu

5、t Port011SinkAnalysisInput from token4 Output Port012SinkAnalysisInput from token7 Output Port0其中，Token1 为高斯脉冲形成滤波器；Token3 为高斯噪声发生器，设标准偏差 Std Deviation=0.3V，均值 Mean=0V；Token4 为模拟低通滤波器，它来自操作库中的“ LinearSys”图符按钮，在设置参数时，将出现一个设置对话框，在“Design”栏中单击 Analog 按钮，进一步点击“ Filter PassBand”栏中 Lowpass 按钮， 选择 Butterwo

6、rth 型滤波器， 设置滤波器极点数目： No.of Poles=5（5 阶），设置滤波器截止频率： LoCuttoff=200Hz。第 3 步：单击运行按钮，运算结束后按“ 分析窗”按钮，进入分析窗后，单击“ 绘制新图”按钮，则 Sink9-Sink12 限时活动窗口分别显示出“ PN 码输出”、“信道输入”、“信道输出”和“ 判决比较输出”时域波形。如下列波形图所示图 1-3 Sink9_代表信源的 PN 码输出波形图 1-4 Sink10_经高斯脉冲形成滤波器后的码序列波形图 1-5 Sink11_信道输出的接收波形图 1-6 Sink12_判决比较输出波形图 1-7 Sink13_码序

7、列波形和噪音的叠加波形第 4 步：观察信源 PN 码和波形形成输出的功率谱。通过两个信号的功率谱可以看出，波形形成后的信号功率谱主要集中在低频端，能量相对集中， 而 PN 码的功率谱主瓣外的分量较大。在分析窗下，单击信宿计算器按钮，在出现的“ System Sink Calculator”对话框中单击 Spectrum 按钮， 分别得到 Sink9 和 Sink10 的功率谱窗口（ w4:和 w5:）后，可将这两个功率谱合成在同一个窗口中进行对比，具体操作为：在“ System Sink Calculator” 对话框中单击 Operators 按钮和 Overlay Plots 按钮， 在右

8、侧窗口内按住左键选中 w4 和 w5 两个信息条，单击 OK 按钮即可显示出对比功率谱。如下图所示：图 1-8 PN 码和波形形成器输出功率谱对比通过两个信号的功率谱可以看出， 波形形成后的信号功率主要集中在低频端， 能量相对集中，而 PN 码的功率谱主瓣外的分量较大。第 5 步：观察信道输入和输出信号眼图。眼图仍然是时域波形，它是衡量基带传输系统性能的重要实验手段。当屏幕上出现波形显示活动窗口（w1:Sink10 和 w2:Sink11） 后，点击“ System Sink Calculator” 对话框中的 Style 和 Time Slice 按钮，设置好“ Start timesec”

9、和“Lengthsec”栏内参数后单击该对话框内的 OK 按钮即可。两个眼图如下图所示：图 1-9 信道输入眼图图 1-10 信道输出眼图从上述仿真分析可以看出：经高斯滤波器形成处理后的基带信号波形远比 PN 码信号平滑，信号能量主要集中于 10 倍码率以内，经低通型限带信道后信号能量损失相对较小，由于信道的不理想和叠加噪声的影响，信道输出眼图将比输入的差些，改变信道特性和噪声强度（如 Std Dev=1V），眼图波形将发生明显畸变，接收端误码率肯定相应增大。由此可见，基带传输系统中不应直接传送方波码序列信号，应经过波形形成，从而使信号能量更为集中，并通过均衡措施达到或接近无码间干扰系统设计要

10、求。另外，眼图观察法的确是评测基带系统传输质量的简便有效实验方法。实验 2 利用 Costas 环解调 2PSK 信号分析举例一、分析内容Costas 环是一个由同相与正交支路构成的锁相环路，对 2PSK 信号进行解调是其主要功能之一。构造一个 2PSK 信号调制解调系统，利用 Costas 环对 2PSK 信号进行解调，以双极性 PN 码发生器模拟一个数据信源， 码速率为 50bit/s，载波频率为 100Hz。以 PN 码作为基准， 观测环路同相支路输出和正交支路输出的时域波形。二、分析目的通过分析理解 Costas 环的解调功能和特点。三、系统组成及原理2PSK 调制和 Costas 环

11、解调系统组成如图 2-1 所示。图 2-7 2PSK 调制和 Costas 环解调系统其中：x(t) =u1(t) =u1(t) =m(t)cos ct m(t)cos ctm(t)cos ct cos(ct sin(ct+ e ) =+ e ) =1 m(t)cos 2 e1 m(t)sin 2 e+ cos(2ct+ sin(2ct+ e )+ e )经过低通滤波器后， 得到的同相分量和正交分量分别为：u (t) = 1 m(t) cosI 2 eu (t) = 1 m(t) sinQ 2 e通常，环路锁定后 e 很小（在仿真分析时可设为 0）。显然，同相分量 uI (t) 0.5m(t)

12、 ，正交分量近似为 0，这就是说，只有同相输入分量才包含解调信息。实际上， Costas 环可以同时完成载波同步提取和 2PSK 信号解调， 这与常用的平方环有所不同。四、创建分析第 1 步： 进入 System View 系统视窗， 设置“时间窗”参数如下：运行时间： Start Time:0 秒；Stop Time:1 秒。采样频率： Sample Rate:5000Hz。第 2 步：调用图符块创建如图 2-2 所示的仿真分析系统。与前边创建的仿真系统比较，出现了几个“图符参数便签”。生成“ 图符参数便签”的操作方法如下：在全部图符块参数确定后，执行“ NotePadsCopy Token

13、 Parameters toNotePad”菜单命令，再用附着了“ Select”条框的鼠标单击某个图符块， 立刻生成该图符块的“图符便签参数”。单击便签框使之激活，拉动四边上的“操作点”可调节其几何尺寸；用鼠标压住便签框，使之显示略微变暗， 可移动其位置。图 2-8 创建的简单基带传输仿真分析系统系统中各图符块的设置如下表所示：表 2-2Token编号Attribute属性Type类型Parameters参数设置0SourcePN SeqAmp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz， Levels=2，Phase=0 deg1,2,3,11Multiplier-4,5Operato

14、rLinear SysButterworth Lowpass IIR，4 Poles， Fc=100Hz6OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR，1 Poles， Fc=100Hz7FunctionFMAmp=1V， Freq=1000Hz，Phase=0 deg Mod Gain=5Hz/V8SinkAnalysisInput from token0 Output Port09SinkAnalysisInput from token4 Output Port010SinkAnalysisInput from token5 Output Port01

15、2SourceSinusoidAmp=1V， Freq=1000Hz，Phase=0 deg第 3 步：创建完仿真系统后，单击运行按钮，分别由 Sink8、Sink9 和Sink10 显示 PN 码、同相分量和正交分量的时域波形，如下图所示。图 2-9 Sink8_PN 码的时域波形图 2-10 Sink9_同相分量的时域波形图 2-11 Sink10_正交分量的时域波形由仿真结果看出，Costas 环的同相分量（ 同相支路低通滤波器输出） 即为数据解调输出，而正交分量（正交支路低通滤波器输出）中没有解调信息。实验 3 二进制差分编码/译码器分析举例一、分析内容创建一对二进制差分编码/译码器，

16、以 PN 码作为二进制绝对码，码速率 100bit/s。分析观测绝对码序列、差分编码序列、差分译码序列，并观察差分编码是如何克服绝对码全部反向的， 以便为第三部分中 2DPSK 原理分析的实验做铺垫。二、分析目的通过分析理解差分编码/译码的基本工作原理。三、系统组成及原理二进制差分编码器和译码器组成如图 3-1 所示，其中： a n为二进制绝对码序列， dn 为差分编码序列。在实际差分编/译码器中，将码序列延迟一个码元间隔通常是利用 D 触发器完成的。图 3-12应当说明，在 System View 中， 差分编码器中的延迟环节不直接使用D 触发器反而更为方便，而差分译码器中的延迟环节最好利用

17、操作库中的“数字采样延迟图符块”。四、创建分析第 1 步： 进入 System View 系统视窗， 设置“时间窗”参数如下：运行时间： Start Time:0 秒；Stop Time:0.3 秒。采样频率： Sample Rate:10000Hz。第 2 步：首先创建如图 3-2 所示的二进制差分编码/译码器仿真分析系统。系统中各符块参数设置如表 3-1 所示。图 3-13 二进制差分编码/译码器仿真分析系统表 3-3Token编号Attribute属性Type类型Parameters参数设置0SourcePN SeqAmp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz， Levels=

18、2，Phase=0 deg1OperatorSamplerInterpolating，Rate=100Hz， Aperture=0，Jitter=02,7OperatorXORThreshold=0V， True=1，False=-13OperatorGainGain Units=Linear，Gain=14,9OperatorHoldLast Value，Gain=15,8OperatorSamplerInterpolating，Rate=10000Hz， Aperture=0，Jitter=06OperatorSmpl DelayFill Last Register，Delay=100 S

19、amples10SinkAnalysisInput from token0 Output Port011SinkAnalysisInput from token4 Output Port012SinkAnalysisInput from token9 Output Port0由于系统中的数字采样延迟符块（ Token6 ） 的输入接采样器图符块（Token5）输出，Token5 的采样频率为 10000Hz，绝对码时钟频率为 100Hz，Token6 的作用是将码序列延迟一个码元并与前边采样块的采样频率相关， 故延迟的采样点数目应设置为 100。第 3 步：观察编、译码结果。在分析窗下，差分编

20、码器输入（绝对码）、差分编码器输出及差分译码器输出分别由 Sink10、11、12 给出，如图所示。显然，此时差分编码的基本规律是：逢绝对码 1 时逻辑电平反转，逢绝对码 0 时逻辑电平不变。图 3-14 Sink10_差分编码器输入波形图 3-15 Sink11_差分编码器输出波形图 3-16 Sink12_差分译码器输入波形第 4 步，得到仿真结果后，将差分编码器与差分译码器之间插入一个非门（NOT），再看仿真结果。可以观察到，差分编码和译码方式可以克服编码输出序列的全反相，差分译码序列与不反相的相同。充分理解了这一原理，就能很快理解 2DPSK 是如何解决载波 1800 相位模糊问题的，

21、同时将有助于自行创建包含差分编码与译码的 2DPSK 系统。加入反相器后：图 3-6 加反相器的二进制差分编码/译码器仿真分析系统图 3-7 Sink10_差分编码器输入波形图 3-8 Sink11_差分编码器输出波形图 3-9 Sink12_差分译码器输入波形图 3-10 Sink14_差分编码器反相输出波形实验 4 相干接收 2ASK 系统分析一、系统组成及原理相干接收 2ASK 系统组成如图 4-1 所示： 图 4-1 相干接收 2ASK 系统组成二、创建分析第 1 步：根据图 4-2 所示系统，在 System View 系统窗下创建仿真系统， 首先设置时间窗，运行时间：0-0.3 秒

22、，采样速率：10000Hz。 图 4-2 仿真系统组成系统第 2 步： 调用图符块创建如下图所示的仿真分析系统：表 4-1 系统图符块参数设置Token编号Attribute属性Type类型Parameters参数设置0SourcePN SeqAmp=0.5V， Offset=0.5V， Rate=100Hz， Levels=2，Phase=0 deg1,5Multiplier-2,6SourceSinusoidAmp=1V， Freq=3000Hz，Phase=03Adder-4SourceGauss NoiseStd=0.3V，Mean=0V7OperatorLinear SysButte

23、rworth Lowpass IIR，5 Poles， Fc=200Hz8OperatorSamplerInterpolating，Rate=100Hz， Aperture=0 sec， Aperture Jitter=0 sec9OperatorHoldLast Value，Gain=110OperatorComparea=b，True=1， False=011SourceStep FctAmp=0.3V，Start time=0，Offset=0V12,13,14,15,16,17SinkAnalysis/第 3 步：在系统窗下创建仿真系统，观察指定分析点的波形、功率谱及谱零点带宽， 如下

24、图所示：PN 码输入波形调制后的输出与输入 PN 码相比，即进行了对波形的幅度调制。参数了以 PN 码为包络的信号。在幅度为“1”内为余弦信号。加入高斯噪声后的信号：加入高斯噪声后，对原调制信号产生了干扰。经过低通滤波器滤波后的波形：经过低通滤波器，滤除了一些高频成分。但存在明显的纹波。将低通滤波器输出输入“ 取样+判决”环节。 经过取样输出：将取样后的信号与 0.3v，进行比较， 比 0.3v 高，则输出“ 1”， 比 0.3v 低则输出“0”。 比较器输出：图 4-3 Token12-17 波形图图 4-4 Token12 功率谱图 4-5 Token13 功率谱图 4-6 Token14

25、 功率谱图 4-7 Token15 功率谱图 4-8 Token16 功率谱图 4-9 Token17 功率谱由 Token12 和 Token13 的功率谱可以看出基带信号主要集中在低频段， 而 2ASK 信号调制信号的能量则主要位于载频频率 3KHz 左右，谱零点带宽为 200Hz。第 4 步：修改 PN 码为双极性极性码（ Amp=1V，Offset=0V），并重新观测如下图：图 4-10 修改 PN 码后的 Token12-17 波形图第 5 步：改变噪声强度后，观察解调波形的变化，体会噪声对数据传输质量的影响。图 4-11 改变噪声强度后的波形图由此可见，当噪声强度达到一定程度的时候

26、，误码率也会显著提高。实验 5 2FSK 系统分析一、系统组成及原理以话带调制解调器中 CCITT V.23 建议规定的 2FSK 标准为例，该标准为：码速率 1200bit/s；f0 = 1300Hz 及f1 = 2100Hz。要求创建符合 CCITTV.23 建议的 2FSK 仿真系统，调制采用“载波调频法”产生 CP-2FSK 信号， 解调采用“锁相鉴频法”。为了提高接收端的抗干扰能力，对于滤波器输出的电压采用“ 采样+判决”的处理。在本实验中，可在同样噪声干扰时比较仅采用“ 判决” 的波形整形方式与“ 采样+判决”的处理方式的效果。图 5-1 2FSK 仿真系统组成二、创建分析在 Sy

27、stem View 系统窗下创建仿真系统，设置时间窗，运行时间：0-0.1 秒， 采样速率：10000Hz。组成系统如图 5-2，各元件参数如表 5-1 所示。图 5-2 2FSK 仿真系统组成表 5-1 2FSK 仿真系统中各图符块的参数设置Token编号Attribute属性Type类型Parameters参数设置0SourcePN SeqAmp=1V，Offset=0V， Rate=1200Hz， Levels=21FunctionFMAmp=1V， F=1700Hz， Mod Gain=400Hz/V2Adder-3SourceGauss NoiseStd=0.1V，Mean=0V4O

28、peratorLinear SysButterworth Bandpass IIR，5 Poles， Low Fc=200Hz，Hi Fc=3400Hz5Multiplier-6OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR，1 Poles， Fc=600Hz7FunctionFMAmp=2V， F=1700Hz， Mod Gain=800Hz/V8OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR，9 Poles， Fc=1200Hz9SinkAnalysisInput from token010SinkAnalysisIn

29、put from token111SinkAnalysisInput from token412SinkAnalysisInput from token613SinkAnalysisInput from token814OperatorSamplerInterpolating，Rate=1200Hz， Aperture=0 sec， Aperture Jitter=0 sec15OperatorHoldLast Value，Gain=2， Out Rate=10000Hz16SinkAnalysisInput from token1517OperatorComparea=b，True=1V， False=-1V，A in