通信電路與系統(tǒng)軟件實(shí)驗(yàn)報告

1、北京理工大學(xué) 通信電路與系統(tǒng)軟件實(shí)驗(yàn) 版權(quán)所有，嚴(yán)禁抄襲 本科實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)名稱： 通信電路與系統(tǒng)軟件實(shí)驗(yàn) 課程名稱：通信電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時間：任課教師：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：4-342實(shí)驗(yàn)教師：實(shí)驗(yàn)類型： 原理驗(yàn)證 綜合設(shè)計 自主創(chuàng)新學(xué)生姓名：學(xué)號/班級：組 號：學(xué) 院：信息與電子學(xué)院同組搭檔：專 業(yè)：信息工程成 績：實(shí)驗(yàn)一 數(shù)字通信系統(tǒng)仿真（一）簡單基帶傳輸系統(tǒng)分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆绽胹ystem view仿真軟件觀察系統(tǒng)時域波形，重點(diǎn)學(xué)習(xí)和掌握觀察眼圖的操作方法。二、實(shí)驗(yàn)原理 該系統(tǒng)并不是無碼間干擾設(shè)計的，為使基帶信號能量更為集中，形成濾波器采用高斯濾波器，系統(tǒng)框圖如下：加性高斯低通型信道 低通 接受判

2、決形成濾波器PN碼發(fā)生器高斯噪聲源三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容構(gòu)造一個簡單示意性基帶傳輸系統(tǒng)。以雙極性PN碼（偽噪聲Pseudo-Noise: PN）發(fā)生器模擬一個數(shù)據(jù)信源，碼速率為100bit/s，低通型信道噪聲為加性高斯噪聲（標(biāo)準(zhǔn)差0.3v）。要求：1.觀測接受輸入和濾波輸出的時域波形。2.觀測接收濾波器輸出的眼圖。四、系統(tǒng)參數(shù)及系統(tǒng)框圖五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果各分析窗的輸出波形如下：功率譜合成如下：輸入信號眼圖：輸出信號眼圖：從上述仿真分析可以看出：經(jīng)高斯濾波器形成處理后的基帶信號波形遠(yuǎn)比碼信號平滑，信號能量主要集中在倍碼率以內(nèi)，經(jīng)低通型限帶信道后信號能量損失相對較小。由于信道的不理想和疊加噪聲的影響，信道輸出眼圖

3、將比輸入的差些，改變信道特性和噪聲強(qiáng)度，眼圖波形將發(fā)生明顯畸變，接收端誤碼率肯定相應(yīng)增大。由此可見，基帶傳輸系統(tǒng)中不應(yīng)直接傳送方波序列信號，應(yīng)經(jīng)過波形形成，從而使信號能量更為集中，并通過均衡措施達(dá)到或接近無碼間干擾系統(tǒng)設(shè)計要求。（二）利用Costas環(huán)解調(diào)2PSK信號分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.通過system view仿真分析和理解Costas環(huán)解調(diào)系統(tǒng)功能和特點(diǎn)；2.進(jìn)一步熟悉仿真軟件的操作與使用。二、實(shí)驗(yàn)原理2PSK調(diào)制和Costas環(huán)解調(diào)系統(tǒng)組成如下：低通u1t uItPN碼產(chǎn)生器cosct+eLFVCOm（t）x（t）低通載波產(chǎn)生器cosctsinct+eu2t uQt其中： xt=mtco

4、sct u1t=mtcosctcosct+e=12mtcose+cos(2ct+e) u2t=mtcosctsinct+e=12mtsine+sin(2ct+e)經(jīng)過低通濾波器后，得到的同相分量和正交分量分別為：uIt=12mtcoseuQt=12mtsine 通常，環(huán)路鎖定后，e很?。ㄔ诜抡娣治鍪强稍O(shè)為0）。顯然，同相分量uIt=0.5mt，正交分量uQt=0，這就是說，只有同相輸出分量才包含解調(diào)信息。實(shí)際上，Costas可以同時完成載波同步提取和2PSK信號解調(diào)，這與常用的平方環(huán)有所不同。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 Costas環(huán)是一個由同相與正交支路構(gòu)成的鎖相環(huán)路，對2PSK信號進(jìn)行解調(diào)是其主要功能之

5、一。構(gòu)造一個2PSK信號調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，利用Costas環(huán)對2PSK信號進(jìn)行解調(diào)，以雙極性PN碼作為基準(zhǔn)，觀測環(huán)路同相支路輸出和正交支路輸出的時域波形。四、系統(tǒng)參數(shù)及系統(tǒng)框圖五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 由仿真結(jié)果明顯看出，Costas環(huán)的同相分量（同相支路低通濾波器 ）即為數(shù)據(jù)解調(diào)輸出，而正交分量（正交支路低通濾波器輸出）中沒有解調(diào)信息。（三）二進(jìn)制差分編碼/譯碼器分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^分析理解差分編碼/譯碼的基本工作原理二、實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)際差分編/譯碼器中，將碼序列延遲一個碼元間隔通常是利用D觸發(fā)器完成的。在SYSTEMVIEW中，差分編碼器中的延遲環(huán)節(jié)不直接使用D觸發(fā)器反而更方便。an+dndnandn-1d

6、n-1D Q CK 發(fā)送碼時鐘Q D CK位同步時鐘三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)建一對二進(jìn)制差分編碼譯碼器，以 PN 碼作為二進(jìn)制絕對碼，碼速率 Rb 100bit/s。分別觀測絕對碼序列、差分編碼序列、差分譯碼序列，并觀察差分 編碼是如何克服絕對碼全部反相的，以便為分析 2DPSK 原理做鋪墊。四、系統(tǒng)參數(shù)及框圖Token編號Attribute屬性Type類型Parameters圖符塊參數(shù)設(shè)置0SourcePN SeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=100hz,level=2,Phase=01OperatorSamplerInterpolating,Rate=100hz,Aperture=0,

7、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=100Sampies10,11,12SinkAnalysis/五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果加反相器后：由于系統(tǒng)中數(shù)字采樣延遲圖符塊（Token6）的輸入接采樣器圖

8、符塊（Token5）輸出，Token5的采樣頻率為10000hz，絕對碼時鐘頻率為100hz，Token6的作用是將碼序列延遲一個碼元并與前邊采樣塊的采樣頻率相關(guān)，故其延遲采樣點(diǎn)數(shù)目應(yīng)設(shè)置為100。編/譯碼結(jié)果一致。實(shí)驗(yàn)二 二進(jìn)制鍵控系統(tǒng)分析（一）相干接收2ASK系統(tǒng)分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)一步熟悉軟件的主要操作步驟以及系統(tǒng)分析方法。二、實(shí)驗(yàn)原理信道濾波采樣判決二進(jìn)制基帶信號an an 載 波噪 聲載 波Acosct Acosct三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、在系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，觀察制定分析點(diǎn)的波形，功率譜及譜零點(diǎn)帶寬； 2、改變原件參數(shù)設(shè)置，觀察仿真結(jié)果，如果PN碼改為雙極性碼（Amp=1v，Offset

9、=0v），能產(chǎn)生2ASK信號嗎？此時產(chǎn)生的是什么數(shù)字調(diào)制信號？改變高斯噪聲強(qiáng)度，觀察解調(diào)波波形變化，體會噪聲對數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的影響； 3、進(jìn)一步熟悉軟件的主要操作步驟。四、系統(tǒng)參數(shù)及框圖設(shè)置時間窗，運(yùn)行時間：0-0.3秒，采樣速率：10000hzToken編號Attribute屬性Type類型Parameters圖符塊參數(shù)0SourcePN SeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=100Hz,Level=21,5Multiplier-2,6AdderSinusoidAmp=1V,Freq=1000Hz,Phase=03Source-4OperatorGauss NoiseStd Dev

10、=0.5V,Mean=0V7OperatorLinear SysButterworth_Lowpass IIR,5 Poles,Fc=200Hz8OperatorSamplerInterpolating,Rate=100Hz,Ape=0,Jitter=09OperatorHoldLast Value,Gain=110OperatorComparea=b,Ture=1,False=011SourceStep FctAmp=0.3v,Start time=0,Offset=0v12,13,1415,16,17SinkAnalysis-五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、時域波形：功率譜：由圖可知，譜零點(diǎn)帶寬約為200

11、Hz。2、雙極性碼：此時，不能產(chǎn)生2ASK信號，此時產(chǎn)生的是2FSK調(diào)制信號。改變噪聲強(qiáng)度：Std Dev=1v由圖可以看到，噪聲加大時，解調(diào)信號可能會出現(xiàn)誤碼的情形。（二）鎖相環(huán)解調(diào)2FSK系統(tǒng)分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ぼ浖僮鞑襟E二、實(shí)驗(yàn)原理PN碼發(fā)生器FMPDLFVCO噪聲LPF調(diào)制信道解調(diào)解調(diào)輸出為了提高接收端的抗干擾能力，對于接收濾波器輸出的模擬電壓通常采用“采樣+判決”的處理方式。在本實(shí)驗(yàn)中，可在同樣噪聲干擾時比較僅采用“判決”的波形整形方式與“采樣+判決”的處理方式的效果。在以下三方面要提醒讀者：1、在此2FSK仿真系統(tǒng)中，對2FSK這種數(shù)字調(diào)頻信號的解調(diào)采用了PLL，應(yīng)為PLL的一個

12、重要應(yīng)用功能就是鑒頻功能，而且它比普通鑒頻器的鑒頻門限第45DB2、PLL的環(huán)路濾波器輸出為鑒頻輸出，并通過進(jìn)一步的低通濾波后分兩路到“采樣+判決”和“無采樣判決”處理環(huán)節(jié)，前一種處理方式是規(guī)范的，但實(shí)際接受系統(tǒng)中的采樣時鐘應(yīng)是位同步的提取時鐘。3、解調(diào)器輸出應(yīng)該是二進(jìn)制的邏輯電平，每個接受碼元的0/1轉(zhuǎn)臺是依靠濾波器輸出信號的復(fù)讀來判決得到的，單濾波器輸出信號為幅度伴有噪聲和失真的模擬信號，幅度轉(zhuǎn)臺隨機(jī)性很大，通過“采樣”處理可以大大降低噪聲和失真的隨機(jī)性，提高判決的正確性；沒有采樣處理的直接判決整形方式不利于提高判決的正確性，讀者可以講構(gòu)造系統(tǒng)中的信道高斯噪聲圖符塊的標(biāo)準(zhǔn)偏差改為0.4V，

13、在觀察TOKEN19 TOKEN21的波形就會發(fā)現(xiàn)這兩種判決處理在性能上的差別。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、在系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，觀察各接受分析器的時域波形，體會各圖符塊在系統(tǒng)中的特殊作用，觀察分析器Token10的功率譜，分析該2FSK信號的主要信號能量是否可以通過話帶（300hz-3400hz）； 2、在高斯噪聲強(qiáng)度較小時，觀察各分析接收器的時域波形； 3、將Token3的標(biāo)準(zhǔn)偏差加大到0.4v，再觀察Token19和Token21的時域波形，思考并解釋分析結(jié)果； 4、觀察濾波器輸出模擬信號波形和采樣保持輸出波形，體會采樣處理環(huán)節(jié)的作用。四、系統(tǒng)參數(shù)及框圖 設(shè)置時間窗，運(yùn)行時間0-0.1秒，采樣頻

14、率：10000hz。系統(tǒng)參數(shù)如下：Token編號Attribute屬性Type類型Parameters圖符參數(shù)0SourcePN SeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=1200Hz,Level=21FunctionFMAmp=1v,F=1700Hz,Mod Gain=400Hz/v2Adder-3SourceGauss NoiseStd Dev=0.1v,Mean=0v4OperatorLinear SysButterworth_Bandpass IIR,5 Poles,Fc=300Hz,Hi Fc=34005Multiplier-6OperatorLinear SysButter

15、worth_Lowpass IIR,1 Poles,Fc=600Hz7FunctionFMAmp=2v,F=1700Hz,Mod Gain=800Hz/v8OperatorLinear SysButterworth_Lowpass IIR,9 Poles,Fc=1200Hz9SinkAnalysis-10SinkAnalysis-11SinkAnalysis-12SinkAnalysis-13SinkAnalysis-14OperatorSampleInterpolating,Rate=1200Hz,Ape=0v,Jitter=0v15OperatorHoldLast Vaule,Gain=2

16、,Out Rate=10000Hz16SinkAnalysis-17OperatorComparea=b,A Input=t15,B Input=t18,Ture=1,False=-118SourceSinusoidAmp=0v,F=0Hz19SinkAnalysis-20OperatorComparea=b,A Input=t8,B Input=t18,Ture=1,False=-121SinkAnalysis-五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.各分析器的時域波形：Token10的功率譜：觀察改功率譜可知，其信號功率主要分布在300Hz-3400Hz范圍內(nèi)，因此該2FSK信號主要能量可以通過話帶。2、低噪聲強(qiáng)

17、度時觀察Token19和Token21的時域波形可知，此時沒有誤碼；3、高噪聲強(qiáng)度時Token19和Token21的時域波形：由圖可知，此時有明顯的誤碼。4、采樣保持：（三）相干接收2PSK系統(tǒng)分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ぼ浖牟僮鳎焕斫?PSK調(diào)制解調(diào)方法，處鞏固二進(jìn)制移相監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理外，應(yīng)特別注意2DPSK系統(tǒng)是如何解決同步載波180度相位模糊問題的。二、實(shí)驗(yàn)原理 對2PSK信號相干的前提是首先進(jìn)行載波提取，可采用平方環(huán)或科斯塔斯環(huán)來實(shí)現(xiàn)。為分析方便起見，在本實(shí)驗(yàn)中可直接在接收端設(shè)置一個月發(fā)送端同步的本地載波源，另外，本實(shí)驗(yàn)暫不考慮位同步提取問題。低通濾波采樣判決PN碼發(fā)生器輸出載 波載波提

18、取噪 聲三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、分析觀察Token12/13/14/15/16/17的時域波形，看解調(diào)是否正確？觀察Token13的2PSK信號功率譜結(jié)構(gòu)及譜零點(diǎn)帶寬； 2、從2PSK系統(tǒng)實(shí)際上與實(shí)驗(yàn)一中的2ASK系統(tǒng)的主要參數(shù)幾乎相同，將高斯噪聲源的標(biāo)準(zhǔn)偏差增大到1v，將兩種系統(tǒng)的輸入碼序列與解調(diào)輸出碼序列進(jìn)行對比，觀察各自的誤碼是否出現(xiàn)，看看究竟哪種傳輸系統(tǒng)的抗噪聲新能更高； 3、2Psk系統(tǒng)中，接收提取的載波存在180度的相位模糊度，這是載波提取電路存在的故有問題，一旦接收端提取的載波與發(fā)送端調(diào)制載波倒相，解調(diào)出的碼序列將全部倒相。重新設(shè)置接受載波源的參數(shù)，將其中的相位設(shè)置為180度，運(yùn)行后觀

19、察解調(diào)的結(jié)果。四、系統(tǒng)參數(shù)及框圖 設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行時間：0-0.3秒，采樣頻率：10000HzToken編號Attribute屬性Type類型Parameters圖符塊參數(shù)0SourcePN SeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=100Hz,Levels=21,5Multiplier-2,6SourceSinusoidAmp=1v,Freq=3000Hz,Phase=0,Output1=Cosin3Adder-4SourceGauss NoiseStd Dev=0.5v,Mean=0v7OperatorLinear SysButterworth_Lowpass IIR,5 Poles,

20、Fc=200Hz8OperatorSamplerInterpolating,Rate=100Hz,Ape=0,Jitter=09OperatorHoldLast Value,Gain=110OperatorComparea=b,True=1,False=-111SourceSinuslidAmp=0v,Freq=0Hz12，13,14，15,16,17SinkAnalysis-五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、時域波形：調(diào)制輸入和解調(diào)輸出一致，即解調(diào)正確。Token13的功率譜為：2、噪聲強(qiáng)度為Std Dev=1v時：2PSK：無誤碼出現(xiàn)；2ASK：有誤碼出現(xiàn)；綜上，2PSK的抗噪聲新能優(yōu)于2ASK。3、180

21、度相位模糊：設(shè)置Token6中Phase=180輸出與輸入反相。（四）鎖相環(huán)路仿真分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?更加形象的理解鎖相環(huán)的工作原理，從而觀察到硬件實(shí)驗(yàn)不易觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；體會PLL的帶通頻率提純作用，以及噪聲強(qiáng)隊(duì)對入鎖時間的影響；理解和體會環(huán)路帶寬對捕捉帶的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理1、PLL系統(tǒng)組成原理鎖相環(huán)路實(shí)質(zhì)上是一個相位反饋控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。基本PLL有鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）三部分構(gòu)成閉合環(huán)路，PD用于檢測環(huán)路輸入和輸出信號之間的相位差，并以誤差信號給出，LF用于提取誤差信號中真正反應(yīng)相位差變化的低頻分量；VCO受控調(diào)節(jié)震蕩頻率，隨

22、著時間的積累，輸出信號相位就發(fā)生變化，并且向著減小與輸入信號之間相位差的方向調(diào)節(jié)變化，故相位調(diào)節(jié)達(dá)到環(huán)路鎖定是需要一定時間的。PLL對信號相位的傳遞具有低通特性，對信號電壓的傳遞具有帶通特性，通帶可由LF參數(shù)控制，從而可對伴隨限帶噪聲的單頻信號起到帶通頻率提純作用。LD的3dB帶寬雖然通常不直接等于環(huán)路閉環(huán)相位傳輸帶寬，但LD的3dB帶寬越寬，環(huán)路帶寬也越寬，反之亦然，環(huán)路帶寬直接影響到入鎖時間和捕捉帶寬度。注意到，Token0的輸出頻率為50Hz，VCO圖符塊起始頻率設(shè)為49Hz，即有1Hz的頻差，VCO圖符塊的壓控靈敏度為5Hz/v，則抵消掉這一Hz的起始頻差，環(huán)路濾波器輸出電壓需要上調(diào)0

23、.2V；若起始頻率設(shè)為51Hz，則環(huán)路濾波器輸出電壓要下調(diào)0.2Hz，這種調(diào)節(jié)所需要的時間稱為入鎖時間，兩種情況下的入鎖時間大致需要0.8秒。環(huán)路鎖定后，環(huán)路鎖定后，環(huán)路濾波器輸出已變?yōu)橹绷麟妷?。三、?shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、觀察環(huán)路輸入、輸出波形，從時域角度看噪聲對輸入正弦信號的隨機(jī)調(diào)制，以及環(huán)路對噪聲影響的抑制作用； 2、觀察PD和LD輸出波形，體會LD在環(huán)路中的濾波作用，并粗略估計入鎖時間，觀察輸入和輸出組合信號波形，看信號相位和頻率的調(diào)節(jié)過程； 3、觀察輸入和輸出組合信號波形的功率譜，看環(huán)路的頻率提純作用； 4、觀察PD輸出和LF輸出組合信號的基帶功率譜，其中是否有工作頻率的二次諧波分量（100Hz），為什么會有此頻率分量楚翔； 5、不斷改變VCO的其實(shí)頻率，建議從47Hz到53Hz，如果LF輸出為連續(xù)震蕩波形，則環(huán)路失鎖，如經(jīng)過調(diào)節(jié)最終可達(dá)直流即為入鎖，測出改環(huán)路的捕捉帶（約5Hz）； 6、固定LF的上限截止頻率，改變高斯噪聲