通信软件实验报告.docx
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通信软件实验报告
本科实验报告
实验名称：
通信电路与系统实验（软件）
课程名称：
通信电路与系统实验（软件）
实验时间：
任课教师：
南方
实验地点：
4-342
实验教师：
南方
实验类型：
■原理验证
□综合设计
□自主创新
学生姓名：
焦奥
学号/班级：
1120141454/05941401
组号：
学院：
信息与电子学院
同组搭档：
专业：
成绩：
第一次实验
2.1简单基带传输系统分析
【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。
【分析目的】掌握观察系统时域波形，特别是眼图的操作方法。
【系统组成及原理】简单的基带传输系统原理框图如图2-1-1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为集中，形成滤波器采用高斯滤波器。
【创建分析】
第1步：
进入SystemView系统视窗，设置“时间窗”参数如下：
1运行时间：
StartTime:
0秒；StopTime:
0.5秒；
②采样频率：
SampleRate：
10000Hz。
第2步：
调用图符块创建如图2-1-2所示的仿真分析系统：
图2-1-2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表2-1-1所示：
表2-1-1
编
号
图符块属性
（Attribute）
类型
（Type）
参数设置
（Parameters）
0
Source
PNSeq
Amp=1v,Offset=0v,Rate=100Hz,Levels=2,
Phase=0deg
1
Comm
PulseShape
Hanning,TimeOffset=0sec,PulseWidth=0.01sec,StdDev=0.15v.
2
Adder
--
--
3
Source
GaussNoise
StdDev=0.3v,Mean=0v.
4
Operator
LinearSys
ButterworthLowpassIIR,5Poles,Fc=200Hz.
5
Operator
Sampler
Interpolating,Rate=100Hz,Aperture=0sec,
ApertureJitter=0sec,
6
Operator
Hold
LastValue,Gain=2,OutRate=10.e+3Hz
7
Operator
Compare
Comparison=’>=’,TrueOutput=1V,FalseOutput
=0v,Ainput=t6Output0,Binput=t8Output0
8
Source
Sinusoid
Amp=0v,Freq=0Hz,Phase=0deg
9
Sink
Analysis
Inputfromt0OutputPort0
10
Sink
Analysis
Inputfromt1OutputPort0
11
Sink
Analysis
Inputfromt4OutputPort0
12
Sink
Analysis
Inputfromt7OutputPort0
其中，Token1为高斯脉冲形成滤波器；Token3为高斯噪声产生器，设标准偏差StdDeviation=0.3v，均值Mean=0v；Token4为模拟低通滤波器，来自选操作库中的“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，进一步单击“FilterPassBand”栏中Lowpass按钮，选择Butterworth型滤波器，设置滤波器极点数目：
No.ofPoles=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显示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，如图2-1-2所示：
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“SystemSinkCalculator”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“SystemSinkCalculator”对话框中单击Operators按钮和OverlayPlots按钮，在右侧窗口内压住左键选中“w4：
PowerSpectrumofSink9”和“w5：
PowerSpectrumofSink10”信息条，使之变成反白显示，最后单击OK按钮即可显示出对比功率谱，如图2-1-3所示。
第5步：
观察信道输入和输出信号眼图。
眼图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，单击“SystemSinkCalculator”对话框中的Style和TimeSlice按钮，设置好“StartTime[sec]”和“Length[sec]”栏内参数后单击该对话框内的OK按钮即可，两个眼图如图2-1-4所示。
信源PN码
高斯滤波器之后的波形
信道输出的接收波形
判决比较整波之后的波形
PN码功率谱
以及高斯滤波之后的功率谱
合成功率谱
输入眼图（上）
以及输出眼图（下）
分析：
该系统的大体过程是：
产生PN码，滤波之后加噪，再整波还原信号。
原本的PN码滤波之后变成了三角尖形的波形，其大小正负反映了PN码；加上噪声之后，波形变得不规则；但通过判决比较，正的赋值固定，负的也赋值固定，从而得到了与原图像一样的输出。
功率谱上，经过滤波之后，功率有所下降。
从上述眼图可以看出，经高斯滤波器形成处理后的基带信号远比PN码信号平滑，信号能量主要集中于10倍码率以内，经低通型信道后信号能量损失相对小一些。
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，眼图会发生明显变化，甚至产生明显的接收误码。
2.2利用Costas环解调2PSK信号
【分析内容】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1000Hz。
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，
【分析目的】通过分析理解Costas环的解调功能。
【系统组成及原理】2PSK调制和Costas环解调系统组成如图2-2-1所示：
其中：
经过低通滤波器后，得到的同相分量和正交分量分别为：
通常，环路锁定后很小（在仿真分析时可设为0）。
显然，同相分量，正交分量近似为0。
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。
【创建分析】
第1步：
进入SystemView系统视窗，设置“时间窗”参数如下：
1运行时间：
StartTime:
0秒；StopTime:
1秒；
②采样频率：
SampleRate=5000Hz。
第2步：
调用图符块创建如图2-2-2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“图符参数便笺”。
生成“图符参数便笺”的操作方法如下：
在全部图符参数确定后，执行“NotePads>>CopyTokenParameterstoNotePad”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“图符参数便笺”。
单击便笺框使之被激活，拉动四边上的“操作点”可调节其几何尺寸；用鼠标压住便笺框，使之显示略微变暗，可移动其位置。
第3步：
创建完仿真系统后，单击运行按钮，分别由Sink4、Sink11和Sink12显示PN码、同相分量和正交分量的时域波形，如图2-2-3所示。
PN
同向
正交
观察到同相分量较好地反映了数据信息。
第二次实验
实验一二进制键控系统分析
（1）
【实验目的】由于本实验是利用SystemView进行仿真分析的第一个上机实验，故安排了较为简单的2ASK和2FSK系统分析内容，上机操作步骤介绍得也很详细。
建议除按照实验的分析内容要求得到分析结果外，应进一步熟悉软件的主要操作步骤。
一、相干接收2ASK系统分析
1．相干接收2ASK系统工作原理
相干接收2ASK系统组成如图3-1-1所示：
2．上机操作步骤
根据图3-1-1所示系统，在SystemView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，采样速率：
10000Hz。
1组成系统如图3-1-2所示：
②图符块参数参数设置：
Token0:
双极性二进制基带码源（PN码），参数：
Amp=0.5v；Offset=0.5v；Rate=100Hz；No.ofLevel=2；
Token1:
乘法器；
Token2:
正弦载波信号源，参数：
Amp=1V；F=3000Hz；Phase=0；
Token3:
加法器；
Token4:
高斯噪声源，参数：
StdDeviation=0.3V；Mean=0V；
Token5:
乘法器；
Token6:
正弦本地同步载波信号源，参数设置同Token2；
Token7:
模拟低通滤波器，参数：
Butterworth_LowpassIIR；No.ofPoles=5；LoCuttoff=200Hz；
Token12~17：
信宿接收分析器。
3．分析内容要求
在系统窗下创建仿真系统，观察指定分析点的波形或功率谱；
原信号（上）
调制后（下）
加噪声（上）
解调（下）
采样（上）
比较（下）
判决
原信号
原信号功率谱（上）
调制后功率谱0~100——3000~3100（下）
加噪（上）
滤波+解调（下）
最终功率谱
原功率谱
高斯信号改为0.7，原信号（上）输出信号（下）
4．实验分析
观察到调制后加噪声导致了信号波形发生改变，变得不规则；调制之后功率谱产生了“平移”，平移了3000频率，符合理论；加噪之后的功率谱参差不齐，滤波解调之后功率谱明显变平滑。
采样比较判决可以实现去除噪声影响，统一幅值，观察到最后的输出信号和源信号基本相同，功率谱也一致，说明该系统实现了去噪功能。
改变高斯信号，解调波形有所出入，高斯噪声影响更大，甚至会产生误码。
PN码改为双记性极性码，无法产生2ASK信号，产生了BPSK信号，但最终解调波形一致。
二、2FSK系统分析
1．2FSK系统组成
以话带调制解调器中CCITTV.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”。
系统组成如图3-1-3所示。
2．上机操作步骤
根据图3-1-3所示系统，在SystemView系统窗下建立仿真系统，首先设置时间窗，运行时间：
0－0.3秒，采样速率：
10000Hz，组成系统如图3-1-4所示，其中：
Token0：
PN码源，参数：
Amp＝1v、Offset＝0v、Rate＝1200Hz、No.oflevels＝2；
Token1：
直接调频器，参数：
Amp＝1v、F＝1700Hz、Phase＝0、ModGain＝400Hz/V；
Token2，3，4：
话带加性高斯噪声模拟信道，参数：
Token4为Butterworth_BPF、No.ofPoles＝5、LoCuttoff＝300Hz、HiCuttoff＝3400Hz；Token3为高斯噪声源；
Token22，6，7：
锁相环路，其中Token6为Butterworth_LPF、No.ofPoles＝1、LoCuttoff＝600Hz；
Token7：
VCO，参数：
Amp=2v、F=1700Hz、Phase=0、ModGain=800Hz/v；
Token8：
低通滤波器，参数：
Butterworth_BPF、No.ofPoles＝9、LoCuttoff＝1200Hz；
Token17、20：
过零比较器，参数：
选a>b模式、a输入为Token输出、b输入为门限电平、TrueOutput＝1v、falseOutput＝-1v；
Token18：
比较门限电平，选正弦信号源，Amp＝0V、F＝0Hz，即比较门限为0电平；
Token9，10，11，12，1，16：
信宿接收分析器Sink。
3．分析内容要求
1在系统窗下创建仿真系统，观察各接收分析器（Sink11，12，13，14，15，16）的时域波形，体会各图符块在系统中的特殊作用；观察接收分析器Sink12的功率谱，分析该2FSK信号的主要信号能量是否可以通过话带（300Hz－3400Hz）；
原始信号
调制信号
加高斯以后过巴特沃斯带通滤波
解调之后低通滤波
再一次滤波
比较
采样判决
无采样判决
未过带通的功率
过了的功率
实验分析：
此系统实现了输入——调制——解调——输出的整个过程。
其中进行了采样判决和无采样直接判决的对比。
可以观察到功率只要集中在1k~2khz，可以通过300-3400hz的滤波话带。
2改变元件设置参数，再观察仿真结果。
高斯信号0.0001v
此时采样判决（上）和非采样判决（下）无明显差异。
将高斯std改为0.4v时
非采样直接判决（下）可以观察到明显的差异，有误码出现。
采样处理环节的作用即把参差不齐的有噪声信号整波为规则平整的无噪声信号，最终输出幅值固定。
实验二二进制键控系统分析
（2）
【实验目的】本实验安排了2PSK和2DPSK系统分析内容。
在分析中，除巩固二进制移相键控系统的工作原理外，应特别注意2DPSK系统是如何解决同步载波180°相位模糊问题的。
一、相干接收2PSK系统分析
1．相干接收2PSK系统工作原理
相干接收2PSK系统组成如图3-2-1所示：
对2PSK信号相干接收的前提是首先进行载波提取，可采用平方环或科斯塔斯环来实现。
为分析方便起见，在本实验中可直接在收端设置一个与发送端同步的本地载波源。
另外，本实验中暂不考虑位同步提取问题。
2．上机操作步骤
按照图3-2-1所示系统，创建仿真系统如图3-2-2所示。
设置系统运行时间：
0-0.3秒；采样频率10000Hz。
PN码速率为100Hz，载波频率为3000Hz；收、发正弦载波源的相位均为0。
其中，Token0为双极性PN码源；Token2和Token7是彼此同步的载波源；Token10为过零比较器（a>b模式）；Token11是幅度和频率均为0的正弦源，作为过零门限电平（比较器b输入）；Token6为3阶100Hz截止频率的低通滤波器（比较器a输入）。
3．分析内容要求
①观察Token12~17处的时域波形，看解调是否正确？
观察Token13处的功率谱；
12源信号
13调制
14加噪
15相乘
16滤波
17判决
该系统实现了产生——调制——加噪——相乘（解调）——滤波——比较的过程。
波形与原波形吻合。
②将高斯噪声加到1v，输入输出波形：
与2ASK系统相比，误码率几乎为零，说明此系统更稳定，抗噪更强。
③在2PSK系统中，接收提取的载波存在180°相位模糊度，这是载波提取电路存在的固有问题，一旦接收端提取的载波与发送端调制载波倒相，解调出的码序列将全部倒相。
重新设置接收载波源的参数，将其中的相位设为180°，运行后再观察解调的结果。
输出信号完全反向。
二、相干接收2DPSK系统分析
1．2DPSK系统组成原理
2DPSK系统组成原理如图3-2-3所示，系统中差分编、译码器是用来克服2PSK系统中接收提取载波的180°相位模糊度。
2．上机操作步骤
创建仿真系统。
一种2DPSK系统的仿真系统方案如图3-2-4所示。
其中，Token23、1、2组成差分编码器，Token13、14、15为差分译码器，组成方式与前边2.3节介绍的组成方式有所不同，可按照2.3节介绍的方式构造差分编码、译码器。
设置系统运行时间：
0－0.3秒、采样速率为10000Hz。
其中，Token0为单极性PN码源；Token22、18为采样器（采样速率为100Hz）；Token9、21为保持器；Token20为放大器（Gain＝1）、Token23为数字延迟器（延迟1个Sample）；Token10、为比较器（a>b模式），Token2、6为彼此同步的载波源（Amp＝1V、Freq＝3000Hz、Phase=0°）；Token3、4组成加性高斯噪声信道；Token12~17、25、26为信宿接收分析器。
3．分析内容要求
①观察各处的时域波形；
输入
调制
加噪
相乘
解调
判决
sink25
sink26
最终输出和输入一直，完成相干接收。
②在2DPSK系统中，“差分编码／译码”环节的引入可以有效地克服接收提取的载波存在180°相位模糊度，即使接收端同步载波与发送端调制载波之间出现倒相180°的现象，差分译码输出的码序列不会全部倒相。
重新设置接收载波源的参数，将其中的相位设为180°，运行观察，体会2DPSK系统时如何克服同步载波与调制载波之间180°相位模糊度的。
原信号
输出信号
观察到并未完全反向，可以克服180°相差。
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