北理工通信电路与系统软件实验.docx
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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1-1
Token编号
Attribute属性
Type
类型
Parameters
参数设置
0
Source
PNSeq
Amp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz，Levels=2，Phase=0deg
1
Comm
PulseShape
Gaussian，TimeOffset=0，
PhlseWidth=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
7
Operator
Compare
a>=b，TrueOutput=1V，FalseOutput=1V，Ainput=token6Output0，
Binput=token8Output0
8
Source
Sinusoid
Amp=0V，Freq=0Hz，Phase=0deg
9
Sink
Analysis
Inputfromtoken0OutputPort0
10
Sink
Analysis
Inputfromtoken1OutputPort0
11
Sink
Analysis
Inputfromtoken4OutputPort0
12
Sink
Analysis
Inputfromtoken7OutputPort0
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StdDeviation=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“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1-3Sink9_代表信源的PN码输出波形
图1-4Sink10_经高斯脉冲形成滤波器后的码序列波形
图1-5Sink11_信道输出的接收波形
图1-6Sink12_判决比较输出波形
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“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1-7PN码和波形形成器输出功率谱对比
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“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。
两个眼图如下图所示：
图1-8信道输入眼图
图1-9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StdDev=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环解调系统组成如图2-1所示。
图2-102PSK调制和Costas环解调系统
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，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“NotePads>>CopyTokenParameterstoNotePad”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2-11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2-2
Token编号
Attribute属性
Type
类型
Parameters
参数设置
0
Source
PNSeq
Amp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz，Levels=2，Phase=0deg
1,2,3,11
Multiplier
--
--
4,5
Operator
LinearSys
ButterworthLowpassIIR，4Poles，Fc=100Hz
6
Operator
LinearSys
ButterworthLowpassIIR，1Poles，Fc=100Hz
7
Function
FM
Amp=1V，Freq=1000Hz，Phase=0deg
ModGain=5Hz/V
8
Sink
Analysis
Inputfromtoken0OutputPort0
9
Sink
Analysis
Inputfromtoken4OutputPort0
10
Sink
Analysis
Inputfromtoken5OutputPort0
12
Source
Sinusoid
Amp=1V，Freq=1000Hz，Phase=0deg
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2-12Sink8_PN码的时域波形
图2-13Sink9_同相分量的时域波形
图2-14Sink10_正交分量的时域波形
由仿真结果明显看出，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，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：
{}为二进制绝对码序列，{}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3-15
应当说明，在SystemView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操作库中的“数字采样延迟图符块”。
四、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:
0.3秒。
②采样频率：
SampleRate:
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3-16二进制差分编码/译码器仿真分析系统
表3-3
Token编号
Attribute属性
Type
类型
Parameters
参数设置
0
Source
PNSeq
Amp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz，Levels=2，Phase=0deg
1
Operator
Sampler
Interpolating，Rate=100
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