基于SystemView的通信原理软件实验.docx

基于SystemView的通信原理软件实验.docx

《基于SystemView的通信原理软件实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于SystemView的通信原理软件实验.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于SystemView的通信原理软件实验

通信原理实验报告

题目：

基于SystemView的通信原理软件实验

实验一低通抽样定理的验证

1、实验目的：

1、利用SystemView模拟来验证低通抽样定理。

2、熟悉SystemView的基本操作，学会基本的分析方法。

2、实验原理：

奈奎斯特第一准则：

，

该式的物理意义是:

基带系统的传输特性沿

轴平移

再相加起来，在区间

叠加的结果为一条水平直线，即为一固定数值。

则理想低通信道的最高码元传输速率等于2WBaud。

抽样定理是模拟信号数字化的理论基础，对上限频率为fH的低通型信号，低通抽样定理要求抽样频率应满足：

其中，对于恒定频谱的冲激函数，通过低通滤波产生低通型信号，再进行低通抽样，最后滤波重建原始信号。

仿真分析时，三路信号的频率分别设为10Hz、12Hz和14Hz，设置低通滤波器的上限频率为14Hz，，低通抽样频率选为50Hz。

3、实验步骤：

（一）设置“时间窗”参数：

●运行时间：

StartTime:

0秒；StopTime:

1.5秒；

●采样频率：

SampleRate=100Hz。

（二）创建的仿真分析系统图：

（三）参数配置

●信源：

3组正弦，f1=10Hz.f2=12Hz.f3=14Hz

●抽样：

f=50Hz

●模拟低通滤波器：

截止频率=50Hz

●加法器：

将3个信源信号叠加

●乘法器：

加入抽样

●3个分析窗：

三路正弦相加获得的原信号、抽样获得的信号和恢复后获得的信号

（四）运行并观察结果

4、实验结果：

运行后，获得的实验结果如下所示：

分别为三路正弦相加获得的原信号、抽样获得的信号和恢复后获得的信号

5、实验分析与讨论：

当抽样频率小于最高频率的2倍时，由于无法获得原信号一个周期内的完整信息，所以在对信号恢复的会产生误差，如图显示会将两个波峰相连，形成一个波峰，而丢失掉原信号的信息，无法无失真的恢复。

当抽样频率大于等于信号最高频率fH的2倍时，经过模拟低通滤波器后的频域波形很多高频分量被滤掉了，防止了强烈的码间干扰，可以恢复出原始信号，此时不会产生频率混淆。

实验二奈奎斯特抽样定理的验证

1、实验目的：

1、利用SystemView模拟来验证无码间干扰的奈奎斯特准则。

2、熟悉SystemView的基本操作，学会基本的分析方法。

2、实验原理：

验证无码间干扰的奈奎斯特准则：

根据无码间干扰基带传输的奈奎斯特准则有：

，可以先粗略设计一个

，

的范围是0到1之间，再由信源确定

，最后根据公式确定W的值，从而完成设计。

3、实验步骤：

（一）设置“时间窗”参数：

●运行时间：

StartTime:

0秒；StopTime:

1秒；

●采样频率：

SampleRate=100Hz

（二）创建的仿真分析系统图：

（三）参数配置

●基带信号：

PN码序列，f=10Hz

●低通滤波器：

升余弦滤波器（

=0）

●模拟信道：

FFT滤波器，截止频率为5Hz，过度频率带为1Hz

●加法器：

加入噪声

●采样器：

采样频率为10Hz

●保持器

●判决器：

判决门限为0电平

●分析窗：

观察原信号和经过限带传输恢复后的信号

●高斯噪声

（四）运行并观察结果

4、实验结果：

1当含有升余弦滤波器时，通过无燥信道的结果为：

原信号和通过升余弦滤波器，无燥信道并采样判决之后获得的信号

此时眼图：

2在含有升余弦滤波器的同时，将基带信号频率从100Hz提高到150Hz，出现码间干扰，显示结果如下：

此时眼图为：

（3）在基带频率为150Hz的情况下，加大噪声至无码间干扰：

（4）加大滚降系数，出现失真：

此时眼图：

5、实验分析与讨论：

（1）将信号通过升余弦滤波器和限带信道，恢复后可发现系统能较好的恢复原信号，可见升余弦滤波器的重要性

（2）在不改变信道的前提下，将输入信号频率改为150HZ（至少需要10Hz的信道带宽），此时运行模拟电路，获得的实验结果发现有明显的误码。

说明限带对原信号的传送和恢复会产生一定的影响。

（3）加大噪声，直至出现无码间干扰。

可见在不改变信道的前提下，适当的噪声对于系统恢复原始信号有一定的好处。

（4）当升余弦滤波器的滚降系数设为0时，信道至少应为5Hz（在原信号频率为10Hz的条件下），此系统性能良好；在不改变信道的前提下，将滚降系数改为1（此时我们应该至少需要10Hz的信道带宽），此时运行模拟电路，获得的实验结果发现有明显的误码。

说明限带对原信号的传送和恢复会产生一定的影响。

（5）眼图中，若系统中“睁开”的眼睛，说明系统性能良好。

而当系统性能不好时，眼图将会出现“睁不开”的现象。

实验三16QAM的调制与解调

1、实验目的：

1、利用SystemView模拟16QAM调制，并观查其星座图；

2、利用SystemView模拟16QAM解调，并观查其眼图；

3、测试16QAM的性质。

2、实验原理：

１．设计思路（原理）：

单独使用幅度或相位携带信息时，不能最充分地利用信号平面，主要是由矢量图中信号矢量端点的分布直观地观察到。

MASK时，矢量端点在一条轴上分布，MPSK时矢量端点在一个圆上分布。

随着M增大，这些矢量端点之间的最小欧氏距离也随之减小。

为充分利用信号平面，将矢量端点重新合理分配，则有可能在不减少最小欧氏距离情况下增加信号矢量端点数目，提高频带利用率。

基于上面可以引出幅度与相位相结合的调制方式QAM。

16QAM技术可有效地利用带宽，并在带宽利用率上比16PSK更有效

16QAM即四进制正交幅度调制，它利用载波的16种不同幅度/相位来表示数字信息，把输入的二进制信号序列经过串并变换，映射为一个符号的相位，因此符号率为比特率的1/4。

16QAM的调制过程如下：

16QAM的解调过程如下：

下图表示16QAM的星座图：

可以看出16QAM能更加充分利用信号平面，将矢量端点重新合理分配，则有在不减少最小欧氏距离情况下增加信号矢量端点数目，提高频带利用率。

3、实验步骤：

（一）设置“时间窗”参数：

●运行时间：

StartTime:

0秒；StopTime:

1.5秒；

●采样频率：

SampleRate=20，000Hz。

（二）创建的仿真分析系统图：

调制

解调

调制

（三）参数配置

●基带信号：

PN码序列，f=50Hz;电平=4Level

●载波：

正弦波发生器，f=1000Hz）

●模拟低通滤波器，截止频率=275Hz

●乘法器

●加法器

●分析窗

（四）运行并观察结果

4、实验结果：

1、当无噪声时，星座图和眼图显示如下：

2、解调W5、W6的结果：

3、当加入高斯白噪声时，星座图和眼图显示如下：

4、当修改线性低通滤波器的带宽时，星座图和眼图如下：

5、实验分析讨论：

（1）当未加入噪声时，可以非常明显地观察到清晰的星座图和眼图，星座图16的点位置清晰且不外扩，眼图“眼睛”张得非常大且清晰，表明调制系统性能优良；

（2）观察W5和W6的解调结果，眼图清楚，说明解调系统性能正常。

（3）在加入高斯噪声之后，可以发现星座图已经看不清楚点数，眼图也不清楚眼睛的张开程度。

这说明噪声在增加时，系统的误码在逐渐的增加。

可以发现16QAM的误码率与星座图两点之间的距离有关，因为加入噪声之后，星座图的点位置会向外扩，当扩大到两星座点有地方重合时，就发生误码，所以，两星座点之间的距离越大的话，QAM的抗燥性能就越好；但同时增大两星座点之间的距离就需要加大发射功率，所以两者之间是需要找到一个平衡点的。

（4）当减小带宽时，观察星座图和眼图的变化。

可发现星座图点的位置没有什么大的变化，但是眼图的睁开度却减小了，可以得出限带对原信号的恢复以及解调会产生影响。

实验四BPSK的调制与解调

1、实验目的：

1、利用SystemView模拟BPSK调制，并观查其星座图；

2、利用SystemView模拟BPSK解调，并观查其眼图；

3、测试BPSK的性质。

2、实验原理：

二进制相移键控（2PSK）就是根据数字基带信号的两个电平，使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。

通常，两个载波相位相差π弧度，故有时又称为反相键控（PRK）。

如果被调制的二进制信号是用正负电平表示，那么，2PSK与双边带抑制载波调幅（DSB）是完全等效的。

因此，PSK信号可以写成如下形式：

SPSK（t）=A∙a（n）∙cos（0t+）

调制部分：

在2PSK中，通常用相位0或180来分别表示1或-1。

在这里用调相法来生成2PSK:

将数字信号与载波直接相乘。

这也是DSB信号产生的方法。

SBPSK（t）=cos（0t+i）,i=0或

Acos（0t）a（n）=1

SBPSK（t）=

Acos（0t）a（n）=-1

其原理框图如下所示：

基带信号a（n）调制信号SBPSK（t）

载波Acos（0t）

2.解调部分：

BPSK必须采用相干解调，如何得到同步载波是个关键问题。

LPF

其原理框图如下所示：

SBPSK（t）解调信号â（n）

本地载波Acos（0t）

3、实验步骤：

（一）设置“时间窗”参数：

●运行时间：

StartTime:

0秒；StopTime:

0.5秒；

●采样频率：

SampleRate=20，000Hz。

（二）创建的仿真分析系统图：

（三）参数配置

●基带信号：

PN码序列频率=50Hz，电平=2Level

●载波：

正弦波发生器，频率=1000Hz

●乘法器

●低通滤波器：

截止频率=225Hz

●采样器：

f=50Hz

●保持器

●判决器，判决门限为0

●分析窗

（四）运行并观察结果

4、实验结果：

1、在未加入噪声的前提下原信号和相干解调：

2、在未加入噪声的前提下，在相干解调中引入相移，会出现反相：

3、加入高斯白噪声，出现译码错误：

5、实验分析讨论：

（1）可以发现在无燥声的前提下，用相干解调可以获得不失真的原信号。

（2）在相干解调中引入相位差，会发现严重状态下可能会出现反相。

在现实中，用相干的方法很难获得同频同相的载波，所以大致引入相位误差，观察可发现产生了剧烈的变化。

此时可考虑用科斯塔斯环解决提取载波同频同相的问题

（3）加入高斯噪声，发现出现了译码错误。

相干解调的系统抗噪声性能比较差，系统出现问题。

此时可以考虑用科斯塔斯环解调解决问题。

实验五ASK的调制与解调

1、实验目的：

1、利用SystemView模拟ASK调制，并观查其星座图；

2、利用SystemView模拟ASK解调，并观查其眼图；

3、测试ASK的性质。

2、实验原理：

1、调制部分：

二进制幅度键控的调制器可用一个相乘器来实现。

对于OOK信号，相乘器则可以用一个开关电路来代替。

调制信号为1时，开关电路导通，为0时切断。

OOK信号表达式：

SOOK（t）=a（n）Acos（0t）

A：

载波幅度0：

载波频率a（n）:

二进制数字信号

其原理框图如下所示：

基带信号a（n）调制信号SOOK（t）

载波Acos（0t）

2.解调部分：

解调有相干和非相干两种。

非相干系统设备简单，但在信噪比较小时，相干系统的性能优于非相干系统。

这里采用相干解调。

其原理框图如下所示：

OOK（t）解调信号â（n）

载波Acos（0t）

3、实验步骤：

（一）“时间窗”参数：

●运行时间：

StartTime:

0秒；StopTime:

1秒；

●采样频率：

SampleRate=1，000Hz。

（二）创建仿真电路：

调制

解调

（三）参数配置：

●基带信号，PN码序列，f=50Hz,电平=0.5level,偏移=0.5V

●乘法器

●载波:

正弦波发生器,f=100Hz

●模拟低通滤波器,截止频率=225Hz

●采样器，f=50Hz

●保持器

●判决器,判决门限为0.5v

●阶跃信号，幅值为0.5V

●分析窗

（四）运行并分析结果

4、实验结果：

1、为引入噪声的原信号、包络检波解调和相干解调，其结果如下：

原信号和调制信号：

原信号和解调信号：

2、引入噪声的原信号和解调信号

5、实验分析讨论：

此次试验本要用相干解调来做，但考虑到包络检波法的抗噪性能更强，所以能更好恢复原信号。

至于包络检波，是需要带通滤波器和判决器才能协同完成的。

设计中注意分析窗可能会因为比例不同而无法显示。

同时，加入采样和保持能使信号得到较好的波形恢复。

实验建议：

总体来说，软件实验比硬件实验情况要好些，因为多了更多参数设置的具体

数量调节，而不是对实验仪器好坏的判断。

总的感觉就是自己的可控制性比较强。

至于建议：

（1）希望能提前给我们一个文档，把要做的实验和思考的问题都写出来，同时给予一定的指导，让我们准备好了再来做实验。

不必浪费在做实验的过程中的时间思考，能让同学们心情轻松一些。

（2）可以找出一些比较独特的设计方法来分享一下，能让我们拓宽思路。

（3）对于具体要分析的问题和所需截图，希望老师给予更加明确的说明，保证我们实验时没太多遗漏，不会出现大的质量问题。

总之，这学期的通原实验结束了，我们将理论知识运用到了实践当中，对我们所学的通信原理起了很好的巩固作用，是很有效的学习方式。

也在此感谢老师的帮助和指导！