通信原理虚拟仿真实验.docx

通信原理虚拟仿真实验.docx

《通信原理虚拟仿真实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理虚拟仿真实验.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

通信原理虚拟仿真实验

实验五双极性不归零码

一、实验目的

1.掌握双极性不归零码的根本特征

2.掌握双极性不归零码的波形及功率谱的测量方法

3.学会用示波器和功率谱分析仪对信号进行分析

二、实验仪器

1.序列码产生器

2.单极性不归零码编码器

3.双极性不归零码编码器

4.示波器

5.功率谱分析仪

三、实验原理

双极性不归零码是用正电平和负电平分别表示二进制码１和０的码型，它与双极性归零码类似，但双极性非归零码的波形在整个码元持续期间电平保持不变．双极性非归零码的特点是：

从统计平均来看，该码型信号在１和０的数目各占一半时无直流分量，并且接收时判决电平为０，容易设置并且稳定，因此抗干扰能力强．此外，可以在电缆等无接地的传输线上传输，因此双极性非归零码应用极广．双极性非归零码常用于低速数字通信．双极性码的主要缺点是：

与单极性非归零码一样，不能直接从双极性非归零码中提取同步信号，并且１码和０码不等概时，仍有直流成分。

四、实验步骤

1.按照图3.5-1所示实验框图搭建实验环境。

2.设置参数：

设置序列码产生器序列数N=128；观察其波形及功率谱。

3.调节序列数N分别等于64.256，重复步骤2.

图3.5-1双极性不归零码实验框图

实验五步骤2图

N=128

实验五步骤3图

N=64

N=256

六、实验报告

〔1〕分析双极性不归零码波形及功率谱。

〔2〕总结双极性不归零码的波形及功率谱的测量方法。

实验六

一、实验目的

1.掌握双极性归零码的根本特征

2.掌握双极性归零码的波形及功率谱的测量方法

3.学会用示波器和功率谱分析仪对信号进行分析

二、实验仪器

1.序列码产生器

2.单极性不归零码编码器

3.双极性归零码编码器

4.示波器

5.功率谱分析仪

三、实验原理

双极性归零码是二进制码0和1分别对应于正和负电平的波形的编

码，在每个码之间都有间隙产生．这种码既具有双极性特性，又具有归零的特性．双极性归零码的特点是：

接收端根据接收波形归于零电平就可以判决1比特的信息已接收完毕，然后准备下一比特信息的接收，因此发送端不必按一定的周期发送信息．可以认为正负脉冲的前沿起了起动信号的作用，后沿起了终止信号的作用．因此可以经常保持正确的比特同步．即收发之间元需特别的定时，且各符号独立地构成起止方式，此方式也叫做自同步方式．由于这一特性，双极性归零码的应用十分广泛。

实验六步骤2

N=128

步骤三

N=64

N=256

六、实验报告

〔1〕分析双极性归零码波形及功率谱。

〔2〕总结双极性归零码的波形及功率谱的测量方法。

实验七信息交替反转码〔AMI〕

一、实验目的

1.了解AMI码的编码方式。

2.掌AMI码的功率谱分析方法。

2.掌握AMI码的特点。

二、实验仪器

1.序列码产生器

2.单极性不归零码编码器

3.AMI编码器

4.示波器

5.功率谱分析仪

三、实验原理

AMI英文全称是AlternateMarkInversion，AMI双极性码，是指“信号交替反转〞，即零电平表示0，而1那么使电平在正.负极间交替翻转。

双极性码是三进制码，1为反转，0为保持零电平。

根据信号是否归零，还可以划分为归零码和非归零码，归零码码元中间的信号回归到0电平，而非归零码遇1电平翻转，零时不变。

作为编码方案的双极性不归零码,"1"码和"0"码都有电流,但是"1"码是正电流,"0"码是负电流,正和负的幅度相等,故称为双极性码。

此时的判决门限为零电平,接收端使用零判决器或正负判决器,接收信号的值假设在零电平以上为正,判为"1"码;假设在零电平以下为负,判为"0"码。

实验七图

六、实验报告

1.论述AMI的编码方式。

2.分析AMI码的波形及功率谱。

3.总结AMI码的测量方法。

答：

1.原信息码的0仍编为传输码的0；

原信息码的1在编为传输码时，交替地变换为+1，-1，+1，-1，。

。

。

实验八传号反转码〔CMI〕

一、实验目的

1.了解各CMI码的编码方式。

2.掌握CMI码的功率谱分析方法。

3.掌握CMI码的不同特点。

二、实验仪器

1.序列码产生器

2.单极性不归零码编码器

3I编码器

4.示波器

5.功率谱分析仪

三、实验原理

CMI〔CodedMarkInversion〕码是传号反转码的简称，与双相码类似，它也是一种双极性二电平码。

其编码规那么是“1〞码交替用“11〞和“00〞两位码表示；“0〞码固定地用“01〞表示。

CMI码易于实现，含有丰富的定时信息。

此外，由于10为禁用码组，不会出现三个以上的连码，这个规律可以用来宏观检错。

该码已被ITU-T推荐为PCM四次群的接口码型，有时也用在速率低于8.44Mb/s的光缆传输系统中。

实验八图

六、实验报告

1.论述CMI的编码方式。

2.分析CMI码的波形及功率谱。

3.总结CMI码的测量方法。

实验九三阶高密度双极性码〔HDB3〕

一、实验目的

1.了解HDB3码的编码方式。

2.掌握HDB3码的功率谱分析方法。

3.掌握HDB3码的特点。

二、实验仪器

1.序列码产生器

2.单极性不归零码编码器

3.HDB3码编码器

4.示波器

5.功率谱分析仪

三、实验原理

数字基带信号的传输是数字通信系统的重要组成局部。

在数字通信中，

有些场合可不经过载波调制和解调过程，而对基带信号进行直接传输。

采用AMI码的信号交替反转，有可能出现四连零现象，这不利于接收端的定时信号提取。

而HDB3码因其无直流成份.低频成份少和连0个数最多不超过三个等特点，而对定时信号的恢复十分有利，并已成为CCITT协会推荐使用的基带传输码型之一。

编码规那么：

1先将消息代码变换成AMI码，假设AMI码中连0的个数小于4,此时

的AMI码就是HDB3码;

2假设AMI码中连0的个数大于3,那么将每4个连0小段的第4个0变换

成与前一个非0符号〔+1或-1〕同极性的符号,用表示〔+1+,-1-〕;

3为了不破坏极性交替反转，当相邻符号之间有偶数个非0符号时，

再将该小段的第1个0变换成+B或-B,符号的极性与前一非零符号的相反，并让后面的非零符号从符号开始再交替变化。

例如:

消息代码:

100001000011000011

AMI码:

+10000-10000+1-10000+1-1

HDB3码:

+1000+V-1000-V+1-1+B00+V-1+1

实验九图

六、实验报告

1.论述HDB3的编码方式。

2.分析HDB3码的波形及功率谱。

3.总结HDB3码的测量方法。

实验十曼彻斯特码

一、实验目的

1.了解曼彻斯特码的编码方式。

2.掌握曼彻斯特码的功率谱分析方法。

3.掌握曼彻斯特码的特点。

二、实验仪器

1.序列码产生器

2.单极性不归零码编码器

3.曼彻斯特码编码器

4.示波器

5.功率谱分析仪

三、实验原理

曼彻斯特码Manchestercode〔又称裂相码.双向码〕，一种用电平跳变来表示1或0的编码，其变化规那么很简单，即每个码元均用两个不同相位的电平信号表示，也就是一个周期的方波，但0码和1码的相位正好相反。

其对应关系为：

0--?

011--?

10信码010010110双向码011001011001101001曼彻斯特编码是一种自同步的编码方式，即时钟同步信号就隐藏在数据波形中。

在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示"1"，从低到高跳变表示"0"。

还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示"0"或"1"，有跳变为"0"，无跳变为"1"。

实验十图

六、实验报告

1.论述曼彻斯特码的编码方式。

2.分析曼彻斯特码的波形及功率谱。

3.总结曼彻斯特码的测量方法

实验十一差分码

一、实验目的

1.了解差分码的编码方式。

2.掌握差分码的功率谱分析方法。

3.掌握差分码的特点。

二、实验仪器

1.序列码产生器

2.单极性不归零码编码器

3.差分码编码器

4.示波器

5.功率谱分析仪

三、实验原理

通信中的差分编码，差分编码输入序列{an}，差分编码输出序列{bn}，

二者都为{0.1}序列，那么差分编码输出结果为bn=an异或bn-1，并不是bn=an异或an-1〔即所谓的：

对数字数据流，除第一个元素外，将其中各元素都表示为各该元素与其前一元素的差的编码。

〕前者多用在2DPSK调制，后者多用在MSK调制预编码。

同时后者是码反变换器的数学表达式，即用来解差分编码用的。

差分码利用相邻码元之间的信号波形变化与否来分别表示绝对码的"1"或"0"。

譬如以相邻码元的信号波形变化表示"1"，以相邻码元信号波形不变表示"0"，所以差分码又被称为相对码。

实验十一图

六、实验报告

1.论述差分码的编码方式。

2.分析差分码的波形及功率谱。

3.总结差分码的测量方法。

实验十七二进制通断键控〔OOK〕

一、实验目的

1.了解OOK信号产生的方法及其实现的方法。

2.了解OOK信号波形和功率谱的特点及其测量的方法。

3.了解OOK信号的解调及其实现的方法。

二、实验仪器

1.信号发生器〔余弦信号〕

2.功率谱分析仪

3.示波器

4.序列码产生器

5.单极性不归零码编码器

6.乘法器

7.白高斯噪声信道

8.低通滤波器

9.判决器

三、实验原理

二进制通断键控〔OOK〕方式是以单极性不归零码序列来控制正弦波

的导通与关闭来实现。

乘法器

产生OOK信号的原理框图

其功率谱密度如下所示：

功率谱密度

对OOK信号的解调方式有相干解调和非相干解调两种。

相干解调的

框图如下所示：

其中时钟提取局部由余弦信号代替，注意调节其频率相位与载波信号

相同。

另一种解调时非相干解调，如以以下图：

图3.17-4OOK非相干解调框图

本实验采用相干解调方案。

实验十七图

六、实验报告

1.简述通断键控OOK调制解调的原理。

2.分析OOK波形的特点。

3.总结OOK的测量方法。

实验十八二进制相频键控〔BPSK〕

一、实验目的

1.了解用数字信号的离散值对载波的幅度.频率.相位进行键控，可获得

的三种调制方式；

2.掌握PSK的调制.解调原理，了解“0〞相和“π〞相载频信号的产

生方法；

3.知道PSK在目前中.高速传输数据中的应用。

二、实验仪器

1.序列码产生器2.信号发生器〔余弦信号〕

3.单极性不归零码编码器4.双极性不归零码编码器

5.乘法器6.白高斯噪声信道

7.低通滤波器8.判决器

9.示波器10.功率谱分析仪

三、实验原理

二进制相移键控〔BPSK〕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〕。

假设被调制的信号是二进制信号用正负电平表示，那么2PSK与双边带

抑制载波调幅〔DSB〕完全等效。

PSK信号可由下式表示：

SPSK〔t〕=A*a〔n〕*cos〔ω0t+θ〕

1.调制局部：

在2PSK中，通常用相位0°或180°分别表示1或-1。

在

此用调相法生成2PSK，将数字信号与载波直接相乘，产生DSB信号。

图3.18-1BPSK调制原理框图

解调局部：

BPSK必须采用相干解调，如何得到同步载波是关键。

图3.18-2BPSK解调原理框图

实验十八图

六、实验报告

1.用示波器观察系统调制后的波形；

2.绘制各测量点的波形图。

实验十九二进制差分移相键控〔DPSK〕

一、实验目的

1.了解差分移相键控〔DPSK〕的作用及其实现方法。

2.掌握DPSK的调制.解调原理。

3.了解DPSK与BPSK相比的优缺点。

二、实验仪器

1.信号发生器〔余弦信号〕2.差分编码器

3.频谱仪4.乘法器

4.示波器6.判决器

5.码序列信号产生器8.模二加

9.白高斯噪声信道10.单极性不归零码编码器

11.双极性不归零码编码器12.延迟器

13.低通滤波器

三、实验原理

DPSK调制的原理是将双极性不归零码序列进行差分编码，得到二进

制差分信号，再经过正弦载波的调制，得到DPSK信号。

实际上，在调制端的码序列为绝对码时，输出为2PSK，调制端的码序列为相对码时，输出为DPSK。

图3.19-1DPSK调制框图

也就是说，DPSK是用相对码控制正弦载波的相位的调制方式。

对于2PSK调制，在接收端可以用平方环或科斯塔斯环提取载波，但存在相位模糊问题，2DPSK的优点在于它可以克服在接收端提取载波时的相位模糊问题。

图3.19-2DPSK相干解调框图

四、实验步骤

1.如图3.19-3所示搭建实验环境

2.设置设备参数：

双极性不归零码编码器：

码速率设为2000000bps

载波信号〔余弦信号1〕：

频率f=400Hz，幅度A=1，相位phase=0；

解调时钟提取信号〔余弦信号2〕：

频率f=400Hz，幅度A=1，相

位phase=0；

低通滤波器：

通带截止频率fp=30Hz，阻带截止频率fs=50Hz，采样

频率sample=800Hz；

3.观察运行结果的调制信号，调制输出信号以及其对应的功率谱，分

析此结果，验证DPSK调制。

实验十九图

六、实验报告

1.简述差分移相键控DPSK的原理。

2.分析DPSK波形及频谱。

3.总结DPSK的测量方法。

实验二十二进制移频键控〔2FSK〕--连续相位

一、实验目的

1.了解连续相位2FSK信号的产生及实现的方法。

2.测量连续相位2FSK信号的波形和功率谱密度。

3.了解用锁相环进行2FSK信号解调的原理和实现的方法。

二、实验仪器

1.序列码产生器2.单极性不归零码编码器

3.调频器4.白高斯噪声信道

5.鉴频器6.包络检波器

7.示波器8.功率谱分析仪

三、实验原理

2FSK是用二进制数字基带信号区控制正弦载波的频率，发送传号〔数

据“1〞〕时，载波频率是，发送空号〔数据“0〞〕时的载波频率是。

2FSK信号可分为相位不连续2FSK信号即相位连续2FSK两种，本实验采用的是相位连续2FSK。

用压控振荡器VCO来产生相位连续的2FSK信号，如以以下图：

图3.20-12FSK调制框图

用锁相环解调框图如下所示：

图3.20-22FSK锁相环解调框图

图3.20-3相位连续的2FSK信号波形

四、实验步骤

1.如图20.4所示搭建实验环境

2.设置设备参数：

调频器：

载波信号频率〔待定〕f0=40Hz，调频系数为5.0

观察运行结果的调制信号，调制输出信号以及其对应的功率谱，分析

此结果，验证2FSK调制与解调

图3.20-42FSK实验框图

实验二十结果图

六、实验报告

1.简述移频键控2FSK的原理。

2.分析2FSK波形及频谱。

3.总结2FSK的测量方法。

实验二十一二进制移频键控〔2FSK〕―不连续相位

一、实验目的

1.了解不连续相位2FSK信号的产生及实现的方法。

2.测量不连续相位2FSK信号的波形和功率谱密度。

二、实验仪器

1.序列码产生器2.单极性不归零码编码器

3.信号发生器〔余弦信号〕4.正开关

5.负开关6.加法器

7.示波器8.功率谱分析仪

三、实验原理

2FSK是用二进制数字基带信号区控制正弦载波的频率，发送传号〔数

据“1〞〕时，载波频率是f1，发送空号〔数据“0〞〕时的载波频率是f2。

2FSK信号可分为相位不连续2FSK信号和相位连续2FSK两种，本实验采用的是不相位连续2FSK，主要介绍调制实验。

其表达式为：

四、实验步骤

1.如图21.1所示搭建实验环境

2.设置设备参数：

余弦信号1：

信号频率f=20Hz；幅度A=1；相位p=0；

余弦信号2：

信号频率f=5Hz；幅度A=1；相位p=0；

观察运行结果的调制输出信号以及其对应的功率谱，分析此结果，验

证2FSK调制。

图3.21-12FSK实验框图

实验二十一结果图

六、实验报告

1.简述不连续相位移频键控2FSK的原理。

2.分析不连续相位2FSK波形及频谱。

实验二十二十六进制正交幅度调制〔16QAM〕

一、实验目的

1.掌握16QAM调制解调原理；

2.掌握实验平台虚拟仿真软件使用方法；

3.设计16QAM调制与解调仿真电路，观察同支路.正交支路波形及

16QAM星座图。

二、实验仪器

1.信号发生器〔余弦信号〕2.4-2判决器

3.串并转换器4.乘法器

5.示波器6.低通滤波器

7.序列码信号产生器8.并串转换器

9.白高斯噪声信道10.单极性不归零码编码器

11.2-4进制转换器

三、实验原理

QAM就是用两路数字信号分别对两个互相正交的同载波进行同步调

制，再将两个已调的双边带信号合成后进行传输。

由于采用了幅度调制与解调，不但实现简单，而且在带宽和功率利用上也最有效。

但16QAM不属于恒定包络调制方式，因而不适用于具有非线性部件的信道。

16QAM第i个信号的表达式为：

Si〔t〕=Aicos〔ω0t+φi〕〔i=1,2,…16〕。

1．16QAM调制原理：

16QAM的产生有两种方法：

〔1〕.正交调幅法：

它是用两路正交的4电平ASK信号迭加而成；

〔2〕.复合相移法：

它是用两路独立的4电平PSK信号迭加而成。

在

此采用正交调幅法，原理框图如以以下图22.1所示：

图3.22-116QAM调制框图

图中串/并变换器将速率为RB的二进制码元序列分为两路，速率为

RB/2。

2-4点评变换为Rb/2的二进制码元序列变成速率为RS=RB/log216的4个电平信号，4电平信号与载波信号相乘，完成正交调制。

两路信号叠加后产生16QAM信号。

在两路速率为RB/2的二进制码元序列中，经2—4电平变换器输出为4电平信号，即M=16。

经4电平正交幅度调制和叠加后，输出16个信号状态，即16QAM。

RS=RB/log216=RB/4

2．16QAM解调原理：

〔1〕解调方法采用正交相干解调的方法解调。

一路对cosωCt相乘，

一路对sinωCt相乘，然后经过低通滤波器，滤去乘法器产生的高频分量，获得有用信号。

经过低通滤波器输出信号经抽样判决可恢复出电平信号。

16QAM正交相干解调如图22.2所示。

图3.22-216QAM相干解调框图

〔2〕16QAM调制解调整体系统框图如下所示：

图3.22-316QAM调制解调框图

四、实验内容及步骤

1.如图22.4所示搭建实验环境

2.设置设备参数：

余弦信号1：

频率f=400Hz，相位p=0；幅度A=1；

余弦信号2：

频率f=400Hz，相位p=1.57〔π/2〕；幅度A=1；

余弦信号3：

频率f=400Hz，相位p=0；幅度A=1；

余弦信号4：

频率f=400Hz，相位p=1.57〔π/2〕；幅度A=1；

低通滤波器1：

通带截止频率fs=30Hz，fp=50Hz，sample=800Hz；

低通滤波器2：

通带截止频率fs=30Hz，fp=50Hz，sample=800Hz；

观察运行结果的调制信号，调制输出信号以及其对应的功率谱，分析

此结果，验证QAM调制与解调

图3.22-416QAM实验框图

实验22结果图

六、实验报告

2.绘制各端口的波形图；

3.自行所设计星座图电路及其验证测试结果。

实验二十三四相移相键控〔QPSK〕

一、实验目的

1.了解用数字信号的离散值对载波的相位进行键控，可获得的调制方

式；

2.掌握QPSK的调制.解调原理，了解四种载频信号的产生方法；

3.了解QPSK相对于2PSK的优缺点。

二、实验仪器

1.序列码产生器2.串并变换器

3.单极性不归零码编码器4.双极性不归零码编码器

5.信号发生器〔余弦信号〕6.乘法器

7.白高斯噪声信道8.低通滤波器

9.判决器10.并串变换器

11.示波器

三、实验原理

四相移相键控〔QPSK〕又名四进制移相键控，该信号的正线载波有4

个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号，其信号表达式为：

图3.23-1QPSK星座图

图3.23-2QPSK调制框图

图3.23-3QPSK解调框图

在QPSK调制框图中，采用双极性不归零码作为基带信号，它由序列

码产生器经过单极性不归零码编码器及双极性不归零码编码器编码所得；在QPSK解调框图中gR〔t〕使用低通滤波器。

QPSK信号，它的频带利用率较高，但会产生180°的载波相位跳变。

这种相位跳变引起包络起伏，当通过非线性部件后，会导致频谱扩展，增加对相邻波道的干扰，因此对放大器线性度敏感。

四、实验内容及步骤

1.结合图3.23-4所示实验器材和原理框图在实验平台上搭建实验电

路；

2.设置实验器材相关参数：

余弦信号1：

幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=0；

余弦信号2：

幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=1.57〔π/2〕；

余弦信号3：

幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=0；

余弦信号4：

幅度A=1；频率f=400Hz；相位p=1.57〔π/2〕；

其中余弦信号1.2是作为载波信号，余弦信号3.4作为解调所需时钟同步信号

低通信号1：

通带截止频率fp=30Hz；阻带截止频率fs=80Hz；采样频

率s=800Hz；

低通信号2：

通带截止频率fp=30Hz；阻带截止频率fs=80Hz；采样频

率s=800Hz；

这两个低通滤波器作为解调滤波所用。

3.运行之后，序列码产生器经过单极性不归零码编码器之后即为输入

的调制信号，观察此信号与输出解调信号，是否到达了解调效果。

使用示波器观察串并转换之后经过编码的双极性不归零码输出与调制信号的关系，验证串并转换的正确性。

图3.23-4实验框图

实验二十三结果图

六、实验报告

1.简述QPSK调制解调的原理。

2.分析QPSK串并转换的方式。

实验二十四差分四相移相键控〔DQPSK〕

一、实验目的

1.了解DQPSK调制解调方式的特点；

2.掌握DQPSK的调制.解调原理，了解四种载频信号的产生方法；

3.了解DQPSK相对于QPSK的优缺点。

二、实验仪器

三、实验原理

QPSK信号的相干解调，在利用科斯塔斯环提取载波时，同样会存在

恢复载波的四重相位模糊对相干解调输出有影响的问题，而DQPSK那么可以很好地解决此问题。

所谓差分四相移相键控也是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。

假设以前一码元相位作为参考，并令△φ为本码元与前一码元的初相差。

，那么信息编码与载波相