通信原理实验报告 4份.docx
《通信原理实验报告 4份.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理实验报告 4份.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
通信原理实验报告4份
湘潭大学兴湘学院
通信原理实验报告
专业：
电子信息工程
课程：
通信原理
学号：
2008961526
姓名：
吴澳
指导老师：
李哲涛
目录
实验一：
简单基带传输系统分析……………………………..
实验二：
二进制键控系统2ASK与2FSK分析……………
实验三：
二进制键控系统2PSK与2DPSK分析…………..
实验四：
低通和带通抽样定理验证………………………….
实验一简单基带传输系统分析
一、实验目的：
通过本次实验，旨在达到以下目的：
1：
结合实践，加强对数字基带通信系统原理和分析方法的掌握；
2：
掌握系统时域波形分析、功率谱分析和眼图分析的方法；
3．进一步熟悉systemview软件的使用，掌握主要操作步骤。
二、实验内容
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，低通型信道中的噪声为加性高斯噪声（标准差＝0.3v）。
要求：
1．观测接收输入和低通滤波器输出的时域波形；
2．观测接收滤波器输出的眼图；
3．观测接收输入和滤波输出的功率谱；
4．比较原基带信号波形和判决恢复的基带信号波形。
三、实验原理
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。
四、实验要求
1：
数字基带传输系统仿真电路图；
2：
获得信源的PN码输出波形、经高斯脉冲形成滤波器后的码序列波形、滤波器输入端信号波形、抽样判决器输出端恢复的基带信号波形；
3：
对比输入端PN码波形和输出端恢复的波形，并分析两者的区别；
4：
对比PN码和经高斯脉冲形成滤波器后的码的功率谱，并分析两者的差别；
5：
对比信道输入端信号和信号输出端信号的眼图，并分析两者的差别。
五、实验结果和分析
创建的简单基带传输仿真分析系统
信源的PN码输出波形：
功率谱：
经高斯脉冲形成滤波器后的码序列波形：
经高斯脉冲形成滤波器后的码序列波形的功率谱：
滤波器输入端信号波形：
抽样判决器输出端恢复的基带信号波形：
信道输入端信号眼图：
信道输出端信号眼图：
结果分析：
1、对比输入端PN码波形和输出端恢复的波形，并分析两者的区别
输出端恢复的波形有延迟
2、对比PN码和经高斯脉冲形成滤波器后的码的功率谱，并分析两者的差别；
经高斯脉冲形成滤波器后的码的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。
3、对比信道输入端信号和信号输出端信号的眼图
从图可以看出，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，信道输入眼图明显比较平滑。
六、主要部件参数
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
Operator
LinearSys
Couminicationfilterlibrary,Gaussian,Bandwidth=100
2
Adder
--
--
3
Source
GaussNoise
StdDev=0.3v,Mean=0v.
4
Operator
LinearSys
Analog…,ButterworthLowpassIIR,5Poles,lowcutoff=200Hz.
5
Operator
Sampler
Interpolating,Rate=100Hz,Aperture=0sec,
ApertureJitter=0sec,
6
Operator
Hold
LastValue,Gain=2
7
Operator
Compare
Comparison=’>=’,TrueOutput=1V,FalseOutput
=0v,Ainput=t6Output0,Binput=t8Output0
2.原始PN码波形与输出信道波形有什么区别？
解：
图中输出信道的波形相比与原始基带波形产生了延时。
因为软件操作时，总不能避免的产生延时，而且当各个参数的设置不太理想时，同样会影响到输出的延时
3.若去掉保持电路，输入信道波形与输出信道波形有什么区别？
解：
去掉保持电路以后，信道输出的波形与信道输入波形有了改变，原信道输入向下突出的矩形变成了向下突出的脉冲信号，因为在抽样时刻没有没有一个保持电路，只有在瞬时的时候比较输出，导致有可能将信号和噪声的判决颠倒，增大了误码率，导致输出波形畸变
4.若从采样器和保持电路分别接一个信宿，观察图形，采样器100Hz的由来？
并且回答为什么要把采样器的频率设置为100Hz？
为什么从采样器出来的波形和从保持电路出来的波形不一样？
若把采样器的频率设置为50Hz输出波形会怎么样？
解：
当采样器抽样频率为100Hz时，图1中上层为保持电路输出的波形，下层问抽样器输出的波形，可以看到，抽样器在0.1s内抽取了10个点，但是抽取的点没有延时的保持，所以才会有锯齿状的图形，只是将每一个点用直线连接起来了而已。
而保持输出保持了十个点，才会有上层的阶梯图形出来。
在0.1s之内的十个点，抽取的每个点时间是0.01s，所以才会有抽样器100Hz的由来。
七、实验心得体会
通过本次实验，初步熟悉了软件的使用，通过尝试对数据的修改，更加理解到了眼图各个部分的内涵
眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。
观察眼图的方法是：
用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛
比如当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清当在软件上除去噪声时候眼图就明显清晰
实验二二进制键控系统2ASK与2FSK分析
一、实验目的
通过本次实验，旨在达到以下目的：
1.掌握2ASK和2FSK调制的原理与实现；
2.掌握相干解调法的原理与实现；
3.加强对2ASK和2FSK信号的时域波形和功率谱等知识点的掌握。
二、实验内容
分别创建2ASK和2FSK系统的调制和解调系统仿真电路图，观察系统中各指定点信号的时域波形和频谱结构，并对实验结果进行分析。
一、2ASK调制与相干解调系统分析
一、实验原理
相干接收2ASK系统组成如图2-2-1所示：
图2-2-12ASK调制与相干解调系统工作原理图
二、实验要求：
z
1.2ASK调制和相干解调仿真电路图；
2.获得信源的PN码输出波形、2ASK调制波形、2ASK解调波形；
3.对比输入端PN码波形和输出端解调恢复的波形，并分析两者的区别；
4.获得2ASK信号的功率谱，并对之进行分析；
5.改变Token6的参数，设置F=800Hz，其他参数不变。
对比解调恢复的波形与输入端PN码波形，并对对比结果进行分析。
三、实验结果和分析
信源的PN码输出波形：
2ASK调制波形：
2ASK解调波形：
抽样判决器输出端的2ASK解调波形：
2ASK信号的功率谱：
解调恢复的波形：
输入端PN码波形：
结果分析：
1、对比输入端PN码波形和输出端解调恢复的波形，并分析两者的区别；
输出端解调恢复的波形和输入端PN码波形相比有一定的延时
2、获得2ASK信号的功率谱，并对之进行分析；
2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱的线性搬移，功率主要集中在主瓣内。
3、改变Token6的参数，设置F=800Hz，其他参数不变。
对比解调恢复的波形与输入端PN码波形，并对对比结果进行分析。
解调恢复的波形：
输入端PN码波形：
只改变Token6的参数，导致调制用的载波Token2和解调用的载波Token6频率不同，因此解调恢复的波形对比输入波形产生误码。
四、主要部件参数
Token0:
双极性二进制基带码源（PN码），参数：
Amp=1v；Offset=0v；Rate=100Hz；No.ofLevel=2；
Token1，5:
乘法器；
Token2:
正弦载波信号源，参数：
Amp=1V；F=1000Hz；Phase=0；
Token3:
加法器；
Token4:
高斯噪声源，参数：
StdDeviation=0.5V；Mean=0V；
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=300Hz；
Token8，9，10，12：
信宿接收分析器（Sink8,Sink9,Sink10）。
Token11：
Comparison=’>=’,TrueOutput=1V,FalseOutput=0v,Ainput=t14Output0,
Binput=t15Output0
Token13:
Interpolating,Rate=10000Hz,Aperture=0sec,ApertureJitter=0sec,
Token14:
LastValue,Gain=2
Token15:
Amp=0V；F=1Hz；Phase=0
二、相干解调2FSK系统分析
一、实验原理
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“键控法”产生2FSK信号，解调采用“相干解调法”。
系统组成及原理如图2-2-3所示。
2FSK键控法原理方框图
2FSK相干解调法原理方框图
二、实验要求
1、2FSK调制和相干解调仿真电路图，其中，2FSK相干解调仿真电路图中各组件的类型和参数列表给出。
a）获得信源的PN码输出波形、2FSK调制波形、上支路恢复波形、下支路恢复波形和2FSK解调波形；
3、对比输入端PN码波形和输出端解调恢复的波形，并分析两者的区别；
4、获得2FSK信号的功率谱，并对之进行分析；
5、改变两路输入载波的频率参数，其他参数不变。
观测2FSK信号的功率谱形状随着|f2-f1|值改变的变化情况。
三、实验结果和分析
2FSK调制和相干解调仿真电路图
信源的PN码输出波形：
2FSK调制波形
上支路恢复波形
下支路恢复波形：
2FSK解调波形：
结果分析：
1、对比输入端PN码波形和输出端解调恢复的波形
输出端解调恢复的波形和输入端PN码波形相比有延时
2、获得2FSK信号的功率谱，并对之进行分析；
2FSK信号的功率谱
由于对相位不连续的2FSK信号，可以看成两路不同载频的2ASK信号的叠加，即这里2FSK频谱可以近似看成中心频率分别为f1=65Hz和f2=35Hz的两个2ASK频谱的组合，这里|f2-f1|>fs，功率谱出现双峰。
3、改变两路输入载波的频率参数，其他参数不变。
观测2FSK信号的功率谱形状随着|f2-f1|值改变的变化情况。
改变两路输入载波的频率参数，若|f2-f1|fs，出现双峰
四、主要部件参数
图符编号
库/图符名称
参数
0
Source:
PNSeq
Amp=1v,Offset-0v,Rate=10Hz,Levels=2,Phase=0deg
1
Source:
Sinusiod
Amp=1v,Freq=65Hz,Phase=0deg
2、3、13、16、17
Sink:
Analysis
——
4
Operator:
Logic:
Switch
MinCtrlInput=0,MaxCtrlInput=1
5
Source:
Sinusiod
Amp=1v,Freq=35Hz,Phase=0deg
6
Operator：
LinearSys
Analog…,Butterworth,bandpass,BPfilterorder5,lowcutoff=55Hz,highcutoff=75Hz
7
Operator：
LinearSys
Analog…,Butterworth,bandpass,BPfilterorder5,lowcutoff=55Hz,highcutoff=75Hz
8、9
乘法器
——
10
Operator:
LinearSys
Analog…,ButterworthLowpassIIR,5Poles,lowcutoff=50Hz.
11
Operator：
LinearSys
Analog…,ButterworthLowpassIIR,5Poles,lowcutoff=30Hz.
12
Operator:
Compare
Comparison=’<’,TrueOutput=1V,FalseOutput
=-1v,Ainput=t10Output0,Binput=t11Output0
14
Source:
Sinusiod
Amp=1v,Freq=35Hz,Phase=0deg
15
Source:
Sinusiod
Amp=1v,Freq=65Hz,Phase=0deg
1：
观看图sink9中，为什么图中有非常细的空隙？
解：
因为双极性二进制基带信号经过相乘器之后，在二进制的基带信号从+1到-1的跳变点处，基带波形与相乘器相乘后恰好在跳变点处出现波形反向，而不是沿着先前的波形方向走下去。
然后就出现了此图中非常细的空隙。
2：
为什么在1000Hz处有一个稍微宽一点的频谱图？
解：
此图为2ASK的调制波形的功率谱图，因为基带信号与载波相乘之后，把基带信号的频谱搬移到了以1000Hz为中心频率处。
由图中可以看出此频谱的带宽为200Hz，恰好为基带信号带宽的两倍。
3：
改变Token6的参数，设置F=800Hz，其他参数不变。
对比解调恢复的波形与输入端PN码波形的功率谱，并对对比结果进行分析？
解：
从图1上层为基带信号的功率谱，图1下层为解调出来波形的功率谱。
可以看出，当解调时的载波与调制时的载波同频同相时，输出波形经过了低通滤波器，把高频部分滤除，剩下了低频部分频谱。
带宽大约为100Hz。
而图2只是把Token6的解调载波调成F=800Hz，此时解调出来的频谱在中心频率约为200Hz处，因为最后相乘低通之后变成了两个频谱部分，一部分为：
2ASK搬移到1000Hz处左边的频谱再经过解调载波F=800Hz时，低通后剩下了100Hz处的频谱；另一部分：
2ASK搬移到1000Hz处右边的频谱再经过解调载波F=800Hz时，低通后剩下了300Hz处的频谱。
也就形成了以200Hz为中心频率的功率谱
4：
简述2FSK的工作原理？
2FSK信号的调制
发送端：
两路不同频率的输入信号，再由逻辑开关控制不同频率信号的进入。
信道输入：
叠加高斯噪声。
2FSK信号的解调
带通滤波器：
分为两路2ASK信号进入上下之路，设置滤波器为巴特沃斯带通滤波器的参数
时，最佳设置参数为中心频率两侧各加一个码元宽度，即f1
fs；f2
fs。
相乘器：
相乘之后的目的是在后面的低通滤波器可以滤掉高频部分。
低通滤波器：
滤除有用信号外的其他干扰信号以及高频分量。
采样保持：
对低通输出的波形保持一段时间，以便在判决时刻降低判决错误的几率。
抽样判决：
比较上下两路信号抽样值的大小，最后得到判决输出的波形
五：
实验心得
通过本次实验，熟悉了了2ASK和2FSK。
实验中要注意各参数的确定需要更多的对理论知识理解。
2FSK的相干解调法的原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后进行判决。
判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率f1，则接受时上支路的样值较大，应判决为“1”；反之判决为“0”。
通过实验更加的理解对键控法调制和相干解调的作用
实验三二进制键控系统2PSK与2DPSK分析
一、实验目的：
通过本次实验，旨在达到以下目的：
1.掌握2PSK和2DPSK调制的原理与实现；
2.相位模糊问题及其解决方法
3.巩固相干解调法的原理与实现；
4.加强对2PSK和2DPSK信号的时域波形和功率谱等知识点的掌握。
二、实验内容：
分别创建2PSK和2DPSK系统的调制和解调系统仿真电路图，观察系统中各指定点信号的时域波形和频谱结构，并对实验结果进行分析。
一、相干接收2PSK系统分析
一、实验原理：
相干接收2PSK系统组成如图2-3-1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接收端设置一个与发送端严格同步的本地载波源。
另外，本实验中暂不考虑位同步提取问题。
二、实验要求
1.2PSK调制和相干解调仿真电路图；
2.获得信源的PN码输出波形、2PSK调制波形、低通滤波器输出波形和过零比较器输出波形；
3.对比2所得波形，看解调是否正确；
4.获得2PSK信号的功率谱，并对之进行分析；
5.重新设置本地载波源的参数，将其中的相位设为180°，运行后再观测解调的结果，并对结果进行分析
三、实验结果和分析
2PSK仿真系统
信源的PN码输出波形：
2PSK调制波形：
低通滤波器输出波形：
过零比较器输出波形：
2PSK信号的功率谱：
结果分析：
1、对比所得波形，看解调是否正确。
信源的PN码输出波形是调制前的信号，过零比较器输出波形为解调后的信号，可以看出，两者波形相同，但是由于解调时低通滤波器的原因造成了一定的延时。
故解调正确。
2、获得2PSK信号的功率谱，并对之进行分析；
2PSK信号的功率谱是双极性不归0序列的功率谱通过以载频频率搬移的结果，频谱特性与2ASK的十分相似，带宽也是基带信号带宽的2倍。
3、重新设置本地载波源的参数，将其中的相位设为180°，运行后再观测解调的结果，并对结果进行分析。
下图为信源的PN码输出波形和解调后的波形
由图可知，两波形不仅有延时，还存在180°的相位差。
这是由于在2PSK的载波恢复工程中存在着180°的相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种不确定性造成解调出的数字基带信号与发送的数字系带信号正好相反，即“1”变为“0”，“0”变为“1”，判决器输出数字信号全部出错。
四、主要部件参数
系统运行时间：
0-0.3秒；采样频率10000Hz。
Token0：
双极性PN码源，Amp=1v,Offset-0v,Rate=100Hz,Levels=2,Phase=0deg；
Token1、Token3：
乘法器；Token2：
加法器；
Token4：
为过零比较器，Comparison=’>’,TrueOutput=1V,FalseOutput=-1v,Ainput=t12Output0,Binput=t11Output0；
Token5，6，7，8：
信宿接收分析器，Sink:
Analysis；
Token9和Token10：
同步的载波源，Amp=1v,Offset-0v,Rate=1000Hz；
Token11：
相位、幅度和频率均为0的正弦源，作为过零比较器的判决门限电平（比较器b输入）；
Token12：
Analog…,ButterworthLowpassIIR,3Poles,lowcutoff=100Hz（比较器a输入）。
二、相干接收2DPSK系统分析
一、实验原理：
2DPSK系统组成原理如图2-3-3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°相位模糊问题。
二、实验要求
1．2DPSK调制和相干解调仿真电路图；
2．观测Token19、20、21、22处的时域波形，要求说明这些分别是什么波形；
3．对比基带信号波形和恢复所得波形，看解调是否正确；
4．重新设置本地载波源的参数，将其中的相位设为180°，其它参数不变。
运行后再观测解调的结果，并对结果进行分析。
5．对比2PSK信号和2DPSK信号的功率谱，并对之进行分析；
三、实验结果和分析
一种2DPSK系统的仿真系统方案
观测Token19、20、21、22处的时域波形，要求说明这些分别是什么波形；
Token19是基带信号波形
Token20是差分编码器的输入波形
Token21是差分编码器的输出波形
Token22是差分译码器的输出波形
结果分析：
1、分析基带信号波形和恢复所得波形，看解调是否正确。
恢复所得波形与基带信号波形图形相同，但是恢复所得波形存在一定的延时，解调结果正确。
2、重新设置本地载波源的参数，将其中的相位设为180°，其它参数不变。
运行后再观测解调的结果，并对结果进行分析。
重置后的解调波形没有产生相移。
2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，克服了2PSK中的载波相位不确定性问题。
3、对比2PSK信号和2DPSK信号的功率谱，并对之进行分析
2PSK信号和2DPSK信号的功率谱密度是完全相同的。
4、分析2PSK和2DPSK的不同。
2PSK、2DPSK波形与信息代码的关系如图所示,2PSK信号的相位与信息代码的关系是：
前后码元相异时，2PSK信号相位变化180，相同时2PSK信号相位不变，可简称为“异变同不变”。
2DPSK信号的相位与信息代码的关系是：
码元为“1”时，2DPSK信号的相位变化180。
码元为“0”时，2DPSK信号的相位不变，可简称为“1变0不变”。
2DPSK通信系统可以克服2PSK系统的相位模糊现象，故实际通信中采用2DPSK而不用2PSK。
四、主要部件参数
设置系统运行时间：
0－0.3秒、采样速率为10000Hz。
Token23、1、2组成差分编码器，Token13、14、15为差分译码器。
Token0：
单极性PN码源，Amp=0.5v,Offset=0.5v,Rate=100Hz,Levels=2,Phase=0deg；
Token1，15：
logicalXOR,threshold=0.5v,TrueOutput=1V,FalseOutput=0v
Token2：
放大器（linear,Gain＝1）；
Token3、16：
保持器，lastsample，Gain=1；
Token4：
输出为双极性码Comparison=’>’,TrueOutput=1V,FalseOutput=-1v,Ainput=t3
Output0,Binput=t5Output0；
Token5、18：
0V直流电平；Token6，9：
乘法器；Token7：
加法器；
Token8：
GaussNoise，StdDev=0.3v,Mean=0v，与Token7组成加性高斯噪声信道；
Token10、11为彼
升级会员 