通信原理实验指导书.docx

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通信原理实验指导书

实验五数字基带传输系统仿真实验

一、实验目的

1、加深对数字基带信号传输的无失真条件的了解。

2、熟悉奈奎斯特第一准则的验证方法

3、掌握眼图的仿真方法并了解其在数字基带传输系统中的作用。

二、实验内容

1.验证奈奎斯特第一准则。

2.观察眼图。

三、基本原理

传输数字基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性，当基带脉冲信号通过系统时，系统的滤波作用使脉冲拖宽，在时域上，它们重叠到附近的时隙中去。

接收端按约定的时隙对各点进行抽样，并以抽样时刻测定的信号幅度为依据进行判决，来导出原脉冲的消息，若重叠到临近时隙内的信号太强，就可能发生错误判决，从而产生码间串扰。

奈奎斯特第一准则给出了消除这种码间干扰的方法，并指出了信道带宽与码速率的基本关系，即

其中Rb为传码率，单位为B/s（波特/秒）。

fN和BN分别为理想信道的低通截止频率和奈奎斯特带宽。

假定有一数字基带信号，其码速率为100b/s，则按照奈奎斯特第一准则，为保证数字基带信号的无失真传输，传输信道的带宽必须要在50Hz以上。

同理，如果数字基带信号的码速率高于100b/s，则在50Hz的带宽下不能保证信号的无失真传输。

四、实验步骤

第一部分：

验证奈奎斯特第一准则

1、设定系统的仿真时间参数：

采样频率设定为1000Hz，采样点位512个

2、放置信号源：

码速率为100b/s的伪随机信号

3、放置用于整型的升余弦滚降低通滤波器，其截止频率设定为50Hz，在60Hz处有-60dB的衰落，相当于一个带宽为50Hz的信道

4、为了模拟传输的噪声，将低通滤波器的输出叠加上一个高斯噪声，设定其标准差为0.1。

5、接收端由一个低通FIR滤波器、一个抽样器、一个保持器和一个缓冲器组成，分别完成信号的滤波，抽样，判决以及整型输出。

其中抽样器的抽样频率与数据信号的数据率一致，设为100Hz。

为了比较发送端和接收端的波形，在发送端的接收器前和升余弦滚降滤波器后各加入了一个延迟图符。

最终的仿真系统如下图所示：

6、关闭噪声信号，运行仿真，将输入信号波形与输出信号波形进行叠加，观察方正结果。

7、开启噪声信号，比较输入信号与输出信号的波形

8、改变噪声幅度，观察输出信号的变化。

9、将伪随机信号的码速率修改为110b/s，运行仿真，再次观察输入输出信号波形的差别。

第二部分：

眼图的观测

1、

五、实验结果

1.画出仿真过程中的相关波形

2.分析[U3]

实验六数字调制系统仿真实验

一、实验目的

1、掌握ASK，PSK（DPSK）和多进制数字键控等数字调制技术的原理

2、掌握数字调制系统仿真的方法

二、实验内容

1、设计一个数字调制系统

2、编写一个带有拓扑排序功能的有向无环图

三、基本原理

当调制信号位二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。

在二进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态，常用的二进制数字调制方式有以下几种：

二进制振幅键控调制（2ASK）、二进制频移键控（2FSK）、二进制移相键控（2PSK）和二进制相对（或差分）相位键控（2DPSK）。

1、二进制振幅键控（2ASK）

1）调制方法

2ASK信号可表示为：

式中，g（t）是持续时间为Ts的矩形脉冲，即：

产生2ASK的方法有两种，如图所示。

相应的调制输出如下图所示：

2）2ASK信号的解调

相干解调法：

包络检波法

2、二进制频移键控（2FSK）

1）调制方法

2FSK信号可表示为：

式中，g（t）是持续时间为Ts的矩形脉冲，即：

产生2FSK的方法有两种，如图所示。

FSK调制信号的输出如下图所示：

2）解调方法

2FSK信号有两种基本解调方法：

非相干解调和相干解调，此外，还有鉴频法、过零检测法和差分检波法。

包络检波法

相干解调法

四、实验步骤

2ASK仿真部分：

1、根据2ASK调制原理，采用相乘器或者开关电路产生2ASK信号，用SystemVue仿真实现，观察输出的2ASK波形。

2、计算ASK信号的带宽，并与利用分析窗口得到的信号功率谱进行对比。

3、根据信号的带宽设定合适的带通滤波器，并采用非相干解调法（包络检波法）或者相干解调法对产生的2ASK信号进行解调，注意缓冲器中判决门限电平的设置，观察解调后的信号的波形，并与原波形进行比较。

4、具体的仿真系统如下图所示：

FSK仿真部分：

1、根据2FSK调制原理，采用相乘器或者开关电路产生2FSK信号，用SystemVue仿真实现，观察输出的2FSK波形。

2、计算2FSK信号的带宽，并与利用分析窗口得到的信号功率谱进行对比。

3、根据信号的带宽设定合适的带通滤波器，（若基带信号的码速率为10b/s，载波频率为150Hz和100Hz,则可设定带通滤波器的两个截止频率分别为120Hz和170Hz）并采用非相干解调法（包络检波法）或者相干解调法对产生的2FSK信号进行解调，（其中包络检波器可采用截止频率为5Hz的低通滤波器表示）观察解调后的信号的波形，并与原波形进行比较。

4、具体的仿真系统如下图所示：

五、实验结果

1、假定数字基带信号的码速率为10b/s，采用频率为30Hz的载波进行2ASK调制，试画出2ASK信号的频谱图。

2、修改ASK中缓冲器的判决门限电平，解调输出的波形将发生什么变化？

3、假定数字基带信号的码速率为10b/s，采用频率为100Hz和150Hz的载波进行2FSK调制，试画出2FSK信号的频谱图。

实验七模拟信号的数字传输仿真

一、实验目的

1、掌握PCM的编码原理。

2、掌握PCM编码信号的压缩与扩张的实现方式

二、实验内容

1、设计一个PCM调制系统的仿真模型

2、采用信号的压缩与扩张方式来提高信号的信噪比

三、基本原理

在现代通信系统中，以PCM（脉冲编码调制）为代表的编码调制技术被广泛地应用于模拟信号和数字传输中，所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号的抽样量化值变换成代码，其编码方式如下图所示：

PCM编码经过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。

为了便于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的整数次幂，这样可以将模拟信号量化为二进制编码形式。

其量化方式可分为两种：

均匀量化编码：

常用二进制编码，主要有自然二进码和折叠二进码两种。

非均匀量化编码：

常用13折线编码，它用8位折叠二进码来表示输入信号的抽样量化值，第一位表示量化值的极性，第二至第四位（段落码）的8种可能状态分别代表8个段落的起始电平，其它4位码（段内码）的16种状态用来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。

通常情况下，我们采用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化，就是在保持信号固有的动态范围的前提下，在量化前将小信号放大，而将大信号进行压缩。

采用信号压缩后，用8位编码就可以表示均匀量化11位编码是才能表示的动态范围，这样能有效地提高校信号编码时的信噪比。

四、实验步骤

在SystemVue系统仿真软件中，系统提供了A律和μ律两种标准的压缩气和扩张器，用户可以根据需要选取其中一种进行仿真实验。

1、设置一个均值为0，标准差为0.5的具有高斯分布的随机信号作为仿真用的模拟信号源。

2、在信号源的后方放置一个巴特沃思低通滤波器，设置其截止频率为10Hz，滤除高频分量。

3、在滤波器右侧放置一个A律13折线的压缩器（在通信库的Processors标签下），对信号进行压缩，并设定最大输入为1v。

4、放置一个模数转换器（在逻辑库下的MixSignal中），对压缩的模拟信号进行抽样量化，并编码为数字信号，根据PCM的要求，设定编码位数为8位，输出真假值为1和0，阈值为0.5，最大最小输入为正负1.28v；并放置一个100Hz的采样时钟信号对模拟信号进行抽样。

由此可得出8位编码的PCM信号。

5、放置一个数模转换器，将编码好的PCM信号重新还原为模拟信号。

数模转换器的参数设置与模数转换器基本相同

6、将模数转换器的8个数据位与数模转换器相对应的8个数据位相连，将数字信号送入数模转换器。

7、放置一个扩张器，接收从数模转换器产生的经过压缩的模拟信号，并对其进行扩张，还原为原始信号，参数的设置与压缩器基本相同。

最终的仿真系统如下图所示：

五、实验结果

画出仿真系统中各个接收器的波形[U4]