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1、实验指导Ch3基带解调与检测100810硕士生课程实验报告第三章基于SystemView平台的基带信号解调与检测原理分析与仿真姓 名: 学 号： 院系专业: 任课教师： 徐平平 教授 评 阅: 目录一 实验概述与分类 3二 SystemView平台的常见实验参数设置 42.1 系统参数设置 42.2 元器件参数的设置 52.3仿真窗口的操作 6三 实验内容及实验数据分析 73.7 高斯噪声信道中的误码率 73.11 基于sinc函数的脉冲整形 103.13 升余弦脉冲整形 143.18 简单的码间串扰 193.20 自适应信道均衡 213.22 降采样信道 233.23 数据均衡学习模式 25

2、3.26 带有正反馈的反馈判决均衡器（FFDFE） 27四 创新型实验设计 29五 总结与感想 32一 实验概述与分类本章为基带信号解调与检测，其相关实验如下表1，共26个。表1 基带信号解调与检测实验列表序号实验内容序号实验内容3.1发射脉冲3.14平方根升余弦脉冲整形和匹配滤波3.2平方脉冲整形3.15升余弦脉冲分析3.3归零平方脉冲整形3.16升余弦、平方根升余弦、和sinc滤波器3.4数据采样恢复3.17信道的降采样3.5噪声信道下的数据3.18简单的码间串扰3.6均匀噪声信道的误码率3.19信号检测3.7高斯噪声信道中的误码率3.20自适应信道均衡3.8采用平均方式提高检测率3.21

3、带有ASK数据的自适应信道均衡3.9二进制信号3.22降采样信道3.10积分抖落滤波器3.23数据均衡学习模式3.11基于sinc函数的脉冲整形3.24数据均衡直接判决模式3.12生成眼图3.25带有ASK数据的数据均衡3.13升余弦脉冲整形3.26带有正反馈的反馈判决均衡器从教学内容上看，本章主要论述了含加性高斯白噪声的二进制信号的检测过程。这包含两个步骤，第一步，将接收到的波形转换为一个独立数值z(T)；第二步，比较z(T)与门限值，并且判断发送信号。其中，详细阐述了如何选择最佳门限值的问题，还证明了采用线性滤波器，即匹配滤波器或相关器，可以获得最大信噪比，从而最小化差错概率。从概念和理论

4、看，本章定义了码间串扰（ISI）的概念，阐述了奈奎斯特关于无码间串扰码元检测的最小理论带宽。差错性能的降低有两种情况，一是性噪比的损失，二是码元失真。本章最后讨论了能够消除码间串扰的均衡技术。作为教材的配套实验，本章共有26个实验，基本涵盖了教学中的所有概念和技术，并涉及了几个教学以外的技术演示实验。其中， “3.18简单的码间串扰”对码间串扰进行了概念性的演示，接着，为了降低码间串扰而进行脉冲整形，有“3.2平方脉冲整形”、“3.3归零平方脉冲整形”、“3.11基于sinc函数的脉冲整形”、“3.13升余弦脉冲整形”、“3.15升余弦脉冲分析”，接着，对于整形的脉冲进行解调和检测，有“3.1

5、4平方根升余弦脉冲整形和匹配滤波”、“3.19信号检测”“3.16升余弦、平方根升余弦、和sinc滤波器”、“3.10积分抖落滤波器”、“3.8采用平均方式提高检测率”。均衡，是指所有消除或减少码间串扰的信号处理或滤波技术，又分为预置式均衡和自适应均衡，这部分有“3.12生成眼图”、“3.20自适应信道均衡”，如“3.21带有ASK数据的自适应信道均衡”、“3.23数据均衡学习模式”、“3.24数据均衡直接判决模式”、“3.25带有ASK数据的均衡模式”、“3.26带有正反馈的反馈判决均衡器”。概念描述的实验有：“3.1发射脉冲”、“3.4数据采样恢复”、“3.5噪声信道下的数据”、“3.9二

6、进制信号”，信道降采样的实验有“3.17信道的降采样”、“3.22降采样信道”，误码率的实验有：“3.6均匀噪声信道的误码率”、“3.7高斯噪声信道中的误码率”。 根据这26个实验之间的理论关联性和实现方式的相似性，下面将选择每类中最具代表性的实验进行详细的阐述和讨论。二 SystemView平台的常见实验参数设置在基于SystemView平台的实验设计与仿真中，常常会涉及到各种参数的设置与操作，下面先简要介绍下几项常见的参数设置。2.1 系统参数设置点击工具栏的图标，将会弹出系统参数设置对话框，如图1。在这个对话框中，最常用的设置是系统采样点数。图1 系统参数设置对话框2.2 元器件参数的设

7、置SystemView平台可以仿真数量庞大的元器件。现在仅做代表性的介绍，比如，点击某元件，会弹出如图2的设置对话框。选中其中Parameters，并进入后，出现对应的参数对话框，如图3所示。图2 元件设置对话框图3 元件具体参数对话框2.3仿真窗口的操作单击工具栏的图标，将会运行系统。再单击图标，将会弹出仿真波形窗口。在仿真波形窗口中，右键“Sink Calculator”,将弹出最重要的设置对话框，如图4，这个对话框可以对产生的信号波形进行各种处理和计算，如FFT变换等。图4 仿真界面波形处理对话框三 实验内容及实验数据分析3.7 高斯噪声信道中的误码率本实验基于systemview仿真平

8、台设计了一个高斯噪声信道，以检测此信道中的误码率，实验结构图如下图1：图5 高斯噪声信道中的误码率实验图AWGN的标准偏差Sigma=1/40。由概率分布图可知，误码率应为0.15（理论值），下面用仿真验证：(a、b) 4000采样点，发送了100 bits，实验结果如图2、图3，实验测得的错误比特数为17，即误码率为0.17，接近理论的误码率0.15。图6 发送100 bits时，误比特数时间曲线图（Sigma=1/40）图7 发送100 bits时，统计的误比特数（Sigma=1/40）（c）40000采样点，发送1000bits，实验结果如图4、图5，测得的误比特数为138，误码率0.1

9、38，接近理论值0.15。图8 发送1000 bits时，误比特数时间曲线图（Sigma=1/40）图9 发送1000 bits时，统计的误比特数（Sigma=1/40）(d)将标准偏差sigma改为1/20，40000采样点，发送1000bits，实验结果如图6、图7，此时的误码率为0.294，接近理论值0.3。图10 发送1000 bits时，误比特数时间曲线图（Sigma=1/20）图11 发送1000 bits时，统计的误比特数（Sigma=1/20）3.11 基于sinc函数的脉冲整形sinc函数是一个标准的、有限频宽的低通信号。Nyquist证明，利用sinc函数做脉冲整形，可避免

10、频率轴上邻近频道的相互干扰。本实验结构图如图8：图12 基于sinc函数的脉冲整形实验结构图(a)1024个采样点时，由于sinc脉冲在数据采样间隙的过零穿越，应该不存在码间串扰。实验结果如图9、图10、图11，测得无码间串扰。图13 数据源（1024 采样点）图14 sinc脉冲（1024 采样点）图15 基于sinc函数的脉冲整形结果（1024 采样点）(b)16384个采样点时，实验结果如图12、图13、图14，依然没有码间串扰。图16 数据源（16384采样点）图17 sinc脉冲（16384采样点）图18 基于sinc函数的脉冲整形结果（16384 采样点）(c)做上图的20logF

11、FT，结果如图15：图19 脉冲整型结果图的20logFFT(16384采样点)3.13 升余弦脉冲整形当接收滤波器可以同时补偿发射机和信道所产生的失真时，就称其为均衡滤波器。其中，最常用的是升余弦滤波器。本实验结构图如图16，其中，滚降悉数=1，2400bits/sec。图20 升余弦脉冲整形实验结构图（a）1024采样点，因为在数据采样间隔里，升余弦脉冲的过零穿越，所以没有码间串扰。实验结果如图17、图18、图19。图21 数据源（1024采样点）图22 升余弦脉冲（1024采样点）图23 升余弦脉冲整形结果图（1024采样点）（b）16384采样点时，实验结果如图20、图21、图22，没

12、有码间串扰。图23是整型结果的20logFFT效果图。图24 数据源（16384采样点）图25 升余弦脉冲（16384采样点）图26升余弦脉冲整形结果图（16384采样点）图27 升余弦脉冲整形结果图的20logFFT效果图（16384采样点）（c）滚降系数a改为0.22，依然没有码间串扰，只是超量的带宽减少了。实验结果如图24。图28 滚降系数a=0.22时，升余弦脉冲整形结果图的20logFFT效果图（16384采样点）（d）将实验结构图中滤波器改为平方根升余弦，实验结果如图25、图26、图27，产生了一些码间串扰。图29 数据源图30 平方根升余弦脉冲图31 平方根升余弦脉冲整形结果3.

13、18简单的码间串扰 脉冲出现拖尾占据了相邻码元间隔，从而干扰了信号检测过程，进而造成误差性能的降低，这类干扰称为码间串扰（ISI）。即便没有噪声，滤波和信道引起的失真也会导致码间串扰。此实验是简单码间串扰的演示实验，以作为入门了解，实验结构图如下图28。图32 简单的码间串扰演示实验结果图正确的同步延时值（44）已经被预先设置。实验结果如图29、图30、图31， 10000 symbols/sec时，产生码间串扰。图33 数据源图34 接收的码间串扰符号图35 接收到的符号3.20 自适应信道均衡广义上讲，均衡是指所有消除或减少码间串扰的信号处理或滤波技术。均衡分两类，第一类是最大似然序列估计

14、。第二类是均衡滤波器。可以适应缓慢时变的信道，称为自适应均衡，它使用迭代技术估算最佳系数。本实验结构图如图32。图36 自适应信道均衡结构图（a）实验结果如图33、图34、图35。可以看到，错误数据数逐渐收敛到零。图37 信道的脉冲响应图38 错误信号图39 信道脉冲响应的20logFFT图(b)采样点数目改为16384。实验结果如图36、图37、图38，错误输出依然较好的收敛到零。图40 信道的脉冲响应（16384采样点）图41 错误信号（16384采样点）图42 信道脉冲响应的20logFFT图（16384采样点）3.22 降采样信道本实验演示了降采样信道的特性，实验结构图如图39。图43

15、 降采样信道结构图实验结果如图40、图41，观测可得，这是一个1, 0.186, -0.053, -0.088, -0.025 信道，symbol rate = 10 Khz。降采样脉冲的规格化效果图如图42。图44 脉冲响应图45 降采样脉冲图46 降采样脉冲的规格化效果图3.23 数据均衡学习模式 本实验是一个教学内容以外的技术演示实验，实验结构图如图43。图47 数据均衡学习模式的实验结构图这个系统运行于一个学习模式，两端都使用最大长度的伪随机序列产生一个宽带信号，我们假设这里只有1，-1两个符号，这种学习模式实际上就是电话数据通信中的调制解调器，用来反向识别先前发送数据的信道。实验结果

16、如图44、图45。观测可知，错误数据适应到0。图48 错误数据图49 PRBS学习模式图50 PRBS学习模式的起始时刻放大图图46是学习模式起始时刻放大图，可以看到，有4个采样点的延迟，这是一个0， 0， 1， 0.5信道。3.26 带有正反馈的反馈判决均衡器（FFDFE）本实验也是一个教学内容以外的技术演示实验，实验结构图如图47。图51 带有正反馈的反馈判决均衡器实验结构图实验结果如图48、图49，可以看到错误数据迅速收敛到零，均衡效果很好。图52 错误数据图53 错误数据的平方图四 创新型实验设计本章内容中，有一个知识点与数字信号处理等其他多门学科有交叉，即数据采样与数据重建。关于此部

17、分内容，常常提到的有奈奎斯特采样定理，即，要想无失真的实现数据重建，采样频率至少应为原始信号频率的两倍以上。还有采样器的同步延时值的概念，这在本章的多个实验中，都得到了较好的体现。下面设计一个改进型实验：采样数据的重建。为了实现数据的重建，只需要对接收到的平方脉冲进行采样，采样点设为每个脉冲的中点。这只需要用一个设置了同步延时值的采样器便可实现，其中，同步延时值用于延时到脉冲的中点进行采样。实验结构图如图50所示。图54 采样数据的重建实验运行结果如图51、图52、图53，我们可以看到，实现了采样数据得到了很好的重建，此系统中的同步延时值为20。图55 采样数据源图56 接收到的数据脉冲图57

18、 重建的数据若同步延时值没有正确的设定，则采样器不会在理论的脉冲中点进行采样，重建的数据将会出现错误。如将同步延时值设为100时，实验结果如图54、图55、图56，重建数据产生了明显的误差。图58 采样数据源（同步延时值 100）图59 接收到的数据脉冲（同步延时值 100）图60 重建的数据（同步延时值 100）五 总结与感想通信原理，这是一门与众多学科有交叉内容的通信基础类学科。数字通信基础与应用，这是一本内容极详尽庞大的国外教材。在这短暂的一个学期，有幸聆听到徐老师提纲挈领式的讲解，老师并没有拘泥于那些公式或技术的细节，而是清晰的将数字通信的框图、宏观图景展现给了学生。更有幸的是，笔者有

19、幸负责到实验册中内容量最大的第三章实验，共26个实验，涉及到了SystemView这款优秀软件的几乎所有操作和使用，这不愧是一款强大的“家庭实验室”，让我们能将那样空洞的理论轻易的在PC机上仿真实现出来，这份经历是非常难忘和欣喜的。本科时，已学习过通信原理课程，当时的授课教师也要求我们使用SystemView,当时没有引起我的足够重视，直到今天才把这项要求给补上，这都要感谢徐老师的实验式教学方法。经过实验的实践，对于本章基带信号解调与检测的知识，有了很清晰的理解和掌握：因为基带信号不是理想的脉冲，所以需要解调器来恢复脉冲波形；由于发送端滤波器和信道的原因，接收序列存在着码间串扰，产生了拖尾信号，不利于采样检测；解调器的目的正是消除码间串扰，恢复具有大信噪比的基带信号；均衡技术正是实现这一目的。我们学习了十几年的理论，大都已被我们遗忘，但我相信，经过亲手实践的理论，是会一直牢记的。再次感谢徐老师的授课！