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2.2高通、低通、带通、带阻滤波器的设计及仿真
2.3PAM采样的设计与仿真及验证(两倍以上是否能还原)
2.4FSK移频键控用SystemView仿真设计
2.5PSK移相键控用SystemView仿真设计
2.6ASK移幅键控用SystemView仿真设计
三、简单实验分析
3.1SystemView仿真软件熟悉:
安装SystemView,按要求和步骤安装SystemView软件;
熟悉SystemView的运行环境,对其系统窗口、工具条图标、系统菜单栏以及图符库进行了解熟悉,清楚它的作用功能,为以后实验更方便更顺利打下夯实的基础。
3.2高通、低通、带通、带阻滤波器的设计及仿真:
通过选择菜单栏上的“FIR”按钮可以进入到FIR滤波器设计窗口。
在FIR滤波器设计的左、右两侧各有一组FIR滤波器。
共14种,我们就选择我们需要设计的高通、低通、带通、带波器进行设计,输入参数,其中我们要对时钟进行设计,确定好采样频率。
3.3PSK移相键控用SystemView仿真设计:
二进制移相键控(2PSK)方式是载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式,就是根据数字基带信号的两个电平(或符号),是载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调试方法。
当两个载波相位相差180o时,此时称为反向键控(PSK),也称为绝对相移方式。
当信号发送1时,载波的相位为π,当发送信号为0时,载波相位为0o。
克服相位模糊度对相干解调的影响,最常用的而且有最有效的办法是,将调制器输入的数字基带信号转换成差分编码,在进行PSK调制。
3.4ASK移幅键控用SystemView仿真设计:
二进制振幅键控调制(2ASK),在振幅键控中,载波幅度是随调制信号而变化的。
二进制振幅键控信号的产生方法有两种,一是一般的模拟幅度调制方法,这里输入的信号为二进制数字信号;
一是载波在二进制调制信号1或0的控制下通或者断,这种二进制振幅键控方式称为通断键控(OOK)。
二进制振幅键控方式是数字调制方式中出现最早也是最简单的一种方法,二进制振幅键控常常作为其它数字调制方式的基础,所以,我们很有必要熟悉它。
四、重点实验的分析
4.1PAM采样的设计与仿真及验证(两倍以上是否能还原)
4.1.1实验目的
模拟信号不但可以通过载波调制后进行传输,而且也可以将其数字化之后用数字通信方式进行传输。
模拟信号的数字传输带来的好处是:
(1)当数字信号经过多次转换、中继、远距离传输后不会使信噪比恶化,而模拟信号经过多次中继之后会产生额外的信噪比恶化,降低了传输信号的质量;
(2)模拟信号数字化以后可以很方便地进行时分或码分多路传输,从而可以有效地提高信道的利用率。
因此,模拟信号的数字传输技术已广泛应用于现代通信的各个领域,从有线的程控交换机到无线的GSM手机,从卫星数字电视广播到长途光纤通信,到处都有数字化的模拟信号存在。
要将模拟信号转化为数字信号,就要对模拟信号进行采样,以及采样之后能恢复出原来的模拟信号而不失真,达到模拟信号数字传输的目的。
抽样定理是模拟信号数字化传输的理论基础,如果对某一宽度的有限时间连续信号(即模拟信号)进行抽样,且当抽样率达到一定数字时,则根据这些抽样值可以在接受端准确地恢复原信号。
也就是说,要传输模拟信号不一定传输模拟信号本身,只需传输由抽样定理得到的抽样值就可以了。
4.1.2实验原理
均匀抽样定理指出:
对一个频带限制在(0,fs)内的时间连续信号m(t),如果以1/(2fs)的间隔对其进行等间隔抽样,则m(t)将被所得等到的抽样值完全确定,即抽样速率大于等于信号带宽的两倍时,就可保证不会产生信号的混叠。
1/(2fs)是抽样的最大间隔,也称为奈奎斯特间隔。
当采样的频率小于奈奎斯特频率时,在接收端恢复的信号失真比较大,这是因为存在信号的混叠;
当采样频率大于或等于奈奎斯特频率时,恢复信号与原信号一致。
理论上,理想的抽样频率为2倍的奈奎斯特带宽,但实际工程应用中,限带信号绝不会严格限带,且实际滤波器特性并不理想,通常选取抽样频率为2.5~5倍fH以避免失真。
例如,普通的话音信号限带为3300Hz左右,而抽样频率则通常是8000Hz。
PAM原理图:
信号的采样与恢复原理图
4.1.3实验步骤
对应的SystemView仿真电路图如图所示,图中被采样的模拟信号源是幅度为1V、频率为100Hz的正弦波,抽样脉冲为窄脉宽矩形脉冲,脉宽为1μs。
抽样器用乘法器代替。
用于恢复信号的低通滤波器采用三阶巴特沃斯(Butterworth)低通滤波器。
为验证信号抽样与恢复不失真的条件和分析信号失真的原因,我们分别选取了100Hz、200Hz、500Hz等不同的抽样频率,对原输入信号波形与抽样恢复后的波形进行观察和分析。
按图示接电路图:
0:
原输入信号,幅度为1V,频率为100Hz的正弦波。
7:
原输入信号的波形显示。
1:
Fc=100Hz的低通滤波器用于除去原信号的杂质。
2:
接一个2倍的增益对信号进行放大。
3:
用乘法器将抽样信号加入进行采样。
4:
抽样脉冲。
6:
0.5倍的增益对信号进行恢复。
5:
Fc=100Hz的低通滤波器将原信号滤出恢复。
4.1.4实验结果
抽样频率为100Hz的波形:
7:
原信号波形
9:
恢复后的信号波形
8:
抽样信号波形
抽样频率为200Hz的波形:
18:
21:
19:
抽样频率为500Hz的波形:
32:
28:
31:
4.1.4实验分析
由上面实验结果的图像可以看出,已经证明了抽样定理的正确性。
当抽样频率为奈奎斯特频率,即2*100=200Hz时,基本上能准确恢复出原输入信号。
当抽样频率取500Hz,即原信号频率5倍时,恢复信号更为准确,尤其是原信号进行抽样后的波形,可以明显看出区别。
而当抽样频率为100Hz时,原信号进行抽样后的波形和恢复后波形都出现很明显的失真。
通过验证,当抽样频率小于原信号频率时,失真更为严重,从而更加证明抽样定理。
4.2FSK移频键控用SystemView仿真设计
4.2.1实验目的
为使数字信号能在带通信道中传输,必须将数字基带信号的功率谱从低频段搬移到较高的频率。
实现频率搬移的方法就是调制,即用数字基带信号对载波进行调制。
在无线电信道中,带通调制是必不可少的,因为若要使信号能够以电磁波的形式通过天线辐射出去,信号所占用的频带位置是必须足够高的,并且信号所占用的频带宽度不能超过天线的通频带。
所以,基带信号必须调制一个频率很高的载波,使基带信号搬到足够高的频率上,才能够从天线发射出去。
4.2.2实验原理
2FSK信号的码元“0”和“1”分别用两个不同频率的正弦波传输。
2FSK信号的振幅和初始相位保持不变。
数字信号1对应于载波频率f1。
数字信号0对应于载波频率f0。
2FSK信号的时域表达式:
4.2.32FSK调制的方法
2FSK也有两种调制方式:
模拟调频法和数字键控的方法
调频法:
在SystemView中二进制数据用伪随机序列PNSeq仿真出随机的0,1二进制数字信号,通过调频器FM调制,0对应50Hz,1对应100Hz.幅度A均为1V.
键控法:
在SystemView中二进制数据用伪随机序列PNSeq仿真出随
机的0,1二进制数字信号,作为键控开关的控制信号,0对应50Hz正弦波,1对应100Hz正弦波.幅度A均为1V.
4.2.42FSK解调的方法
带通
滤波器
乘法器
2FSK信号非相干解调原理图
2FSK相干解调法原理图
4.2.5实验步骤
调频法产生2FSK信号
键控法产生2FSK信号
由图中可以观察到2FSK信号就是两个2ASK信号叠加而成
2FSK非相干解调系统
设计解调电路时,先用中心频率为50Hz和100Hz的两个带通滤波器将已调信号滤成两路并联信号。
这里选用通带分别为40~60Hz和90~10Hz的Chebyshev带通滤波器。
接下来选用合适的器件实现包络检波器的功能。
包络检波法解调方法,包络检波器可由半波整流器(HalfRctfy)与低通滤波器串联实现其功能。
低通滤波器选用Chebyshev模拟滤波器,截止频率设置为20Hz。
上图中,上面一路信号为带通滤波器中心频率为50Hz的那路信号;
下面一路信号为带通滤波器中心频率为100Hz的那路信号,再经过包络检波后的两路信号的高低电平。
在图3.2.2-1中,因为这里的抽样判决器是判定哪一个输入样值大,可以选用逻辑库中的模拟比较器(AnaCmp)来进行抽样判决。
AnaCmp是一个两端输入一端输出的逻辑器件。
选择输出时,其逻辑功能是当INPUT+>
=INPUT-时,输出高电平的值;
当INPUT+<
INPUT-时,输出低电平的值。
当选择Q输出时,其逻辑功能是当INPUT+>
=INPUT-时,输出低电平的值;
当INPUT+<
INPUT-时,输出高电平的值。
将两路信号接入,高低电平值分别设置为1V和-1V,选择输出。
实验结果:
2FSK相干解调仿真电路图:
2FSK相干解调仿真结果:
实验分析:
设计解调电路时,先将调制后带有高斯噪声的信号分别送入带通滤波器,由带通滤波器将100Hz和150Hz信号分开,其带通滤波通带宽度分别设计为80-130Hz和120-170Hz;
然后送入半波整流器、低通滤波器,再经过比较器比较、整形,信号就解调还原成传输的伪随机信号。
我们也看出,2FSK的确是一种实现起来比较容易,抗噪声与抗衰减性能比较好的调制方式,适合中、低速数据传输。
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- 通信 专业 序列 实验