北理工通信电路与系统软件实验Word格式文档下载.docx
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Attribute属性
Type
类型
Parameters
参数设置
Source
PNSeq
Amp=1V,Offset=0V,Rate=100Hz,Levels=2,Phase=0deg
1
Comm
PulseShape
Gaussian,TimeOffset=0,
PhlseWidth=0.01sec,StdDev=0.15V
2
Adder
--
3
GaussNoise
StdDev=0.3V,Mean=0V
4
Operator
LinearSys
ButterworthLowpassIIR,5Poles,Fc=200Hz
5
Sampler
Interpolating,Rate=100Hz,
Aperture=0sec,ApertureJitter=0sec
6
Hold
LastValue,Gain=2
7
Compare
a>
=b,TrueOutput=1V,FalseOutput=1V,Ainput=token6Output0,
Binput=token8Output0
8
Sinusoid
Amp=0V,Freq=0Hz,Phase=0deg
9
Sink
Analysis
Inputfromtoken0OutputPort0
10
Inputfromtoken1OutputPort0
11
Inputfromtoken4OutputPort0
12
Inputfromtoken7OutputPort0
其中,Token1为高斯脉冲形成滤波器;
Token3为高斯噪声发生器,设标准偏差StdDeviation=0.3V,均值Mean=0V;
Token4为模拟低通滤波器,它来自操作库中的“LinearSys”图符按钮,在设置参数时,将出现一个设置对话框,在“Design”栏中单击Analog按钮,进一步点击“FilterPassBand”栏中Lowpass按钮,选择Butterworth型滤波器,设置滤波器极点数目:
No.ofPoles=5(5阶),设置滤波器截止频率:
LoCuttoff=200Hz。
第3步:
单击运行按钮,运算结束后按“分析窗”按钮,进入分析窗后,单击“绘制新图”按钮,则Sink9-Sink12限时活动窗口分别显示出“PN码输出”、“信道输入”、“信道输出”和“判决比较输出”时域波形。
如下列波形图所示:
图1-3Sink9_代表信源的PN码输出波形
图1-4Sink10_经高斯脉冲形成滤波器后的码序列波形
图1-5Sink11_信道输出的接收波形
图1-6Sink12_判决比较输出波形
第4步:
观察信源PN码和波形形成输出的功率谱。
通过两个信号的功率谱可以看出,波形形成后的信号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。
在分析窗下,单击信宿计算器按钮,在出现的“SystemSinkCalculator”对话框中单击Spectrum按钮,分别得到Sink9和Sink10的功率谱窗口(w4:
和w5:
)后,可将这两个功率谱合成在同一个窗口中进行对比,具体操作为:
在“SystemSinkCalculator”对话框中单击Operators按钮和OverlayPlots按钮,在右侧窗口内按住左键选中w4和w5两个信息条,单击OK按钮即可显示出对比功率谱。
如下图所示:
图1-7PN码和波形形成器输出功率谱对比
第5步:
观察信道输入和输出信号眼图。
眼图仍然是时域波形,它是衡量基带传输系统性能的重要实验手段。
当屏幕上出现波形显示活动窗口(w1:
Sink10和w2:
Sink11)后,点击“SystemSinkCalculator”对话框中的Style和TimeSlice按钮,设置好“Starttime[sec]”和“Length[sec]”栏内参数后单击该对话框内的OK按钮即可。
两个眼图如下图所示:
图1-8信道输入眼图
图1-9信道输出眼图
从上述仿真分析可以看出:
经高斯滤波器形成处理后的基带信号波形远比PN码信号平滑,信号能量主要集中于10倍码率以内,经低通型限带信道后信号能量损失相对较小,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,改变信道特性和噪声强度(如StdDev=1V),眼图波形将发生明显畸变,接收端误码率肯定相应增大。
由此可见,基带传输系统中不应直接传送方波码序列信号,应经过波形形成,从而使信号能量更为集中,并通过均衡措施达到或接近无码间干扰系统设计要求。
另外,眼图观察法的确是评测基带系统传输质量的简便有效实验方法。
实验2利用Costas环解调2PSK信号分析举例
Costas环是一个由同相与正交支路构成的锁相环路,对2PSK信号进行解调是其主要功能之一。
构造一个2PSK信号调制解调系统,利用Costas环对2PSK信号进行解调,以双极性PN码发生器模拟一个数据信源,码速率为50bit/s,载波频率为100Hz。
以PN码作为基准,观测环路同相支路输出和正交支路输出的时域波形。
通过分析理解Costas环的解调功能和特点。
2PSK调制和Costas环解调系统组成如图2-1所示。
图2-12PSK调制和Costas环解调系统
其中:
经过低通滤波器后,得到的同相分量和正交分量分别为:
通常,环路锁定后
很小(在仿真分析时可设为0)。
显然,同相分量
,正交分量近似为0,这就是说,只有同相输入分量才包含解调信息。
实际上,Costas环可以同时完成载波同步提取和2PSK信号解调,这与常用的平方环有所不同。
1秒。
5000Hz。
调用图符块创建如图2-2所示的仿真分析系统。
与前边创建的仿真系统比较,出现了几个“图符参数便签”。
生成“图符参数便签”的操作方法如下:
在全部图符块参数确定后,执行“NotePads>
>
CopyTokenParameterstoNotePad”菜单命令,再用附着了“Select”条框的鼠标单击某个图符块,立刻生成该图符块的“图符便签参数”。
单击便签框使之激活,拉动四边上的“操作点”可调节其几何尺寸;
用鼠标压住便签框,使之显示略微变暗,可移动其位置。
图2-2创建的简单基带传输仿真分析系统
系统中各图符块的设置如下表所示:
表2-1
1,2,3,11
Multiplier
4,5
ButterworthLowpassIIR,4Poles,Fc=100Hz
ButterworthLowpassIIR,1Poles,Fc=100Hz
Function
FM
Amp=1V,Freq=1000Hz,Phase=0deg
ModGain=5Hz/V
Inputfromtoken5OutputPort0
创建完仿真系统后,单击运行按钮,分别由Sink8、Sink9和Sink10显示PN码、同相分量和正交分量的时域波形,如下图所示。
图2-3Sink8_PN码的时域波形
图2-4Sink9_同相分量的时域波形
图2-5Sink10_正交分量的时域波形
由仿真结果明显看出,Costas环的同相分量(同相支路低通滤波器输出)即为数据解调输出,而正交分量(正交支路低通滤波器输出)中没有解调信息。
实验3二进制差分编码/译码器分析举例
创建一对二进制差分编码/译码器,以PN码作为二进制绝对码,码速率100bit/s。
分析观测绝对码序列、差分编码序列、差分译码序列,并观察差分编码是如何克服绝对码全部反向的,以便为第三部分中2DPSK原理分析的实验做铺垫。
通过分析理解差分编码/译码的基本工作原理。
二进制差分编码器和译码器组成如图3-1所示,其中:
{
}为二进制绝对码序列,{
}为差分编码序列。
在实际差分编/译码器中,将码序列延迟一个码元间隔通常是利用D触发器完成的。
图3-1
应当说明,在SystemView中,差分编码器中的延迟环节不直接使用D触发器反而更为方便,而差分译码器中的延迟环节最好利用操作库中的“数字采样延迟图符块”。
0.3秒。
首先创建如图3-2所示的二进制差分编码/译码器仿真分析系统。
系统中各符块参数设置如表3-1所示。
图3-2二进制差分编码/译码器仿真分析系统
表3-1
Interpolating,Rate=100Hz,Aperture=0,Jitter=0
2,7
XOR
Threshold=0V,True=1,False=-1
Gain
GainUnits=Linear,Gain=1
4,9
LastValue,Gain=1
5,8
Interpolating,Rate=10000Hz,Aperture=0,Jitter=0
SmplDelay
FillLastRegister,Delay=100Samples
Inputfromtoken9OutputPort0
由于系统中的数字采样延迟符块(Token6)的输入接采样器图符块(Token5)输出,Token5的采样频率为10000Hz,绝对码时钟频率为100Hz,Token6的作用是将码序列延迟一个码元并与前边采样块的采样频率相关,故延迟的采样点数目应设置为100。
观察编、译码结果。
在分析窗下,差分编码器输入(绝对码)、差分编码器输出及差分译码器输出分别由Sink10、11、12给出,如图所示。
显然,此时差分编码的基本规律是:
逢绝对码1时逻辑电平反转,逢绝对码0时逻辑电平不变。
图3-3Sink10_差分编码器输入波形
图3-4Sink11_差分编码器输出波形
图3-5Sink12_差分译码器输入波形
第4步,得到仿真结果后,将差分编码器与差分译码器之间插入一个非门(NOT),再看仿真结果。
可以观察到,差分编码和译码方式可以克服编码输出序列的全反相,差分译码序列与不反相的相同。
充分理解了这一原理,就能很快理解2DPSK是如何解决载波1800相位模糊问题的,同时将有助于自行创建包含差分编码与译码的2DPSK系统。
实验4相干接收2ASK系统分析
一、系统组成及原理
相干接收2ASK系统组成如图4-1所示:
图4-1相干接收2ASK系统组成
二、创建分析
根据图4-2所示系统,在SystemView系统窗下创建仿真系统,首先设置时间窗,运行时间:
0-0.3秒,采样速率:
图4-2仿真系统组成系统
表4-1系统图符块参数设置
Token
编号
Amp=0.5V,Offset=0.5V,Rate=100Hz,Levels=2,Phase=0deg
1,5
2,6
Amp=1V,Freq=3000Hz,Phase=0
Std=0.3V,Mean=0V
=b,True=1,False=0
StepFct
Amp=0.3V,Starttime=0,Offset=0V
12,13,14,15,16,17
/
在系统窗下创建仿真系统,观察指定分析点的波形、功率谱及谱零点带宽,如下图所示:
图4-3Token12-17波形图
图4-4Token12功率谱
图4-5Token13功率谱
图4-6Token14功率谱
图4-7Token15功率谱
图4-8Token16功率谱
图4-9Token17功率谱
修改PN码为双极性极性码(Amp=1V,Offset=0V),并重新观测如下图:
图4-10修改PN码后的Token12-17波形图
改变噪声强度后,观察解调波形的变化,体会噪声对数据传输质量的影响。
图4-11改变噪声强度后的波形图
实验52FSK系统分析
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;
及
。
要求创建符合CCITTV.23建议的2FSK仿真系统,调制采用“载波调频法”产生CP-2FSK信号,解调采用“锁相鉴频法”。
为了提高接收端的抗干扰能力,对于滤波器输出的电压采用“采样+判决”的处理。
在本实验中,可在同样噪声干扰时比较仅采用“判决”的波形整形方式与“采样+判决”的处理方式的效果。
图5-12FSK仿真系统组成
在SystemView系统窗下创建仿真系统,设置时间窗,运行时间:
0-0.1秒,采样速率:
组成系统如图5-2,各元件参数如表5-1所示。
图5-22FSK仿真系统组成
表5-12FSK仿真系统中各图符块的参数设置
Amp=1V,Offset=0V,Rate=1200Hz,Levels=2
Amp=1V,F=1700Hz,
ModGain=400Hz/V
Std=0.1V,Mean=0V
ButterworthBandpassIIR,5Poles,LowFc=200Hz,HiFc=3400Hz
ButterworthLowpassIIR,1Poles,Fc=600Hz
Amp=2V,F=1700Hz,
ModGain=800Hz/V
ButterworthLowpassIIR,9Poles,Fc=1200Hz
Inputfromtoken0
Inputfromtoken1
Inputfromtoken4
Inputfromtoken6
13
Inputfromtoken8
14
Interpolating,Rate=1200Hz,
15
LastValue,Gain=2,
OutRate=10000Hz
16
Inputfromtoken15
17
=b,True=1V,False=-1V,
Ainput=token15,Binput=token18
18
Amp=1V,F=0Hz
19
Inputfromtoken17
20
Ainput=token8,Binput=token18
21
Inputfromtoken20
在系统窗下创建仿真系统,观察各接收分析器的时域波形,以及Token10的功率谱,如下图所示:
图5-3各接收分析器的时域波形
图5-4Token10的功率谱
在高斯噪声强度较小时,观察各接收分析器的时域波形:
图5-5高斯噪声强度较小时各接收分析器的时域波形
将Token3的标准偏差(StdDeviation)加大到0.4V,再观察Token19和Token21的时域波形:
图5-6Token19的波形图
图5-7Token21的波形图
实验6相干接收2PSK系统分析
本实验安排了2PSK和2DPSK系统分析内容。
在分析中,除巩固二进制移相键控系统的工作原理外,应特别注意2DPSK系统是如何解决同步载波180°
相位模糊问题的。
图6-12PSK仿真系统组成
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同步的本地载波源(直接复制图符块)。
另外,本实验中暂不考虑同步提取问题。
组成系统如图6-2,各元件参数如表6-1所示。
图6-22PSK仿真系统组成
表6-12PSK仿真系统中各图符块的参数设置
Amp=1V,Offset=0V,Rate=100Hz,Levels=2
Amp=1V,Freq=3000Hz,Phase=0,
Output1=Cosin
StdDev=0.5V,Mean=0V
LastValue,Gain=1,
Amp=0V,Freq=0Hz
12-17
在系统窗下创建仿真系统,分别观察Token12、13、14、15、16、17的时域波形,以及Token13的2PSK信号功率谱结构及谱零点带宽,如下图所示:
图6-3各接收分析器的时域波形
图6-4Token13的功率谱
将高斯噪声源的标准差增大到1V,将两种系统的输入码序列与解调码序列进行对比,观察各接收分析器的时域波形:
图6-5高斯噪声强度较大时Token12输入码序列的时域波形
图6-6高斯
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