北京理工大学通信电路软件实验.docx
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北京理工大学通信电路软件实验.docx
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北京理工大学通信电路软件实验
本科实验报告
实验名称:
通信电路与系统软件实验
课程名称:
通信电路与系统软件实验
实验时间:
任课教师:
实验地点:
实验教师:
实验类型:
□原理验证
□综合设计
□自主创新
学生姓名:
学号/班级:
组号:
学院:
信息与电子学院
同组搭档:
专业:
电子信息工程
成绩:
实验一简单基带传输系统分析
一、分析内容
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,低通型信道噪声为加性高斯噪声(标准差=0.3v)。
要求:
1.观测接收输入和滤波输出的时域波形;
2.观测接收滤波器输出的眼图。
二、分析目的
掌握观察系统时域波形,特别是眼图的操作方法。
三、系统组成及原理
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、实验步骤及实验结果
第1步:
进入SystemView系统视窗,设置“时间窗”参数如下:
1运行时间:
StartTime:
0秒;StopTime:
0.5秒;
②采样频率:
SampleRate:
10000Hz。
第2步:
调用图符块创建如图2-1-2所示的仿真分析系统:
图2-1-2创建的简单基带传输仿真系统
系统中各图符块的设置如表2-1-1所示:
表2-1-1
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
Comm
PulseShape
Hanning,TimeOffset=0sec,PulseWidth=0.01sec,StdDev=0.15v.
2
Adder
--
--
3
Source
GaussNoise
StdDev=0.3v,Mean=0v.
4
Operator
LinearSys
ButterworthLowpassIIR,5Poles,Fc=200Hz.
5
Operator
Sampler
Interpolating,Rate=100Hz,Aperture=0sec,
ApertureJitter=0sec,
6
Operator
Hold
LastValue,Gain=2,OutRate=10.e+3Hz
7
Operator
Compare
Comparison=’>=’,TrueOutput=1V,FalseOutput
=0v,Ainput=t6Output0,Binput=t8Output0
8
Source
Sinusoid
Amp=0v,Freq=0Hz,Phase=0deg
9
Sink
Analysis
Inputfromt0OutputPort0
10
Sink
Analysis
Inputfromt1OutputPort0
11
Sink
Analysis
Inputfromt4OutputPort0
12
Sink
Analysis
Inputfromt7OutputPort0
其中,Token1为高斯脉冲形成滤波器;Token3为高斯噪声产生器,设标准偏差StdDeviation=0.3v,均值Mean=0v;Token4为模拟低通滤波器,来自选操作库中的“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,进一步单击“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显示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,如图2-1-2所示:
图2-1-2(a)代表信源的PN码输出波形
图2-1-2(b)经高斯脉冲形成滤波器后的码序列波形
图2-1-2(c)信道输出的接收波形
图2-1-2(d)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,在右侧窗口内压住左键选中“w4:
PowerSpectrumofSink9”和“w5:
PowerSpectrumofSink10”信息条,使之变成反白显示,最后单击OK按钮即可显示出对比功率谱,如图2-1-3所示。
图2-1-3PN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,单击“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,两个眼图如图2-1-4所示。
图2-1-4(a)信道输入眼图
图2-1-4(b)输出信号眼图
从上述眼图可以看出,经高斯滤波器形成处理后的基带信号远比PN码信号平滑,信号能量主要集中于10倍码率以内,经低通型信道后信号能量损失相对小一些。
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,眼图会发生明显变化,甚至产生明显的接收误码。
五、心得体会
该简单基带传输系统的基本原理是,由PN码发生器产生数据信源,通过形成滤波器后进入信道,在信道中叠加高斯噪声,然后通过低通滤波器,再由接收端进行接收判决,还原信号。
由PN码和波形形成器输出功率谱对比图可以看出,经过波形形成器后信号功率更多的集中在低频段,这样可以使能量损失更小。
由信道输入和输出信号眼图可以看出,输出信号的眼图比信道输入眼图要差,这是信道的不理想和叠加噪声的影响造成的,改变信道特性和噪声强度,眼图会发生明显变化,接收端误码率也会相应增大。
通过本次实验,我熟悉了SystemView软件的基本操作,功率谱比较、眼图等使我对简单基带传输系统有了形象化的理解。
实验二相干接收2ASK系统分析
一、实验目的
进一步熟悉软件操作步骤及系统分析方法。
二、系统工作原理
相干接收2ASK系统组成如图3-1-1所示:
三、上机操作步骤
根据图3-1-1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:
10000Hz。
①组成系统如图3-1-2所示:
图3-1-2仿真系统组成系统
②图符块参数参数设置:
Token0:
双极性二进制基带码源(PN码),参数:
Amp=0.5v;Offset=0.5v;Rate=100Hz;No.ofLevel=2;
Token1:
乘法器;
Token2:
正弦载波信号源,参数:
Amp=1V;F=3000Hz;Phase=0;
Token3:
加法器;
Token4:
高斯噪声源,参数:
StdDeviation=0.3V;Mean=0V;
Token5:
乘法器;
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=200Hz;
Token8:
Operator,Sampler,参数:
Interpolating,Rate=100Hz,Aperture=0,Jitter=0;
Token9:
Operator,Hold,参数:
LastValue,Gain=1;
Token10:
Operator,Compare,参数:
a>=b,True=1,False=0;
Token11:
Operator,StepFct,参数:
Amp=0.3V,Starttime=0,Offset=0V;
Token12~17:
信宿接收分析器
四、实验结果
1.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:
代表信源的PN码输出波形:
加载波进行调制后的波形:
叠加高斯噪声后的波形:
接收端通过低通滤波器后的波形:
比较
判决输出波形
信源的功率谱如下:
调制信号的功率谱如下:
由功率谱可知,信号的谱零点带宽大约为200Hz,通过加载波调制,信号的中心频率从0变到了3kHz。
基带信号能量主要集中在低频段,而2ASK调制信号的能量则位于载频的3kHz左右,符合信号进过乘法器线性搬移的结果。
2、
(1)PN码改为双极性码后,相应指定分析点信号波形如下:
PN码改为双极性码之后,不能产生2ASK信号,产生的是2PSK数字调制信号。
(2)改变高斯噪声强度为3V,波形如下:
代表信源的PN码输出波形:
解调波形:
把高斯噪声标准差提高到3V,可以观察到解调信号已经有了明显失真,发生了很严重的误码,可见信道噪声越大,误码率越高。
五、心得体会
本次实验中,基带信号功率谱与调制信号的功率谱让我对于频谱的线性搬移有了直观的感受,实验结果也与理论分析结果相符。
改变相关参数,尤其是高斯噪声的强度,实验结果也有相应的改变,我体会到了噪声强弱对于解调信号的影响。
通过本次实验,我对systemview软件的操作更加熟悉,对于相干接收2ASK系统的原理也有了更进一步的理解。
实验三2FSK系统分析
一、实验目的
进一步熟悉软件操作步骤及系统分析方法。
二、2FSK系统组成
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“载波调频法”产生CP-2FSK信号,解调采用“锁相鉴频法”。
系统组成如图3-1-3所示。
三、上机操作步骤
根据图3-1-3所示系统,在SystemView系统窗下建立仿真系统,首先设置时间窗,运行时间:
0-0.3秒,采样速率:
10000Hz,组成系统如图3-1-4所示:
图3-1-42FSK仿真系统组成
Token0:
Source,PNSeq,参数:
Amp=1v,Offset=0v,Rate=1200Hz,No.oflevels=2;
Token1:
Function,FM,参数:
Amp=1v,F=1700Hz,Phase=0,ModGain=400Hz/V;
Token2:
Adder;
Token3:
Source,GaussNoise,参数:
StdDev=0.1V,Mean=0V;
Token4:
Operator,LinearSys,参数:
Butterworth_BPF,No.ofPoles=5,LoCuttoff=300Hz,HiCuttoff=3400Hz;
Token5:
Multiplier;
Token6:
Operator,LinearSys,参数:
Butterworth_LPF、No.ofPoles=1、LoCuttoff=600Hz;
Token7:
Function,FM,参数:
Amp=2V,F=1700Hz,ModGain=800Hz/V;
Token8:
Operator,LinearSys,参数:
Butterworth_BPF、No.ofPoles=9、LoCuttoff=1200Hz;
Token9~13,16,19,21:
信宿接收分析器;
Token14:
Operator,Sampler,参数:
Interpolating,Rate=1200Hz,Aperture=0,Jitter=0;
Token15:
Operator,Hold,参数:
LastValue,Gain=2,OutRate=10000Hz;
Token17:
Operator,Compare,参数:
a>=b,Ainput=t15,Binput=t18,True=1,False=-1;
Token18:
Source,Sinusoid,参数:
Amp=0,F=0;
Token20:
Operator,Compare,参数:
a>=b,Ainput=t8,Binput=t18,True=1,False=-1;
四、实验结果
1.
(1)在系统窗下创建仿真系统,观察各接收分析器的时域波形,体会各图符块在系统中的特殊作用;
各接收分析器的时域波形如下:
信源波形:
调制信号:
加高斯噪声之后再通过巴特沃斯带通滤波器:
解调时通过低通滤波器:
再一次滤波:
比较:
采样判决:
非采样判决:
由实验结果可知,解调信号与输入信号基本一致。
(2)观察接收分析器Token10的功率谱,分析该2FSK信号的主要信号能量是否可以通过话带(300Hz-3400Hz)
Token10的功率谱的功率谱如下:
由Token10的功率谱可知,信号主要能量在800Hz~2200Hz之间,所以基本能通过话带(300Hz-3400Hz)。
2.减小高斯噪声强度为0.01V,各接收分析器的时域波形如下:
信源波形:
调制信号:
加高斯噪声之后再通过巴特沃斯带通滤波器:
解调时通过低通滤波器:
再一次滤波:
比较:
采样判决:
非采样判决:
此时采样判决与非采样判决之间并没有明显差异。
3.增大高斯噪声强度为0.4V,Token19与Token21的时域波形如下:
Token19的时域波形:
Token21的时域波形:
根据实验结果可知,高斯噪声增大后,非采样判决得到的时域波形出现部分误码。
信道噪声增强,输出噪声误码率增大。
4.观察滤波器输出模拟信号(Token13)波形和采样保持输出波形(Token16),体会采样处理环节的作用。
滤波器输出模拟信号(Token13)波形如下:
采样保持输出波形(Token16)如下:
分析:
采样处理环节的作用在于将模拟信号离散化。
一方面,在采样过程中,采样到噪声较大点的概率很小,相当于滤除了大部分噪声;另一方面,采样后的信号进入波形判决比较器时,因为离散所以判决时更准确,与模拟信号相比噪声影响更小,不易导致误码。
五、心得体会
通过两次通信与系统软件实验,我熟悉了systemview软件的基本操作,学会了用软件进行通信系统的计算、仿真。
软件仿真为我们分析系统带来了很大的便捷,省去了手工作图计算等的麻烦,极大地提高了效率。
本次实验让我及时复习了锁相鉴频法,各个分析点的时域波形让我对锁相环有了形象化的认知,加深了我对锁相环路的理解。
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- 关 键 词:
- 北京理工大学 通信 电路 软件 实验