通信电路与系统软件实验报告

1、北京理工大学 通信电路与系统软件实验 版权所有，严禁抄袭 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：通信电路与系统实验时间：任课教师：实验地点：4-342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：信息工程成 绩：实验一 数字通信系统仿真（一）简单基带传输系统分析一、实验目的掌握利用system view仿真软件观察系统时域波形，重点学习和掌握观察眼图的操作方法。二、实验原理 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，系统框图如下：加性高斯低通型信道 低通 接受判

2、决形成滤波器PN码发生器高斯噪声源三、实验内容构造一个简单示意性基带传输系统。以双极性PN码（伪噪声Pseudo-Noise: PN）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.观测接受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。四、系统参数及系统框图五、实验结果各分析窗的输出波形如下：功率谱合成如下：输入信号眼图：输出信号眼图：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码信号平滑，信号能量主要集中在倍码率以内，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

3、将比输入的差些，改变信道特性和噪声强度，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。（二）利用Costas环解调2PSK信号分析一、实验目的1.通过system view仿真分析和理解Costas环解调系统功能和特点；2.进一步熟悉仿真软件的操作与使用。二、实验原理2PSK调制和Costas环解调系统组成如下：低通u1t uItPN码产生器cosct+eLFVCOm（t）x（t）低通载波产生器cosctsinct+eu2t uQt其中： xt=mtco

4、sct u1t=mtcosctcosct+e=12mtcose+cos(2ct+e) u2t=mtcosctsinct+e=12mtsine+sin(2ct+e)经过低通滤波器后，得到的同相分量和正交分量分别为：uIt=12mtcoseuQt=12mtsine 通常，环路锁定后，e很小（在仿真分析是可设为0）。显然，同相分量uIt=0.5mt，正交分量uQt=0，这就是说，只有同相输出分量才包含解调信息。实际上，Costas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。三、实验内容 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

5、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。四、系统参数及系统框图五、实验结果 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 ）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。（三）二进制差分编码/译码器分析一、实验目的通过分析理解差分编码/译码的基本工作原理二、实验原理在实际差分编/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。在SYSTEMVIEW中，差分编码器中的延迟环节不直接使用D触发器反而更方便。an+dndnandn-1d

6、n-1D Q CK 发送码时钟Q D CK位同步时钟三、实验内容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 Rb 100bit/s。分别观测绝对码序列、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相的，以便为分析 2DPSK 原理做铺垫。四、系统参数及框图Token编号Attribute属性Type类型Parameters图符块参数设置0SourcePN SeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=100hz,level=2,Phase=01OperatorSamplerInterpolating,Rate=100hz,Aperture=0,

7、Jitter=02,7OperatorXORThreshold=0v,True=1,False=-13OperatorGainGain Units=Linear,Gain=14,9OperatorHoldLast Value,Gain=15,8OperatorSamplerInterpolating,Rate=10000hz,Aperture=0,Jitter=06OperatorSmpl DelayFill Last Register,Delay=100Sampies10,11,12SinkAnalysis/五、实验结果加反相器后：由于系统中数字采样延迟图符块（Token6）的输入接采样器图

8、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，故其延迟采样点数目应设置为100。编/译码结果一致。实验二 二进制键控系统分析（一）相干接收2ASK系统分析一、实验目的进一步熟悉软件的主要操作步骤以及系统分析方法。二、实验原理信道滤波采样判决二进制基带信号an an 载 波噪 声载 波Acosct Acosct三、实验内容 1、在系统窗下创建仿真系统，观察制定分析点的波形，功率谱及谱零点带宽； 2、改变原件参数设置，观察仿真结果，如果PN码改为双极性码（Amp=1v，Offset

9、=0v），能产生2ASK信号吗？此时产生的是什么数字调制信号？改变高斯噪声强度，观察解调波波形变化，体会噪声对数据传输质量的影响； 3、进一步熟悉软件的主要操作步骤。四、系统参数及框图设置时间窗，运行时间：0-0.3秒，采样速率：10000hzToken编号Attribute属性Type类型Parameters图符块参数0SourcePN SeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=100Hz,Level=21,5Multiplier-2,6AdderSinusoidAmp=1V,Freq=1000Hz,Phase=03Source-4OperatorGauss NoiseStd Dev

10、=0.5V,Mean=0V7OperatorLinear SysButterworth_Lowpass IIR,5 Poles,Fc=200Hz8OperatorSamplerInterpolating,Rate=100Hz,Ape=0,Jitter=09OperatorHoldLast Value,Gain=110OperatorComparea=b,Ture=1,False=011SourceStep FctAmp=0.3v,Start time=0,Offset=0v12,13,1415,16,17SinkAnalysis-五、实验结果1、时域波形：功率谱：由图可知，谱零点带宽约为200

11、Hz。2、双极性码：此时，不能产生2ASK信号，此时产生的是2FSK调制信号。改变噪声强度：Std Dev=1v由图可以看到，噪声加大时，解调信号可能会出现误码的情形。（二）锁相环解调2FSK系统分析一、实验目的熟悉软件操作步骤二、实验原理PN码发生器FMPDLFVCO噪声LPF调制信道解调解调输出为了提高接收端的抗干扰能力，对于接收滤波器输出的模拟电压通常采用“采样+判决”的处理方式。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。在以下三方面要提醒读者：1、在此2FSK仿真系统中，对2FSK这种数字调频信号的解调采用了PLL，应为PLL的一个

12、重要应用功能就是鉴频功能，而且它比普通鉴频器的鉴频门限第45DB2、PLL的环路滤波器输出为鉴频输出，并通过进一步的低通滤波后分两路到“采样+判决”和“无采样判决”处理环节，前一种处理方式是规范的，但实际接受系统中的采样时钟应是位同步的提取时钟。3、解调器输出应该是二进制的逻辑电平，每个接受码元的0/1转台是依靠滤波器输出信号的复读来判决得到的，单滤波器输出信号为幅度伴有噪声和失真的模拟信号，幅度转台随机性很大，通过“采样”处理可以大大降低噪声和失真的随机性，提高判决的正确性；没有采样处理的直接判决整形方式不利于提高判决的正确性，读者可以讲构造系统中的信道高斯噪声图符块的标准偏差改为0.4V，

13、在观察TOKEN19 TOKEN21的波形就会发现这两种判决处理在性能上的差别。三、实验内容 1、在系统窗下创建仿真系统，观察各接受分析器的时域波形，体会各图符块在系统中的特殊作用，观察分析器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）； 2、在高斯噪声强度较小时，观察各分析接收器的时域波形； 3、将Token3的标准偏差加大到0.4v，再观察Token19和Token21的时域波形，思考并解释分析结果； 4、观察滤波器输出模拟信号波形和采样保持输出波形，体会采样处理环节的作用。四、系统参数及框图 设置时间窗，运行时间0-0.1秒，采样频

14、率：10000hz。系统参数如下：Token编号Attribute属性Type类型Parameters图符参数0SourcePN SeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=1200Hz,Level=21FunctionFMAmp=1v,F=1700Hz,Mod Gain=400Hz/v2Adder-3SourceGauss NoiseStd Dev=0.1v,Mean=0v4OperatorLinear SysButterworth_Bandpass IIR,5 Poles,Fc=300Hz,Hi Fc=34005Multiplier-6OperatorLinear SysButter

15、worth_Lowpass IIR,1 Poles,Fc=600Hz7FunctionFMAmp=2v,F=1700Hz,Mod Gain=800Hz/v8OperatorLinear SysButterworth_Lowpass IIR,9 Poles,Fc=1200Hz9SinkAnalysis-10SinkAnalysis-11SinkAnalysis-12SinkAnalysis-13SinkAnalysis-14OperatorSampleInterpolating,Rate=1200Hz,Ape=0v,Jitter=0v15OperatorHoldLast Vaule,Gain=2

16、,Out Rate=10000Hz16SinkAnalysis-17OperatorComparea=b,A Input=t15,B Input=t18,Ture=1,False=-118SourceSinusoidAmp=0v,F=0Hz19SinkAnalysis-20OperatorComparea=b,A Input=t8,B Input=t18,Ture=1,False=-121SinkAnalysis-五、实验结果1.各分析器的时域波形：Token10的功率谱：观察改功率谱可知，其信号功率主要分布在300Hz-3400Hz范围内，因此该2FSK信号主要能量可以通过话带。2、低噪声强

17、度时观察Token19和Token21的时域波形可知，此时没有误码；3、高噪声强度时Token19和Token21的时域波形：由图可知，此时有明显的误码。4、采样保持：（三）相干接收2PSK系统分析一、实验目的熟悉软件的操作；理解2PSK调制解调方法，处巩固二进制移相监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度相位模糊问题的。二、实验原理 对2PSK信号相干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月发送端同步的本地载波源，另外，本实验暂不考虑位同步提取问题。低通滤波采样判决PN码发生器输出载 波载波提

18、取噪 声三、实验内容 1、分析观察Token12/13/14/15/16/17的时域波形，看解调是否正确？观察Token13的2PSK信号功率谱结构及谱零点带宽； 2、从2PSK系统实际上与实验一中的2ASK系统的主要参数几乎相同，将高斯噪声源的标准偏差增大到1v，将两种系统的输入码序列与解调输出码序列进行对比，观察各自的误码是否出现，看看究竟哪种传输系统的抗噪声新能更高； 3、2Psk系统中，接收提取的载波存在180度的相位模糊度，这是载波提取电路存在的故有问题，一旦接收端提取的载波与发送端调制载波倒相，解调出的码序列将全部倒相。重新设置接受载波源的参数，将其中的相位设置为180度，运行后观

19、察解调的结果。四、系统参数及框图 设置系统运行时间：0-0.3秒，采样频率：10000HzToken编号Attribute属性Type类型Parameters图符块参数0SourcePN SeqAmp=1v,Offset=0v,Rate=100Hz,Levels=21,5Multiplier-2,6SourceSinusoidAmp=1v,Freq=3000Hz,Phase=0,Output1=Cosin3Adder-4SourceGauss NoiseStd Dev=0.5v,Mean=0v7OperatorLinear SysButterworth_Lowpass IIR,5 Poles,

20、Fc=200Hz8OperatorSamplerInterpolating,Rate=100Hz,Ape=0,Jitter=09OperatorHoldLast Value,Gain=110OperatorComparea=b,True=1,False=-111SourceSinuslidAmp=0v,Freq=0Hz12，13,14，15,16,17SinkAnalysis-五、实验结果1、时域波形：调制输入和解调输出一致，即解调正确。Token13的功率谱为：2、噪声强度为Std Dev=1v时：2PSK：无误码出现；2ASK：有误码出现；综上，2PSK的抗噪声新能优于2ASK。3、180

21、度相位模糊：设置Token6中Phase=180输出与输入反相。（四）锁相环路仿真分析一、实验目的 更加形象的理解锁相环的工作原理，从而观察到硬件实验不易观察到的实验现象；体会PLL的带通频率提纯作用，以及噪声强队对入锁时间的影响；理解和体会环路带宽对捕捉带的影响。二、实验原理1、PLL系统组成原理锁相环路实质上是一个相位反馈控制调节系统，在通信系统中得到了广泛的应用。基本PLL有鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分构成闭合环路，PD用于检测环路输入和输出信号之间的相位差，并以误差信号给出，LF用于提取误差信号中真正反应相位差变化的低频分量；VCO受控调节震荡频率，随

22、着时间的积累，输出信号相位就发生变化，并且向着减小与输入信号之间相位差的方向调节变化，故相位调节达到环路锁定是需要一定时间的。PLL对信号相位的传递具有低通特性，对信号电压的传递具有带通特性，通带可由LF参数控制，从而可对伴随限带噪声的单频信号起到带通频率提纯作用。LD的3dB带宽虽然通常不直接等于环路闭环相位传输带宽，但LD的3dB带宽越宽，环路带宽也越宽，反之亦然，环路带宽直接影响到入锁时间和捕捉带宽度。注意到，Token0的输出频率为50Hz，VCO图符块起始频率设为49Hz，即有1Hz的频差，VCO图符块的压控灵敏度为5Hz/v，则抵消掉这一Hz的起始频差，环路滤波器输出电压需要上调0

23、.2V；若起始频率设为51Hz，则环路滤波器输出电压要下调0.2Hz，这种调节所需要的时间称为入锁时间，两种情况下的入锁时间大致需要0.8秒。环路锁定后，环路锁定后，环路滤波器输出已变为直流电压。三、实验内容 1、观察环路输入、输出波形，从时域角度看噪声对输入正弦信号的随机调制，以及环路对噪声影响的抑制作用； 2、观察PD和LD输出波形，体会LD在环路中的滤波作用，并粗略估计入锁时间，观察输入和输出组合信号波形，看信号相位和频率的调节过程； 3、观察输入和输出组合信号波形的功率谱，看环路的频率提纯作用； 4、观察PD输出和LF输出组合信号的基带功率谱，其中是否有工作频率的二次谐波分量（100Hz），为什么会有此频率分量楚翔； 5、不断改变VCO的其实频率，建议从47Hz到53Hz，如果LF输出为连续震荡波形，则环路失锁，如经过调节最终可达直流即为入锁，测出改环路的捕捉带（约5Hz）； 6、固定LF的上限截止频率，改变高斯噪声