基于SystemView的通信原理软件实验

..通信原理实验报告题目：基于SystemView的通信原理软件实验实验一低通抽样定理的验证实验目的：利用SystemView模拟来验证低通抽样定理。熟悉SystemView的基本操作,学会基本的分析方法。实验原理：奈奎斯特第一准则：,该式的物理意义是:基带系统的传输特性沿轴平移再相加起来,在区间叠加的结果为一条水平直线,即为一固定数值。则理想低通信道的最高码元传输速率等于2WBaud。抽样定理是模拟信号数字化的理论基础,对上限频率为fH的低通型信号,低通抽样定理要求抽样频率应满足：其中,对于恒定频谱的冲激函数,通过低通滤波产生低通型信号,再进行低通抽样,最后滤波重建原始信号。仿真分析时,三路信号的频率分别设为10Hz、12Hz和14Hz,设置低通滤波器的上限频率为14Hz,,低通抽样频率选为50Hz。实验步骤：设置"时间窗"参数：运行时间：StartTime:0秒；StopTime:1.5秒；采样频率：SampleRate=100Hz。创建的仿真分析系统图：参数配置信源：3组正弦,f1=10Hz.f2=12Hz.f3=14Hz抽样：f=50Hz模拟低通滤波器：截止频率=50Hz加法器：将3个信源信号叠加乘法器：加入抽样3个分析窗：三路正弦相加获得的原信号、抽样获得的信号和恢复后获得的信号运行并观察结果实验结果：运行后,获得的实验结果如下所示：分别为三路正弦相加获得的原信号、抽样获得的信号和恢复后获得的信号实验分析与讨论：当抽样频率小于最高频率的2倍时,由于无法获得原信号一个周期内的完整信息,所以在对信号恢复的会产生误差,如图显示会将两个波峰相连,形成一个波峰,而丢失掉原信号的信息,无法无失真的恢复。当抽样频率大于等于信号最高频率fH的2倍时,经过模拟低通滤波器后的频域波形很多高频分量被滤掉了,防止了强烈的码间干扰,可以恢复出原始信号,此时不会产生频率混淆。实验二奈奎斯特抽样定理的验证实验目的：利用SystemView模拟来验证无码间干扰的奈奎斯特准则。熟悉SystemView的基本操作,学会基本的分析方法。实验原理：验证无码间干扰的奈奎斯特准则：根据无码间干扰基带传输的奈奎斯特准则有：,可以先粗略设计一个,的范围是0到1之间,再由信源确定,最后根据公式确定W的值,从而完成设计。实验步骤：〔一设置"时间窗"参数：运行时间：StartTime:0秒；StopTime:1秒；采样频率：SampleRate=100Hz创建的仿真分析系统图：〔三参数配置基带信号：PN码序列,f=10Hz低通滤波器：升余弦滤波器〔=0模拟信道：FFT滤波器,截止频率为5Hz,过度频率带为1Hz加法器：加入噪声采样器：采样频率为10Hz保持器判决器：判决门限为0电平分析窗：观察原信号和经过限带传输恢复后的信号高斯噪声〔四运行并观察结果、实验结果：当含有升余弦滤波器时,通过无燥信道的结果为：原信号和通过升余弦滤波器,无燥信道并采样判决之后获得的信号此时眼图：在含有升余弦滤波器的同时,将基带信号频率从100Hz提高到150Hz,出现码间干扰,显示结果如下：此时眼图为：〔3在基带频率为150Hz的情况下,加大噪声至无码间干扰：〔4加大滚降系数,出现失真：此时眼图：5、实验分析与讨论：〔1将信号通过升余弦滤波器和限带信道,恢复后可发现系统能较好的恢复原信号,可见升余弦滤波器的重要性〔2在不改变信道的前提下,将输入信号频率改为150HZ〔至少需要10Hz的信道带宽,此时运行模拟电路,获得的实验结果发现有明显的误码。说明限带对原信号的传送和恢复会产生一定的影响。〔3加大噪声,直至出现无码间干扰。可见在不改变信道的前提下,适当的噪声对于系统恢复原始信号有一定的好处。〔4当升余弦滤波器的滚降系数设为0时,信道至少应为5Hz〔在原信号频率为10Hz的条件下,此系统性能良好；在不改变信道的前提下,将滚降系数改为1〔此时我们应该至少需要10Hz的信道带宽,此时运行模拟电路,获得的实验结果发现有明显的误码。说明限带对原信号的传送和恢复会产生一定的影响。〔5眼图中,若系统中"睁开"的眼睛,说明系统性能良好。而当系统性能不好时,眼图将会出现"睁不开"的现象。实验三16QAM的调制与解调实验目的：1、利用SystemView模拟16QAM调制,并观查其星座图；2、利用SystemView模拟16QAM解调,并观查其眼图；3、测试16QAM的性质。实验原理：１．设计思路〔原理：单独使用幅度或相位携带信息时,不能最充分地利用信号平面,主要是由矢量图中信号矢量端点的分布直观地观察到。MASK时,矢量端点在一条轴上分布,MPSK时矢量端点在一个圆上分布。随着M增大,这些矢量端点之间的最小欧氏距离也随之减小。为充分利用信号平面,将矢量端点重新合理分配,则有可能在不减少最小欧氏距离情况下增加信号矢量端点数目,提高频带利用率。基于上面可以引出幅度与相位相结合的调制方式QAM。16QAM技术可有效地利用带宽,并在带宽利用率上比16PSK更有效16QAM即四进制正交幅度调制,它利用载波的16种不同幅度/相位来表示数字信息,把输入的二进制信号序列经过串并变换,映射为一个符号的相位,因此符号率为比特率的1/4。16QAM的调制过程如下：16QAM的解调过程如下：下图表示16QAM的星座图：可以看出16QAM能更加充分利用信号平面,将矢量端点重新合理分配,则有在不减少最小欧氏距离情况下增加信号矢量端点数目,提高频带利用率。实验步骤：〔一设置"时间窗"参数：运行时间：StartTime:0秒；StopTime:1.5秒；采样频率：SampleRate=20,000Hz。〔二创建的仿真分析系统图：调制调制解调调制调制解调〔三参数配置基带信号：PN码序列,f=50Hz;电平=4Level载波：正弦波发生器,f=1000Hz模拟低通滤波器,截止频率=275Hz乘法器加法器分析窗〔四运行并观察结果实验结果：当无噪声时,星座图和眼图显示如下：解调W5、W6的结果：当加入高斯白噪声时,星座图和眼图显示如下：4、当修改线性低通滤波器的带宽时,星座图和眼图如下：5、实验分析讨论：〔1当未加入噪声时,可以非常明显地观察到清晰的星座图和眼图,星座图16的点位置清晰且不外扩,眼图"眼睛"张得非常大且清晰,表明调制系统性能优良；〔2观察W5和W6的解调结果,眼图清楚,说明解调系统性能正常。〔3在加入高斯噪声之后,可以发现星座图已经看不清楚点数,眼图也不清楚眼睛的张开程度。这说明噪声在增加时,系统的误码在逐渐的增加。可以发现16QAM的误码率与星座图两点之间的距离有关,因为加入噪声之后,星座图的点位置会向外扩,当扩大到两星座点有地方重合时,就发生误码,所以,两星座点之间的距离越大的话,QAM的抗燥性能就越好；但同时增大两星座点之间的距离就需要加大发射功率,所以两者之间是需要找到一个平衡点的。〔4当减小带宽时,观察星座图和眼图的变化。可发现星座图点的位置没有什么大的变化,但是眼图的睁开度却减小了,可以得出限带对原信号的恢复以及解调会产生影响。实验四BPSK的调制与解调实验目的：利用SystemView模拟BPSK调制,并观查其星座图；利用SystemView模拟BPSK解调,并观查其眼图；测试BPSK的性质。实验原理：二进制相移键控〔2PSK就是根据数字基带信号的两个电平,使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。通常,两个载波相位相差π弧度,故有时又称为反相键控〔PRK。如果被调制的二进制信号是用正负电平表示,那么,2PSK与双边带抑制载波调幅〔DSB是完全等效的。因此,PSK信号可以写成如下形式：SPSK<t>=A∙a<n>∙cos<0t+>调制部分：在2PSK中,通常用相位0或180来分别表示1或-1。在这里用调相法来生成2PSK:将数字信号与载波直接相乘。这也是DSB信号产生的方法。SBPSK<t>=cos<0t+i>,i=0或Acos<0t>a<n>=1SBPSK〔t=Acos<0t>a<n>=-1其原理框图如下所示：基带信号a<n>调制信号SBPSK〔t载波Acos<0t>2.解调部分：BPSK必须采用相干解调,如何得到同步载波是个关键问题。LPF其原理框图如下所示：LPFSBPSK<t>解调信号â〔n本地载波Acos<0t>实验步骤：〔一设置"时间窗"参数：运行时间：StartTime:0秒；StopTime:0.5秒；采样频率：SampleRate=20,000Hz。创建的仿真分析系统图：〔三参数配置基带信号：PN码序列频率=50Hz,电平=2Level载波：正弦波发生器,频率=1000Hz乘法器低通滤波器：截止频率=225Hz采样器：f=50Hz保持器判决器,判决门限为0分析窗〔四运行并观察结果4、实验结果：在未加入噪声的前提下原信号和相干解调：在未加入噪声的前提下,在相干解调中引入相移,会出现反相：3、加入高斯白噪声,出现译码错误：5、实验分析讨论：〔1可以发现在无燥声的前提下,用相干解调可以获得不失真的原信号。〔2在相干解调中引入相位差,会发现严重状态下可能会出现反相。在现实中,用相干的方法很难获得同频同相的载波,所以大致引入相位误差,观察可发现产生了剧烈的变化。此时可考虑用科斯塔斯环解决提取载波同频同相的问题〔3加入高斯噪声,发现出现了译码错误。相干解调的系统抗噪声性能比较差,系统出现问题。此时可以考虑用科斯塔斯环解调解决问题。实验五ASK的调制与解调实验目的：利用SystemView模拟ASK调制,并观查其星座图；利用SystemView模拟ASK解调,并观查其眼图；测试ASK的性质。实验原理：1、调制部分：二进制幅度键控的调制器可用一个相乘器来实现。对于OOK信号,相乘器则可以用一个开关电路来代替。调制信号为1时,开关电路导通,为0时切断。OOK信号表达式：SOOK<t>=a<n>Acos<0t>A：载波幅度0：载波频率a<n>:二进制数字信号其原理框图如下所示：基带信号a<n>调制信号SOOK<t>载波Acos<0t>2.解调部分：解调有相干和非相干两种。非相干系统设备简单,但在信噪比较小时,相干系统的性能优于非相干系统。这里采用相干解调。低通滤波器其原理框图如下所示：低通滤波器OOK<t>解调信号â〔n载波Acos<0t>实验步骤：〔一"时间窗"参数：运行时间：StartTime:0秒；StopTime:1秒；采样频率：SampleRate=1,000Hz。〔二创建仿真电路：解调调制解调调制〔三参数配置：基带信号,PN码序列,f=50Hz,电平=0.5level,偏移=0.5V乘法器载波:正弦波发生器,f=100Hz模拟低通滤波器,截止频率=225Hz采样器,f=50Hz保持器判决器,判决门限为0.5v阶跃信号,幅值为0.5V分析窗〔四运行并分析结果实验结果：为引入噪声的原信号、包络检波解调和相干解调,其结果如下：原信号和调制信号：原信号和解调信号：引入噪声的原信号和解调信号实验分析讨论：此次试验本要用相干解调来做,但考虑到包络检波法的抗噪性能更强,所以能更好恢复原信号。至于包络检波,是需要带通滤波器和判决器才能协同完成的。设计中注意分析窗可能会因为比例不同而无法显示。同时,加入采样和保持能使信号得到较好的波形恢复。实验建议：总体来说,软件实验比硬件实验情况要好些,因为多了更多参数设置的具体数量调节,而不是对实验仪器好坏的判断。总的感觉就是