北理工通信電路與系統(tǒng)軟件實驗(共40頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗1 簡單基帶傳輸系統(tǒng)分析舉例一、分析內(nèi)容構(gòu)造一個簡單示意性基帶傳輸系統(tǒng)。以雙極性PN碼發(fā)生器來模擬一個數(shù)據(jù)信源，碼速率為100bit/s，低通型信道噪聲為加性高斯噪聲(標準差=0.3V)。要求：1. 觀測接收輸入和濾波輸出的時域波形；2. 觀測接收濾波器輸出的眼圖。二、分析目的掌握觀察系統(tǒng)時域波形，重點學(xué)習(xí)和掌握觀察眼圖的操作方法。三、系統(tǒng)組成及原理簡單的基帶傳輸系統(tǒng)原理框圖如下所示，該系統(tǒng)并不是無碼間干擾設(shè)計的，為使基帶信號能量更集中，形成濾波器采用高斯濾波器。圖1-1 簡單基帶傳輸系統(tǒng)組成框圖四、創(chuàng)建分析第1步：進入System View系統(tǒng)視窗，設(shè)置“時間窗

2、”參數(shù)如下：運行時間：Start Time:0秒；Stop Time:0.5秒。采樣頻率：Sample Rate:10000Hz。第2步：調(diào)用圖符塊創(chuàng)建如下圖所示的仿真分析系統(tǒng)：圖1-2 創(chuàng)建的簡單基帶傳輸仿真分系統(tǒng)系統(tǒng)中各圖符塊的設(shè)置如表1-1所示：表格1-1Token編號Attribute屬性Type類型Parameters參數(shù)設(shè)置0SourcePN SeqAmp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz，Levels=2，Phase=0 deg1CommPulse ShapeGaussian，Time Offset=0，Phlse Width=0.01sec，Std Dev=0.1

3、5V2Adder-3SourceGauss NoiseStd Dev=0.3V，Mean=0V4OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR，5 Poles，F(xiàn)c=200Hz5OperatorSamplerInterpolating，Rate=100Hz，Aperture=0 sec，Aperture Jitter=0 sec6OperatorHoldLast Value，Gain=27OperatorComparea>=b，True Output=1V，F(xiàn)alse Output=1V，A input=token6 Output0，B input=t

4、oken8 Output08SourceSinusoidAmp=0V，F(xiàn)req=0Hz，Phase=0 deg9SinkAnalysisInput from token0 Output Port010SinkAnalysisInput from token1 Output Port011SinkAnalysisInput from token4 Output Port012SinkAnalysisInput from token7 Output Port0其中，Token1為高斯脈沖形成濾波器；Token3為高斯噪聲發(fā)生器，設(shè)標準偏差Std Deviation=0.3V，均值Mean=0V；T

5、oken4為模擬低通濾波器，它來自操作庫中的“LinearSys”圖符按鈕，在設(shè)置參數(shù)時，將出現(xiàn)一個設(shè)置對話框，在“Design”欄中單擊Analog按鈕，進一步點擊“Filter PassBand”欄中Lowpass按鈕，選擇Butterworth型濾波器，設(shè)置濾波器極點數(shù)目：No.of Poles=5（5階），設(shè)置濾波器截止頻率：LoCuttoff=200Hz。第3步：單擊運行按鈕，運算結(jié)束后按“分析窗”按鈕，進入分析窗后，單擊“繪制新圖”按鈕，則Sink9-Sink12限時活動窗口分別顯示出“PN碼輸出”、“信道輸入”、“信道輸出”和“判決比較輸出”時域波形。如下列波形圖所示：圖1-3

6、Sink9_代表信源的PN碼輸出波形圖1-4 Sink10_經(jīng)高斯脈沖形成濾波器后的碼序列波形圖1-5 Sink11_信道輸出的接收波形圖1-6 Sink12_判決比較輸出波形第4步：觀察信源PN碼和波形形成輸出的功率譜。通過兩個信號的功率譜可以看出，波形形成后的信號功率譜主要集中在低頻端，能量相對集中，而PN碼的功率譜主瓣外的分量較大。在分析窗下，單擊信宿計算器按鈕，在出現(xiàn)的“System Sink Calculator”對話框中單擊Spectrum按鈕，分別得到Sink9和Sink10的功率譜窗口（w4:和w5:）后，可將這兩個功率譜合成在同一個窗口中進行對比，具體操作為：在“System

7、 Sink Calculator”對話框中單擊Operators按鈕和Overlay Plots按鈕，在右側(cè)窗口內(nèi)按住左鍵選中w4和w5兩個信息條，單擊OK按鈕即可顯示出對比功率譜。如下圖所示：圖1-7 PN碼和波形形成器輸出功率譜對比第5步：觀察信道輸入和輸出信號眼圖。眼圖仍然是時域波形，它是衡量基帶傳輸系統(tǒng)性能的重要實驗手段。當屏幕上出現(xiàn)波形顯示活動窗口（w1:Sink10和w2:Sink11）后，點擊“System Sink Calculator”對話框中的Style和Time Slice按鈕，設(shè)置好“Start timesec”和“Lengthsec”欄內(nèi)參數(shù)后單擊該對話框內(nèi)的OK按鈕

8、即可。兩個眼圖如下圖所示：圖1-8 信道輸入眼圖圖1-9 信道輸出眼圖從上述仿真分析可以看出：經(jīng)高斯濾波器形成處理后的基帶信號波形遠比PN碼信號平滑，信號能量主要集中于10倍碼率以內(nèi)，經(jīng)低通型限帶信道后信號能量損失相對較小，由于信道的不理想和疊加噪聲的影響，信道輸出眼圖將比輸入的差些，改變信道特性和噪聲強度（如Std Dev=1V），眼圖波形將發(fā)生明顯畸變，接收端誤碼率肯定相應(yīng)增大。 由此可見，基帶傳輸系統(tǒng)中不應(yīng)直接傳送方波碼序列信號，應(yīng)經(jīng)過波形形成，從而使信號能量更為集中，并通過均衡措施達到或接近無碼間干擾系統(tǒng)設(shè)計要求。另外，眼圖觀察法的確是評測基帶系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的簡便有效實驗方法。

9、實驗2 利用Costas環(huán)解調(diào)2PSK信號分析舉例一、分析內(nèi)容Costas環(huán)是一個由同相與正交支路構(gòu)成的鎖相環(huán)路，對2PSK信號進行解調(diào)是其主要功能之一。構(gòu)造一個2PSK信號調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，利用Costas環(huán)對2PSK信號進行解調(diào)，以雙極性PN碼發(fā)生器模擬一個數(shù)據(jù)信源，碼速率為50bit/s，載波頻率為100Hz。以PN碼作為基準，觀測環(huán)路同相支路輸出和正交支路輸出的時域波形。二、分析目的通過分析理解Costas環(huán)的解調(diào)功能和特點。三、系統(tǒng)組成及原理2PSK調(diào)制和Costas環(huán)解調(diào)系統(tǒng)組成如圖2-1所示。圖2-10 2PSK調(diào)制和Costas環(huán)解調(diào)系統(tǒng)其中：經(jīng)過低通濾波器后，得到的同相分量和正交

10、分量分別為：通常，環(huán)路鎖定后很?。ㄔ诜抡娣治鰰r可設(shè)為0）。顯然，同相分量，正交分量近似為0，這就是說，只有同相輸入分量才包含解調(diào)信息。實際上，Costas環(huán)可以同時完成載波同步提取和2PSK信號解調(diào)，這與常用的平方環(huán)有所不同。四、創(chuàng)建分析第1步：進入System View系統(tǒng)視窗，設(shè)置“時間窗”參數(shù)如下：運行時間：Start Time:0秒；Stop Time:1秒。采樣頻率：Sample Rate:5000Hz。第2步：調(diào)用圖符塊創(chuàng)建如圖2-2所示的仿真分析系統(tǒng)。與前邊創(chuàng)建的仿真系統(tǒng)比較，出現(xiàn)了幾個“圖符參數(shù)便簽”。生成“圖符參數(shù)便簽”的操作方法如下：在全部圖符塊參數(shù)確定后，執(zhí)行“NoteP

11、ads>>Copy Token Parameters to NotePad”菜單命令，再用附著了“Select”條框的鼠標單擊某個圖符塊，立刻生成該圖符塊的“圖符便簽參數(shù)”。單擊便簽框使之激活，拉動四邊上的“操作點”可調(diào)節(jié)其幾何尺寸；用鼠標壓住便簽框，使之顯示略微變暗，可移動其位置。圖2-11 創(chuàng)建的簡單基帶傳輸仿真分析系統(tǒng)系統(tǒng)中各圖符塊的設(shè)置如下表所示：表2-2Token編號Attribute屬性Type類型Parameters參數(shù)設(shè)置0SourcePN SeqAmp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz，Levels=2，Phase=0 deg1,2,3,11Mult

12、iplier-4,5OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR，4 Poles，F(xiàn)c=100Hz6OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR，1 Poles，F(xiàn)c=100Hz7FunctionFMAmp=1V，F(xiàn)req=1000Hz，Phase=0 degMod Gain=5Hz/V8SinkAnalysisInput from token0 Output Port09SinkAnalysisInput from token4 Output Port010SinkAnalysisInput from token5

13、Output Port012SourceSinusoidAmp=1V，F(xiàn)req=1000Hz，Phase=0 deg第3步：創(chuàng)建完仿真系統(tǒng)后，單擊運行按鈕，分別由Sink8、Sink9和Sink10顯示PN碼、同相分量和正交分量的時域波形，如下圖所示。圖2-12 Sink8_PN碼的時域波形圖2-13 Sink9_同相分量的時域波形圖2-14 Sink10_正交分量的時域波形由仿真結(jié)果明顯看出，Costas環(huán)的同相分量（同相支路低通濾波器輸出）即為數(shù)據(jù)解調(diào)輸出，而正交分量（正交支路低通濾波器輸出）中沒有解調(diào)信息。實驗3 二進制差分編碼/譯碼器分析舉例一、分析內(nèi)容創(chuàng)建一對二進制差分編碼/譯碼器，

14、以PN碼作為二進制絕對碼，碼速率100bit/s。分析觀測絕對碼序列、差分編碼序列、差分譯碼序列，并觀察差分編碼是如何克服絕對碼全部反向的，以便為第三部分中2DPSK原理分析的實驗做鋪墊。二、分析目的通過分析理解差分編碼/譯碼的基本工作原理。三、系統(tǒng)組成及原理二進制差分編碼器和譯碼器組成如圖3-1所示，其中：為二進制絕對碼序列，為差分編碼序列。在實際差分編/譯碼器中，將碼序列延遲一個碼元間隔通常是利用D觸發(fā)器完成的。圖3-15應(yīng)當說明，在System View中，差分編碼器中的延遲環(huán)節(jié)不直接使用D觸發(fā)器反而更為方便，而差分譯碼器中的延遲環(huán)節(jié)最好利用操作庫中的“數(shù)字采樣延遲圖符塊”。四、創(chuàng)建分析

15、第1步：進入System View系統(tǒng)視窗，設(shè)置“時間窗”參數(shù)如下：運行時間：Start Time:0秒；Stop Time:0.3秒。采樣頻率：Sample Rate:10000Hz。第2步：首先創(chuàng)建如圖3-2所示的二進制差分編碼/譯碼器仿真分析系統(tǒng)。系統(tǒng)中各符塊參數(shù)設(shè)置如表3-1所示。圖3-16 二進制差分編碼/譯碼器仿真分析系統(tǒng)表3-3Token編號Attribute屬性Type類型Parameters參數(shù)設(shè)置0SourcePN SeqAmp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz，Levels=2，Phase=0 deg1OperatorSamplerInterpolating

16、，Rate=100Hz，Aperture=0，Jitter=02,7OperatorXORThreshold=0V，True=1，F(xiàn)alse=-13OperatorGainGain Units=Linear，Gain=14,9OperatorHoldLast Value，Gain=15,8OperatorSamplerInterpolating，Rate=10000Hz，Aperture=0，Jitter=06OperatorSmpl DelayFill Last Register，Delay=100 Samples10SinkAnalysisInput from token0 Output

17、Port011SinkAnalysisInput from token4 Output Port012SinkAnalysisInput from token9 Output Port0由于系統(tǒng)中的數(shù)字采樣延遲符塊（Token6）的輸入接采樣器圖符塊（Token5）輸出，Token5的采樣頻率為10000Hz，絕對碼時鐘頻率為100Hz，Token6的作用是將碼序列延遲一個碼元并與前邊采樣塊的采樣頻率相關(guān)，故延遲的采樣點數(shù)目應(yīng)設(shè)置為100。第3步：觀察編、譯碼結(jié)果。在分析窗下，差分編碼器輸入（絕對碼）、差分編碼器輸出及差分譯碼器輸出分別由Sink10、11、12給出，如圖所示。顯然，此時差分編

18、碼的基本規(guī)律是：逢絕對碼1時邏輯電平反轉(zhuǎn)，逢絕對碼0時邏輯電平不變。圖3-17 Sink10_差分編碼器輸入波形圖3-18 Sink11_差分編碼器輸出波形圖3-19 Sink12_差分譯碼器輸入波形第4步，得到仿真結(jié)果后，將差分編碼器與差分譯碼器之間插入一個非門（NOT），再看仿真結(jié)果?？梢杂^察到，差分編碼和譯碼方式可以克服編碼輸出序列的全反相，差分譯碼序列與不反相的相同。充分理解了這一原理，就能很快理解2DPSK是如何解決載波1800相位模糊問題的，同時將有助于自行創(chuàng)建包含差分編碼與譯碼的2DPSK系統(tǒng)。實驗4 相干接收2ASK系統(tǒng)分析一、系統(tǒng)組成及原理相干接收2ASK系統(tǒng)組成如圖4-1所

19、示：圖4-1 相干接收2ASK系統(tǒng)組成二、創(chuàng)建分析第1步：根據(jù)圖4-2所示系統(tǒng)，在System View系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，首先設(shè)置時間窗，運行時間：0-0.3秒，采樣速率：10000Hz。圖4-2 仿真系統(tǒng)組成系統(tǒng)第2步：調(diào)用圖符塊創(chuàng)建如下圖所示的仿真分析系統(tǒng)：表4-1 系統(tǒng)圖符塊參數(shù)設(shè)置Token編號Attribute屬性Type類型Parameters參數(shù)設(shè)置0SourcePN SeqAmp=0.5V，Offset=0.5V，Rate=100Hz，Levels=2，Phase=0 deg1,5Multiplier-2,6SourceSinusoidAmp=1V，F(xiàn)req=3000Hz，

20、Phase=03Adder-4SourceGauss NoiseStd=0.3V，Mean=0V7OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR，5 Poles，F(xiàn)c=200Hz8OperatorSamplerInterpolating，Rate=100Hz，Aperture=0 sec，Aperture Jitter=0 sec9OperatorHoldLast Value，Gain=110OperatorComparea>=b，True=1，F(xiàn)alse=011SourceStep FctAmp=0.3V，Start time=0，Offset=0V

21、12,13,14,15,16,17SinkAnalysis/第3步：在系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，觀察指定分析點的波形、功率譜及譜零點帶寬，如下圖所示：圖4-3 Token12-17波形圖圖4-4 Token12功率譜圖4-5 Token13功率譜圖4-6 Token14功率譜圖4-7 Token15功率譜圖4-8 Token16功率譜圖4-9 Token17功率譜第4步：修改PN碼為雙極性極性碼（Amp=1V，Offset=0V），并重新觀測如下圖：圖4-10 修改PN碼后的Token12-17波形圖第5步：改變噪聲強度后，觀察解調(diào)波形的變化，體會噪聲對數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的影響。圖4-11 改變噪聲強度

22、后的波形圖實驗5 2FSK系統(tǒng)分析一、系統(tǒng)組成及原理以話帶調(diào)制解調(diào)器中CCITT V.23建議規(guī)定的2FSK標準為例，該標準為：碼速率1200bit/s；及。要求創(chuàng)建符合CCITT V.23建議的2FSK仿真系統(tǒng)，調(diào)制采用“載波調(diào)頻法”產(chǎn)生CP-2FSK信號，解調(diào)采用“鎖相鑒頻法”。為了提高接收端的抗干擾能力，對于濾波器輸出的電壓采用“采樣+判決”的處理。在本實驗中，可在同樣噪聲干擾時比較僅采用“判決”的波形整形方式與“采樣+判決”的處理方式的效果。圖5-1 2FSK仿真系統(tǒng)組成二、創(chuàng)建分析在System View系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，設(shè)置時間窗，運行時間：0-0.1秒，采樣速率：10000H

23、z。組成系統(tǒng)如圖5-2，各元件參數(shù)如表5-1所示。圖5-2 2FSK仿真系統(tǒng)組成表5-1 2FSK仿真系統(tǒng)中各圖符塊的參數(shù)設(shè)置Token編號Attribute屬性Type類型Parameters參數(shù)設(shè)置0SourcePN SeqAmp=1V，Offset=0V，Rate=1200Hz，Levels=21FunctionFMAmp=1V，F(xiàn)=1700Hz，Mod Gain=400Hz/V2Adder-3SourceGauss NoiseStd=0.1V，Mean=0V4OperatorLinear SysButterworth Bandpass IIR，5 Poles，Low Fc=200Hz，

24、Hi Fc=3400Hz5Multiplier-6OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR，1 Poles，F(xiàn)c=600Hz7FunctionFMAmp=2V，F(xiàn)=1700Hz，Mod Gain=800Hz/V8OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR，9 Poles，F(xiàn)c=1200Hz9SinkAnalysisInput from token010SinkAnalysisInput from token111SinkAnalysisInput from token412SinkAnalysisInput fr

25、om token613SinkAnalysisInput from token814OperatorSamplerInterpolating，Rate=1200Hz，Aperture=0 sec，Aperture Jitter=0 sec15OperatorHoldLast Value，Gain=2，Out Rate=10000Hz16SinkAnalysisInput from token1517OperatorComparea>=b，True=1V，F(xiàn)alse=-1V，A input=token15，B input=token1818SourceSinusoidAmp=1V，F(xiàn)=0H

26、z19SinkAnalysisInput from token1720OperatorComparea>=b，True=1V，F(xiàn)alse=-1V，A input=token8，B input=token1821SinkAnalysisInput from token20在系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，觀察各接收分析器的時域波形，以及Token10的功率譜，如下圖所示：圖5-3 各接收分析器的時域波形圖5-4 Token10的功率譜在高斯噪聲強度較小時，觀察各接收分析器的時域波形：圖5-5 高斯噪聲強度較小時各接收分析器的時域波形將Token3的標準偏差（Std Deviation）加大到0.4V

27、，再觀察Token19和Token21的時域波形：圖5-6 Token19的波形圖圖5-7 Token21的波形圖實驗6 相干接收2PSK系統(tǒng)分析一、系統(tǒng)組成及原理本實驗安排了2PSK和2DPSK系統(tǒng)分析內(nèi)容。在分析中，除鞏固二進制移相鍵控系統(tǒng)的工作原理外，應(yīng)特別注意2DPSK系統(tǒng)是如何解決同步載波180°相位模糊問題的。圖6-1 2PSK仿真系統(tǒng)組成對2PSK信號相干接收的前提是首先進行載波提取，可采用平方環(huán)或科斯塔斯環(huán)來實現(xiàn)。為分析方便起見，在本實驗中可直接在接收端設(shè)置一個與發(fā)送端同步的本地載波源（直接復(fù)制圖符塊）。另外，本實驗中暫不考慮同步提取問題。二、創(chuàng)建分析在System

28、View系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，設(shè)置時間窗，運行時間：0-0.3秒，采樣速率：10000Hz。組成系統(tǒng)如圖6-2，各元件參數(shù)如表6-1所示。圖6-2 2PSK仿真系統(tǒng)組成表6-1 2PSK仿真系統(tǒng)中各圖符塊的參數(shù)設(shè)置Token編號Attribute屬性Type類型Parameters參數(shù)設(shè)置0SourcePN SeqAmp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz，Levels=21,5Multiplier-2,6SourceSinusoidAmp=1V，F(xiàn)req=3000Hz，Phase=0，Output1=Cosin3Adder-4SourceGauss NoiseStd Dev=0.

29、5V，Mean=0V7OperatorLinear SysButterworth Lowpass IIR，5 Poles，F(xiàn)c=200Hz8OperatorSamplerInterpolating，Rate=100Hz，Aperture=0 sec，Aperture Jitter=0 sec9OperatorHoldLast Value，Gain=1，10OperatorComparea>=b，True=1V，F(xiàn)alse=-1V，11SourceSinusoidAmp=0V，F(xiàn)req=0Hz12-17SinkAnalysis/在系統(tǒng)窗下創(chuàng)建仿真系統(tǒng)，分別觀察Token12、13、14、1

30、5、16、17的時域波形，以及Token13的2PSK信號功率譜結(jié)構(gòu)及譜零點帶寬，如下圖所示：圖6-3 各接收分析器的時域波形圖6-4 Token13的功率譜將高斯噪聲源的標準差增大到1V，將兩種系統(tǒng)的輸入碼序列與解調(diào)碼序列進行對比，觀察各接收分析器的時域波形：圖6-5 高斯噪聲強度較大時Token12輸入碼序列的時域波形圖6-6 高斯噪聲強度較大時Token17輸出碼序列的時域波形在2PSK系統(tǒng)中，接受提取的載波存在180°相位模糊度，這是載波提取電路存在的固有問題，一旦接收端提取的載波與發(fā)送端調(diào)制倒相，解調(diào)出的碼序列將全部倒相。重新設(shè)置接收載波源的參數(shù)，將其中的相位設(shè)為180°，運行后再觀察解調(diào)的結(jié)果。圖6-7 相位更改后Token12的時域波形圖6-8 相位更改后Token13的時域波形圖6