基于SystemView的通信原理軟件實驗

..通信原理實驗報告題目：基于SystemView的通信原理軟件實驗實驗一低通抽樣定理的驗證實驗目的：利用SystemView模擬來驗證低通抽樣定理。熟悉SystemView的基本操作,學會基本的分析方法。實驗原理：奈奎斯特第一準則：,該式的物理意義是:基帶系統(tǒng)的傳輸特性沿軸平移再相加起來,在區(qū)間疊加的結(jié)果為一條水平直線,即為一固定數(shù)值。則理想低通信道的最高碼元傳輸速率等于2WBaud。抽樣定理是模擬信號數(shù)字化的理論基礎,對上限頻率為fH的低通型信號,低通抽樣定理要求抽樣頻率應滿足：其中,對于恒定頻譜的沖激函數(shù),通過低通濾波產(chǎn)生低通型信號,再進行低通抽樣,最后濾波重建原始信號。仿真分析時,三路信號的頻率分別設為10Hz、12Hz和14Hz,設置低通濾波器的上限頻率為14Hz,,低通抽樣頻率選為50Hz。實驗步驟：設置"時間窗"參數(shù)：運行時間：StartTime:0秒；StopTime:1.5秒；采樣頻率：SampleRate=100Hz。創(chuàng)建的仿真分析系統(tǒng)圖：參數(shù)配置信源：3組正弦,f1=10Hz.f2=12Hz.f3=14Hz抽樣：f=50Hz模擬低通濾波器：截止頻率=50Hz加法器：將3個信源信號疊加乘法器：加入抽樣3個分析窗：三路正弦相加獲得的原信號、抽樣獲得的信號和恢復后獲得的信號運行并觀察結(jié)果實驗結(jié)果：運行后,獲得的實驗結(jié)果如下所示：分別為三路正弦相加獲得的原信號、抽樣獲得的信號和恢復后獲得的信號實驗分析與討論：當抽樣頻率小于最高頻率的2倍時,由于無法獲得原信號一個周期內(nèi)的完整信息,所以在對信號恢復的會產(chǎn)生誤差,如圖顯示會將兩個波峰相連,形成一個波峰,而丟失掉原信號的信息,無法無失真的恢復。當抽樣頻率大于等于信號最高頻率fH的2倍時,經(jīng)過模擬低通濾波器后的頻域波形很多高頻分量被濾掉了,防止了強烈的碼間干擾,可以恢復出原始信號,此時不會產(chǎn)生頻率混淆。實驗二奈奎斯特抽樣定理的驗證實驗目的：利用SystemView模擬來驗證無碼間干擾的奈奎斯特準則。熟悉SystemView的基本操作,學會基本的分析方法。實驗原理：驗證無碼間干擾的奈奎斯特準則：根據(jù)無碼間干擾基帶傳輸?shù)哪慰固販蕜t有：,可以先粗略設計一個,的范圍是0到1之間,再由信源確定,最后根據(jù)公式確定W的值,從而完成設計。實驗步驟：〔一設置"時間窗"參數(shù)：運行時間：StartTime:0秒；StopTime:1秒；采樣頻率：SampleRate=100Hz創(chuàng)建的仿真分析系統(tǒng)圖：〔三參數(shù)配置基帶信號：PN碼序列,f=10Hz低通濾波器：升余弦濾波器〔=0模擬信道：FFT濾波器,截止頻率為5Hz,過度頻率帶為1Hz加法器：加入噪聲采樣器：采樣頻率為10Hz保持器判決器：判決門限為0電平分析窗：觀察原信號和經(jīng)過限帶傳輸恢復后的信號高斯噪聲〔四運行并觀察結(jié)果、實驗結(jié)果：當含有升余弦濾波器時,通過無燥信道的結(jié)果為：原信號和通過升余弦濾波器,無燥信道并采樣判決之后獲得的信號此時眼圖：在含有升余弦濾波器的同時,將基帶信號頻率從100Hz提高到150Hz,出現(xiàn)碼間干擾,顯示結(jié)果如下：此時眼圖為：〔3在基帶頻率為150Hz的情況下,加大噪聲至無碼間干擾：〔4加大滾降系數(shù),出現(xiàn)失真：此時眼圖：5、實驗分析與討論：〔1將信號通過升余弦濾波器和限帶信道,恢復后可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能較好的恢復原信號,可見升余弦濾波器的重要性〔2在不改變信道的前提下,將輸入信號頻率改為150HZ〔至少需要10Hz的信道帶寬,此時運行模擬電路,獲得的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)有明顯的誤碼。說明限帶對原信號的傳送和恢復會產(chǎn)生一定的影響?！?加大噪聲,直至出現(xiàn)無碼間干擾?？梢娫诓桓淖冃诺赖那疤嵯?適當?shù)脑肼晫τ谙到y(tǒng)恢復原始信號有一定的好處?！?當升余弦濾波器的滾降系數(shù)設為0時,信道至少應為5Hz〔在原信號頻率為10Hz的條件下,此系統(tǒng)性能良好；在不改變信道的前提下,將滾降系數(shù)改為1〔此時我們應該至少需要10Hz的信道帶寬,此時運行模擬電路,獲得的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)有明顯的誤碼。說明限帶對原信號的傳送和恢復會產(chǎn)生一定的影響?！?眼圖中,若系統(tǒng)中"睜開"的眼睛,說明系統(tǒng)性能良好。而當系統(tǒng)性能不好時,眼圖將會出現(xiàn)"睜不開"的現(xiàn)象。實驗三16QAM的調(diào)制與解調(diào)實驗目的：1、利用SystemView模擬16QAM調(diào)制,并觀查其星座圖；2、利用SystemView模擬16QAM解調(diào),并觀查其眼圖；3、測試16QAM的性質(zhì)。實驗原理：１．設計思路〔原理：單獨使用幅度或相位攜帶信息時,不能最充分地利用信號平面,主要是由矢量圖中信號矢量端點的分布直觀地觀察到。MASK時,矢量端點在一條軸上分布,MPSK時矢量端點在一個圓上分布。隨著M增大,這些矢量端點之間的最小歐氏距離也隨之減小。為充分利用信號平面,將矢量端點重新合理分配,則有可能在不減少最小歐氏距離情況下增加信號矢量端點數(shù)目,提高頻帶利用率?；谏厦婵梢砸龇扰c相位相結(jié)合的調(diào)制方式QAM。16QAM技術可有效地利用帶寬,并在帶寬利用率上比16PSK更有效16QAM即四進制正交幅度調(diào)制,它利用載波的16種不同幅度/相位來表示數(shù)字信息,把輸入的二進制信號序列經(jīng)過串并變換,映射為一個符號的相位,因此符號率為比特率的1/4。16QAM的調(diào)制過程如下：16QAM的解調(diào)過程如下：下圖表示16QAM的星座圖：可以看出16QAM能更加充分利用信號平面,將矢量端點重新合理分配,則有在不減少最小歐氏距離情況下增加信號矢量端點數(shù)目,提高頻帶利用率。實驗步驟：〔一設置"時間窗"參數(shù)：運行時間：StartTime:0秒；StopTime:1.5秒；采樣頻率：SampleRate=20,000Hz?！捕?chuàng)建的仿真分析系統(tǒng)圖：調(diào)制調(diào)制解調(diào)調(diào)制調(diào)制解調(diào)〔三參數(shù)配置基帶信號：PN碼序列,f=50Hz;電平=4Level載波：正弦波發(fā)生器,f=1000Hz模擬低通濾波器,截止頻率=275Hz乘法器加法器分析窗〔四運行并觀察結(jié)果實驗結(jié)果：當無噪聲時,星座圖和眼圖顯示如下：解調(diào)W5、W6的結(jié)果：當加入高斯白噪聲時,星座圖和眼圖顯示如下：4、當修改線性低通濾波器的帶寬時,星座圖和眼圖如下：5、實驗分析討論：〔1當未加入噪聲時,可以非常明顯地觀察到清晰的星座圖和眼圖,星座圖16的點位置清晰且不外擴,眼圖"眼睛"張得非常大且清晰,表明調(diào)制系統(tǒng)性能優(yōu)良；〔2觀察W5和W6的解調(diào)結(jié)果,眼圖清楚,說明解調(diào)系統(tǒng)性能正常?！?在加入高斯噪聲之后,可以發(fā)現(xiàn)星座圖已經(jīng)看不清楚點數(shù),眼圖也不清楚眼睛的張開程度。這說明噪聲在增加時,系統(tǒng)的誤碼在逐漸的增加。可以發(fā)現(xiàn)16QAM的誤碼率與星座圖兩點之間的距離有關,因為加入噪聲之后,星座圖的點位置會向外擴,當擴大到兩星座點有地方重合時,就發(fā)生誤碼,所以,兩星座點之間的距離越大的話,QAM的抗燥性能就越好；但同時增大兩星座點之間的距離就需要加大發(fā)射功率,所以兩者之間是需要找到一個平衡點的?！?當減小帶寬時,觀察星座圖和眼圖的變化?？砂l(fā)現(xiàn)星座圖點的位置沒有什么大的變化,但是眼圖的睜開度卻減小了,可以得出限帶對原信號的恢復以及解調(diào)會產(chǎn)生影響。實驗四BPSK的調(diào)制與解調(diào)實驗目的：利用SystemView模擬BPSK調(diào)制,并觀查其星座圖；利用SystemView模擬BPSK解調(diào),并觀查其眼圖；測試BPSK的性質(zhì)。實驗原理：二進制相移鍵控〔2PSK就是根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平,使載波相位在兩個不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。通常,兩個載波相位相差π弧度,故有時又稱為反相鍵控〔PRK。如果被調(diào)制的二進制信號是用正負電平表示,那么,2PSK與雙邊帶抑制載波調(diào)幅〔DSB是完全等效的。因此,PSK信號可以寫成如下形式：SPSK<t>=A?a<n>?cos<0t+>調(diào)制部分：在2PSK中,通常用相位0或180來分別表示1或-1。在這里用調(diào)相法來生成2PSK:將數(shù)字信號與載波直接相乘。這也是DSB信號產(chǎn)生的方法。SBPSK<t>=cos<0t+i>,i=0或Acos<0t>a<n>=1SBPSK〔t=Acos<0t>a<n>=-1其原理框圖如下所示：基帶信號a<n>調(diào)制信號SBPSK〔t載波Acos<0t>2.解調(diào)部分：BPSK必須采用相干解調(diào),如何得到同步載波是個關鍵問題。LPF其原理框圖如下所示：LPFSBPSK<t>解調(diào)信號a〔n本地載波Acos<0t>實驗步驟：〔一設置"時間窗"參數(shù)：運行時間：StartTime:0秒；StopTime:0.5秒；采樣頻率：SampleRate=20,000Hz。創(chuàng)建的仿真分析系統(tǒng)圖：〔三參數(shù)配置基帶信號：PN碼序列頻率=50Hz,電平=2Level載波：正弦波發(fā)生器,頻率=1000Hz乘法器低通濾波器：截止頻率=225Hz采樣器：f=50Hz保持器判決器,判決門限為0分析窗〔四運行并觀察結(jié)果4、實驗結(jié)果：在未加入噪聲的前提下原信號和相干解調(diào)：在未加入噪聲的前提下,在相干解調(diào)中引入相移,會出現(xiàn)反相：3、加入高斯白噪聲,出現(xiàn)譯碼錯誤：5、實驗分析討論：〔1可以發(fā)現(xiàn)在無燥聲的前提下,用相干解調(diào)可以獲得不失真的原信號?！?在相干解調(diào)中引入相位差,會發(fā)現(xiàn)嚴重狀態(tài)下可能會出現(xiàn)反相。在現(xiàn)實中,用相干的方法很難獲得同頻同相的載波,所以大致引入相位誤差,觀察可發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了劇烈的變化。此時可考慮用科斯塔斯環(huán)解決提取載波同頻同相的問題〔3加入高斯噪聲,發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了譯碼錯誤。相干解調(diào)的系統(tǒng)抗噪聲性能比較差,系統(tǒng)出現(xiàn)問題。此時可以考慮用科斯塔斯環(huán)解調(diào)解決問題。實驗五ASK的調(diào)制與解調(diào)實驗目的：利用SystemView模擬ASK調(diào)制,并觀查其星座圖；利用SystemView模擬ASK解調(diào),并觀查其眼圖；測試ASK的性質(zhì)。實驗原理：1、調(diào)制部分：二進制幅度鍵控的調(diào)制器可用一個相乘器來實現(xiàn)。對于OOK信號,相乘器則可以用一個開關電路來代替。調(diào)制信號為1時,開關電路導通,為0時切斷。OOK信號表達式：SOOK<t>=a<n>Acos<0t>A：載波幅度0：載波頻率a<n>:二進制數(shù)字信號其原理框圖如下所示：基帶信號a<n>調(diào)制信號SOOK<t>載波Acos<0t>2.解調(diào)部分：解調(diào)有相干和非相干兩種。非相干系統(tǒng)設備簡單,但在信噪比較小時,相干系統(tǒng)的性能優(yōu)于非相干系統(tǒng)。這里采用相干解調(diào)。低通濾波器其原理框圖如下所示：低通濾波器OOK<t>解調(diào)信號a〔n載波Acos<0t>實驗步驟：〔一"時間窗"參數(shù)：運行時間：StartTime:0秒；StopTime:1秒；采樣頻率：SampleRate=1,000Hz。〔二創(chuàng)建仿真電路：解調(diào)調(diào)制解調(diào)調(diào)制〔三參數(shù)配置：基帶信號,PN碼序列,f=50Hz,電平=0.5level,偏移=0.5V乘法器載波:正弦波發(fā)生器,f=100Hz模擬低通濾波器,截止頻率=225Hz采樣器,f=50Hz保持器判決器,判決門限為0.5v階躍信號,幅值為0.5V分析窗〔四運行并分析結(jié)果實驗結(jié)果：為引入噪聲的原信號、包絡檢波解調(diào)和相干解調(diào),其結(jié)果如下：原信號和調(diào)制信號：原信號和解調(diào)信號：引入噪聲的原信號和解調(diào)信號實驗分析討論：此次試驗本要用相干解調(diào)來做,但考慮到包絡檢波法的抗噪性能更強,所以能更好恢復原信號。至于包絡檢波,是需要帶通濾波器和判決器才能協(xié)同完成的。設計中注意分析窗可能會因為比例不同而無法顯示。同時,加入采樣和保持能使信號得到較好的波形恢復。實驗建議：總體來說,軟件實驗比硬件實驗情況要好些,因為多了更多參數(shù)設置的具體數(shù)量調(diào)節(jié),而不是對實驗儀器好壞的判斷?？偟母杏X就是