北理工通信电路软件实验报告一

实验1数字通信系统仿真分析分析内容构造一个简单示意性基带传输系统。以双极性PN码发生器来模拟一个数据信源，码速率为100bit/s，低通型信道噪声为加性高斯噪声(差=。：观测接收输入和滤波输出的时域波形；观测接收滤波器输出的眼图。分析目的掌握观察系统时域波形，重点学习和掌握观察眼图的操作方法。系统组成及原理简单的基带传输系统原理框图如下所示，该系统并不是无码间干扰的，为使基带信号能量更集中，形成滤波器采用高斯滤波器。加性高斯低通型信道PN码发生器形成滤波器低通高斯噪声源接收判决图1简单基带传输系统组成框图创建分析第一步：进入SystemView系统视窗，设置“时间窗”参数如下：运行时间：StartTime:0秒；StopTime:秒。采样频率：SampleRate:10000Hz。第二步：调用图符块创建如下图所示的仿真分析系统：其中各元件参数如“图符参数便笺”所示。Token1为高斯脉冲形成滤波器；Token3为高斯噪声发生器，设标准偏差StdDeviation=，均值Mean=0v；Token4为模拟低通滤波器，它来自操作库中的“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，进一步点击“FilterPassBand”栏中Lowpass按钮，选择Butterworth型滤波器，设置滤波器极点数目：Poles=5，设置滤波器截止频率：LoCuttoff=200Hz。第三步：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限时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。第四步：观察信源PN码和波形形成输出的功率谱。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，在右侧窗口内按住左键选中w4和w5两个信息条，单击OK按钮即可显示出对比功率谱。第五步：观察信道输入和输出信号眼图。当屏幕上出现波形显示活动窗口w1和w2后，点击“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。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。可见，基带传输系统中不应直接传送方波码序列信号，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。另外，眼图观察法的确是评测基带系统传输质量的简便有效实验方法。运行结果代表信源的PN码输出波形经高斯脉冲形成滤波器后的码序列波形分析：PN码序列经过高斯脉冲形成滤波器后，其高频成分被滤除很大一部分，滤波输出信号明显比原信号平滑很多，表明其高频分量大量减少。信道输出的接收波形判决比较输出波形分析：加入高斯噪声后，信号仍能基本反映原信号的规律，但明显多了很多不规律的成分。反映在最后的判决比较输出波形，就产生了几处毛刺。并且，最后的波形与输入波形相比，在相位上有一定的延迟。PN码和波形形成器输出功率谱对比PN码功率谱分析：由功率谱可见，高斯滤波形成输出信号的能量集中在低频附近。频率在500Hz左右时，功率谱线就有较大的下降，而PN码功率谱在高频段并没有明显衰减，能量比较分散。在经过低通滤波时，前者的大部分能量能通过滤波器，而后者在滤波器处的能量损耗较大。信道输入信号眼图信道输出信号眼图分析：由于加入的高斯噪声，信道输出眼图相对于输入眼图发生了一定的畸变，使得误码率上升。但因为加入噪声较小，此实验中信道输出眼图波形仍能较为准确地进行判决。实验二二进制键控系统分析相干接收2ASK系统分析相干接收2ASK系统分析相干接收2ASK系统组成如下图所示：信道二进制基带信号噪声滤波采样判决载波载波{}{}图12ASK系统组成原理图上机操作步骤在SystemView系统窗下创建仿真系统，首先设置时间窗，运行时间：秒，采样速率：10000Hz。组成系统组成如下图。参数如元件参数便笺所示。分析内容要求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；改变元件设置参数，观察仿真结果：如果PN码改为双极性码（Amp=1v,Offset=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，观察解调波形变化，体会噪声对数据传输质量的影响；实验结果与分析调制信号为PN码各分析点波形功率谱基带信号功率谱分析：由功率谱可以看出，基带信号能量主要在低频段，而2ASK调制信号的能量则位于载频的3KHz左右，符合信号经过乘法器线性搬移的结果。同时，谱零点带宽约为200Hz，也符合码元速率的两倍。调制信号为双极性码（Amp=1v,Offset=0v）各分析点波形功率谱基带信号功率谱调制信号功率谱分析：由PN码变为双极性码之后，调制波形不再是2ASK，而是BPSK，两者功率谱密度规律基本一致，谱零点带宽也均为200Hz左右。改变高斯噪声强度（StdDev=1v）分析：将高斯噪声标准差提高到1V，发现输出信号与输入信号之间已有明显差别，发生了较为严重的误码。可见信道噪声越大，误码率越高。2FSK系统分析2FSK系统组成以话带调制解调器中CCITT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CCITT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”。系统组成如下所示。为了提高接收端的抗干扰能力，对于接受滤波器输出的模拟电压通常采用“采样+判决”的处理方法。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。调制解调PN码发生器信道噪声FMPDLFVCOLPF解调输出图12FSK仿真系统组成上机操作步骤在SystemView系统窗下创建仿真系统，设置运行时间：秒，采样速率：10000Hz。组成系统如下图，各元件参数如图符参数便笺所示。分析内容要求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它特殊作用；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；在高斯噪声强度较小时；观察各接收分析器的时域波形；将Token3的标准偏差加大到，再观察Token19和Token21的时域波形，思考并解释分析结果；观察滤波器输出模拟信号波形和采样保持波形，体会“采样”处理环节的作用。实验结果与分析各分析点波形分析：由图可以看出输入信号与解调信号基本一致，只在相位上有差异。Token10功率谱分析：由图得信号主要能量位于800Hz-2200Hz之间，故基本能通过话带（300Hz-3400Hz）。3)将高斯噪声强度改为时，各接收分析器的时域波形4)加大高斯噪声标准差至分析:上图表明当信道噪声增强后，输出波形误码率增大。5)滤波器输出模拟信号和采样保持输出波形分析：采样处理环节的作用在与将模拟信号离散化。一方面，在采样过程中，采样到噪声较大的点的概率较小，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，由于离散，判决时更准确，不会像模拟信号判决时受到噪声影响，信号波动而导致判决结果来回波动，出现误码。实验心得：通过两次的通信电路与系统软件实验，我学到了很多用systemview软件进行通信系统计算，仿真方面的知识，可以说是收获颇丰，回顾两次试验，我学会了用Matlab进行通信电路与系统的模型建立，对通信电路进行时域特性分析，对通信电路与系统进行功率谱分析。如果没有计算机进行仿真，我对一个通信系统进行设计和分析时，不但需要大量的计算，还需要手工绘制很多复杂的图表。这非常麻烦而且效率极低。但是有了计算机，我就可以在一台电脑上解决这些事情，不但方便，而且高效。所以学习使用计算机进行通信电路与系统软件仿真是我以后进行科学研究所必须的一项技能。systemview有着丰富的功能，而我们这次学到的只是其中对通信电路与系统进行软件仿真计算的一小部分，所以在以后的学习中，我会努力的研究这个软件的各种功能，来帮助我进行辅助分析设计，提高我的效率。这次的实验我一共做了四个不同的实验，都与我们以前做的实验大有不同，因为我感觉自己是真正正正的自己去完成，所以我觉得这次实验是最宝贵、最深刻的。整个实验段过程全是自己动手完成。这样，我们就必须要弄清楚实验的原理，在这过程中，如果遇到困难，自己不明白的，自己还要去搞清楚，相处原因及解决方法，尽可能去解决这些困难。这个过程，总的来讲，就是靠自己动手，自己开动脑筋，自己去请教别人。