通信系统仿真实验报告(DOC)

通信系统实验报告——基于SystemView的仿真实验班级：学号：姓名：时间：目录实验一、模拟调制系统设计分析-------------------------3一、实验内容-------------------------------------------3二、实验要求-------------------------------------------3三、实验原理-------------------------------------------3四、实验步骤与结果-------------------------------------4五、实验心得------------------------------------------10实验二、模拟信号的数字传输系统设计分析------------11一、实验内容------------------------------------------11二、实验要求------------------------------------------11三、实验原理------------------------------------------11四、实验步骤与结果------------------------------------12五、实验心得------------------------------------------16实验三、数字载波通信系统设计分析------------------17一、实验内容------------------------------------------17二、实验要求------------------------------------------17三、实验原理------------------------------------------17四、实验步骤与结果------------------------------------18五、实验心得------------------------------------------27实验一：模拟调制系统设计分析一、实验内容振幅调制系统（常规AM）二、实验要求1、根据设计要求应用软件搭建模拟调制、解调（相干）系统；2、运行系统观察各点波形并分析频谱；3、改变参数研究其抗噪特性。三、实验原理常规AM调制系统框图如下：任意的AM已调信号可以表示为S()()(),amtctmt，0()();mtAft当0()cos()cctwt且0A不等于0时，称为常规调幅，其时域表达式为：00sin)(()())2cjFwt（；其中0A是外加直流分量，f(t)是调制信号，它可以是确知信号也可以是随机信号。2ccwf为载波信号的角频率，0为载波信号的起始相位，为简便起见，通常设为0。要使输出已调信号的幅度与输入调制信号f(t)呈线性对应关系，应满足0max()Aft，否则会出现过调制现象。解调可以用相干解调也可以用包络检波（非相干）。对于相干解调，20001sinS()cos(())cos(())2amccwttwtAftwtAft，因此只需要用一个跟载波信号同频同相的正弦波跟接受信号相乘再通过低通滤波器滤波即可以将原信号解调出来。而对于非相干解调，从的表达式可以看出只需要对它进行包络检波即可将原信号解调出来。当然，用非相干解调时不可以过调制，而相干解调则可以。这两种方法相比而言，非相干解调更经济，设备简单，而相干解调由于需要跟载波同频同相的信号，因此设备比较复杂。四、实验过程１、实验原理图根据AM已调信号的公式0S()()()cos()()cos()amcctctmtAwtftwt，其中0max()Aft。通过有噪声的信号后，接收并利用相干解调方法进行解调，这样就可以获得如下的原理图。如图中所示，输入信号的信号幅度为1v，频率为250Hz;载波信号的幅度为1v，频率为1000Hz。解调部分的本振源与载波信号源的设置相同，幅度为1v，频率为1000Hz。低通滤波器的截止频率为250Hz，保留正弦信号源的频率250Hz，并滤除了高频的分量。2、实验步骤设置的总体的定时，如下图所示：（注：采样的速率要相对高一点，否则会出现错误,此处采样率设为10000。另外，一开始设置高斯噪声为0.）3、实验结果（1）、输入波形及其频谱图输入波形图输入波形频谱图由于输入信号的频率为250Hz，可见其频谱集中在250Hz左右。（2）、已调波形及其频谱已调波形图已调信号的频谱已调信号波形的包络与正弦信号一致，由于直流分量的存在，在信号的频谱中会出现三个尖顶。分别对应载波频率，载波频率与原始信号频率之差以及载波频率与原始信号频率之和。（3）解调信号及其频谱解调信号波形解调信号频谱（4）输入信号与输出信号的比较4、抗噪性能分析使噪声从0慢慢增加，观察输出波形与输入波形的差别。（1）、噪声为0的情况下（2）、噪声为小信号时（3）、噪声为大信号时分析：由上图可知，当输入信号一定时，随着噪声的加强，接收端输入信号被干扰得越严重，而相应的输出波形相对于发送端的波形误差也越大。而当噪声过大时，信号几难分辨。这是信噪比变小导致的，在实际的信号传输过程中，当信道噪声过大将会导致幅度相位等各种失真，当然由于非线性元件如滤波器等的存在。非线性失真也会随噪声加大而变大。五、实验心得由于对SystemView软件一开始并不熟悉，所以本实验让我学习并较好的掌握了软件的使用方法。在实验本身方面，我对AM的调制与解调的原理还是很熟悉的，所以并没有很大的困难。这个实验加深了我对于噪声对系统影响的了解，仿真让一些原理更加直观化。实验二：模拟信号的数字传输系统设计分析一、实验内容脉冲振幅调制（PAM）系统二、实验要求1、根据设计要求应用软件搭建模拟信号的数字传输（调制、解调）系统；2、运行系统观察各点波形并分析频谱等。三、实验原理脉冲振幅调制（PAM）是利用冲击函数对原始信号进行抽样，它是一种最基本的模拟脉冲调制，它往往是模拟信号数字化过程中的必经之路。设基带脉冲信号的波形为m（t），其频谱为M(f)；用这一信号对一个脉冲载波s（t）调幅。s（t）的周期为sT，其频谱为S(f)；脉冲宽度为，幅度为A；并设抽样信号()smt是m（t）和s（t）的乘积。则抽样信号()smt的频谱就是二者频谱的卷积：0000()()*()sin()(2)sHHsnAMfMfSfcnfMfnfT其中sin()sin()/()HHHcnfnfnf下图为实验总体电路图，把输入信号与脉冲信号通过相乘器相乘，这样在频域就达到了卷积的效果。这样频谱就会在频谱分开，通过信道传输后再通过低通滤波器，只要低通滤波器的截止频率2Hwcf就可以实现解调。下图所示为PAM调制过程的波形与频谱。s（t）的频谱包络|S（f）|的包络呈|sinx/x|形，并且PAM信号()smt的频谱()sMf包络|()sMf|的包络也呈|sinx/x|形。若s（t）的周期T(1/2)Hf，则采用一个截止频率Hf的低通滤波器仍可以分离原模拟信号。四、实验过程1、实验原理图如上图所示，图中采用的是高斯信号源，其幅值为1V。两个低通滤波器的截止频率均为400Hz，脉冲的频率为5000Hz，而脉冲宽度为周期的一半，即1/2sT。增益的大小为2，与sT相乘后幅值为1，即与输入相同，信道噪声先设置为0。2、各点信号与频谱（1）、输入的高斯信号及其频谱（2）滤波后波形与频谱高斯信号通过低通滤波器后信号变化趋于平缓，这是因为高频的分量大致被滤除，如上图可见，虽然频率较高的分量被抑制，但是由于低通滤波器并不理想，所以高频分量依然存在，表现为在滤波后的波形上会有跳变。（3）调制后信号及其频谱（4）输出信号及其频谱如上图所示，输出信号是经过信道传播后再通过低通滤波器恢复信号获得波形，可见其波形大致与原信号相同，其频谱是调制信号频谱经低通滤波得到的，大致与原信号的频谱相同。3、输入与输出信号的比较（1）波形分析经过低通滤波器恢复的信号与原信号对比如图7所示，可见波形在时间上有一定的延时，这是由于采用滤波器的缘故。此外细看上去，在一些部分波形出现不一致，输出的波形较为平缓，这是因为低通滤波器的非理想造成的，高频分量不能完全的被滤除。（2）频谱分析高斯信号经低通滤波后频率被带限在300Hz以内，如图5所示。而后经过与脉冲信号相乘进行PAM调制。由之前的分析可知，抽样信号()smt是m(t)和s(t)的乘积。则抽样信号()smt的频谱就是二者频谱的卷积：0000()()*()sin()(2)sHHsnAMfMfSfcnfMfnfT理论上信号的频谱是Sa函数的波形，但是由于采样周期较大，这里只显示了部分，看到的两个大致是相同的，实际上当频率范围变大时，频谱包络应该是呈Sa函数的波形。五、实验心得本实验相对来讲还是比较简单的，可以分为两部分，前半部分为PAM的调制，后半部分为解调。由上面的波形图可以看出，输入波形与输出波形图形基本类似，只不过频谱图的对比有些不理想，这是由于滤波器的不理想决定的。这个实验让我对脉冲振幅调制系统有了更深的掌握，对滤波器的把握也更近了一步。实验三：数字载波通信系统设计分析一、实验内容二进制频移键控系统二、实验要求1、根据设计要求应用软件搭建数字载波通信系统（调制、解调）；2、运行系统观察各点波形并分析频谱、眼图等；3、改变参数研究其抗噪特性；4、分析BER曲线等。三、实验原理键控法产生信号如下图：数字调频又称移频键控，简记为FSK，它是载波频率随数字信号而变化的一种调制方式。利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。除具有两个符号的二进制频移键控之外，尚有代表多个符号的多进制频移键控，简称多频调制。一种用多个载波频率承载数字信息的调制类型。最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。本实验采用2FSK调制，利用键控法产生2FSK信号。其实验原理图如图1所示，即通过二进制数据的0值与1值控制开关与哪一路频率信号接通，这样0值与1值对应不同的频率，达到调制的目的。FSK信号的解调方法有相干解调，非相干解调等。在高斯白噪声信道环境下FSK滤波非相干解调性能较相干FSK的性能要差，但在无线衰落环境下，FSK滤波非相干解调却表现出较好的稳健性。在这个实验里我们采用的是高斯信道，故而用相干解调方法。相干解调原理图如下：FSK相干解调要求恢复出传号频率与空号频率，恢复出的载波信号分别与接收的FSK调制信号相乘，然后通过低通滤波器滤除相乘后得到的高频分量，保留低频近乎直流的分量。四、实验过程１、实验主体（１）电路原理图图中添加了高斯信源，其中低频正弦信号为1000Hz，高频正弦信号为2000Hz，随机码为200Hz。上支路带通滤波器为800Hz到1200Hz，下支路带通滤波器为1800Hz到2200Hz，上下支路的低通滤波器均为200Hz。（2）波形与频谱a.输入随机码波形与输出波形由上图中可见，该信号是有一定的时延，这是因为示波器的非理想等原因导致的。b.调制后信号波形上图中可以看出，原始信号高电平时，调制信号频率较高，反之频率则较低。c.滤波后波形上支路：下支路：2、眼图与抗噪性能（1）眼图原理图如下：（2）眼图的观测在低通滤波器之后，接收器图符之前加了一个抽样器图符，用来调整采样率以配合SystemView接收计算器的时间切片绘图功能来观察眼图。时间切片功能可以把接收计算器在多个时间段内记录到的数据重叠起来显示。时间段的起始位置和长度都可以由计算器窗口设置。为满足时间切片周期和码元同步并且能完整地观察到一个眼图的要求，一般将时间切片的长度设置为当前采样率下采样周期的两倍长。这里将采样频率设置为100Hz，采样周期为10ms，则时间切片应设为20ms。时间切片的设置如下图所示，在接受计算器窗口下选择“Style”项，再输入“TimeSlice