基于SystemView的通信原理软件实验.docx
- 文档编号:14297000
- 上传时间:2023-06-22
- 格式:DOCX
- 页数:26
- 大小:1.59MB
基于SystemView的通信原理软件实验.docx
《基于SystemView的通信原理软件实验.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于SystemView的通信原理软件实验.docx(26页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
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
1、实验目的:
1、利用SystemView模拟来验证低通抽样定理。
2、熟悉SystemView的基本操作,学会基本的分析方法。
2、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。
3、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=100Hz。
(二)创建的仿真分析系统图:
(三)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
(四)运行并观察结果
4、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
5、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
1、实验目的:
1、利用SystemView模拟来验证无码间干扰的奈奎斯特准则。
2、熟悉SystemView的基本操作,学会基本的分析方法。
2、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。
3、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
(二)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
4、实验结果:
1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:
2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
1、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。
2、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。
3、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:
(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
4、实验结果:
1、当无噪声时,星座图和眼图显示如下:
2、解调W5、W6的结果:
3、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
1、实验目的:
1、利用SystemView模拟BPSK调制,并观查其星座图;
2、利用SystemView模拟BPSK解调,并观查其眼图;
3、测试BPSK的性质。
2、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)=1
SBPSK(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。
其原理框图如下所示:
SBPSK(t)解调信号â(n)
本地载波Acos(0t)
3、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。
(二)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:
1、在未加入噪声的前提下原信号和相干解调:
2、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
1、实验目的:
1、利用SystemView模拟ASK调制,并观查其星座图;
2、利用SystemView模拟ASK解调,并观查其眼图;
3、测试ASK的性质。
2、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。
其原理框图如下所示:
OOK(t)解调信号â(n)
载波Acos(0t)
3、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:
(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
4、实验结果:
1、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:
2、引入噪声的原信号和解调信号
5、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。
总的感觉就是自己的可控制性比较强。
至于建议:
(1)希望能提前给我们一个文档,把要做的实验和思考的问题都写出来,同时给予一定的指导,让我们准备好了再来做实验。
不必浪费在做实验的过程中的时间思考,能让同学们心情轻松一些。
(2)可以找出一些比较独特的设计方法来分享一下,能让我们拓宽思路。
(3)对于具体要分析的问题和所需截图,希望老师给予更加明确的说明,保证我们实验时没太多遗漏,不会出现大的质量问题。
总之,这学期的通原实验结束了,我们将理论知识运用到了实践当中,对我们所学的通信原理起了很好的巩固作用,是很有效的学习方式。
也在此感谢老师的帮助和指导!
(此文档部分内容来源于网络,如有侵权请告知删除,文档可自行编辑修改内容,供参考,感谢您的配合和支持)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 SystemView 通信 原理 软件 实验