現(xiàn)代通信原理實驗任 務 書指 導 書適用專業(yè)： 電子信息類 指導教師： 實驗時間： 2011年春期 四川建筑職業(yè)技術(shù)學院計算機工程系系2011年4月6日四川建筑職業(yè)技術(shù)學院現(xiàn)代通信原理實驗任務書一. 課程的地位、作用和目的現(xiàn)代通信原理實驗是現(xiàn)代通信原理課程教學的重要環(huán)節(jié)，通過實驗可以使理論教學和實踐能力的培養(yǎng)相結(jié)合，以理論指導實踐，以實踐驗證基本理論，使學生進一步鞏固基本理論知識，具有一定的實際操作能力；同時通過學生上機對各單元實驗內(nèi)容的具體動手操作，能提出問題、分析問題、最后能解決問題，促使學生提高分析問題和解決問題的能力；建立通信的系統(tǒng)概念，更好地理解理論授課的內(nèi)容，為后續(xù)專業(yè)基礎課及專業(yè)課打下良好基礎。二. 實驗內(nèi)容1. 實驗一 熟悉System View軟件2. 實驗二 2ASK系統(tǒng)仿真3. 實驗三 AM調(diào)制系統(tǒng)仿真4. 實驗四 脈沖編碼調(diào)制仿真5. 實驗五 眼圖仿真6. 實驗六 奈奎斯特第一準則的驗證7. 實驗七 16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)分析8. 實驗八 鎖相環(huán)路仿真分析9. 完成實驗報告及實驗總結(jié)三. 實驗組織及要求1. 實驗組織：由相關實驗室負責實驗計劃的制訂和實驗場地、設備、器材、工具的準備與管理。2. 實驗分組：每 人一組，每組推選組長一名，并由組長負責本小組的實驗組織與實施；3. 器材管理：由學習委員負責實驗設備、工具、器材的借用和歸還。4. 實驗紀律：實驗期間必須嚴格遵守學校紀律，不得遲到、早退和無故缺席，有事必須事先請假。5. 清潔衛(wèi)生：由班長負責安排組織各組輪流打掃實驗室衛(wèi)生。四. 實驗方法1. 教師指導，學生自主學習為主。五. 實驗考核辦法1. 考核組織1） 實驗室負責組織，由相關實驗指導教師根據(jù)學生實驗情況和學院有關規(guī)定給于評定；2） 評定成績報經(jīng)相關實驗室、教研室主任審定后由實驗指導教師負責提交。2. 考核內(nèi)容及評分辦法1） 平時成績?yōu)?0%。2） 成果驗收成績?yōu)?0%。3） 實驗報告成績?yōu)?0%。4） 成績評定標準：分為優(yōu)、良、中、及格、不及格共五個等級；5） 出現(xiàn)以下情況之一的學生，成績?yōu)椴患案瘢簂 缺席時間超過2次；l 未交實驗報告；l 造成嚴重事故；l 嚴重違規(guī)違紀；l 損壞、丟失器材、工具，情節(jié)嚴重；l 未完成規(guī)定實驗內(nèi)容；l 抄襲或被抄襲作業(yè)、成果。3. 考核要求1） 嚴格按照學院實踐教學成績考核與評定辦法有關規(guī)定執(zhí)行；2） 必須在規(guī)定的時間內(nèi)提前完成成績考核與評定，并按時提交。六. 時間安排表實驗內(nèi)容課時分配實驗場地完成實驗報告熟悉System View軟件2軟件維護實驗室實驗報告 12ASK系統(tǒng)仿真2軟件維護實驗室實驗報告 2AM調(diào)制系統(tǒng)仿真2軟件維護實驗室實驗報告 3脈沖編碼調(diào)制仿真2軟件維護實驗室實驗報告 4眼圖仿真2軟件維護實驗室實驗報告 5奈奎斯特第一準則的驗證2軟件維護實驗室實驗報告 616QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)分析2軟件維護實驗室實驗報告 7鎖相環(huán)路仿真分析2軟件維護實驗室實驗報告 8第一部分 System View簡介System View是由美國ELANIX公司推出的基于PC的系統(tǒng)設計和仿真分析的軟件工具，它為用戶提供了一個完整的開發(fā)設計數(shù)字信號處理（DSP）系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，控制系統(tǒng)以及構(gòu)造通用數(shù)字系統(tǒng)模型的可視化軟件環(huán)境。一、System View 各專業(yè)庫簡介System View 基本屬于一個系統(tǒng)級工具平臺，可以進行包括數(shù)字信號處理（DSP）系統(tǒng)、模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的仿真分析，并配置了大量圖標（Token）庫，用戶很容易構(gòu)造出所需要的仿真系統(tǒng)，只要調(diào)出有關圖標并設置好參數(shù)，完成圖標間的連線后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜、星座圖和各類曲線形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。System View的庫資源十分豐富，主要包括：含若干圖標庫的主庫（Main Library）、通信庫（Communications Library）、信號處理庫（DSP Library）、邏輯庫（Logic Library）、射頻/模擬庫（RF Analog Library）和用戶代碼庫（User Code Library）。 1.1 通信庫SytemView 的通信庫包含設計和仿真一個完整的通信系統(tǒng)必要的工具，包括代表各種模塊功能的圖標如糾錯編解碼、基帶脈沖成形、調(diào)制、信道模型、解調(diào)、數(shù)據(jù)恢復等。1.2 DSP庫System View 的 DSP 庫能夠在待運行的 DSP 芯片模型基礎上仿真 DSP 系統(tǒng)。這個庫支持大多數(shù) DSP 芯片的算法模式。例如乘法器、加法器、除法器和反相器的圖標代表真正的DSP 算法操作符。還包括高級處理工具：混合的 Radix FFT、FIR 和 IIR 等。1.3 邏輯庫System View 邏輯庫包括像與非門這樣的通用器件的圖標。這些圖標包括：74 系列器件功能圖標和用戶自己定制的圖標。1.4 射頻/模擬庫System View 模擬庫支持用于射頻設計的關鍵的電子組件。例如：混合器、放大器和功率分配器。1.5 用戶代碼庫SystemView 的用戶代碼庫允許用戶自己使用 C 或 C+語言編寫特定的功能模塊來插入提供的模板。這些模板支持大多數(shù)商用的C或C+編譯器。二、System View 設計窗口2.1主菜單功能進入 System View后，屏幕上首先出現(xiàn)該系統(tǒng)的設計窗口，如圖 1-2-1 所示。圖1-2-1系統(tǒng)視窗最上邊一行為主菜單欄，包括：文件（File）、編輯（Edit）、參數(shù)優(yōu)選（Preferences）、視窗觀察（View）、便箋（NotePads）、連接（Connections）、編譯器（Compiler）、系統(tǒng)（System）、圖標（Tokens）、工具（Tools）和幫助（Help）共 11 項功能菜單。執(zhí)行菜單命令操作較簡單，例如，用戶需要清除系統(tǒng)時，可單擊“File”菜單，出現(xiàn)一個下拉菜單，單擊其中的“New System”工具條即可快捷鍵Ctrl + N也可以完成此操作。為說明問題簡單起見，將上述操作命令記作：File>>New System，以下類同。各菜單下的工具條及其功能如下表所示：表1-2-1 System View 5.0 菜單功能列表菜單工具條命令功能簡述File菜單File>>New System 清除當前系統(tǒng)SendEmail當前系統(tǒng)File>>Open Recent System 打開最新的System View文件File>>Open Existing System 打開已存在的System View文件File>>Open System in Safe Mode 以安全模式打開系統(tǒng)File>>Save System 用已存在的文件名存儲當前系統(tǒng)內(nèi)容File>> Save System As 將當前系統(tǒng)內(nèi)容另存為一個文件File>> Save System With Password加密方式保存單簽文件File>> Save System As Version選擇文件系統(tǒng)版本存儲當前文件File>> Save Selected Metasystem 存儲選擇的子系統(tǒng)文件File>>System File Information 系統(tǒng)文件信息File>>Print System: Line Art 打印屏幕內(nèi)容，圖標用連線代替File>>Print System: Symbolic Tokens 如實打印屏幕內(nèi)容，包括圖標File>>Print System Summary 打印系統(tǒng)摘要，即圖標表File>>Print System Connection List 打印連接表File>>Print Real Time Sink 打印實時接收器的波形File>>Print System View Sink 打印System View信宿接收器的波形File>>Printer Setup 打印機設置File>>Printer Fonts 打印字體設置File>>Repair SystemvView Files修復System View文件File>>Repair Current System修復當前文件File>>Exit 退出SystemView系統(tǒng)Edit菜單Edit>>Undo撤銷操作Edit>>Redo重復操作Edit>>View Undo List查看可撤銷列表Edit>>Customized Undo Items配置撤銷項目Edit>>Select All全選Edit>>Assign Token Numbers配置圖標編號方式Edit>>Check Custom Token Numbers檢測當前系統(tǒng)編號Edit>>Copy System View Sink復制System View信宿接收器的波形Edit>>Copy System as Bitmap: Symbolic Tokens以位圖格式復制當前系統(tǒng)，包括圖標Edit>>Copy System as Bitmap: Line Art以位圖格式復制當前系統(tǒng)，包括連線Edit>> Copy System as Bitmap: Selected Area以位圖格式復制當前系統(tǒng)選擇區(qū)域Edit>>Copy Entire Screen復制全屏Edit>> Paste Special粘貼Edit>>Insert Object插入Preferences菜單Preferences>>Optimize for Run Time Speed優(yōu)化運行時速Preferences>>Reset All Defaults復位所有缺省設置Preferences>>OptionsSystemView系統(tǒng)設置View菜單View>>Zoom 界面圖形縮放View>>Design Windows Size設計窗口大小View>> MetaSystem 子系統(tǒng)View>> Hide Token Numbers 隱藏顯示圖標編號View>> Analysis Windows 進入分析窗View>> Calculator 計算器View>> Units Converter 單位轉(zhuǎn)換NotePads菜單Node Pad>>Hide Note Pads 隱藏顯示便箋Node Pad>>New Note Pad 新插入便箋Node Pad>>Copy Token Parameters to Note Pad將圖標參數(shù)復制到便箋內(nèi) Node Pad>>Attributes for All Note Pads 所有便箋屬性Node Pad>>Attributes Selected Note Pad 選擇的便箋屬性Node Pad>>Delete Note Pad 刪除便箋Node Pad>> Delete All Note Pads 刪除所有便箋Connection菜單Connections>>Disconnect All Tokens 拆除所有圖標之間的連線Connections>>Check Connections Now 立即檢查連接Connections>>Show Token Output 顯示圖標輸出Connections>>Hide Token Output 隱藏圖標輸出Compiler菜單Compiler>>Select Compiler選擇編譯系統(tǒng)Compiler>>Compile System Now 立即編譯系統(tǒng)Compiler>>Compiler Wizard 編譯導向器Compiler>>Edit Execution Sequence 編輯執(zhí)行順序Compiler>> Cancel Edit Operation 取消編輯操作Compiler>> Cancel Last Edit 取消上一次編輯操作Compiler>> Use Default Exe Sequence 使用缺省順序Compiler>> Use Custom Exe Sequence 使用用戶執(zhí)行順序Compiler>>Animate Exe Sequence 動畫執(zhí)行順序System菜單System>>Run System Simulation 運行系統(tǒng)仿真System>> Run System and Auto Plot運行系統(tǒng)并繪圖System>>Single Step Execution 單步執(zhí)行System>>Debug (User Code) 調(diào)試用戶代碼System>>Root Locus 根軌跡System>>Bode Plot 波特圖Tokens菜單Token>>Find Token 查找指定圖標Token>>Find System Implicit Delays 查找系統(tǒng)固有延遲Token>>Check Token Positions檢查圖標位置Token>>Create MetaSystem 創(chuàng)建子系統(tǒng)Token>>Re-name MetaSystem 重新命名子系統(tǒng)Token>>Explode MetaSystem 展開子系統(tǒng)Token>>Assign Custom Token Picture 為用戶圖標設置圖形Token>>Use Default Token Picture 使用缺省設置圖標Token>> Select New Variable Token 選擇新變量圖標Token>>Edit Token Parameter Variations 編輯圖標參數(shù)變量Token>>Disable All Parameter Variations取消所有參數(shù)變量Tools菜單Tools>>Auto Program Generation(APG) 自動程序產(chǎn)生Tools>>Custom Library配置元件庫Tools>>Code Generator代碼生成器Tools>>Xillinx FPGA Xillinx型FPGATools>>M-LinkMatlab鏈接Tools>>Gloable Parameter Links 全局參數(shù)連接Tools>>MetaSystem Auto-Link子系統(tǒng)自動連接2.2 快捷功能按鈕在主菜單欄下，SystemView 為用戶提供了 20個常用快捷功能按鈕，按鈕功能如下： 打開文件保存文件打印清楚系統(tǒng)刪圖標切斷連線布放連線復制圖標I/O方向注釋框建子系統(tǒng)查子系統(tǒng)根軌跡波特圖重畫圖形停止運行運行系統(tǒng)系統(tǒng)定時分析窗口庫選擇2.3 圖標庫選擇按鈕圖標（Token）是構(gòu)造系統(tǒng)的基本單元模塊，相當于系統(tǒng)組成框圖中的一個子框圖，用戶在屏幕上所能看到的僅僅是代表某一數(shù)學模型的圖形標志（圖標），圖標的傳遞特性由該圖標所具有的仿真數(shù)學模型決定。創(chuàng)建一個仿真系統(tǒng)的基本操作是：按照需要調(diào)出相應的圖標，將圖標之間用帶有傳輸方向的連線連接起來。這樣一來，用戶進行的系統(tǒng)輸入完全是圖形操作，不涉及語言編程問題，使用十分方便。設計窗口左側(cè)豎排為圖標庫選擇區(qū)。一組是基本庫（Main Library），共8個，分貝包括信號源庫（Source）、子系統(tǒng)庫（MetaSystem）、加法器（Adder）、子系統(tǒng)輸入輸出端口（Meta I/O）、算子庫（Operator）、函數(shù)庫（Function）、乘法器（Mulitplier）及觀察窗庫（Sink）等共8組基本器件；另一組是可選擇的專業(yè)庫（Optional Library），如通信庫（Communication）、數(shù)字信號處理庫（DSP）、邏輯庫（Logic）、射頻/模擬庫（RF/Analog）等，支持用戶自己用C/C+語言編寫源代碼定義圖標以 所需自定義功能的用戶定義庫（Custom），及可調(diào)用、訪問Matlab的函數(shù)的M-Link庫；以及CDMA、DVB、自適應濾波等擴展庫?；編炫c專業(yè)庫之間由“庫選擇”按鈕進行切換，而擴展則要由自定義庫通過動態(tài)鏈接庫（*.dll）加載進來。2.4 圖標定義用戶在選中的圖表上雙擊鼠標左鍵，或選中該圖標并按住鼠標左鍵將其拖至設計域中，就可以吧某一圖標庫中的通用圖標添加進自己的仿真系統(tǒng)，這時所選中的圖標會出現(xiàn)在設計區(qū)域中。雙擊設計窗口中的圖標后，圖標庫窗口將會出現(xiàn)在屏幕上。如圖1-2-2是信號源圖標庫窗口的例子：圖1-2-2 信號源窗口此時可用鼠標單擊以選中某個圖標，然后單擊“參數(shù)”(Parameters)按鈕進入?yún)?shù)設計窗口；也可以雙擊所選中的圖標直接進入?yún)?shù)設置窗口。如，在上面的窗口中選中了“Sinusoid”圖標，即正弦波信號源，則其參數(shù)設置界面如圖1-2-3：圖1-2-3 正弦信號源的參數(shù)設計界面用戶通過這個窗口輸入所需要的參數(shù)。注意，使用“Apply to tokens”的功能，可以把一組參數(shù)同時賦給用戶系統(tǒng)所使用的幾個相同功能的圖標。2.5 系統(tǒng)定時System View系統(tǒng)式一個離散時間系統(tǒng)。每次系統(tǒng)運行之前，首先需要設定一個系統(tǒng)頻率。仿真各種系統(tǒng)運行時，首先對信號以系統(tǒng)頻率進行采集，然后按系統(tǒng)對信號的處理計算各個采樣點的值，最后在輸出時，在觀察窗內(nèi)，按要求畫出各個點的值或擬合曲線。所以，系統(tǒng)定時是系統(tǒng)運行之前一個必不可少的步驟。單擊“System Time” 按鈕，打開如圖1-2-4的系統(tǒng)定時窗口。其中，起始時間和終止時間控制了系統(tǒng)的運行時間范圍。System View對系統(tǒng)仿真運行時間基本上沒有限制，只要求終止時間大于起始時間。采樣率和采樣時間間隔在仿真過程中控制著時間步長，因此決定了系統(tǒng)的仿真效果。一般為了獲得較好的仿真波形，系統(tǒng)的采樣率應設為系統(tǒng)信號最高頻率的5-7倍。當采樣率為系統(tǒng)信號最高頻率的10倍以上時，仿真波形就幾乎沒有失真了。采樣點數(shù)是由系統(tǒng)的運行時間和采樣率共同決定的，他們之間的關系如下：采樣點數(shù)=（終止時間 起始時間）X 采樣率 + 1圖1-2-4 系統(tǒng)定時窗口System View 提供了循環(huán)運行的功能，目的是提供用戶系統(tǒng)自動重復運行的能力。在循環(huán)次數(shù)對話框“No. of System Loops:”中，可以輸入希望系統(tǒng)循環(huán)運行的次數(shù)?！癛eset System on loop”被選中，則每個運行循環(huán)結(jié)束后，所有圖標的參數(shù)都復位，否則每次運行的參數(shù)都被保存起來。“Pause on loop”用于在每次循環(huán)結(jié)束后暫停系統(tǒng)運行，暫停后，可以進入分析窗觀察當前系統(tǒng)運行的波形，以便分析本次運行的結(jié)果，也可以對系統(tǒng)內(nèi)某些圖標的參數(shù)進行修改，以達到動態(tài)控制系統(tǒng)的目的。實驗一 熟悉System View軟件一 實驗目的和要求1. 初步了解System View軟件的使用方法。2. 掌握系統(tǒng)定時、信號源、函數(shù)模塊、數(shù)據(jù)接收器等概念及使用方法。二 進入實驗系統(tǒng)點擊桌面上的System View By Elanix圖標或點擊“開始”>>“System View By Elanix”>>“System View By Elanix”進入System View系統(tǒng)。三 觀看實例演示1. 選擇菜單Help>>Demo，單擊Start Demo按鈕，觀察實例演示。調(diào)節(jié)Demo Speed，可以改變演示速度。2. 在觀察演示過程中，特別注意如何設置系統(tǒng)時間，如何選擇模塊和設置模塊參數(shù)，如何選擇濾波器和設置濾波器的參數(shù)。四 建立自己的第一個系統(tǒng)通過演示，你可能已初步了解System View軟件的基本情況。下面作為練習，自己建立一個如下圖所示的系統(tǒng)，從而進一步掌握System View軟件的使用方法。該系統(tǒng)實現(xiàn)對輸入信號進行平方運算。操作步驟如下： 1. 每次構(gòu)建一個新的仿真系統(tǒng)時，都首先需要對系統(tǒng)時間進行定義。單擊系統(tǒng)工具欄上的定時按扭，“No. of Samples”(采樣點數(shù))設置為128，單擊“OK”。2. 雙擊信號源庫“Source”圖標。雙擊該圖標顯示出信號源庫窗口，單擊“Sinusoid”，單擊參數(shù)“Parameters”按扭，在頻率框“Frequency”內(nèi)輸入“4”，單擊“OK”。這樣就定義了一個幅度為1，頻率為4Hz的正弦波信號。3. 現(xiàn)在彈出函數(shù)圖標。與信號源圖標的處理相同，雙擊該圖標顯示出函數(shù)庫窗口，選擇“Algebraic”，選擇“Xa”，單擊參數(shù)“Parameters”按扭，在“Exponent”框內(nèi)輸入“2”。這個圖標被用于對輸入的正弦波進行平方運算。4. 彈出數(shù)據(jù)接收器“Sink”圖標，雙擊該圖標并選擇“Graphic Display”，選擇“System View”做為信號接收器的類型。5. 點擊(連接按扭)，再點擊信號源圖標“Source”，出現(xiàn)“Select Output”對話框,選擇“0:sine”點擊“OK”，再點擊“Sink”圖標，這樣“Source”圖標就連接到了“Sink”圖標。6. 彈出另一個“Sink”圖標并同樣選擇“System View”類型。7. 把信號源圖標連接到函數(shù)圖標，再把函數(shù)圖標連接到第二個“Sink”圖標。 8. 單擊“Run System”按扭運行系統(tǒng)。9. 單擊(Analysis)按扭,單擊(Load New System Data)，出現(xiàn)選擇菜單后單擊“OK”。這時應能看到兩個圖形，一個是4Hz的正弦波信號，另一個是所得到的平方后的信號。注意，每次重新運行系統(tǒng)后，都需要單擊來加載新的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，從而使顯示的圖形得到刷新。10. 單擊接收計算器按扭，選擇“Spectrum”，在“Select One window”窗口中選擇一個觀察窗口，這時會出現(xiàn)一個新圖形，即為該窗口信號的頻譜圖。11. 在“File”菜單中選擇“Save System”，把本次設計保存在優(yōu)盤自己的目錄下。用戶要輸入有效的DOS文件名，擴展名“.svu”，如果你沒有輸入擴展名，系統(tǒng)會自動加入。五 報告要求1. 將做好的System View文件重命名為“Demo-班級-學號.svu”，發(fā)送到郵箱catding+teach。2. 將仿真結(jié)果即分析窗中波形拷貝下，用A4紙打印出來貼到報告紙上，以班級為單位交上來。實驗二 2ASK系統(tǒng)仿真一 實驗目的和要求：1 了解和掌握如何用 SystemView 軟件仿真一個通信系統(tǒng)。 2 通過仿真加深對ASK調(diào)制、解調(diào)方式的理解。 3 掌握模擬低通濾波器的設置。二 概述為使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸，必須對數(shù)字信號進行調(diào)制。在幅移鍵控中，載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的。最簡單的形式是載波在二進制調(diào)制信號 1 或 0 控制下通或斷，這種二進制幅度鍵控方式稱為通斷鍵控制（OOK)。本實驗采用這種方式。三 實驗原理及其框圖1. 調(diào)制部分：二進制幅度鍵控調(diào)制器可用一個相乘器來實現(xiàn)。OOK信號，相乘器可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 時開關電路切斷，如圖一所示。OOK信號表達式： 圖一 調(diào)制部分原理框圖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)。我們在實驗中采用相干解調(diào)。圖二 解調(diào)部分原理框圖四 實驗步驟1. 根據(jù)ASK調(diào)制與解調(diào)原理，用System view軟件建立一個仿真電路，如下圖所示：圖三 System View 仿真電路2. 系統(tǒng)運行時間設置“Sample Rate”(采樣頻率)= 5,000赫茲 運行時間= 0.2秒(即設置“Stop Time = 0.2”) 點擊 Update , OK。3. 元件參數(shù)設置Token 0: 基帶信號-PN碼序列 選擇 “Source”/“Noise/PN”/“PN Seq” （Rate=100HZ, Amplitude(幅度)= 0.5v, Offset(偏移)= 0.5v） Token 1,2: 乘法器 Token 10: 加法器 Token 3,7: 載波-正弦波發(fā)生器 （頻率=500HZ）Token 4: 模擬低通濾波器 （截止頻率=200HZ） Token 9: 高斯噪聲 ( Std Devistion 0.1V )模擬低通濾波器設置：雙擊(Operator)圖標，選擇(Linear Sys Filters) ,“Parameters”中，選擇（模擬濾波器），濾波器類型選擇ButterWorth (巴特沃斯類型)，“Low Cuttoff”（低通截止頻率）=200HZ，點擊“Finish”。 Token 5, 6, 8, 11: 數(shù)據(jù)接收器4. 運行系統(tǒng)在System View系統(tǒng)窗內(nèi)運行該系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)到分析窗觀察各數(shù)據(jù)接收器的波形。5. 功率譜在分析窗繪出該系統(tǒng)調(diào)制后的功率譜。6. 在信道中加入高斯白噪聲，改變噪聲參數(shù)，觀察其對解調(diào)部分的影響。五 報告要求1. 將做好的System View文件重命名為“OOK-班級-學號.svu”，發(fā)送到郵箱catding+teach。2. 將仿真結(jié)果即分析窗中波形拷貝下，用A4紙打印出來貼到報告紙上，以班級為單位交上來。實驗三 AM調(diào)制系統(tǒng)仿真一實驗目的1. 掌握AM調(diào)制原理2. 掌握System View建立系統(tǒng)模型的方法3. 掌握仿真分析以及對模型參數(shù)的修改優(yōu)化4. 會分析調(diào)制信號、載波、已調(diào)信號的頻譜關系二實驗原理在常規(guī)雙邊帶調(diào)幅中，輸出已調(diào)信號的包絡與輸入調(diào)制信號成正比，AM調(diào)幅信號的時域表達式為：這里，A為外加的直流分量（本實驗中取A=0），f（t）為調(diào)制信號，它可以是確定信號，也可以是隨機信號。為載波信號的角頻率，為載波信號的初始相位。典型波形如圖1所示。圖1 調(diào)制信號、載波、已調(diào)信號波形三實驗內(nèi)容及步驟1. 創(chuàng)建系統(tǒng)模型首先運行System View，進入設計窗口。具體步驟如下：（1） 系統(tǒng)時間設置。正確的系統(tǒng)時間設置是System View能夠正確進行仿真的必要條件。單擊工具欄的時鐘按鈕，打開時間設定窗口，設置各參數(shù)如圖2所示。圖2 設置時間參數(shù)（2） 定義載波信號。從圖標工具欄拖一個Source圖標到工作區(qū)域，雙擊打開該圖標庫選擇對話框，如圖3所示。選擇Periodic（周期信號）組，雙擊Sinusoid按鈕，打開如圖4所示的正弦信號定義窗口，輸入和圖中相同的參數(shù)后單擊ok按鈕即可。圖3 信號源圖標庫選擇對話框 （3） 定義調(diào)制信號。方法同上，同樣定義成單頻正弦信號，定義參數(shù)如圖5所示。（4） 從圖標工具欄拖一個Multiplier圖標到工作去合適位置，該圖標不需要定義參數(shù)。（5） 定義接收器。拖一個Sink圖標到工組區(qū)域，雙擊打開如圖6所示窗口。在下面的Custom Sink Name文本框中輸入用戶自定義的名字，為了分析方便，輸入“已調(diào)信號”，然后選擇Analysis組的Analysis圖標并單擊ok按鈕。（6） 用與步驟（5）相同的方法定義另外兩個接收器，類型相同，名字分別為“載波”和“調(diào)制信號”。圖4 載波信號參數(shù) 圖5 調(diào)制信號參數(shù)（7） 連接各圖標。按住Ctrl鍵，依次單擊兩個圖標即可建立連接。各圖標間的連接關系如圖7所示。圖6 接收器定義窗口圖7 AM調(diào)制系統(tǒng)（8） 放置便箋。用于輸入相應文字信息。如圖7中所示。（9） 保存系統(tǒng)。（10） 系統(tǒng)仿真。單擊工具欄的仿真按鈕進行仿真，結(jié)束后單擊分析窗口按鈕可以激活圖8所示的分析窗口，該窗口顯示的波形就是本實驗中3個接收器的波形，從上面起依次是已調(diào)信號、載波、調(diào)制信號。圖8 分析窗口為了分析調(diào)制信號和已調(diào)信號的關系，需要在同一個圖形顯示窗口中疊繪這兩個曲線，單擊分析窗口下方的 按鈕打開接收計算器窗口。選擇Operators組的Overlay Plots功能，然后按住Ctrl鍵在窗口列表中選中“w0已調(diào)信號（t3）”和“w2調(diào)制信號（t5）”兩個圖形窗口，如圖9所示。單擊OK按鈕即可完成疊繪操作，結(jié)果如圖10所示。從圖10中可以看出已調(diào)信號是以調(diào)制信號為包絡的，這和AM調(diào)制的定義是一致的。圖9 疊繪窗口操作（11）頻譜關系。首先繪制各個信號的頻譜。單擊 按鈕打開如圖9所示的接收計算器窗口，選擇Spectrum組的|FFT|功能，在窗口列表中選擇“w2調(diào)制信號(t5)”繪制調(diào)制信號的頻譜，如圖11所示。然后用同樣的方法繪制載波和已調(diào)信號的頻譜。圖11 調(diào)制信號的頻譜用前面介紹的疊繪方法把調(diào)制信號、載波和已調(diào)信號的頻譜疊繪在同一個窗口內(nèi)，如圖12所示。已調(diào)信號調(diào)制信號載波圖12 頻譜疊加四報告要求1. 根據(jù)仿真結(jié)果，分析已調(diào)信號和調(diào)制信號的關系。2. 改變調(diào)制信號和載波頻率，觀察仿真結(jié)果。3. 將做好的System View文件重命名為“AM-班級-學號.svu”，發(fā)送到郵箱catding+teach。4. 將仿真結(jié)果即分析窗中波形拷貝下，用A4紙打印出來貼到報告紙上，以班級為單位交上來。實驗四 脈沖編碼調(diào)制仿真一 實驗目的1. 掌握PCM調(diào)制原理2. 掌握仿真分析以及對模型參數(shù)的修改二 實驗原理脈沖編碼調(diào)制簡稱脈碼調(diào)制（PCM），它是一種將模擬語音信號變換成數(shù)字信號的編碼方式，脈碼調(diào)制的過程如圖1所示。圖1 PCM原理圖在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，脈碼調(diào)制傳輸先將信號進行預濾波，然后進行抽樣和量化編碼，經(jīng)數(shù)字信道傳輸后在接收端用相反的步驟恢復信號。為了使傳輸語音信號時量化失真盡可能小，一般進行非均勻量化，現(xiàn)有A律和u律兩種標準。三 實驗原理及步驟1. 創(chuàng)建系統(tǒng)模型，具體方法步驟略。基本原理的System View模型如圖2所示。本實驗采用率。圖標6用作模擬信號源，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。先按照圖3建立子系統(tǒng)后，然后按住鼠標左鍵框住各圖標，然后點擊按鈕來創(chuàng)建子系統(tǒng)。各圖標的設置如表1所示，系統(tǒng)時間設置：采樣點數(shù)為1024，采樣頻率為100KHz。 圖2 PCM基本原理 圖3 子系統(tǒng)表1 PCM模型圖標參數(shù)設置圖標編號庫/圖標名稱參數(shù)1Source: SinusoidAmp=1v, Freq=1e+3Hz, Phase=0deg2Source: SinusoidAmp=1v, Freq=500 Hz, Phase=0deg3Source: SinusoidAmp=1v, Freq=1.5e+3 Hz, Phase=0deg4Adder5Meta I/O: Meta Out6Meta System子系統(tǒng)7Logic: ADCTwo's Complement，Gate Delay = 0 sec， Threshold = 500e-3 v，True Output = 1 v， False Output = 0 v，No. Bits = 8 ，Min Input = -2.5 v，Max Input = 2.5 v，Rise Time = 0 sec，Output 0 = Q-0 t8，Output 1 = Q-1 t8，Output 2 = Q-2 t8，Output 3 = Q-3 t8，Output 4 = Q-4 t8，Output 5 = Q-5 t8，Output 6 = Q-6 t8，Output 7 = Q-7 t88Logic: DACTwo's Complement， Gate Delay = 0 sec， Threshold = 500e-3 v， No. Bits = 8 ， Min Output = -2.5 v，Max Output = 2.5 v，D-0 = t7 Output 0， D-1 = t7 Output 1， D-2 = t7 Output 2， D-3 = t7 Output 3， D-4 = t7 Output 4， D-5 = t7 Output 5， D-6 = t7 Output 6， D-7 = t7 Output 79Comm: Companderu-Law， Max Input = ±2.5， Max Rate = 100e+3 Hz10Comm: DeCompandu-Law， Max Input = ±2.5， Max Rate = 100e+3 Hz11Operator: Linear SysButterworth Lowpass IIR， 3 Poles， Fc = 1.8e+3 Hz12Source: Pulse TrainAmp = 1 v， Freq = 10e+3 Hz， PulseW = 50e-6 sec13，1415，16Sink: Analysis2. 開始仿真。仿真后波形如圖4所示圖4 仿真前后波形四 報告要求1. 根據(jù)仿真結(jié)果，分析壓擴前后信號的關系。2. 改變ADC/DAC的壓縮特性，改為A律。3. 畫出采用A律壓縮前后的信號的波形。4. 將做好的System View文件重命名為“PCM-班級-學號.svu”，發(fā)送到郵箱catding+teach。5. 將仿真結(jié)果即分析窗中波形拷貝下，用A4紙打印出來貼到報告紙上，以班級為單位交上來。實驗五 眼圖仿真一 實驗目的1. 掌握眼圖中各個參數(shù)的物理意義。2. 掌握仿真分析以及對模型參數(shù)的修改優(yōu)化3. 觀察有、無干擾情況下的眼圖二 實驗原理評價基帶傳輸系統(tǒng)性能的一個簡便方法就是眼圖。在進行實際的實驗時，當示波器的水平掃描周期與碼元同步時，在示波器的屏幕上將顯示類似人眼睛的圖案，稱之為“眼圖”。二進制碼時，一個周期可以觀察到一個“眼睛”，三元碼有兩個“眼睛”，N元碼有N-1個“眼睛”。一般的眼圖示意圖如圖1所示。眼睛張開部分的寬度決定了接收波形不受串擾影響抽樣判決的時間間隔，顯然，最佳的抽樣時刻應該是“眼睛”張開的最大時刻?！把劬Α痹谔囟ǔ闃訒r刻張開的高度決定了系統(tǒng)的噪聲容限?！把劬Α遍]合的斜率決定了系統(tǒng)對定時誤差的敏感程度，斜率越大越敏感。圖1 一般眼圖示意圖三 實驗內(nèi)容及步驟1. 創(chuàng)建系統(tǒng)模型，具體方法步驟此略?；驹淼腟ystem view模型如圖2所示。圖2 眼圖的系統(tǒng)模型其中圖標0用來模擬基帶數(shù)字信號源，濾波器圖標2和加法器3以及高斯噪聲4用來模擬頻帶受限的有擾信道。各圖標的設置如表1所示。系統(tǒng)時間設置：采樣點數(shù)為2048，采樣頻率為100Hz。表1眼圖模型圖標參數(shù)設置圖標編號庫/圖標名稱參數(shù)0Source: PN SeqAmp = 1 v，Offset = 0 v，Rate = 10 Hz，Levels = 2Phase = 0 deg1Sink: Analysis2Operator: Linear SysRaised Cosine (Parametric) FIR，Symbol Rate = 10 Hz，Decimate By 1，Quant Bits = None，Roll-Off Factor = .5Taps = 5123Adder4Source: Gauss NoiseStd Dev = 100e-3 v，Mean = 0 v2. 開始仿真。首先觀察沒有干擾時的眼圖，為此斷開圖標3和4之間的連接，運行系統(tǒng)仿真。此時系統(tǒng)彈出如圖3所示的對話框提示圖標4沒有正確地連接，不要理它，直接點擊Run System按鈕運行仿真。圖3 警告對話框單擊按鈕打開接收計算器來繪制眼圖。這時要用到時間切片功能。在接收計算器中單擊Style標簽，切換到該組，如圖4所示。圖4 設置時間切片繪制眼圖為了繪制眼圖，時間切片的長度應該設為信號周期的整數(shù)倍，該數(shù)字較大時觀察到的“眼睛”較多，反之較少。單擊Slice按鈕，在后面的文本框中設置起始時間為0和切片長度為0.4（信號周期的4倍），單擊OK即可。眼圖如圖5所示。圖5 信道無干擾時的眼圖連接圖標3和4，重新仿真，可以觀察到信道有干擾時的眼圖如圖6所示。圖6信道有干擾時的眼圖四 報告要求1. 根據(jù)仿真結(jié)果，分析加高斯噪聲前后眼圖的變化關系。2. 改變切片長度，觀察眼圖的個數(shù)變化。3. 分析眼圖個數(shù)與切片長度的關系。4. 將做好的System View文件重命名為“EYE-班級-學號.svu”，發(fā)送到郵箱catding+teach。5. 將仿真結(jié)果即分析窗中波形拷貝下，用A4紙打印出來貼到報告紙上，以班級為單位交上來。實驗六 奈奎斯特第一準則的驗證一實驗目的和要求 1通過對奈奎斯特準則的驗證，加深對碼間串擾現(xiàn)象及其消除方法的了解。 2掌握升余弦滾降濾波器和FIR濾波器以及算子模塊等的使用。 3觀察通過升余弦滾降處理后接收信號的眼圖。二數(shù)字信號基帶傳輸 通信的根本任務是遠距離傳遞信息，因而如何準確地傳輸數(shù)字信息是數(shù)字通信的一個重要組成部分。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸對象通常是二進制數(shù)字信息，它可能來自計算機、網(wǎng)絡或其它數(shù)字設備的各種數(shù)字代碼。也可能來自數(shù)字電話終端的脈沖編碼信號，設計數(shù)字傳輸系統(tǒng)的基本考慮是選擇一組有限的離散的波形來表示數(shù)字信息。這些離散波形可以是未經(jīng)調(diào)制的不同電平信號，也可以是調(diào)制后的信號形式。由于未經(jīng)調(diào)制的脈沖電信號所占據(jù)的頻帶通常從直流和低頻開始。因而稱為數(shù)字基帶信號。在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠的情況下，數(shù)字基帶信號可以直接傳送，我們稱之為數(shù)字信號的基帶傳輸。而在另外一些信道，特別是無線信道和光信道中，數(shù)字基帶信號則必須經(jīng)過調(diào)制，將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。我們把這種傳輸稱為數(shù)字信號的調(diào)制傳輸（或載波傳輸）。如果把調(diào)制與解調(diào)過程看作是廣義信道的一部分，則任何數(shù)傳輸系統(tǒng)均可等效為基帶傳輸系統(tǒng)。因此掌握數(shù)字信號的基帶傳輸原理是十分重要的。通過 SystemView 提供的仿真環(huán)境對數(shù)字基帶傳輸中的某些問題加以仿真、分析，能幫助我們進一步加深對這些抽象概念的理解，并加深感性認識。二進制數(shù)字基帶波形都是矩形波，在畫頻譜時通常只畫出了其中能量最集中的頻率范圍，但這些基帶信號在頻域內(nèi)實際上是無窮延伸的。如果直接采用矩形脈沖的基帶信號作為傳輸碼型，由于實際信道的頻帶都是有限的，則傳輸系統(tǒng)接收端所得的信號頻譜必定與發(fā)送端不同，這就會使接收端數(shù)字基帶信號的波形失真。大多數(shù)有線傳輸情況下，信號頻帶不是陡然截止的，而且基帶頻譜也是逐漸衰減的，采用一些相對來說比較簡單的補償措施（如簡單的頻域或時域均衡）可以將失真控制在比較小的范圍內(nèi)。較小的波形失真對于二進制基帶信號影響不大，只是使其抗噪聲性能稍有下降，但對于多元信號，則可能造成嚴重的傳輸錯誤。當信道頻帶嚴格受限時（如數(shù)字基帶信號經(jīng)調(diào)制通過頻分多路通信信道傳輸），波形失真問題就變得比較嚴重，尤其在傳輸多元信號時更為突出。為了研究波形傳輸?shù)氖д鎲栴}，我們首先來看一下基帶信號傳輸系統(tǒng)的典型模型，如圖所示。在發(fā)送端，數(shù)字基帶信號X(t)經(jīng)發(fā)送濾波器輸入到信道，發(fā)送濾波器的作用是限制發(fā)送頻帶，阻止不必要的頻率成分干擾相鄰信道。傳輸信道在這里是廣義的，它可以是傳輸介質(zhì)（電纜、雙絞線等等），也可以是帶調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制信道?；鶐盘栐谛诺乐袀鬏敃r?；烊朐肼昻(t)，同時由于信道一般不滿足不失真?zhèn)鬏敆l件，因此要引起傳輸波形的失真。所以在接收端輸入的波形與原始的基帶信號X(t)差別較大，若直接進行抽樣判決可能產(chǎn)生較大的誤判。因此在抽樣判決之前先經(jīng)過一個接收濾波器，它一方面濾除帶外噪聲，另一方面對失真波形進行均衡。抽樣和判決電路使數(shù)字信號得到再生，并改善輸出信號的質(zhì)量。根據(jù)頻譜分析的基本原理，任何信號的頻域受限和時域受限不可能同時成立。因此基帶信號要滿足在頻域上的無失真?zhèn)鬏?，信號其波形在時域上必定是無限延伸的，這就帶來了各碼元間相互串擾問題。造成判決錯誤的主要原因是噪聲和由于傳輸特性（包括發(fā)、收濾波器和信道特性）不良引起的碼間串擾?；鶐}沖序列通過系統(tǒng)時，系統(tǒng)的濾波作用使脈沖拖寬，在時間上，它們重疊到鄰近時隙中去。接收端在按約定的時隙對各點進行抽樣，并以抽樣時刻測定的信號幅度為依據(jù)進行判決，來導出原脈沖的消息。若重疊到鄰接時隙內(nèi)的信號太強，就可能發(fā)生錯誤判決。若相鄰脈沖的拖尾相加超過判決門限，則會使發(fā)送的“0”判為“1”。實際中可能出現(xiàn)好幾個鄰近脈沖的拖尾疊加，這種脈沖重疊，并在接收端造成判決困難的現(xiàn)象叫做碼間串擾。因此可以看出，傳輸基帶信號受到約束的主要因素是系統(tǒng)的頻率特性。當然可以有意地加寬傳輸頻帶使這種干擾減小到任意程度。然而這會導致不必要地浪費帶寬。如果展寬得太多還會將過大的噪聲引入系統(tǒng)。因此應該探索另外的代替途徑，即通過設計信號波形，或采用合適的傳輸濾波器，以便在最小傳輸帶寬的條件下大大減小或消除這種干擾。奈奎斯特第一準則解決了消除這種碼間干擾的問題，并指出信道帶寬與碼速率的基本關系。即式中Rb為傳碼率，單位為比特/每秒（bps）。fN和 BN分別為理想信道的低通截止頻率和奈奎斯特帶寬。上式說明了理想信道的頻帶利用率為實際上，具有理想低通特性的信道是難以實現(xiàn)的，而實際應用的是具有滾降特性的信道。其帶寬較奈奎斯特帶寬增加的程度滾降系數(shù) 可以表示為 其中B表示滾降信道的帶寬。由于升余弦滾降濾波特性可使傳輸信號具有較大的功率，且收斂快而減小碼間干擾，故已得到了廣泛的應用。為了加深對數(shù)字信號基帶波形串擾以及升余弦滾降濾波特性的認識，可以用如圖一所示的SystemView仿真電路來驗證奈奎斯特第一準則。系統(tǒng)的采樣速率設定為1KHz。實驗時，可選擇在信道上不加噪聲信號和加上噪聲信號，分別對系統(tǒng)進行測試，并觀察相應輸出信號的眼圖和誤碼情況?；鶐盘栐矗▓D標0）： 基帶信號是幅度為正負1V，碼速率為100bps 的偽隨機信號。 升余弦滾降濾波器（圖標1）： 基帶數(shù)據(jù)在輸入信道以前，先通過了一個升余弦滾降濾波器整型，以保信號有較高的功率而無碼間干擾。滾降系數(shù)設置為0.3， 低通濾波器（圖標5）：抽頭數(shù)為259的FIR低通濾波器，用來近似模擬理想的傳輸信道。濾波器的截止頻率設為50Hz，在60Hz 處有-60dB 的衰落。因此，信道的傳輸帶 寬可近似等價為50Hz，該頻率正好是傳輸信號的奈奎斯特帶寬。 信道的噪聲源（圖標13）: 用高斯噪聲表示。 圖標8、9、11: 完成接收端信號的抽樣判決和整型輸出。抽樣器的抽樣頻率與數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)率一致，設為100Hz。 延遲器（圖標4 和 圖標7）: 為了比較發(fā)送端和接收端的波形，使得觀察波形時信號在時刻上一致，發(fā)送端信號源和升余弦滾降濾波器的接收器前各加入了一個延遲器。 圖二所示為通過升余弦滾降濾波器后的信號與原輸入信號的波形疊加。圖三為輸入信號波形與接收信號波形的疊加，可觀察到收發(fā)波形基本一致，加入一定幅度的噪聲仍然能正常傳輸。奈奎斯特第一準則得到驗證。將輸入信號的波特率由100bps 改為110bps，此時的條件已不滿足奈奎斯特第一準則，重新運行系統(tǒng)，可觀察到信號傳輸錯誤，如圖四所示。改變噪聲幅度，錯誤波形可能增多。實驗七 16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)分析一、實驗目的 本實驗安排了 16QAM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真分析內(nèi)容，目的是在全面理解 16QAM 調(diào)制解調(diào)原理的基礎上，強化信號星座圖、判決環(huán)節(jié)在解調(diào)系統(tǒng)中的重要作用 二、16QAM系統(tǒng)組成原理 由于信道資源越來越緊張，許多數(shù)據(jù)傳輸場合二進制數(shù)字調(diào)制已無法滿足需要。為了在有限信道帶寬中高速率地傳輸數(shù)據(jù)，可以采用多進制（M進制，M>2）調(diào)制方式，MPSK則是經(jīng)常使用的調(diào)制方式，由于MPSK的信號點分布在圓周上，沒有最充分地利用信號平面，隨著 M 值的增大，信號最小距離急劇減小，影響了信號的抗干擾能力。MQAM 稱為多進制正交幅度調(diào)制，它是一種信號幅度與相位結(jié)合的數(shù)字調(diào)制方式，信號點不是限制在圓周上，而是均勻地分布在信號平面上，是一種最小信號距離最大化原則的典型運用，從而使得在同樣M值和信號功率條件下，具有比MPSK更高的抗干擾能力。16QAM信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)如圖3-3-1所示。16QAM的每個信號點都可視為同相與正交兩個分量的矢量合，與同相和正交載波相乘的信號為兩個4電平基帶信號，分別由輸入的二進制序列轉(zhuǎn)換而成。圖1 16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)組成在16QAM信號的解調(diào)器中，“低通濾波器”后邊接“取樣判決器”可以大大提高解調(diào)輸出的正確性，因為低通濾波器輸出的是包含信道畸變和噪聲影響的模擬量，信號取值具有很大模糊性，此時信號星座圖中的信號點是發(fā)散的，這一點將在接下來的仿真分析結(jié)果中充分體現(xiàn)出來。取樣判決器的作用就是最大限度地消除各種不利因素，使信號星座圖更加趨于理想 16QAM 的信號星座圖。事實上，幾乎所有規(guī)范的數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)都是采樣這種處理方式。三、實驗步驟創(chuàng)建一個 16QAM 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)。為了便于觀察，假設被調(diào)載頻為 500Hz，分別以2個