通信工程专业综合实验指导书

通信工程专业综合实验指导书山东建筑大学信息与电气工程学院通信工程教研室2013年3月实验一、学习数字通信系统的SystemView仿真软件一、实验目的1了解SystemView软件，学习数字通信系统SystemView仿真软件的使用方法，为实际的仿真应用打下良好的基础。2掌握软件设计和仿真的方法。二、实验说明SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真分析的可视化软件工具。使用它，用户可以用图符（Token）去描述自己的系统，无需与复杂的程序语言打交道，不用写代码即可完成各种系统的设计与仿真。利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。SystemView的图符资源十分丰富，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。还可进行CDMA通信系统和数字电视业务的分析；用户还可以自己用C语言编写自己的用户自定义库。SystemView能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。在系统设计和仿真方面，SystemView还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形，也可完成对仿真运行结果的各种运算、频谱分析、滤波。三、实验设备序号名 称型号与规格数量1计算机通用12SystemView软件四、实验内容1安装SystemView，对该软件有一个感性认识 根据SystemView安装软件说明，在电脑上安装SystemView软件。2了解SystemView设计窗口启动SystemView后就会出现如图1所示的系统设计窗口。它包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计窗工作区。其中设计窗口工作区是用于设置、连接各种图符以创建系统，进行系统仿真等操作；提示栏用于显示系统仿真的状态信息、功能快捷键的功能信息提示和图符的参数显示；滚动条用于移动观察当前的工作区域。当鼠标器位于功能图符上时，则该图符的具体参数就会自动弹出显示。 3应用SystemView图符库 SystemView的图标库可分为3种，即基本库、专业库以及用户扩展库。分别了解相关图库的功能，学会设置相应参数，便于后续设计使用。 4.了解SystemView分析窗口了解分析窗口各菜单的大体功能，了解分析窗口接收计算器的主要功能和使用。五、预习思考题 掌握SystemView设计软件。六、实验报告1简述SystemView的安装过程。2简述SystemView的设计窗口和分析窗口，对这两个窗口的菜单和工具栏的功能和使用有深入理解，应用图标库的图标。3心得体会及其他。实验二、AM调制系统仿真模型一、实验目的1掌握使用图形、设置图符属性的方法以及系统的时间设置等系统模型的建立过程。2掌握信号波形的显示、波形的处理和接收计算器的应用等系统波形的分析过程。二、实验说明利用SystemView完成系统设计有两个基本步骤，首先是建立系统模型；然后是仿真分析，并通过对系统的分析对系统模型进行修改、优化。虽然SystemView简单易用，但是也需要用户具有相关的专业知识。SystemView只是为用户的设计提供方便，并不能使不具有通信电子专业知识者成为该专业的工程师。所以，对于系统，要有充分的理论基础，对系统各模块功能及相关参数有详细的了解。本次实验通过简单的AM调制，使同学们对SystemView软件有进一步的认识和熟悉。为今后设计复杂的通信系统打基础。三、实验设备序号名 称型号与规格数量1计算机通用12SystemView软件四、实验内容1.创建系统模型 建立系统模型的具体步骤如下： （1）进行系统时间设置。正确的系统时间设置是SystemView能够正确进行仿真的必要条件，首先设置系统时间。 （2）定义载波信号。本系统载波信号采用100HZ的正弦信号，选择正确的图符并对其参数进行设置。 （3）定义调制信号。把调制信号定义成10HZ的单频余弦信号，选择正确的图符并对其参数进行设置。 （4）从图符工具栏拖一个Multiplier图符到工作区域合适位置，该图符不需要定义参数。 （5）定义接收器：分别定义调制信号接收器、载波信号及调制信号接收器。 （6）连接个图符，给出系统模型。还可在相应位置放置便签，用于输入相关文字信息。2.系统仿真和分析 在系统模型创建完成后即可进行仿真分析。得到3个接收器的波形。 为了分析调制信号和已调信号的关系，需要在同一个图形显示窗口叠绘调制信号和已调信号曲线，分析是否符合AM调制的定义。 分析几个信号之间的频谱关系：首先绘制调制信号、载波和已调信号的频谱；然后将调制信号、载波信号和已调信号的频谱叠绘在同一个窗口。分析已调信号的频谱是否为“载波频谱”“调制信号频谱”？是否和AM调制的相关定义相同。五、预习思考题 预习AM调制相关概念。六、实验报告要求1对所有实际动手操作完成的实验内容，要求写出实验步骤；2对仿真波形进行完整记录，写入实验报告；3对操作过程中的异常结果进行分析，在报告中写明原因。4心得体会及其他。实验三、双路FM语音通信系统的仿真一、实验目的1掌握系统的SystemView开发仿真过程2实现功能模块和通信综合系统仿真模型，分析数据及各点波形。3实现语音信号的传输仿真。二、实验说明利用SystemView完成系统设计有两个基本步骤，首先是建立系统模型；然后是仿真分析，并通过对系统的分析对系统模型进行修改、优化。本次实验通过FM语音通信系统，使同学们对SystemView软件有进一步的认识和熟悉。对建立通信综合系统仿真模型、为今后设计复杂的通信系统打基础。三、实验设备序号名 称型号与规格数量1计算机通用12SystemView软件四、实验内容1.准备工作 准备工作的目的是获得所需要的音频文件，SystemView所使用的音频文件必须是WAV格式的文件，这种文件可以用Windows系统所带的录音机程序来录制。要保存音频文件，首先改变保存文件的格式，改为“8000HZ，8位，单声8KB/s”，输入一个名字将音频文件保存下来。 准备好两个不同的声音文件待用。2.建立SystemView模型 （1）要在仿真中使用音频文件，首先拖动一个信号源图符到工作区域，双击该图符，在窗口中对外部输入的音频文件进行设置。用同样方法再放置一个WAV 1ch图符，打开准备的另外一个音频文件作为另一路信号的信号源。 （2）由于音频信号的频谱比较丰富，为了避免各路已调信号相互干扰，调制前必须对音频信号进行滤波。滤波器使用5kHZ的3阶巴沃斯滤波器。 （3）音频信号经过滤波后就可以调制了。可使用SystemView提供的FM调制器图符来实现调制功能。 （4）调制好的信号可以送入信道中进行传输，有扰信道用一个加法器图符和一个高斯噪声发生器图符来模拟。 （5）由于信道中传输两路信号，所以接收端必须进行接收滤波滤除要接收信号频谱以外的信号，同时滤波器有滤除带外噪声的功能。滤波后的信号就可以送解调器解调，解调器由延迟-相乘解调来完成。 （6）解调出的信号经必要的放大后就可以输出，用接收器图符接收解调信号。 （7）用同样的方法建立好另一路信号的调制和解调输出系统，这样就完成了整个双路FM语音通信系统模型。 （8）设置系统时间。2.系统仿真和分析 在系统模型创建完成后即可进行仿真分析。仿真结束后，SystemView会根据设置情况打开若干录音机程序并自动加载了仿真系统中作为输入或生成的输出音频文件。 同时，在分析窗口可以得到两路信道信号源波形和接收端解调出的波形。理论上，接收端能够正确的解调出相应的声音信号。五、预习思考题 预习FM调制相关概念。六、实验报告要求1对所有实际动手操作完成的实验内容，要求写出实验步骤；2给出各图符的详细参数；3. 给出系统模型，给出两路信道信号源波形和解调信号波形。4对操作过程中的异常结果进行分析，在报告中写明原因。5心得体会及其他。实验四、数字基带传输系统仿真实验一、实验目的1掌握系统的SystemView开发仿真过程2验证奈奎斯特第一准则。3. 掌握眼图的仿真方法并了解其在数字基带传输系统中的作用二、实验说明传输数字基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性，当基带脉冲信号通过系统时，系统的滤波作用使脉冲拖宽，在时域上，它们重叠到附近的时隙中去。接收端按约定的时隙对各点进行抽样，并以抽样时刻测定的信号幅度为依据进行判决，来导出原脉冲的消息，若重叠到临近时隙内的信号太强，就可能发生错误判决，从而产生码间串扰。奈奎斯特第一准则给出了消除这种码间干扰的方法，并指出了信道带宽与码速率的基本关系，即其中Rb为传码率，单位为B/s（波特/秒）。fN和BN分别为理想信道的低通截止频率和奈奎斯特带宽。假定有一数字基带信号，其码速率为100b/s，则按照奈奎斯特第一准则，为保证数字基带信号的无失真传输，传输信道的带宽必须要在50Hz以上。同理，如果数字基带信号的码速率高于100b/s，则在50Hz的带宽下不能保证信号的无失真传输。三、实验设备序号名 称型号与规格数量1计算机通用12SystemView软件四、实验内容第一部分：验证奈奎斯特第一准则1. 设定系统的仿真时间参数：采样频率设定为1000Hz，采样点位512个2.放置信号源：码速率为100b/s的伪随机信号3.放置用于整型的升余弦滚降低通滤波器，其截止频率设定为50Hz，在60Hz处有-60dB的衰落，相当于一个带宽为50Hz的信道4.为了模拟传输的噪声，将低通滤波器的输出叠加上一个高斯噪声，设定其标准差为0.1。5.接收端由一个低通FIR滤波器、一个抽样器、一个保持器和一个缓冲器组成，分别完成信号的滤波，抽样，判决以及整型输出。其中抽样器的抽样频率与数据信号的数据率一致，设为100Hz。为了比较发送端和接收端的波形，在发送端的接收器前和升余弦滚降滤波器后各加入了一个延迟图符。最终的仿真系统如下图所示： 6.关闭噪声信号，运行仿真，将输入信号波形与输出信号波形进行叠加，观察方正结果。7.开启噪声信号，比较输入信号与输出信号的波形8.改变噪声幅度，观察输出信号的变化。9.将伪随机信号的码速率修改为110b/s，运行仿真，再次观察输入输出信号波形的差别。第二部分：眼图的观测 评价基带传输系统性能的一个简便方法就是眼图。在进行实际的实验室，当示波器的水平扫描周期与码元同步时，在示波器的屏幕上将显示类似于人眼睛的图案，称之为“眼图”，N元码有N-1个“眼睛” 在实验中，在接收窗口打开接收计算器来绘制眼图，这要用到接收计算器的时间切片功能，在接收计算其中，单击Style标签，切换到时间切片。为了绘制眼图，时间切片的长度应该设为信号周期的整数倍，该数字较大时观察到的“眼睛”较多，反之则“眼睛”较少。五、预习思考题 预习奈奎斯特第一准则和眼图的概念。六、实验报告要求1对所有实际动手操作完成的实验内容，要求写出实验步骤；2给出各图符的详细参数；3. 给出系统模型，给出相应波形。4对操作过程中的异常结果进行分析，在报告中写明原因。5心得体会及其他。实验五、3G模块的设计一、 实验目的1、3G通信模块USB驱动的安装与调试2、串行通信端口的配置3、3G通信模块的配置设置4、通过3G通信模块打电话和发短信5、实现3G通信模块与通信交换机之间的通信二、实验说明本次实验通过3G通信模块设计，使同学们对移动通信试验箱仿真3G通信及3G通信模块的USB驱动有进一步的认识和熟悉，加深了对移动通信系统中基站原理、交换机原理的进一步理解，了解移动通信系统中主被叫通信过程。三、实验设备序号名 称型号与规格数量1计算机通用202移动通信试验箱南京润众移动通信试验箱20四、实验内容第一步：将TD-CDMA开发模块（即3G模块）的5个跳线器全部插在上方即选择USB口。第二步：将实验箱加电，等待RUN指示灯亮后，用USB接口线将3G模块和计算机相连。第三步：连接完成后会出现下图提示，要求安装驱动程序，下图所示的驱动安装是第一个弹出的，这个驱动不要安装，请点击取消。接着会弹出下面图示的驱动安装，这些都需要安装，如果是第一次安装，我们选择“从列表或指定位置安装（高级）（S）”，然后点击下一步。选择浏览按钮，将位置指定到我们配套的驱动文件夹，然后点击下一步。然后即可完成这个驱动的安装，后面还会弹出其他窗口要求安装驱动，操作方法和上述驱动安装一样。第四步：选择桌面的“我的电脑”右键选择属性，选择硬件下的“设备管理器”打开设备管理器后，点击一下端口（COM和LPT）会看到刚刚所装的驱动。一般驱动安装后他会自动递增串口号，所以我们看到的串口号都比较大，我们的3G通信软件串口号选择最大到COM15，因此这个时候我们要人为的来改变一下计算机的串口号，例如，我们将LeadCore LC6000 CMCC AT Interface(COM120)改为LeadCore LC6000 CMCC AT Interface(COM4)，首先右键选择LeadCore LC6000 CMCC AT Interface(COM120)的属性，选择“端口设置”下的“高级”按下“高级“按钮后弹出下图，这时选择COM端口号，选择”COM4“点击”确定“。从新回到设备管理器界面找到电脑图标工具，扫描硬件改动这样串口就配置好了。然后打开我们的3G软件在AT端口选择COM4，然后按一下“AT端口”按钮，下一步按“初始化”按钮，等待端口初始化成功，再按“开机按钮”等待开机成功，这样就可以打电话和发短信了。五、预习思考题 预习移动通信系统框图、基站原理、交换机原理、3G通信原理六、实验报告要求1对所有实际动手操作完成的实验内容，要求写出实验步骤；2对操作过程中的异常结果进行分析，在报告中写明原因。3心得体会及其他。