通信系统仿真.docx

EDA（二）通信系统仿真目录实验一、模拟调制系统设计分析2一、实验要求2二、实验原理2三、实验电路与结果分析21、system view仿真调制系统如下图所示：22、时域结果如下列图所示：33、频域结果如下图所示：4实验二、模拟信号数字传输系统设计分析5一、实验要求5二、实验原理5三、实验电路与结果分析61、systemview仿真调制系统如下所示：62、脉冲编码调制系统仿真结果如下所示：6实验三、数字载波通信系统设计分析8一、实验要求8二、实验原理8三、实验电路与结果分析91、system view仿真调制系统如下所示：92、FSK键控法系统仿真结果如下所示：93、噪声对FSK调制解调系统的影响分析114、FSK调制解调系统的BER（比特误码率）曲线13实验一、模拟调制系统设计分析振幅调制系统（常规AM）一、实验要求1、熟悉SystemView通信系统仿真软件的界面、功能及基本操作。2、 应用SystemView设计模拟调制仿真系统并分析系统性能。要求仿真系统包括模拟调制、高斯信道及解调几部分，运行系统观察各点波形并分析频谱特性，改变参数研究其抗噪特性。二、实验原理任意的AM已调信号可以表示为Sam(t)=c(t)m(t)=A0+f(t)cos(ct)，其中A0是外加的直流分量，f(t)是调制信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号。c=2fc为载波信号的角频率，通常AM可以用下图所示系统来实现：图一、AM调制原理图三、实验电路与结果分析1、system view仿真调制系统如下图所示：图二、AM调制与解调的system view仿真电路图其中1模块为载波信号，频率为100Hz，2为调制信号，频率是10Hz，12为相干解调载波信号，频率为100Hz，16为方差是1，均值是0的高斯噪声，4产生直流信号A0，低通滤波器选取的截止频率为15Hz。2、时域结果如下列图所示：图三、正常参数情况下结果图示图四、噪声变大时结果图示图五、A0变小时结果图示图六、信号幅度变化时结果图示1、 由图三和图四可知：当噪声变大时，信号的准确度明显发生了变化，产生了很大的误差。虽然滤波器避免了部分噪声的影响，但是仍无法挽化解结果恶化的危机。2、 由图三和图五可知：当A0小于适当取值时，会长生过调制现象，此时如果采用包络检波法就会产生错误，但是相干解调能够避免这种情况的产生。右上图可知解调所得的信号在波形上未产生较大的变动。3、 由图三和图六可知：当信号幅度变大时，很明显噪声的影响再次减小，在实际情况所允许的情况下，提高输入信噪比能够获得更加完美的结果。3、频域结果如下图所示：图七：正常参数情况下的频域结果图示AM为常规的双边带调制，因为Sam(t)=A0+f(t)cos(ct)，若f(t)为确知信号，且其傅里叶变换为F()，则AM信号的频谱为Sam()=A0(+c)+(-c)+1/2F(+c)+F(-c)上图七也正好验证了这一公式。其中右上的为调制后信号的频谱，右下的为解调后信号的频谱（正半轴所示图形为调制信号图形的一半）。实验二、模拟信号数字传输系统设计分析脉冲编码调制系统（PCM） 一、实验要求1、熟悉System View通信系统仿真软件的界面、功能及基本操作。2、应用System View设计模拟信号的数字传输仿真系统并分析系统性能，要求仿真系统包括模拟信号脉冲调制及解调等部分，运行系统观察各点波形并分析频谱特性等。二、实验原理PCM是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式，其最大特点是把连续输入的模拟信号变换为在时域和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输。PCM编码通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。为便于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的整数次幂，有利于采用二进制编码表示。采用均匀量化时，其抗造性能与量化级有关，每增加一位编码，其信噪比增加约6dB，但实现的电路复杂程度也随之增加，占用带宽也越宽。因此实际采用的量化方式多为非均匀量化。在保持信号固有的动态范围前提下，在量化前将小信号进行放大而对大信号进行放大而对大信号进行压缩。通常的压缩方法有13折线A律和律两种标准，我国采用A律及相应的13折线法。PCM的原理方框图如下所示：模拟信号输入抽样保持PCM信号译码器量化器冲激脉冲低通滤波器编码器模拟信号输入图一、PCM原理方框图其中，编码器原理图如下所示：图二、编码器原理图三、实验电路与结果分析1、systemview仿真调制系统如下所示：图三、PCM的system view仿真电路图信号源采用了高斯噪声通过一个低通滤波器（截止频率为500Hz）来模拟随机的语音信号，采样频率为3500Hz，A/D和D/A转换器采用8位二进制码表示，收发二者之间数据不经过信道传输，直接连接。2、脉冲编码调制系统仿真结果如下所示：图四、PCM系统仿真结果以及PCM调制前及解调后信号对比图五、PCM仿真结果频谱图示结果分析：由图四可知，PCM调制解调系统调制后所得信号与调制前原始信号在误差允许的范围内重合，因此可见改系统的还原度还是很高的。PCM系统中的噪声包括量化噪声和传输中引入的加性噪声两种，PCM系统的总输出信噪功率比公式为：S N=22N1+22(N+1)Pe，其中N为编码位数，Pe为误码率。因为实验系统相对简单，可认为只存在量化噪声，因此其输出信噪比为：S Nq=22N，其大小仅与编码位数N有关，且随之按指数规律变化。另外，对于一个频带限制在fH的低通信号，按照抽样定理，要求抽样速率不低于2fH次/s。对于PCM系统，这相当于要求传输速率至少为2NfH(b/s)。故要求系统带宽B至少等于NfH(Hz)。实验三、数字载波通信系统设计分析 二进制频移键控系统 一、实验要求1、熟悉System View通信系统仿真软件的界面、功能及基本操作。2、应用System View设计数字载波通信仿真系统并分析系统性能，要求仿真系统包括二进制数字载波调制、高斯信道、解调等部分，运行系统观察各点波形并分析频谱、眼图等，改变参数研究其抗噪特性，分析BER曲线等。二、实验原理对于2FSK，即信号的符号“0”对应于载波频率f1，符号“1”对应于载波频率f2。e2fsk(t)= Acos1t+n 发送“1”时 Acos2t+n 发送“0”时 2FSK信号的产生方法有模拟调频法和键控法两种，本文所采用的是键控法，其键控原理图如下所示：图一、FSK键控原理方框图一般来说，键控法得到的两个键控频率的相位是与二进制数据序列无关的，反映在输出波形上，仅表现出f1与f2相位时不连续的。FSK主要的解调方式有非相干解调和相干解调两种，本文所采用的是相干解调，其原理方框图如下所示（实验中我们用了一个反相器、一个加法器和一个缓冲器组成了一个抽样判决器）：图二、相干解调原理方框图三、实验电路与结果分析1、system view仿真调制系统如下所示：图三、FSK的system view仿真电路图其中，随机序列(3)的频率为50Hz,载波1（0、10）频率为300Hz，载波2（1、11）频率为600Hz，带通滤波器（5、6）截止频率分别为250350Hz、550650Hz，低通滤波器（12、13）的截止频率为50Hz。2、FSK键控法系统仿真结果如下所示：相位不连续的2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个中心位于f1与f2处的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频f1与f2处。连续谱的形状随着两个载频之差f1-f2的大小而变化，若f1-f2fs，出现双峰。若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK信号的带宽，则其带宽近似为：B2FSK=f1-f2+2fs，其中fs基带信号的带宽。 图四、输入脉冲仿真结果频域及时域图图五、FSK调制波形仿真结果频域及时域图 图六、模拟输出结果仿真结果频域及时域图图七、解调输出脉冲仿真结果频域及时域图3、噪声对FSK调制解调系统的影响分析图八、当噪声为0.1时的output和input 图九、当噪声为0.8时的output和input 图十、当噪声为1.3时的output和input 图十一、当噪声为3时的output和input图十二、当噪声为0.1和0.8时的眼图 图十三、当噪声为1.3和3.0时的眼图由理论分析可知，采用相干解调时2FSK系统的总误码率为：Pe=12erfc(r2)，其中r为解调器输入端（带通滤波器输出端）的信噪比。在大信噪比（r1）条件下，可近似表示为：Pe12re-r2。当信号幅度变大时，信噪比r相应减小，使得误码率增大，系统的信号还原能力降低。当然，当噪声较小时，系统效果还是很可观的。4、FSK调制解调系统的BER（比特误码率）曲线因为经过统计得到的BER才比较可信，所以在绘制BER曲线时一般都会设置适当的循环次数，本次实验次数设置为9。“No.Trials”为100000，系统定时中的每个循环采样点数为131072（系统定时中的采样点数必须大于Trials的值）。根据左边的图可知各种调制方式误码率和信噪比的关系，对比2PSK、2DPSK、2FSK（分别为由内到外三根线）可知，若信噪比r一定，2PSK系统的误码率比2DPSK的小，2DPSK系统的误码率比2FSK的小。因此，在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好。 13 / 14