2022年通信原理实验手册 .pdf

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1、实验一实验一简单基带传输系统分析一、实验目的：1.结合实践，加强对数字基带通信系统原理和分析方法的掌握；2.掌握系统时域波形分析，功率谱分析和眼图的方法；3.进一步熟悉 systemview 软件的使用，掌握主要操作步骤。二、【实验原理】简单的基带传输系统原理框图如图2-1-1 所示，该系统并不是无码间干扰设计的，为使基带信号能量更为集中，形成滤波器采用高斯滤波器。三、【实验内容】构造一个简单示意性基带传输系统。以双极性PN 码发生器模拟一个数据信源，码速率为 100bit/s，低通型信道噪声为加性高斯噪声（标准差0.3v）。要求：1观测接收输入和滤波输出的时域波形；2观测接收滤波器输出的眼图

2、。3.观测接收输入和滤波输出的功率谱；4.比较基带信号波形和判决恢复的基带信号波形四、原理图如下：PN 码发生器低 通高 斯噪声源加性高斯低通型信道图 2-1-1 简单基带传输系统组成框图形成滤波器接 收判 决名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 28 页 -五、波形及分析1、PN 码的输出波形如下：2、经高斯脉冲滤波器后形成的波形3、滤波器输入端的波形如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 28 页 -4、抽样判决器输出端的波形由 1 和 4 两个图可知输入端的PN 码波形月输出端的回复波形基本相同，只是时间有些延时。5、PN 码的功率谱6

3、、高斯滤波器后的波形名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 28 页 -高斯滤波器实质上是一种信号的滤波器，其用途是信号的平滑处理，我们知道数字图像用 于后期应用，其噪声是最大的问题，会引起误差会累计传递等。经高斯滤波器形成处理后的基带信号远比PN 码信号平滑，能量也更为集中了。7、输入端的眼图如下：8、输出端的眼图由 7、8 两个图可知，由于受噪声干扰，信号输出端的波形的眼图较小，误码率可能增加。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 28 页 -实验二二进制键控系统 2ASK 与 2FSK 分析【实验目的】通过本次实验，旨在达到以下目的：1.掌握

4、 2ASK和 2FSK调制的原理与实现；2.掌握相干解调法的原理与实现；3.加强对 2ASK和 2FSK信号的时域波形和功率谱等知识点的掌握。【实验内容】分别创建2ASK 和 2FSK 系统的调制和解调系统仿真电路图，观察系统中各指定点信号的时域波形和频谱结构，并对实验结果进行分析。一、2ASK调制与相干解调系统分析【实验原理】相干接收2ASK 系统组成如图2-2-1 所示：图 2-2-1 2ASK 调制与相干解调系统工作原理图一、2ASK 调制与相干解调系统的分析仿真图如下：1、PN 码名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 28 页 -2、2ASK 调制波形3、信宿波

5、形由于噪声的干扰，PN 码波形与输出端的波形有些区别，但整体还是一样的。4、2ASK 信号功率谱名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 28 页 -由上图可知2ASK 信号的带宽约为2fs=200Hz。5、当解调时的输入波形F 为 800Hz 时，输出为由上图可知解调时的输入相乘器信号应该与载波同频同相才能回复原来的信号，否则有失真。二、相干解调 2FSK系统分析【实验原理】以话带调制解调器中CCITT V.23 建议规定的2FSK 标准为例，该标准为：码速率1200bit/s；f01300Hz 及 f12100Hz。要求创建符合CCITT V.23 建议的 2FSK 仿

6、真系统，调制采用“键控法”产生2FSK 信号，解调采用“相干解调法”。系统组成及原理如图2-2-3所示。选择开关载波 1二进制信息输出载波 2图 2-2-3（a）2FS名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 28 页 -图 2-2-3（c）2FSK 相干解调法原理方框图仿真图如下：1、PN 码波形2、输出波形名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 28 页 -分析：由1、2 两个图可知输入波形和输出波形基本一致。3、上支路4、下支路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 28 页 -5、2FSK 信号的功率谱分析：由上图可知2F

7、SK 信号的带宽B=|f1-f2|+2fs.6、当两个载波分别改为40Hz 和 60Hz 的功率谱心得体会：实验一时，刚开始的时候波形一直都不出来，只出来一条直线，后来重新设了一下时钟结果就出来了。后来按照实验书上的步骤一步一步的顺利完成了实验，在试验二中，遇上了很多问题，尤其是参数的设置，因为自己对书本的理论知识还没掌握好，很多原理都没搞明白，后来在同学们的帮助下何自己的不断尝试，终于完成了实验。第一次做通信原理实验，之前也没怎么预习，所以做得有点慢。通过这次实验使我深刻的认识到上课听老师讲课的重要性，好多实验中出现的问题老师上课都讲过了。还有就是软件，最好是先在自己的电脑上能熟练地使用，再

8、去实验室。做实验之前一定得先预习，搞清楚实验原理，内容，及整个过程。这样才能做到实验时心里有底，做起来才会更有效率。还有就是做实验最需要的就是耐心，不要一遇到问题就去问同学，否则对自己没什么锻炼的作用。总之，经过这次实验，使我明白了很多道理，也加深了我对实验软件的熟悉程度。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 28 页 -实验三二进制键控系统 2PSK 与 2DPSK 分析【实验目的】通过本次实验，旨在达到以下目的：1.掌握 2PSK和 2DPSK 调制的原理与实现；2.相位模糊问题及其解决方法3.巩固相干解调法的原理与实现；4.加强对 2PSK和 2DPSK信号的时

9、域波形和功率谱等知识点的掌握。【实验内容】分别创建2PSK 和 2DPSK 系统的调制和解调系统仿真电路图，观察系统中各指定点信号的时域波形和频谱结构，并对实验结果进行分析。一、相干接收 2PSK系统分析【实验原理】相干接收2PSK 系统组成如图2-3-1 所示：对 2PSK 信号相干接收的前提是首先进行载波提取，可采用平方环或科斯塔斯环来实现。为分析方便起见，在本实验中可直接在接收端设置一个与发送端严格同步的本地载波源。另外，本实验中暂不考虑位同步提取问题。1、仿真原理图：PN 码发生器载 波噪声载 波提 取低通信道输出图 3-2-1 2PSK 系统组成名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精

10、心整理-第 11 页，共 28 页 -2、PN 码输出波形：SystemVi ew00100e-3100e-3200e-3200e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTi me i n SecondsSi nk 102PSK 调制波形：SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3600e-3400e-3200e-30-200e-3-400e-3-600e-3AmplitudeTi me i n SecondsSi nk 12低通滤波器输出波形：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 28 页 -SystemView0010

11、0e-3100e-3200e-3200e-3600e-3400e-3200e-30-200e-3-400e-3-600e-3AmplitudeTi me i n SecondsSi nk 12过零比较器输出波形：SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-31800e-3600e-3400e-3200e-30AmplitudeTi me i n SecondsSi nk 13由以上可知输出的波形是正确的。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 28 页 -3、2PSK 的功率谱如下：由以上可知2PSK 信号的带宽是基带信号的两倍。4、设置本地载

12、波的相位为180的时候的图形如下：System Vie w00100e-3100e-3200 e-3200 e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTime in Se con dsSin k 1000100e-3100e-3200 e-3200 e-31800e-3600e-3400e-3200e-30AmplitudeTime in Se condsSin k 13上图为 PN 码输出波形，下图为解调出来的波形。易知输出波形与源信号反相了。由于在 2PSK信号的载波恢复过程中存在180的相位模糊，即反相工作。二、相干接收 2DPSK 系统分析1、【实验原理】2DPSK 系

13、统组成原理如图2-3-3 所示，系统中差分编、译码器是用来克服2PSK 系统中接收提取载波的180相位模糊问题。PN 码发生器差 分编码器2PSK 系 统差 分译码器输出图 2-3-3 2DPSK 系统组成名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 28 页 -仿真图如下：Token1、2、30 构成差分编码器，Token14、15、20 构成差分译码器。2、PN 码波形如下：SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-321.51500e-30SystemViewAmplitudeTi me i n SecondsSi nk 22相对码波形如下：

14、名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 28 页 -SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-31800e-3600e-3400e-3200e-30AmplitudeTime in SecondsSink 24解调出来的相对码：Sy stemView00100e-3100e-3200e-3200e-31800e-3600e-3400e-3200e-30AmplitudeTime in SecondsSink 25解调出来的绝对码（PN 码）：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 28 页 -SystemView001

15、00e-3100e-3200e-3200e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTime in SecondsSink 23有以上几个图可知设计是正确的。3、当本地载波的相位改为180时的图形如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 28 页 -Sys temView00100e-3100e-3200e-3200e-321.51500e-30Sys temViewAmplitudeTime in SecondsSink 2200100e-3100e-3200e-3200e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTime in Sec

16、ondsSink 2300100e-3100e-3200e-3200e-31800e-3600e-3400e-3200e-30AmplitudeTime in SecondsSink 2400100e-3100e-3200e-3200e-31800e-3600e-3400e-3200e-30AmplitudeTime in SecondsSink 25其中 sink22、sink23、sink24、sink25 分别为：PN 码、解调出来的PN 码、相对码、解调出来的相对码。从上图可知，当本地载波的相位改变180的时候，解调出来的相对码虽然完全相反了，但是最终得到的PN 码（绝对码）却只是错了

17、，第一的码元。4、2DPSK 的功率谱：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 28 页 -实验四低通和带通抽样定理验证【实验目的】通过本次实验，旨在达到以下目的：1.验证低通抽样定理；2.验证带通抽样定理；3.加强对模拟信号数字化传输相关知识点的掌握。【实验内容】分别构造低通型信号和带通型信号、两种抽样后的信号及对滤波重建信号进行时域和频域观察和分析，验证低通抽样定理与带通抽样定理。【实验原理】抽样定理实质上研究的是随时间连续变化的模拟信号经抽样变成离散序列后，能否由此离散序列值重建原始模拟信号的问题。对于低通型和带通型模拟信号，分别对应不同的抽样定理，抽样定理是模拟

18、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：fs2fH。对下限频率为fL、上限频率为fH的带通型信号，带通抽样定理要求抽样频率满足：其中，B=fH-fL为信号带宽，n 为正整数，0k1。应该注意的是，当时，无论带通型信号的fL和 fH为何值，只需将抽样频率设定在 2B，理论上就不会发生抽样后的频谱重叠，而不像低通抽样定理要求的必须为上限频率的 2 倍以上。仿真分析系统将按照图2-4-1 所示结构创建。12nkBfsnBfH冲激函数发生器低通滤波低通抽样带通滤波带通抽样低通重建带通重建图 2-4-1 仿真分析系统结构名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心

19、整理-第 19 页，共 28 页 -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；通过带通滤波产生带通型信号，再进行带通滤波产生带通抽样，最后分别滤波重建原始信号。仿真分析时，设低通滤波器的上限频率为10Hz，带通滤波器下限频率为100Hz、上限频率为120Hz，低通抽样频率选为30Hz；带通型信号上限频率fH=620=120Hz（B=20Hz，n=6），带通抽样频率至少应取40Hz，现取 60 Hz 的带通抽样频率。1、仿真原理图如下：2、低通信号波形：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 28 页 -SystemView00100e-3

20、100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-3500e-3500e-314e+312e+310e+38e+36e+34e+32e+30-2e+3AmplitudeTime in SecondsSink 9低通抽样信号波形：SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-3500e-3500e-325e+320e+315e+310e+35e+30-5e+3AmplitudeTime in SecondsSink 13重建的低通波形：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页

21、，共 28 页 -SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-3500e-3500e-320e+315e+310e+35e+30-5e+3AmplitudeTime in SecondsSink 10带通信号：SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-3500e-3500e-320e+310e+30-10e+3-20e+3-30e+3AmplitudeTime in SecondsSink 11带通抽样信号：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精

22、心整理-第 22 页，共 28 页 -SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-3500e-3500e-310e+30-10e+3-20e+3-30e+3-40e+3AmplitudeTime in SecondsSink 14重建带通信号波形：SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-3500e-3500e-32e+30-2e+3AmplitudeTime in SecondsSink 122、由以上个图及理论知识可知，低通信号波形和重建的低

23、通信号波形是一样的，带通信号和重建带通信号的波形也是一样的。3、低通信号、低通抽样信号、重建低通信号的功率谱分别如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 23 页，共 28 页 -SystemView001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+3500-50-100-150PowerdBmFrequency in Hz(dF=1.666 Hz)Power Spectrum of Sink 9(dBm 50 ohms)Mixed RadixSystemView001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+3806040200PowerdBm

24、Frequency in Hz(dF=1.666 Hz)Power Spectrum of Sink 13(dBm 50 ohms)Mixed Radix名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 24 页，共 28 页 -SystemView001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+3100500-50-100PowerdBmFrequency in Hz(dF=1.666 Hz)Power Spectrum of Sink 10(dBm 50 ohms)Mixed Radix由以上可知，低通抽样信号的功率谱包括了低通信号的功率，而且带宽很宽。重建的低通信号的功

25、率谱与低通信号的功率谱基本一样的。所以可以无失真的回复原信号。4、带通信号、带通抽样信号、重建带通信号波形的功率谱分别如下：SystemView001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+3500-50-100-150PowerdBmFrequency in Hz(dF=1.666 Hz)Power Spectrum of Sink 11(dBm 50 ohms)Mixed Radix名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 25 页，共 28 页 -SystemView001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+3806040200Powe

26、rdBmFrequency in Hz(dF=1.666 Hz)Power Spectrum of Sink 14(dBm 50 ohms)Mixed RadixSystemView001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+3500-50-100-150PowerdBmFrequency in Hz(dF=1.666 Hz)Power Spectrum of Sink 12(dBm 50 ohms)Mixed Radix由以上个图可知，带通信号和重建的带通信号的功率谱基本一致。带通抽样信号的功率谱比较宽，但不会影响重建抽样信号。5、当改变抽样频率后，如果不符合理论值，会无法回复原信号，若符合抽样定理的理论值，还是可以恢复原信号的。心得体会：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 26 页，共 28 页 -通信原理实验报告名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 27 页，共 28 页 -实验一简单基带传输系统实验二二进制键控系统2ASK 和 2FSK 分析姓名：张乐班级：08 通信工程一班学号：2008550624 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 28 页，共 28 页 -