通信原理实验报告,简单基带传输系统分析,二进制键控系统2ASK与2FSK分析

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B:经高斯脉冲形成滤波器后的码的功率谱
观察两个功率谱:未经滤波的 pn 码的功率谱高频部分幅度明显大于经过了 滤波后的功率谱,这就体现了高斯脉冲形成滤波器压缩输入信号频带的作用。
5.对比信道输入端信号和信号输出端信号的眼图,并分析两者的差别。 信道输入端信号的眼图:
信号输出端信号的眼图:
两者的差别: 1、输入端信号的眼图斜边斜率比输出端信号的要小,所以它 对定时误差更加敏感;2、输入端信号边界区很宽,这说明他受到的噪声干扰很 大,而输出端信号由于是经过抽样判决出来的信号,不受噪声干扰;3 输出端信 号眼图比输入端信号眼图张开度更大,更端正,他的码间串扰要更小。 提问解答: 1、Token5 的抽样频率必须满足抽样定理,否则将会使输出的恢复波形产生失真: 如将其频率设置为 50Hz,所得的恢复波形:
元间隔内,对低通滤波器的输出还要经抽样判决电路做出一次判决。相干解调需 要在接受端产生一个本地的相干载波。
二、相干解调 2FSK 系统分析
实验原理 频移键控是利用两个不同频率 F1 和 F2 的振荡源来代表信号 1 和 0。
用数字信号的 1 和 0 去控制两个独立的振荡源交替输出。对二进制的频移键 控调制方式,其有效带宽为 B=2xF0+2Fb,F0 是二进制基带信号的带宽也是 FSK 信号的最大频偏,由于数字信号的带宽即 Fb 值大,所以二进制频移键 控的信号带宽 B 较大,频带利用率小。
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; f0=1300Hz 及 f1=2100Hz。要求创建符合 CCITT V.23 建议的 2FSK 仿真系统,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。
下图为解调波相位为 60 度时的对比图:
由两图可知,要解调出最佳效果的信号图形,调制波与载波必须同频同相。 实验心得:
在数字频带传输系统中当选择正弦波作为载波,用一个二进制基带信号 对载波进行调制时,产生的信号就是二进制振幅键控信号(2ASK)。
一个 2ASK 频带传输系统包括以下几个单元:数字信源、2ASK 调制、 2ASK 解调、数字终端单元。和模拟常规调幅信号的解调一样,2ASK 信号也有 包络检波和相干解调两种方式。由于被传输的是数字信号 1 和 0,因此在每个码
二进制振幅键控信号的功率谱密度由离散谱和连续谱两部分组 成。离散谱由载波分量确定,连续谱由基带信号波形 g(t)确定。二进制振幅 键控信号的带宽 B2ASK 是基带信号波形带宽的两倍, 即 B2ASK=2B=2fs。
5. 改变 Token6 的参数,设置 F=800Hz,其他参数不变。对比解调 恢复的波形与输入端 PN 码波形,并对对比结果进行分析。
滤波器输入端信号波形:由于在信道中存在噪声,从而使得此处输入波形产 生波纹。
抽样判决器输出端恢复的基带信号波形:
3. 对比输入端 PN 码波形和输出端恢复的波形,并分析两者的区别; 答:对比两个波形可知,输出端恢复的波形产生了一定的延时。 4.对比 PN 码和经高斯脉冲形成滤波器后的码的功率谱,并分析两者的差别; A:PN 码的功率谱
2FSK 调制波形
上支路恢复波形
下支路恢复波形
2FSK 解调波形
3.对比输入端 PN 码波形和输出端解调恢复的波形,并分析两者的区别; 答: (1)、恢复出的波形有延时现象;(2)、恢复出的波形是单极性码,因为判 决器只根据真假输出 1 和 0 两个点频;(3)、幅度为原码幅度的一半。
4.获得 2FSK 信号的功率谱,并对之进行分析;
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 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。
载波1 载波2
选择开关
输出
二进制 信息
图 2-2-3(a)
图 2-2-3(c ) 2FSK 相干解调法原理方框图 实验结果及分析 1.2FSK 调制和相干解调仿真电路图,其中,2FSK 相干解调仿真电路图中各
组件的类型和参数列表给出。
图符编号
1 4 5 22 27 6、7 10、11 12、19 14、15 19
参数设置 Amp=1v,Freq=65Hz Amp=1v,Freq=35Hz 选择开关 相加器 高斯噪声源 带通滤波器 乘法器 解调波,参数设置与载波相同 低通滤波器 Pn 码发生源
2.获得信源的 PN 码输出波形、2FSK 调制波形、上支路恢复波形、下支路 恢复波形和 2FSK 解调波形;
信源的 PN 码输出波形:
实验一 简单基带传输系统分析
实验目的 通过本次实验,旨在达到以下目的: 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、功率谱分析和眼图分析的方法;
3.进一步熟悉 systemview 软件的使用,掌握主要操作步骤。
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,低通型信道中的噪声为加性高斯噪声(标准差=0.3v)。 要求: 1.观测接收输入和低通滤波器输出的时域波形; 2.观测接收滤波器输出的眼图; 3.观测接收输入和滤波输出的功率谱; 4.比较原基带信号波形和判决恢复的基带信号波形。
4、若不用高斯形成滤波器对码型进行频带压缩,则得到下图所示恢复波形: 可知,系统未能准确恢复出源码型,这就说明源码型不适合于直接在信道中传输。 基带信号在传输前,必须经过一些处理才能送入信道中传输。处理的目地是使信 号的特性与信道传输特性相匹配。
本次实验是对书本理论知识的一次实践与验证,经过仿真,对信号特性与信道特 性的匹配、功率谱分析、码间串扰、信道噪声等对信号传输的影响有了更加真切 的体会。
离散谱由载波分量决定
连续谱经传号波形线 性调制后决定
P2AS ( f ) K
-2 fb -fc -fb -fc -fc +fb -fc +2 fb O fc -2 fb fc -fb fc fc +fb fc +2 fb f
分析:2ASK 功率谱公式如下所示,它由离散谱和连续谱组ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ,离散谱由载波分 量决定连续谱经传号波形线性调制后决定。
2. 获得信源的 PN 码输出波形、2ASK 调制波形、2ASK 解调波形; PN 码输出波形:
2ASK 解调波形:
3. 对比输入端 PN 码波形和输出端解调恢复的波形,并分析两者的区别; 分析:恢复波形与源码波形相比,1、幅度大约是源码波形的 1/2,(设调制信
1 号为 m(t))这是因为 Token5 处输出波形的表达式可化为为 2 m(t)+高频分量, 经过低通滤波器后
此功率谱与载频 65Hz 和 35Hz 时的功率谱相比可知,当 f1 f 2 fs 时,功
率谱出现双峰,当 f1 f 2 fs 时,功率谱出现单峰。 提问解答: 1、得到 2FSK 的傅立叶变化如图所示,可知,调制过程就是将 PN 信号搬
迁到两个不同的频率位置,如此即将两个电平进行频域区分。
2、上下两路已调波综合图形如下所示,可知,两波形在交界处有重叠区, 这是因为带通滤波器不理想,在截至频率处有过渡带,而不是直接降为零,若用 不同类型的滤波器,得到的波形重叠区宽度将会不一样。
波器输入端信号波形、抽样判决器输出端恢复的基带信号波形; PN 码输出波形:Amp=1v,Offset=0v,Rate=100Hz,Levels=2,Phase=0deg。
经高斯脉冲形成滤波器后的码序列波形:此滤波器的作用是压缩输入信号频 带,从图中可以观察到,下降沿(上升沿)变得相对缓慢,这是由于滤波器 滤除了部分高频分量。
说明:Token0 是 PN 信号源,Rate=100Hz;Token1 为高斯脉冲形成滤波器, 其作用是压缩输入信号频带,使信号有利于传输;Token3 是信道加性高斯噪 声源 Std Dev=0.3,;Token4 是低通滤波器,带宽为 200Hz;Token5 是抽样器, 频率为 100Hz,为 PN 信号带宽的两倍,已满足抽样定理;Token7 是判决器。 2. 获得信源的 PN 码输出波形、经高斯脉冲形成滤波器后的码序列波形、滤
3、2FSK 信号的特点:2FSK 信号波形可看作两个2ASK 信号波形的合成。下图 是相位连续的2FSK 信号波形。
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
实验结果及分析 1. 2ASK 调制和相干解调仿真电路图;
Token0: 双极性二进制基带码源(PN 码),参数:Amp=1v;Offset=0v; Rate=100Hz;No.of Level=2;Token1: 乘法器;Token2: 正弦载波信号源,参数: Amp=1V;F=1000Hz;Phase=0;Token3: 加法器;Token4: 高斯噪声源,参数: Std Deviation=0.5V;Mean=0V;Token5: 乘法器;Token6: 正弦本地同步载波信 号源,参数设置同 Token2;Token7: 模拟低通滤波器,参数:Butterworth_Lowpass IIR ; No.of Poles=5 ; LoCuttoff=200Hz ; Token8 , 9 , 10 : 信 宿 接 收 分 析 器 (Sink8,Sink9,Sink10)。
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。
PN 码 发生器
形成 滤波器

低通
接收 判决
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
实验结果及分析 1. 数字基带传输系统仿真电路图;
2、对比接收端有接收滤波器与没有是眼图的区别 以下两图前者为在滤波以后的眼图,后者为未加滤波器的的眼图可以看出前者的
眼图睁开度更大,边界斜率跟大,边界厚度更小,由眼图性质可知前者的码间串 扰,噪声干扰要比后者小得多,但是在未加滤波器时恢复出的波形并未发生失真, 这是由于系统处于最佳抽样时刻。
3、当高斯噪声源 Std Dev=4 时得到恢复波形如下图所示,可以看出与原码型相 比产生了严重的失真,此时造成误差的主要因素不再是码间串扰,而是强噪声。 因此在设计通信系统时必须根据信号强度,信道中噪声的强度来设计相关的器件 参数,以求将噪声对信号的影响降到最低。
分析:此处 FSK 信号为相位不连续信号,其功率谱密度表达式如下:
,有表达式以及图 形可知频谱由连续频谱和离散谱组成,其中连续谱由两个中心频率为于 65Hz 和 35Hz 的双边谱叠加而成,离散谱位于两个载频 65Hz 和 35Hz
5.改变两路输入载波的频率参数,其他参数不变。观测 2FSK 信号的功率谱 形状随着|f2-f1|值改变的变化情况。 分析:当载频为 65Hz 和 60Hz 时,得到的功率谱:
恢复波形:
P2
ASK
(
f
)
Ts 16
sin ( f fc )Ts ( f fc )Ts
2
sin ( f fc )Ts ( f fc )Ts
2
1 ( f
16
fc) ( f
fc )
对比图:不能够解调出原波形,因为解调端得不到单独含有原信号的部分, 不能将原波形与载波分离。
1 ,只留下了 2 m(t)部分,所以幅度会变为原来的一半;2、恢复信号下降沿(上 升沿)有过渡区,这是由于滤波器不理想所致,如果用不同类型的滤波器, 则得到波形的跳变沿将会有不同的陡峭程度;3、恢复波形顶部(底部)不 平坦,这是由于信道中的加性噪声所致。4、恢复波形产生了延时。 4. 获得 2ASK 信号的功率谱,并对之进行分析;
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