1、第四章帶通調(diào)制和解調(diào)碩士生課程實驗報告第四章實驗題目：基于systemview平臺的帶通調(diào)制和解調(diào)原理分析與仿真姓 名：學(xué) 號：院系專業(yè)：任課教師：徐平平教授評 閱：實驗?zāi)夸洠簩嶒炓唬阂种戚d波的雙邊帶調(diào)制 3補充：改變器件參數(shù)的方法 .4.實驗二：基本的正交調(diào)制6.1 .使用正弦波來調(diào)制6.2 .采用正交調(diào)制器件進(jìn)行調(diào)制 .8實驗三：8psk調(diào)制 9.補充：正交調(diào)制器（q_mod）用于mpsk1 0實驗四：8psk調(diào)制的誤差率實驗 12實驗五：設(shè)計一個 qpsk系統(tǒng) 141 .直接傳輸142 .升余弦濾波1.43 . root raised cosine fir1.54 .qpsk 系統(tǒng)1.5

2、補充 systemview 探針使用方法： 1.85 .有噪qpsk傳輸1.9實驗六：復(fù)雜的fir qam信道模型（擴(kuò)展實驗） 2 0創(chuàng)新實驗：驗證非相干解調(diào)正交 fsk信號需要的最小頻率間隔21關(guān)于系統(tǒng)時間的設(shè)定2325實驗一：抑制載波的雙邊帶調(diào)制時域表達(dá)式sdsbt)= m(t)cowt1 一頻域表達(dá)式sd s b w)m (w w) m ( w w)2由頻域表達(dá)式可以看出，若基帶信號的帶寬為 b,則已調(diào)信號的帶寬為2b 本實驗中基帶信號為f=1khz的正弦信號，載波為f=100khz的正弦信號。基帶信號及調(diào)制后的頻譜圖為：已調(diào)信號的時域波形為:可以看到已調(diào)信號的幅度隨著調(diào)制信號幅度的絕對

3、值而改變，并且在包絡(luò)的通過改變基帶信號的頻率，可以看到，已調(diào)信號的帶寬均為調(diào)制信號帶寬的 兩倍。通過改變基帶信號的頻率可以發(fā)現(xiàn)已調(diào)信號的帶寬均為基帶信號的兩倍。實驗分析：在抑制載波的雙邊帶調(diào)制中，已調(diào)信號的帶寬為調(diào)制信號的兩倍， 信號的包 絡(luò)與調(diào)制信號幅度的絕對值成正比，且在包絡(luò)的過零點處有相位的跳變。補充：改變器件參數(shù)的方法我們以改變基帶信號的頻率為例：雙擊信號發(fā)生器圖標(biāo)，跳出一窗口，如圖:點擊i巴吧山按鈕,出現(xiàn)下面的對話框:apply to tokenc-frequency (hzj:okl.e+3cancelphaje (deg):您 sinu5oidar sourc? (token 3

4、)然后就可以根據(jù)需要進(jìn)行改變參數(shù)了。在以后的實驗中，均可使用同樣的步驟來進(jìn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)。此后將不再重復(fù)實驗二：基本的正交調(diào)制本實驗包括兩個小實驗。1.根據(jù)正交調(diào)制的原理使用正弦波來調(diào)制 2.采用正 交調(diào)制器件進(jìn)行調(diào)制。1 .使用正弦波來調(diào)制正交調(diào)制就是采用正交的載波來調(diào)制多路信號。由于載波的正交性，因此可 以在兩個載波上同時調(diào)制兩個不同的信號。而在解調(diào)時，將接收到的信號分成兩 路，分別乘以兩個載波，經(jīng)過低通后就可以得到兩個調(diào)制信號。本實驗中輸入為兩個信號，一個為隨機序列，一個為掃頻信號。使正交調(diào)制 信號后經(jīng)過有噪（加性高斯白噪聲）信道。輸入輸出序列分別為：（左邊為輸出，右邊為輸入）可以看出解調(diào)

5、后依然能恢復(fù)出原來的信號當(dāng)改變本地振蕩器的相位為4時，即有4度的相位偏差時，輸入輸出分別為 （左邊為輸出，右邊為輸入）：此時不能解調(diào)出正確的信號。若將接收端的載波相位也改為4時，能夠解調(diào)出正確的輸入信號。若只改變加性高斯白噪聲的標(biāo)準(zhǔn)方差為 0.5,輸入輸出分別為（左邊為輸出, 右邊為輸入）：可以看到，噪聲越大，解調(diào)出來的信號效果越差。實驗分析：上面的實驗說明，接收端的本地振蕩器的相位及接收端的信噪比將影響解調(diào) 信號的效果。當(dāng)接收端的本地振蕩器的相位與發(fā)射端同步時，才能有好的解調(diào)效果。當(dāng)接收端的信噪比低于某一閾值時，將不會解調(diào)出正確的結(jié)果。2 .采用正交調(diào)制器件進(jìn)行調(diào)制本實驗與第一個實驗相似，但

6、是使用了 qad_mod和iq-mixer來代替本地振 蕩器及乘法器。重復(fù)上面的實驗步驟即可。可以發(fā)現(xiàn)，其qad_mod作用為進(jìn)行正交調(diào)制，而iq-mixer作用為進(jìn)行正交 解調(diào)，其旋轉(zhuǎn)因子的作電與振蕩器的相位作業(yè)相同。實驗結(jié)果與上面類似。 此處 不再重復(fù)。實驗三：8psk調(diào)制psk:用調(diào)制信號控制載波的相位。不同的幅度對應(yīng)不同的相角。在 mpsk . 2 -中，相鄰相角間的距離為 0m本實驗首先對將隨機序列的每三個比特轉(zhuǎn)化為8進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行調(diào)制解調(diào)過程與之相反。8psk星座圖（調(diào)制后的圖，左圖）解調(diào)后，由于噪聲的干擾，所有點都分布在原來點的周圍。（右圖）由于噪聲干擾較小（噪聲標(biāo)準(zhǔn)方差為1

7、.0e-6）,接收端相位的分別均位于原來相位的周圍，所以最后解調(diào)的誤差率為 0.增加噪聲的標(biāo)準(zhǔn)方差為1.0e-5,接收端的星座圖為：g kw!n相從圖中可以清楚地看到，由于噪聲的加大，星座圖的點分布開始分散。部分 已超過判決線，因此誤差率上升為 2.10e-3.繼續(xù)增大噪聲，重復(fù)實驗，可以看到誤差率隨著噪聲的增大而增大。實驗分析：在mpsk調(diào)制中，已調(diào)信號相鄰信號點之間的相角為 至。只要噪聲使得已 m調(diào)信號不越過判決線，則能正確解調(diào)。補充：正交調(diào)制器(q_mod )用于mpsk圍鯉j為正交調(diào)制器正交調(diào)制時域表達(dá)式y(tǒng)(t) = at( ) cosf(t2 qt)(二)設(shè)hn(2 當(dāng) i (t)

8、= cos4,q(t) = sin 立時,時域表達(dá)式變?yōu)閥(t尸a cos(f2t+： - k可以看出，此時為mpsk。解調(diào)過程與之相反: 調(diào)制過程中q的圖形:郎7卻口中才可以看到，q的值隨著cos呢的變化在變化。i的值與之相似，為sin/。皿口1此圖標(biāo)為將m個二進(jìn)制的數(shù)變?yōu)?m進(jìn)制。此圖標(biāo)將不同的八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的相位值。final value sink代表ber的最終值，既在接收端判別錯誤的概率。實驗四：8psk調(diào)制的誤差率實驗本實驗較上個實驗多了兩個器件， 分別為格雷編碼與解碼。格雷碼的編碼方 式使相差為1的兩個數(shù)在編碼時也只有一個比特的差別。 這樣做的目的是為了使 在相同的誤碼率的情

9、況下將誤比特率減到最小，是一種錯誤最小化的編碼方式。進(jìn)行仿真后得到的實驗誤差率曲線圖為：圖中隨著eb/n。的增大，誤比特率逐漸減小。下圖為每一次仿真所用的時間與誤比特率的關(guān)系。隨著每一輪信噪比的增加，由于每輪仿真結(jié)束的條件為出現(xiàn) 50個誤比特，所以仿真時間增加，誤比特 率下降。實驗分析：與理論計算的誤差率進(jìn)行比較。誤碼率：pe 之 2q (ls s i n, no2m誤比特率：pbl ogm由于我沒有找到q函數(shù)的查表值，所有我采用了另外一種計算方式1 一 二塊碼率：pe - e r (c sri n-)其中r為信噪比，此處r =3且no(注意：圖中橫坐標(biāo)為1010g旦)no通過計算可以得到，理

10、論的誤比特率要比試驗得到的低，以前1010g -eb分別no為5和6為例：實驗值：pb 分別為 2.871e-2, 1.794e-2理論值：pb分別為1.591e-2和1.0223 e-2若實驗數(shù)據(jù)趨于無窮大時，則理論和實驗數(shù)據(jù)會比較接近。說明：在本實驗中我們采用的是當(dāng)誤比特數(shù)達(dá)到50時即進(jìn)入下一輪。實驗五：設(shè)計一個qpsk系統(tǒng)本實驗設(shè)計了一個由簡單到難的實驗過程。共包括五個小實驗。1 .直接傳輸不采用任何調(diào)制方式，使用理想信道，因此輸入輸出相同。帶寬利用率為 2bits/hz。 r=2400 bits/s, b=1200hz。2 .升余弦濾波第二個小實驗添加了一個開余弦濾波器，其滾降系數(shù)為0

11、.35,則系統(tǒng)帶寬為1.35*1200=1620hz。升余弦濾波器的作用：理想低通的頻帶利用率高，但它不能物理實現(xiàn)，且響 應(yīng)波形 亞 的尾巴振蕩幅度大，收斂慢，從而對定時要求十分嚴(yán)格：升余弦滾x降特性正好解決了這個問題，但代價是所需頻帶加寬，頻帶利用率下降，不利于高速傳輸?shù)陌l(fā)展。下圖中左圖為已調(diào)波形，右圖為輸入波形。由于升余弦濾波的作用認(rèn)為的引 入了碼問干擾，使得已調(diào)波形看起來有些雜亂。3 . root raised cosine fir第三個實驗使用root raised cosine fir取代上實驗中的升余弦濾波器。此濾 波器的作用與升余弦濾波器的相似，故也引入了碼問干擾。下圖中左圖為已

12、調(diào)波 形，右圖為輸入波形。酯 hl： xmcmra 010inai orbil e in 7m.m3w*bn串 “l(fā) lmq gd中外4 .qpsk系統(tǒng)第四個實驗為 qpsk系統(tǒng),其濾波器為 root raised cosine fir。使用 systemview探針顯示其星座圖（qpsk）的一路接x軸，另一路接y軸。星座 圖如下圖。圖中的十字架為原本為虛線，由于系統(tǒng)中在調(diào)制前使用了余弦濾波器，所以調(diào)制后的星座圖分布在(1, 0) (-1, 0) (0, 1) (0, -1)周圍，使其看起來像 是實線。修改發(fā)送端載波相位為45,重做此實驗，得到的相位圖為：此時若不改變接收端的載波相位，解調(diào)結(jié)果

13、為:可見解調(diào)會出現(xiàn)嚴(yán)重的錯誤。若將接收端的相位也調(diào)至45,則接收端的結(jié)果為:能正確解調(diào)。即只有當(dāng)發(fā)送端和接收端的載波相位同步時，才可正確解調(diào)（本實驗采用的是相干解調(diào)）若發(fā)送端載波頻率增加100khz,接收端不變，則同樣不能正確解調(diào)。發(fā)送端星座圖為：h13: free run, o.do接收端星座圖為:為什么接收端的星座圖是這樣?補充systemview探針使用方法:systemview探針圖標(biāo)為,位于屏幕的左下方。使用時將其拖動到要觀察的器件上就可以了，此時會出現(xiàn)如下對話:此時若想同時觀察兩個輸出，則可拖動 ”即行圖標(biāo)至另一個輸出端。點擊魯片 圖標(biāo)，依次變化為下列圖標(biāo)：猾, r;b ,作用如下

14、：1 .輸出a為x軸，輸出b為y軸，顯示輸出圖像，標(biāo)出以（a, b）為坐標(biāo)的點，表明a與b的關(guān)系。2 .吃輸出a為x軸，輸出b為y軸，顯示輸出圖像，并且用直線連 接前后兩次以（a, b）為坐標(biāo)的點。3 .駕分別顯示輸出a與時間的關(guān)系，輸出b與時間的關(guān)系，時間軸均 為x軸，相當(dāng)于兩個顯示窗口，上下并列的顯示在一個屏幕中。4 .咿分別顯示輸出a與時間的關(guān)系，輸出b與時間的關(guān)系，時間軸 為x軸，兩個輸出同時顯示在一個坐標(biāo)軸中，只是使用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)記， 便于對比。5 .有噪qpsk傳輸?shù)谖鍌€小實驗為在qpsk的傳輸信道中增加噪聲，觀察星座圖的分布情況。 可以知道，噪聲越大，星座圖上的點越分散。這里

15、就不再給出具體的圖形了。實驗六：復(fù)雜的fir qam信道模型（擴(kuò)展實驗）多徑是指發(fā)送端與接收端問的信號通路不只一條，造成這種現(xiàn)象的原因有很 多，可能是大氣層的反射與折射，也可能是建筑或者其他物體的反射， 并會引起 接收信號的起伏波動。多徑模型中輸入與輸出的關(guān)系：其中信道中的no.numerical coeficient參數(shù)為調(diào)節(jié)多徑干擾。其值為1時無 多徑干擾。實驗分析：通過實驗可以看出，當(dāng)有多徑干擾時，輸出會產(chǎn)生碼問干擾創(chuàng)新實驗：驗證非相干解調(diào)正交 fsk信號需要的最小頻率間隔本實驗意在驗證正交 fsk中非相干解調(diào)時信號需要的最小頻率間隔。設(shè)計 如下的系統(tǒng)，信號源產(chǎn)生速率為 100的二進(jìn)制隨

16、機序列，進(jìn)過 fsk調(diào)制，最小 頻率為100hz,兩個載波頻率采用不同的頻率間隔。進(jìn)過解調(diào)后對輸入與輸出 的進(jìn)行對比。系統(tǒng)如下：其中k端為mfsk調(diào)制解調(diào)器件。輸入的序列的頻率為50bit/s,載波頻率間隔為40hz時，輸入輸出波形分別 為（上圖為輸入，下圖為輸出）：目可以看到，輸入輸出之間有誤差，證明此頻率間隔不能使兩個載波達(dá)到正交的效果。當(dāng)載波頻率為50hz時，輸入輸出分別為:n 11 e j此時，輸入與輸出完全相同。兩載波之間正交。改變輸入比特的頻率以及兩載波之間的間隔再次進(jìn)行驗證。實驗分析：采用非相干解調(diào)是，要使載波頻率之間正交，最小的頻率間隔為輸入碼元的 頻率，即1。若小于此頻率間隔

17、，則不能正確解調(diào)。t關(guān)于系統(tǒng)時間的設(shè)定系統(tǒng)時間的設(shè)置對系統(tǒng)的運行尤為重要，不合適的系統(tǒng)時間會導(dǎo)致實驗結(jié)果 的失敗，因此我們需要學(xué)會如何來設(shè)置系統(tǒng)的時間。設(shè)置系統(tǒng)時間的圖標(biāo)為0，點擊后出現(xiàn)界面：auto set no. samplesset power of 2於 5ysteni time specificationtime valuer:f 闡| ?|shift + click to reduceundo setreset system on looppause on loopno. of system loops:zlupdate iresetstart/stop timelq叩也.lockestimated run time: 0.1 sec. total ssmcles: 10.000其中，no. of samples為在系統(tǒng)運行時間內(nèi)抽樣的點數(shù)。samples rate為系 統(tǒng)的抽樣速率，在同樣的輸入信號的情況下， 抽樣速率越高，屏幕內(nèi)所顯示的信 號的線越平滑。start time和stop time分別為系統(tǒng)運行