本文格式為Word版，下載可任意編輯——北理工通信電路與系統軟件試驗

試驗1簡單基帶傳輸系統分析舉例

一、分析內容

構造一個簡單示意性基帶傳輸系統。以雙極性PN碼發生器來模擬一個數據信源，碼速率為100bit/s，低通型信道噪聲為加性高斯噪聲(標準差=0.3V)。要求：

1.觀測接收輸入和濾波輸出的時域波形；2.觀測接收濾波器輸出的眼圖。

二、分析目的

把握觀測系統時域波形，重點學習和把握觀測眼圖的操作方法。

三、系統組成及原理

簡單的基帶傳輸系統原理框圖如下所示，該系統并不是無碼間干擾設計的，為使基帶信號能量更集中，形成濾波器采用高斯濾波器。

圖1-1簡單基帶傳輸系統組成框圖

四、創立分析

第1步：進入SystemView系統視窗，設置“時間窗〞參數如下：①運行時間：StartTime:0秒；StopTime:0.5秒。②采樣頻率：SampleRate:10000Hz。

第2步：調用圖符塊創立如下圖所示的仿真分析系統：

圖1-2創立的簡單基帶傳輸仿真分系統

系統中各圖符塊的設置如表1-1所示：

表格1-1Token編號0Attribute屬性SourceType類型PNSeqParameters參數設置Amp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz，Levels=2，Phase=0degGaussian，TimeOffset=0，PhlseWidth=0.01sec，StdDev=0.15V--StdDev=0.3V，Mean=0VButterworthLowpassIIR，5Poles，Fc=200HzInterpolating，Rate=100Hz，Aperture=0sec，ApertureJitter=0secLastValue，Gain=2a>=b，TrueOutput=1V，FalseOutput=1V，1234CommAdderSourceOperatorPulseShape--GaussNoiseLinearSys56OperatorOperatorSamplerHold7OperatorCompareAinput=token6Output0，Binput=token8Output08SourceSinusoidAmp=0V，Freq=0Hz，Phase=0deg2

9101112

SinkSinkSinkSinkAnalysisAnalysisAnalysisAnalysisInputfromtoken0OutputPort0Inputfromtoken1OutputPort0Inputfromtoken4OutputPort0Inputfromtoken7OutputPort0其中，Token1為高斯脈沖形成濾波器；Token3為高斯噪聲發生器，設標準偏差StdDeviation=0.3V，均值Mean=0V；Token4為模擬低通濾波器，它來自操作庫中的“LinearSys〞圖符按鈕，在設置參數時，將出現一個設置對話框，在“Design〞欄中單擊Analog按鈕，進一步點擊“FilterPassBand〞欄中Lowpass按鈕，選擇Butterworth型濾波器，設置濾波器極點數目：No.ofPoles=5（5階），設置濾波器截止頻率：LoCuttoff=200Hz。

第3步：單擊運行按鈕，運算終止后按“分析窗〞按鈕，進入分析窗后，單擊“繪制新圖〞按鈕，則Sink9-Sink12限時活動窗口分別顯示出“PN碼輸出〞、“信道輸入〞、“信道輸出〞和“判決比較輸出〞時域波形。如以下波形圖所示：

圖1-3Sink9_代表信源的PN碼輸出波形

3

圖1-4Sink10_經高斯脈沖形成濾波器后的碼序列波形

圖1-5Sink11_信道輸出的接收波形

圖1-6Sink12_判決比較輸出波形

第4步：觀測信源PN碼和波形形成輸出的功率譜。通過兩個信號的

4

功率譜可以看出，波形形成后的信號功率譜主要集中在低頻端，能量相對集中，而PN碼的功率譜主瓣外的分量較大。在分析窗下，單擊信宿計算器按鈕，在出現的“SystemSinkCalculator〞對話框中單擊Spectrum按鈕，分別得到Sink9和Sink10的功率譜窗口（w4:和w5:）后，可將這兩個功率譜合成在同一個窗口中進行對比，具體操作為：在“SystemSinkCalculator〞對話框中單擊Operators按鈕和OverlayPlots按鈕，在右側窗口內按住左鍵選中w4和w5兩個信息條，單擊OK按鈕即可顯示出對比功率譜。如下圖所示：

圖1-7PN碼和波形形成器輸出功率譜對比

第5步：觀測信道輸入和輸出信號眼圖。眼圖依舊是時域波形，它是衡量基帶傳輸系統性能的重要試驗手段。當屏幕上出現波形顯示活動窗口（w1:Sink10和w2:Sink11）后，點擊“SystemSinkCalculator〞對話框中的Style和TimeSlice按鈕，設置好“Starttime[sec]〞和“Length[sec]〞欄內參數后單擊該對話框內的OK按鈕即可。兩個眼圖如下圖所示：

5

SystemViewSlicedw1(Ts=0s,dT=50.e-3s)010.e-320.e-330.e-340.e-31500.e-30elitudpmA-500.e-3-1010.e-320.e-330.e-340.e-3TimeinSeconds

圖1-8信道輸入眼圖

SystemViewSlicedw2(Ts=0s,dT=50.e-3s)010.e-320.e-330.e-340.e-31500.e-30elitudpmA-500.e-3-1010.e-320.e-330.e-340.e-3TimeinSeconds

圖1-9信道輸出眼圖

從上述仿真分析可以看出：經高斯濾波器形成處理后的基帶信號波形遠比PN碼信號平滑，信號能量主要集中于10倍碼率以內，經低通型限帶信道后信號能量損失相對較小，由于信道的不理想和疊加噪聲的影響，信道輸出眼圖將比輸入的差些，改變信道特性和噪聲強度（如StdDev=1V），眼圖波形將發生明顯畸變，接收端誤碼率確定相應增大。

由此可見，基帶傳輸系統中不應直接傳送方波碼序列信號，應經過波形形成，從而使信號能量更為集中，并通過均衡措施達到或接近無碼間干擾系統設計要求。另外，眼圖觀測法的確是評測基帶系統傳輸質量的簡便有效試驗方法。

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試驗2利用Costas環解調2PSK信號分析舉例

一、分析內容

Costas環是一個由同相與正交支路構成的鎖相環路，對2PSK信號進行解調是其主要功能之一。構造一個2PSK信號調制解調系統，利用Costas環對2PSK信號進行解調，以雙極性PN碼發生器模擬一個數據信源，碼速率為50bit/s，載波頻率為100Hz。以PN碼作為基準，觀測環路同相支路輸出和正交支路輸出的時域波形。

二、分析目的

通過分析理解Costas環的解調功能和特點。

三、系統組成及原理

2PSK調制和Costas環解調系統組成如圖2-1所示。

圖2-102PSK調制和Costas環解調系統

其中：

x(t)?m(t)cos?ct1m(t)[cos?e?cos(2?ct??e)]21u1(t)?m(t)cos?ct?sin(?ct??e)?m(t)[sin?e?sin(2?ct??e)]2u1(t)?m(t)cos?ct?cos(?ct??e)?經過低通濾波器后，得到的同相分量和正交分量分別為：

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1m(t)cos?e21uQ(t)?m(t)sin?e2uI(t)?尋常，環路鎖定后?e很小（在仿真分析時可設為0）。顯然，同相分

量uI(t)?0.5m(t)，正交分量近似為0，這就是說，只有同相輸入分量才包含解調信息。實際上，Costas環可以同時完成載波同步提取和2PSK信號解調，這與常用的平方環有所不同。

四、創立分析

第1步：進入SystemView系統視窗，設置“時間窗〞參數如下：①運行時間：StartTime:0秒；StopTime:1秒。②采樣頻率：SampleRate:5000Hz。

第2步：調用圖符塊創立如圖2-2所示的仿真分析系統。與前邊創立的仿真系統比較，出現了幾個“圖符參數便簽〞。生成“圖符參數便簽〞的操作方法如下：

在全部圖符塊參數確定后，執行“NotePads>>CopyTokenParameterstoNotePad〞菜單命令，再用附著了“Select〞條框的鼠標單擊某個圖符塊，立刻生成該圖符塊的“圖符便簽參數〞。單擊便簽框使之激活，拉動四邊上的“操作點〞可調理其幾何尺寸；用鼠標壓住便簽框，使之顯示略微變暗，可移動其位置。

圖2-11創立的簡單基帶傳輸仿真分析系統

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系統中各圖符塊的設置如下表所示：

表2-2

Token編號0Attribute屬性SourceType類型PNSeqParameters參數設置Amp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz，Levels=2，Phase=0deg--ButterworthLowpassIIR，4Poles，Fc=100HzButterworthLowpassIIR，1Poles，Fc=100HzAmp=1V，Freq=1000Hz，Phase=0degModGain=5Hz/VInputfromtoken0OutputPort0Inputfromtoken4OutputPort0Inputfromtoken5OutputPort0Amp=1V，Freq=1000Hz，Phase=0deg

1,2,3,11Multiplier--4,5OperatorLinearSysLinearSysFMAnalysisAnalysisAnalysisSinusoid6Operator7891012FunctionSinkSinkSinkSource第3步：創立完仿真系統后，單擊運行按鈕，分別由Sink8、Sink9和Sink10顯示PN碼、同相分量和正交分量的時域波形，如下圖所示。

圖2-12Sink8_PN碼的時域波形

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圖2-13Sink9_同相分量的時域波形

圖2-14Sink10_正交分量的時域波形

由仿真結果明顯看出，Costas環的同相分量（同相支路低通濾波器輸出）即為數據解調輸出，而正交分量（正交支路低通濾波器輸出）中沒有解調信息。

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試驗3二進制差分編碼/譯碼器分析舉例

一、分析內容

創立一對二進制差分編碼/譯碼器，以PN碼作為二進制絕對碼，碼速率100bit/s。分析觀測絕對碼序列、差分編碼序列、差分譯碼序列，并觀測差分編碼是如何戰勝絕對碼全部反向的，以便為第三部分中2DPSK原理分析的試驗做鋪墊。

二、分析目的

通過分析理解差分編碼/譯碼的基本工作原理。

三、系統組成及原理

二進制差分編碼器和譯碼器組成如圖3-1所示，其中：{an}為二進制絕對碼序列，{dn}為差分編碼序列。在實際差分編/譯碼器中，將碼序列延遲一個碼元間隔尋常是利用D觸發器完成的。

圖3-15

應當說明，在SystemView中，差分編碼器中的延遲環節不直接使用D觸發器反而更為便利，而差分譯碼器中的延遲環節最好利用操作庫中的“數字采樣延遲圖符塊〞。

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四、創立分析

第1步：進入SystemView系統視窗，設置“時間窗〞參數如下：①運行時間：StartTime:0秒；StopTime:0.3秒。②采樣頻率：SampleRate:10000Hz。

第2步：首先創立如圖3-2所示的二進制差分編碼/譯碼器仿真分析系統。系統中各符塊參數設置如表3-1所示。

圖3-16二進制差分編碼/譯碼器仿真分析系統

表3-3Token編號0Attribute屬性SourceType類型PNSeqParameters參數設置Amp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz，Levels=2，Phase=0degInterpolating，Rate=100Hz，Aperture=0，Jitter=0Threshold=0V，True=1，False=-1GainUnits=Linear，Gain=1LastValue，Gain=1Interpolating，Rate=10000Hz，Aperture=0，Jitter=012,734,95,86

OperatorOperatorOperatorOperatorOperatorOperatorSamplerXORGainHoldSamplerSmplDelayFillLastRegister，Delay=100Samples12

101112SinkSinkSinkAnalysisAnalysisAnalysisInputfromtoken0OutputPort0Inputfromtoken4OutputPort0Inputfromtoken9OutputPort0

由于系統中的數字采樣延遲符塊（Token6）的輸入接采樣器圖符塊（Token5）輸出，Token5的采樣頻率為10000Hz，絕對碼時鐘頻率為100Hz，Token6的作用是將碼序列延遲一個碼元并與前邊采樣塊的采樣頻率相關，故延遲的采樣點數目應設置為100。

第3步：觀測編、譯碼結果。在分析窗下，差分編碼器輸入（絕對碼）、差分編碼器輸出及差分譯碼器輸出分別由Sink10、11、12給出，如下圖。顯然，此時差分編碼的基本規律是：逢絕對碼1時規律電平反轉，逢絕對碼0時規律電平不變。

圖3-17Sink10_差分編碼器輸入波形

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圖3-18Sink11_差分編碼器輸出波形

圖3-19Sink12_差分譯碼器輸入波形

第4步，得到仿真結果后，將差分編碼器與差分譯碼器之間插入一個非門（NOT），再看仿真結果?？梢杂^測到，差分編碼和譯碼方式可以戰勝編碼輸出序列的全反相，差分譯碼序列與不反相的一致。充分理解了這一原理，就能很快理解2DPSK是如何解決載波1800相位模糊問題的，同時將有助于自行創立包含差分編碼與譯碼的2DPSK系統。

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試驗4相干接收2ASK系統分析

一、系統組成及原理

相干接收2ASK系統組成如圖4-1所示：

圖4-1相干接收2ASK系統組成

二、創立分析

第1步：根據圖4-2所示系統，在SystemView系統窗下創立仿真系統，首先設置時間窗，運行時間：0-0.3秒，采樣速率：10000Hz。

圖4-2仿真系統組成系統

第2步：調用圖符塊創立如下圖所示的仿真分析系統：

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表4-1系統圖符塊參數設置Token編號01,52,6347Attribute屬性SourceType類型PNSeqParameters參數設置Amp=0.5V，Offset=0.5V，Rate=100Hz，Levels=2，Phase=0deg--Amp=1V，Freq=3000Hz，Phase=0--Multiplier--SourceAdderSourceOperatorSinusoid--GaussNoiseStd=0.3V，Mean=0VLinearSysButterworthLowpassIIR，5Poles，Fc=200HzInterpolating，Rate=100Hz，Aperture=0sec，ApertureJitter=0secLastValue，Gain=1a>=b，True=1，False=0Amp=0.3V，Starttime=0，Offset=0V/89101112,13,14,15,16,17

OperatorOperatorOperatorSourceSinkSamplerHoldCompareStepFctAnalysis第3步：在系統窗下創立仿真系統，觀測指定分析點的波形、功率譜及譜零點帶寬，如下圖所示：

圖4-3Token12-17波形圖

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圖4-4Token12功率譜

圖4-5Token13功率譜

圖4-6Token14功率譜

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圖4-7Token15功率譜

圖4-8Token16功率譜

圖4-9Token17功率譜

第4步：修改PN碼為雙極性極性碼（Amp=1V，Offset=0V），并重新觀測如下圖：

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圖4-10修改PN碼后的Token12-17波形圖

第5步：改變噪聲強度后，觀測解調波形的變化，體會噪聲對數據傳輸質量的影響。

圖4-11改變噪聲強度后的波形圖

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試驗52FSK系統分析

一、系統組成及原理

以話帶調制解調器中CCITTV.23建議規定的2FSK標準為例，該標準

Hz及f1?2100Hz。為：碼速率1200bit/s；f0?1300要求創立符合CCITTV.23建議的2FSK仿真系統，調制采用“載波調頻法〞產生CP-2FSK信號，解調采用“鎖相鑒頻法〞。為了提高接收端的抗干擾能力，對于濾波器輸出的電壓采用“采樣+判決〞的處理。在本試驗中，可在同樣噪聲干擾時比較僅采用“判決〞的波形整形方式與“采樣+判決〞的處理方式的效果。

圖5-12FSK仿真系統組成

二、創立分析

在SystemView系統窗下創立仿真系統，設置時間窗，運行時間：0-0.1秒，采樣速率：10000Hz。組成系統如圖5-2，各元件參數如表5-1所示。

圖5-22FSK仿真系統組成

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表5-12FSK仿真系統中各圖符塊的參數設置Token編號0123456789101112131415161718192021Attribute屬性SourceFunctionAdderSourceOperatorType類型PNSeqFM--Parameters參數設置Amp=1V，Offset=0V，Rate=1200Hz，Levels=2Amp=1V，F=1700Hz，ModGain=400Hz/V--ButterworthBandpassIIR，5Poles，LowFc=200Hz，HiFc=3400Hz--ButterworthLowpassIIR，1Poles，Fc=600HzAmp=2V，F=1700Hz，ModGain=800Hz/VButterworthLowpassIIR，9Poles，Fc=1200HzInputfromtoken0Inputfromtoken1Inputfromtoken4Inputfromtoken6Inputfromtoken8Interpolating，Rate=1200Hz，Aperture=0sec，ApertureJitter=0secLastValue，Gain=2，OutRate=10000HzInputfromtoken15a>=b，True=1V，False=-1V，Ainput=token15，Binput=token18Amp=1V，F=0HzInputfromtoken17a>=b，True=1V，False=-1V，Ainput=token8，Binput=token18Inputfromtoken20

GaussNoiseStd=0.1V，Mean=0VLinearSysMultiplier--OperatorFunctionOperatorSinkSinkSinkSinkSinkOperatorOperatorSinkOperatorSourceSinkOperatorSinkLinearSysFMLinearSysAnalysisAnalysisAnalysisAnalysisAnalysisSamplerHoldAnalysisCompareSinusoidAnalysisCompareAnalysis21

在系統窗下創立仿真系統，觀測各接收分析器的時域波形，以及Token10的功率譜，如下圖所示：

圖5-3各接收分析器的時域波形

圖5-4Token10的功率譜

在高斯噪聲強度較小時，觀測各接收分析器的時域波形：

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圖5-5高斯噪聲強度較小時各接收分析器的時域波形

將Token3的標準偏差（StdDeviation）加大到0.4V，再觀測Token19和Token21的時域波形：

圖5-6Token19的波形圖

圖5-7Token21的波形圖

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試驗6相干接收2PSK系統分析

一、系統組成及原理

本試驗安排了2PSK和2DPSK系統分析內容。在分析中，除穩定二進制移相鍵控系統的工作原理外，應特別注意2DPSK系統是如何解決同步載波180°相位模糊問題的。

圖6-12PSK仿真系統組成

對2PSK信號相干接收的前提是首先進行載波提取，可采用平方環或科斯塔斯環來實現。為分析便利起見，在本試驗中可直接在接收端設置一個與發送端同步的本地載波源（直接復制圖符塊）。另外，本試驗中暫不考慮同步提取問題。

二、創立分析

在SystemView系統窗下創立仿真系統，設置時間窗，運行時間：0-0.3秒，采樣速率：10000Hz。組成系統如圖6-2，各元件參數如表6-1所示。

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圖6-22PSK仿真系統組成

表6-12PSK仿真系統中各圖符塊的參數設置Token編號01,52,634789101112-17Attribute屬性SourceType類型PNSeqParameters參數設置Amp=1V，Offset=0V，Rate=100Hz，Levels=2--Amp=1V，Freq=3000Hz，Phase=0，Output1=Cosin--ButterworthLowpassIIR，5Poles，Fc=200HzInterpolating，Rate=100Hz，Aperture=0sec，ApertureJitter=0secLastValue，Gain=1，a>=b，True=1V，False=-1V，Amp=0V，Freq=0Hz/

Multiplier--SourceAdderSourceOperatorOperatorOperatorOperatorSourceSinkSinusoid--GaussNoiseStdDev=0.5V，Mean=0VLinearSysSamplerHoldCompareSinusoidAnalysis在系統窗下創立仿真系統，分別觀測Token12、13、14、15、16、17的時域波形，以及Token13的2PSK信號功率譜結構及譜零點帶寬，如下圖所示：

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圖6-3各接收分析器的時域波形

圖6-4Token13的功率譜

將高斯噪聲源的標準差增大到1V，將兩種系統的輸入碼序列與解調碼序列進行對比，觀測各接收分析器的時域波形：

圖6-5高斯噪聲強度較大時Token12輸入碼序列的時域波形

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圖6-6高斯噪聲強度較大時Token17輸出碼序列的時域波形

在2PSK系統中，接受提取的載波存在180°相位模糊度，這是載波提取電路存在的固有問題，一旦接收端提取的載波與發送端調制倒相，解調出的碼序列將全部倒相。重新設置接收載波源的參數，將其中的相位設為180°，運行后再觀測解調的結果。

圖6-7相位更改后Token12的時域波形

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圖6-8相位更改后Token13的時域波形

圖6-9相位更改后Token14的時