软件仿真实验一 数字基带系统

实验目的：

1、熟悉仿真环境；

2、掌握数字基带信号的常用波形与功率谱密度；

3、掌握奈奎斯特第一准则与码间干扰的消除；

4、掌握眼图及其性能参数。

知识要点：

1、单、双极性不归零码的波形与功率谱密度；

2、单、双极性归零码的波形与功率谱密度；

3、奈奎斯特第一准则与码间干扰的消除；

4、眼图及其性能参数。

仿真要求：

建议时间参数：No. of Samples = 4096；Sample Rate = 2000Hz

双边功率谱密度选择（Power dBm in 50 ohm）

1、记录单、双极性不归零码的波形与功率谱密度；

Rate = 100Hz；双极性码Amp = 10V；

单极性码Amp = 10V，Offset = 10V；

2、记录单、双极性归零码的波形与功率谱密度；

用于采样的矩形脉冲序列幅度1V，频率100Hz；

脉宽0.005s（占空比50%）；

3、改变采样脉冲的占空比，观察并记录归零码波形与功率谱密度的变化；

4、建立如下系统：

其中图符4、5均为示波器；

图符0为Rate = 100Hz，Amp = 10V的双极性不归零码；

图符3为FIR低通滤波器，其参数设置如下：

通带增益0dB，阻带增益-40dB；

归一化最低截止频率10Hz/2000Hz = 0.005；

归一化最高截止频率190Hz/2000Hz = 0.095；

分别记录信源与信宿的眼图，建议时间参数：Start = 0.02s，Length = 0.05s；

5*、改变FIR低通滤波器的归一化截止频率，观察并记录信宿眼图的变化；

6*、在FIR低通滤波器前加入高斯白噪声，观察并记录信宿眼图的变化，

建议Density in 1 ohm = 0.001W/Hz；

7*、改变高斯白噪声的功率谱密度，观察并记录信号眼图的变化。

实验报告要求：

1、记录数字基带信号的常用波形与功率谱密度，并分析其各自的特点；

2、记录归零码的变化，分析占空比对归零码波形与功率谱密度的影响；

3、记录信宿眼图的变化，并分析系统传输特性对信宿眼图的影响；

4、记录信宿眼图的变化，并分析噪声对信宿眼图的影响。

系统框图：

仿真结果与实验分析：

由实验结果可知，单极性信号有直流分量，双极性信号没有直流分量；双极性信号和单极性信号的带宽一样大；归零信号比不归零信号带宽大，大约是2倍；归零信号存在占空比，而不归零信号不存在占空比一说。

第一个图是没有码间干扰的眼图，若滤波器设计合理，满足第一奈奎斯特准则，则眼图不存在码间干扰。第二个图是更改了滤波器的滚降系数，这样就不满足奈奎斯特第一准则，眼图存在码间干扰，眼图的形状改变。第三、四个图是增加了高斯噪声，但滤波器特性并不改变，仍旧满足奈奎斯特第一定律，因此图线变得杂乱，但是高斯噪声并不会改变图像的形状。

实验成绩评定表

出勤

情况

准时到课

迟到

缺勤

请假

补实验安排

学习

态度

认真听讲

详细记录

态度一般

记录不全面

态度不认真

看手机、聊天

态度恶劣

扰乱课堂秩序

实验

操作

准备充分、操作熟练

能够独立完成实验

准备不足、操作一般

需人帮助完成实验

未做准备、操作能力差

抄袭他人劳动成果

实验

记录

记录完整

数据准确

记录较完整

无严重错误

记录不完整

数据错漏频出

记录严重缺失

或存在重大错误

实验

分析

分析全面

结论正确

分析较全面

结论基本正确

分析不够全面

结论无严重错误

分析严重缺失

或存在重大错误

实验成绩

软件仿真实验二 模拟调制系统—AM系统

实验目的：

1、掌握AM信号的产生方法；

2、掌握AM信号波形和频谱的特点；

3、掌握AM信号的解调方法；

4、掌握AM系统的抗噪声性能。

知识要点：

1、AM信号的产生方法；

2、AM信号的波形和频谱；

3、AM信号的解调方法；

4、AM系统的抗噪声性能。

仿真要求：

建议时间参数：No. of Samples = 4096；Sample Rate = 20000Hz

双边谱选择（20Log|FFT|【dB】）

1、记录调制信号与AM信号的波形和频谱；

调制信号为正弦信号，Amp= 1V，Freq=400Hz；直流信号Amp = 2V；

余弦载波Amp = 1V，Freq= 2000Hz；

2、采用相干解调，记录恢复信号的波形；

接收机模拟带通滤波器Low Fc = 1500Hz，Hi Fc = 2500Hz，极点个数6；

接收机模拟低通滤波器Fc = 500Hz，极点个数为9；

3、采用包络检波，记录恢复信号的波形；

接收机包络检波器结构如下：

其中图符0为全波整流器Zero Point = 0V；

图符1为模拟低通滤波器Fc = 500Hz，极点个数为9；

4、在接收机模拟带通滤波器前加入高斯白噪声；

建议Density in 1 ohm = 0.00002W/Hz，观察并记录恢复信号波形的变化；

5*、改变高斯白噪声的功率谱密度，观察并记录恢复信号波形的变化。

实验报告要求：

1、记录调制信号与AM信号的波形和频谱，分析AM信号波形和频谱的特点；

2、记录恢复信号波形的变化，分析噪声对恢复信号的影响。

系统框图：

仿真结果与实验分析：

原始基带信号

基带信号频谱

AM信号

AM信号频谱

无噪声相干解调

无噪声包络检波

有噪声相干解调

有噪声包络检波

分析与总结：

1. AM信号的包络变化与原始基带信号完全一致

2. 相干解调信号与包络检波信号完全一致

3. 如果加入噪声AM的相干解调与包络检波信号都会发生失真，但二者失真程度相同，因此可看出相干解调与包络检波在大信噪比下具有相同的抗噪声性能

4. 由频谱图可看出AM信号是由原始基带信号线性搬移产生的，也可看出AM信号的带宽是原始基带信号带宽的二倍

实验成绩评定表

出勤

情况

准时到课

迟到

缺勤

请假

补实验安排

学习

态度

认真听讲

详细记录

态度一般

记录不全面

态度不认真

看手机、聊天

态度恶劣

扰乱课堂秩序

实验

操作

准备充分、操作熟练

能够独立完成实验

准备不足、操作一般

需人帮助完成实验

未做准备、操作能力差

抄袭他人劳动成果

实验

记录

记录完整

数据准确

记录较完整

无严重错误

记录不完整

数据错漏频出

记录严重缺失

或存在重大错误

实验

分析

分析全面

结论正确

分析较全面

结论基本正确

分析不够全面

结论无严重错误

分析严重缺失

或存在重大错误

实验成绩

软件仿真实验三 模拟调制系统—SSB系统

实验目的：

1、掌握SSB信号的产生方法；

2、掌握SSB信号波形和频谱的特点；

3、掌握SSB信号的解调方法；

4、掌握SSB系统的抗噪声性能。

知识要点：

1、SSB信号的产生方法；

2、SSB信号的波形和频谱；

3、SSB信号的解调方法；

4、SSB系统的抗噪声性能。

仿真要求：

建议时间参数：No. of Samples = 4096；Sample Rate = 20000Hz

双边谱选择（20Log|FFT|【dB】）

1、利用移相法产生SSB信号，记录SSB信号的波形和频谱；

其中：图符0为调制信号，采用幅度1V、频率400Hz的正弦信号；

图符3为载波信号，采用幅度1V、频率2000Hz的正弦信号；

2、自行设计调整系统结构及参数，利用滤波法实现SSB信号（建议使用带阻滤波器）；

3、采用相干解调，记录恢复信号的波形；

LSB模拟带通滤波器Low Fc = 1500Hz，Hi Fc = 1700Hz，极点个数5；

USB模拟带通滤波器Low Fc = 2300Hz，Hi Fc = 2500Hz，极点个数5；

接收机模拟低通滤波器Fc = 500Hz，极点个数9；

4、在接收机模拟带通滤波器前加入高斯白噪声；

建议Density in 1 ohm = 0.00002W/Hz，观察并记录恢复信号波形的变化；

5*、改变高斯白噪声功率谱密度，观察并记录恢复信号波形的变化；

实验报告要求：

1、记录SSB信号的波形和频谱，分析SSB信号波形和频谱的特点；

2、记录恢复信号波形的变化，分析噪声对恢复信号的影响。

系统框图：

1、滤波法产生SSB信号系统框图

2、相移法产生SSB信号及解调恢复框图

仿真结果与实验分析：

1、滤波法产生SSB信号

（1）原始基带信号

（2）DSB信号

（3）SSB下边带

（4）SSB上边带

2、相移法产生SSB信号

（1）原始基带信号

（2）SSB下边带

（3）SSB上边带

分析：（1）滤波法与相移法所得SSB信号波形、频谱均无差异。

（2）观测频谱：DSB信号的频谱是对原始基带信号频谱的线性搬移，上、下边带信号为DSB信号频谱中的一部分，也属于频谱的线性搬移，且上、下边带信号的带宽均与原始基带信号带宽保持一致。

（3）观测时间信号波形：DSB信号的包络按照原始基带信号的绝对值的变化规律变化；SSB信号上、下边带信号的包络均为常数，且与原始基带信号均无直接关系。

4、相干解调恢复信号（无噪声）

（1）下边带恢复信号

（2）上边带恢复信号

5、相干解调恢复信号（噪声功率0.00005W/Hz）

分析：未加入高斯噪声时，恢复波形未发生失真，加入高斯白噪声，上、下边带信号相干解调恢复波形均会发生失真，而且失真程度与DSB和AM信号解调恢复的失真程度大体相当，所以SSB,DSB,AM信号抗噪声性能基本相同。

实验成绩评定表

出勤

情况

准时到课

迟到

缺勤

请假

补实验安排

学习

态度

认真听讲

详细记录

态度一般

记录不全面

态度不认真

看手机、聊天

态度恶劣

扰乱课堂秩序

实验

操作

准备充分、操作熟练

能够独立完成实验

准备不足、操作一般

需人帮助完成实验

未做准备、操作能力差

抄袭他人劳动成果

实验

记录

记录完整

数据准确

记录较完整

无严重错误

记录不完整

数据错漏频出

记录严重缺失

或存在重大错误

实验

分析

分析全面

结论正确

分析较全面

结论基本正确

分析不够全面

结论无严重错误

分析严重缺失

或存在重大错误

实验成绩

软件仿真实验四 数字频带系统—2ASK系统

实验目的：

1、掌握2ASK信号的产生方法；

2、掌握2ASK信号波形和的频谱特点；

3、掌握2ASK信号的解调方法；

4、掌握2ASK系统的抗噪声性能。

知识要点：

1、2ASK信号的产生方法；

2、2ASK信号的波形和频谱；

3、2ASK信号的解调方法；

4、2ASK系统的抗噪声性能。

仿真要求：

建议时间参数：No. of Samples = 8192；Sample Rate = 10000Hz

双边功率谱密度选择（Power dBm in 50 ohm）

1、采用模拟调制法，记录信源与2ASK信号的波形和功率谱密度；

单极性不归零码Rate = 200Hz，Amp =1V，Offset = 1V；

载波Amp = 1V，Frep = 1000Hz；

2、采用键控法，记录2ASK信号的波形和功率谱密度；

3、采用相干解调，记录恢复信号的波形；

接收机抽样判决器如图所示：

其中图符15为采样器，采样频率为200Hz；

图符16为保持电路，Hold Value = Last Sample，增益Gain = 1；

图符17为比较器，Compare=“>=”，True output=2v，False output=0v；

图符18为直流，电压值为保持电路输出电压值的中值；

4、采用包络检波，记录恢复信号的波形；

5、在接收机模拟带通滤波器前加入高斯白噪声；

建议Density in 1 ohm = 0.00002W/Hz，观察并记录恢复信号波形的变化；

6*、改变高斯白噪声的功率谱密度，观察并记录恢复信号波形的变化。

实验报告要求：

1、记录信源与2ASK信号的波形和功率谱密度，并分析其波形和频谱的特点；

2、比较2ASK信号的两种产生方法和两种解调方法；

3、记录恢复信号波形的变化，分析噪声对恢复信号的影响。

系统框图：

仿真结果与实验分析：

1、2ASK信号的生成

（1）基带信号

（2）2ASK信号

模拟调制法生成

键控法生成

频谱

分析：模拟调制法与数字键控法生成的2ASK信号的波形和频谱是一样的；模拟调制法和键控法生成的2ASK信号频谱均为原基带信号频谱的线性搬移，且第一零点带宽为基带信号第一零点带宽的2倍.

2、2ASK信号的解调

（1）恢复波形

相干解调：

包络检波：

3、抗噪声性能分析

（1）无噪声情况

相干解调 ：

包络检波：

（2）噪声功率为0.0005W/Hz

相干解调：

包络检波：

分析：（1）相干解调和包络检波在无噪声情况下均能正确恢复原始基带信号；

（2）当噪声功率谱密度为0.00002W/Hz时，2ASK信号的相干解调和包络检波均未出现误码，说明2ASK信号的抗噪声性能优于之前的AM和SSB信号；

（3）适当增大噪声，发现相干解调出现误码的数量要小于包络检波出现误码的数量，说明相干解调的抗噪声性能优于包络检波，这是由于在小信噪比条件下，包络检波存在门限效应，会使误码率大量增加。

实验成绩评定表

出勤

情况

准时到课

迟到

缺勤

请假

补实验安排

学习

态度

认真听讲

详细记录

态度一般

记录不全面

态度不认真

看手机、聊天

态度恶劣

扰乱课堂秩序

实验

操作

准备充分、操作熟练

能够独立完成实验

准备不足、操作一般

需人帮助完成实验

未做准备、操作能力差

抄袭他人劳动成果

实验

记录

记录完整

数据准确

记录较完整

无严重错误

记录不完整

数据错漏频出

记录严重缺失

或存在重大错误

实验

分析

分析全面

结论正确

分析较全面

结论基本正确

分析不够全面

结论无严重错误

分析严重缺失

或存在重大错误

实验成绩