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通信系统仿真实验报告.pdf

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.58M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    实验三 通信系统仿真 清华大学电子工程系 陈侃  背景知识： (1) 频分多址(FDMA)： 频分多址时将通信的频段划分成若干信道频率范围，每对通信设备工作在某 个特定的频率范围内，即不同的通信用户是靠不同的频率划分来实现通信的， 早期的无线通信系统，包括现在的无线电广播、短波通信、大多数专用通信 网都是采用频分多址技术来实现的。 (2) 时分多址(TDMA)： 时分多址是将通信信道在时间坐标上划分成若干等间隔的时隙，每对通信设 备将工作在某个指定的时隙上，不同的通信用户是靠不同的时隙划分来实现 通信的，现在的数字蜂窝无线通信系统 GSM，就采用了时分多址技术。 (3) 码分多址(CDMA): 码分多址是利用码字的正交性，将承载的不同用户的通信信息区分开来。每 对通信设备工作在某个分配的码组实现通信。现在的数字蜂窝无线通信 CDMA，第三代移动通信系统 WCDMA，CDMA2000，SC-CDMA 都采用了码分 多址技术。码分多址要求通信的码组之间有很好的正交性。 有一种获得正交码组的方法是利用 M 序列发生器，M 序列是最大长度线性反 馈移位寄存器序列的简称。M 序列发生器的结构图如图 1 所示，其中 ai 表示 各个寄存器的状态，ci 可取 0 或 1. M 序列发生器的原理框图 F(x) = cixi r i=0 上式是关于 x 的多项式，系数 ci 表示了序列生成器的反馈连线的特征，称为 一位生成器函数的特征多项式。 由于 r 位移位寄存器最多可以取 2r 个不同的状态，因此每个移位寄存器序列 最终都是周期序列，并且其周期 n≤2r。M 序列具有很强的自相关性和很弱的 互相关性，周期为 2r-1 的 M 序列可以提供 2r-1 个正交码组。  练习题： 1.2.1 FDMA 的 Simulink 仿真： (1) 利用 Simulink 中的相应模块，搭建提示所给的系统仿真图，并设置相应的参 数。
    答：按照提示所给的模型图以及相应模块的参数，我设计出的 FDMA 系统仿真图 如下所示： (2) 上图中的六个 Analog Filter Design 滤波器的作用分别是什么？根据已知的参 数设置它们的参数，然后进行系统仿真，记录下三个 Scope 上显示的波形。 答：根据仿真模型设计图可知，上述的六个滤波器分为三对，其中滤波器 1 和 4 分别用于滤出已经经过调制的信号在高频处搬移的频谱和滤出通过信道传输后 在该高频段的频谱进行接收端的解调工作，同理滤波器 2，5 和滤波器 3，6 两对 滤波器也分别执行类似功能，三对滤波器唯一的不同之处在于每对滤波器工作的 高频段各不相同。 根据各对滤波器的工作原理，我根据每个信号特点选定了滤波器的参数，对于滤 波器 1，4 由于传输的是正弦波，基波的频率是 4Hz，变换后应该设置的滤波范 围应该在 35~45Hz*2π左右，而对于滤波器 2，5，由于传输的是周期性方波脉冲， 变换后取 sinc 函数集中能量绝大多数的范围可知，滤波的范围在 50~70Hz*π左右， 同理，对于滤波器 3，6，由于传输的是锯齿波，变换后取能量集中的绝大多数 范围，约在 70~90Hz*π左右。经过实际的调整实验，为了达到最佳效果，各个滤 波器设置的滤波范围如下表所示： 滤波器 Filter1 Filter2 Filter order lower passband upper passband 8 8 70π 98π 100π 142π Zero-OrderHold9Zero-OrderHold8Zero-OrderHold7Zero-OrderHold6Zero-OrderHold5Zero-OrderHold4Zero-OrderHold3Zero-OrderHold2Zero-OrderHold18Zero-OrderHold17Zero-OrderHold16Zero-OrderHold15Zero-OrderHold14Zero-OrderHold13Zero-OrderHold12Zero-OrderHold11Zero-OrderHold10Zero-OrderHold1B-FFTSpectrumScope6B-FFTSpectrumScope5B-FFTSpectrumScope4B-FFTSpectrumScope3B-FFTSpectrumScope2B-FFTSpectrumScope1SignalGenerator3SignalGenerator2SignalGenerator1Scope3Scope2Scope1DSB AMDSB AMModulatorPassband3DSB AMDSB AMModulatorPassband2DSB AMDSB AMModulatorPassband1DSB AMDSB AMDemodulatorPassband3DSB AMDSB AMDemodulatorPassband2DSB AMDSB AMDemodulatorPassband1butterAnalogFilter Design6butterAnalogFilter Design5butterAnalogFilter Design4butterAnalogFilter Design3butterAnalogFilter Design2butterAnalogFilter Design1AddAWGNAWGNChannel
    Filter3 Filter4 Filter5 Filter6 8 8 8 8 140π 60π 110π 150π 180π 95π 135π 175π 以下为三个 Scope 显示的波形，其中每个 Scope 上方的波形为原信号波形，下方 波形为通过信道后的波形： Scope1： Scope2:
    Scope3: (3)尝试用 Spectrum Scope 对各信号进行频谱分析:
    答：Spectrum Scope 以按照要求接入模型中，以下为各个频谱图： Spectrum Scope1(对应原来的输入正弦波信号): Spectrum Scope2(对应原来的方波脉冲)：
    Spectrum Scope3(对应原来的锯齿波信号)： Spectrum Scope4(对应经过信道后的正弦波信号)：
    Spectrum Scope5(对应经过信道后的方波脉冲信号)： Spectrum Scope6(对应经过信道后的锯齿波信号)：
    通过仿真后的频谱可以看出，滤波器滤除了信号的高频分量，同时也滤除了信道 中的大部分噪声，使得获得信号与原来的信号十分接近，但是由于高频分量的损 失，使得新的信号产生了“吉布斯效应”，即在信号剧烈跳变处有约 9%的上冲振 荡，与原信号产生了一定微小的失真。 1.2.2 TDMA 的 Simulink 仿真: 如图所示是一个 TDMA 系统的仿真框图，其中三个 Signal Generator 的设置与 上题相同，Multiplex 和 Demultiplex 是时分多址复用/解复用单元，需要同学们来 完成。 (4) 设计时分多址复用单元 Multiplex，其中可能用到的模块已在材料中列出。 答：根据提示，以及时分复用的原理，我设计的 TDMA 仿真模型如下图所示: 由于复用单元和解复用单元均是将不同信道中的信息在不同的时隙中提取出来， 故两者的结构在理论上相同，我设计的两个单元的结构如下图所示:
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