《現(xiàn)代通信與安全綜合實驗》---通信基礎(chǔ)實驗實驗一消除碼間干擾一、實驗?zāi)康牧私獯a間干擾產(chǎn)生機理；加深理解帶限通道最佳傳輸?shù)幕竟ぷ髟砼c升余弦滾降濾波器的使用；二、實驗原理實現(xiàn)升余弦濾波器的效果，消除碼間干擾而且是匹配濾波，可以實現(xiàn)最佳接收。匹配濾波器總的頻響為RC（無ISI）根升余弦濾波器（RRC）三、實驗步驟ISI用"Vector模塊生成了四組序列，每組都是100、1組成的序列。為了方便，111相互偏移一個位置。其中，第一組序列內(nèi)容設(shè)置如下"InterpolationFIRFiltersps（samplepersecond）倍過采樣（例如這4），（過采樣的數(shù)字信號指標會很嚴格。）InterpolationFIRFilter濾波器參數(shù)設(shè)置如下：eb"Excess帶外帶寬ntaps表示濾波器的抽頭數(shù)。其中，QTGUITimeSink模塊的參數(shù)設(shè)置如下：ISI"DecimatingFIRFilter""InterpolationFIRFilter"組合起來形成了一個奈奎斯特升余弦濾波器（匹配濾波器）信號和升余弦匹配濾波器的輸出信號。DecimatingFIRFilter濾波器參數(shù)設(shè)置如下：Decimation=1Taps=rrc_rx四、模塊搭建流圖截圖五、仿真結(jié)果截圖六、實驗結(jié)果分析仿真結(jié)果對比分析（成形濾波器（匹配濾波器符號的功率是否抑制為（成形濾波器（匹配濾波器）0，每個采樣點處的某個符號與其他符號之間消除了碼間干擾。問：理解如何通過使用匹配濾波器來完全消除ISI？（匹配濾波器0符號與其他符號之間沒有任何碼間干擾。問：可以修改sps、帶外帶寬eb、濾波器的抽頭數(shù)ntaps等數(shù)值，并對比觀察這些參數(shù)對采樣點的影響。答：sps越大，采樣點個數(shù)越多；eb越大，采樣點個數(shù)同樣越多，ntaps越大實驗結(jié)論通過匹配濾波器能夠完全消除ISI，在每個符號的理想采樣點處，其他符號的功率抑制為0，每個采樣點處的某個符號與其他符號之間消除了碼間干擾。七、實驗總結(jié)GNURadioISI有了進一步的理解和體會，能夠消除碼間干擾。實驗二時鐘恢復(fù)一、實驗?zāi)康牧私鈺r鐘同步產(chǎn)生機理；二、實驗原理發(fā)射端和接收端三、實驗步驟時鐘同步誤差影響"PolyphaseArbitraryResampler"模塊，并通過其參數(shù)"ResamplingRate"來調(diào)整了發(fā)射端和接收端的采樣時間，即設(shè)置"ResamplingRate"=1.2"1.2"數(shù)值是為了明顯展示出時鐘的差異性，實際上現(xiàn)實系統(tǒng)中這個時鐘差異取值都在百萬分之一的量級。有許多種可以用來實現(xiàn)接收端時鐘同步的方法polyphasefilterbank時鐘恢復(fù)技術(shù)來實現(xiàn)時鐘同步。（這個差分值與時鐘偏差是相關(guān)的。首先，觀察當不存在發(fā)射端和接收端時鐘差異時的接收信號，將"PolyphaseArbitraryResampler""Resampling"DecimatingFIR模塊（抽頭設(shè)置成[-1,0,1]）生成的輸出信號的差分值（求導(dǎo)）DelayQTGUITimeSinkin0FIRFilterQTGUITimeSinkin1接口。觀察圖形，若濾波器輸出差分值在輸出信號波形最高點時刻的取值正好為0，就表明找到了最佳的采樣點。"PolyphaseArbitrary"ResamplingRate"參數(shù)設(shè)置為"1.2"時，在輸出信號曲線到達峰值（拐點處）的時間點處，觀察其差分值的變化情況。時鐘同步實驗所要做的不是使用單個濾波器，而是構(gòu)建一系列濾波器，每個濾波器都有不同的相"PolyphaseArbitrary"Resampling"1.125"。5個濾波器，對應(yīng)著5個不同的相位?？梢岳斫獬蛇@502pi的相位平均5"fractionalPhaseShift01之間的均勻劃分02pi"Fractionalresampler"模塊。5四、模塊搭建流圖截圖時鐘同步誤差模塊搭建流圖截圖時鐘同步模塊搭建流圖截圖五、仿真結(jié)果截圖時鐘同步誤差實驗仿真結(jié)果截圖ResamplingRate1ResamplingRate1.2時鐘同步實驗仿真結(jié)果截圖六、實驗結(jié)果分析ResamplingRate1的情況的結(jié)果可看出，若濾波器輸出差分值在輸出信ResamplingRate參數(shù)設(shè)1.2"PolyphaseArbitrary"Resampling參數(shù)設(shè)置為"1.2"，在輸出信號曲線到達峰值（拐點處）的時間點處，觀察其差分值會變大，差分值曲線整體向右偏移。在使用了五個不同相位的濾波器后，根據(jù)實驗結(jié)果圖可以看出，在信號峰值最接近0值的是Data2，即當相位偏移值為2pi/5的時候，此時信號處于最佳采樣點。七、實驗總結(jié)GNURadio對精確的結(jié)果，所劃分的濾波器相位越多，結(jié)果越精確。實驗三多徑效應(yīng)一、實驗?zāi)康牧私舛鄰叫?yīng)產(chǎn)生機理；加深理解自適應(yīng)同步的基本工作原理；二、實驗原理何為多徑效應(yīng)？多徑效應(yīng)（multipath指電磁波經(jīng)不同路徑傳播后，各分量場（波峰與波谷重合話，信號失真作用與相鄰的不同符號，這叫做符號間多徑干擾。三、實驗步驟自適應(yīng)同步技術(shù)實現(xiàn)時鐘恢復(fù)。為了自動找到這個濾波器，可以使用二階控制回路ordercontrol的"PolyphaseClockSync模塊。其原理為：輸出信號存在錯誤分量，控制回路開始工作于其（error0本實驗的第一步是生成一個QPSK數(shù)星座數(shù)據(jù)。為了實現(xiàn)這步操作，我們使用GNURadioConstellationModulator模塊，ConstellationRect.ObjectQPSK調(diào)制功能。"ConstellationRect."ConstellationModulator""ConstellationRect."Constellation模塊中可以設(shè)定是否采用差分編碼（即"DifferentialEncoding""Yes"或"No"）。由于"Constellation模塊需要的輸入數(shù)據(jù)是字節(jié)類型的數(shù)據(jù)"RandomSource"0-256。對于"ConstellationModulator""Samplepersymbol"參數(shù)的取值，一般的取值原"Sampleper取值是可以和GRC取值一起幫助我們達到要得到的比特速率。"Sampleper4，這個取值比實際需要的取值要大，但是有利于在時域"Constellation"Excess帶外帶寬）因子取值，星座調(diào)制器模塊后面添加根升余弦(RRC)成形濾波器，它由參數(shù)來調(diào)整濾波。QPSK"PolyphaseClock模塊驗證自同步技術(shù)"ChannelModel""PolyphaseClockSync"FilterSize32個濾4.004。，為了將sps設(shè)置的與原本"ConstellationModulation"模塊的sps稍微不同而已，以此來表示發(fā)射端和接收端的時鐘偏"Channel"time_1.0。M=4的PSK調(diào)制ConstellationRect.Object參數(shù)設(shè)置：ConstellationModulator模塊參數(shù)設(shè)置：濾波器抽頭系數(shù)rrc_taps參數(shù)設(shè)置：Channelmodel模塊參數(shù)設(shè)置：PolyphaseClockSync模塊參數(shù)設(shè)置：自適應(yīng)時鐘同步流圖：仿真結(jié)果中可以觀察到，進入"PolyphaseClockSync"模塊前的信號，無論調(diào)節(jié)"Timing"Frequency"PolyphaseClock"TimingOffset"的數(shù)值，在調(diào)節(jié)這個數(shù)值的過程中，可以發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了"Timing的影響。但"Frequency數(shù)值時，會發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了時鐘恢復(fù)的星座圖會變成一個圓圈，但CMA均衡消除多徑效應(yīng)為了重點觀察多徑效應(yīng)，暫時不考慮時鐘偏差，"Samples/Symbol"置為4。"ChannelModel"參數(shù)可以用來仿真?zhèn)鬏斝诺赖亩鄰叫?yīng)，當增加了多徑效應(yīng)仿真（Taps由1修改為其他的復(fù)數(shù)取值），時鐘恢復(fù)操作對于多徑效應(yīng)具有一定的魯棒性的。對第一步操作"ChannelModel"模塊中的"Taps"參數(shù)修改為假設(shè)有其他3條多徑傳輸信號的情況，具體設(shè)置為"ChannelModel"模塊濾波器抽頭系數(shù)Taps參數(shù)設(shè)置：可以觀察到，從"PolyphaseClockSync"模塊輸出的信號星座圖明顯比第一步"Taps"參數(shù)設(shè)置為1時變得更加混亂，頻譜圖也不再平坦。濾波器抽頭系數(shù)rrc_taps參數(shù)設(shè)置：引入多徑效應(yīng)后流圖："PolyphaseClockSync""CMA模塊，并從"CMAEqualizer"模塊輸出觀察星座圖和頻譜圖均衡后的結(jié)果。"CMAEqualizer"模塊的參數(shù)設(shè)置如下："Timing的數(shù)值，可以看到均衡器前后時間鎖定多徑信號的影響。在均四、模塊搭建流圖截圖自適應(yīng)同步技術(shù)模塊搭建流圖截圖CMA均衡消除多徑效應(yīng)模塊搭建流圖截圖五、仿真結(jié)果截圖時鐘同步誤差實驗仿真結(jié)果截圖默認參數(shù)值Frequencyt值Timingt值CMA均衡消除多徑效應(yīng)實驗仿真結(jié)果截圖默認參數(shù)值Timingt值六、實驗結(jié)果分析"PolyphaseClockSync模塊前的信號，無論調(diào)節(jié)"TimingOffset""FrequencyOffset"數(shù)值，星座圖都會更加混亂。經(jīng)過"PolyphaseClock"Timing的數(shù)值，在調(diào)節(jié)這個數(shù)值的過"TimingOffset"的影響。但是，當我們調(diào)節(jié)"FrequencyOffset"數(shù)值時，會發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了時鐘恢復(fù)的星座圖會變成一個圓圈，但是星座點固定是在一個圓上。符合實驗預(yù)期。CMA"Timing的數(shù)值，可以平坦了，預(yù)實驗預(yù)期相符。七、實驗總結(jié)通過此次實驗，了解了自適應(yīng)同步技術(shù)，還知道了如何使用CMA來消除多徑效應(yīng)。實驗四頻偏校正一、實驗?zāi)康募由罾斫忸l偏校正的基本工作原理；了解科斯塔斯環(huán)的基本用法；二、實驗原理（Costas）法，即同相正交環(huán)法或邊環(huán)法，它是高效、可靠的跟蹤環(huán)路。其利用鎖相環(huán)提取載頻，但是不需要對接收信號作平方運算就能得到載頻輸出。三、實驗步驟頻偏校正題。均衡器往往不能很快適應(yīng)，因此頻率偏移很容易超出均衡器保持的能力。（頻率其實就是相位的求導(dǎo)結(jié)果"CMA"Costas參數(shù)用來調(diào)節(jié)相位；第二，調(diào)制階數(shù)（例如BPSK2，QPSK4，8PSK8）。添加兩個模塊參數(shù)如下：QTGUIRange模塊CostasLoop模塊將頻偏校正結(jié)果顯示到QTGUIConstellationSink模塊。相位跟蹤如果只是運行CMA定時，它將鎖定在單位圓任何給定的相位。我們現(xiàn)在需要校正相位偏移。從仿真結(jié)果應(yīng)該可以看到，經(jīng)"CMA 處理的輸出時鐘同步信號，若通過調(diào)節(jié)"Frequency 數(shù)值產(chǎn)生頻率偏移影響星座點雖然在一個圓上但不是正常的QPSK星座圖。經(jīng)"Costas 模塊處理后的信號，此時已經(jīng)變成了一個正常的QPSK星座圖但此時星座圖可能會發(fā)生一定相位的旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)Phase:Bandwidth參數(shù)，再觀察效果。四、模塊搭建流圖截圖五、仿真結(jié)果截圖設(shè)置為默認參數(shù)仿真實驗結(jié)果截圖Frequencyt值仿真實驗結(jié)果截圖改變CostasLoo數(shù)值仿真實驗結(jié)果截圖