实验三、白噪声信道模拟实验

实验三、白噪声信道模拟实验一、实验目的1、了解白噪声产生原因。2、了解多径干扰对信号的影响。二、实验内容观察白噪声对信号的干扰。三、基本原理在移动通信中，严重影响移动通信性能的主要噪声与干扰大致可分为3类：加性正态白噪声、多径干扰和多址干扰。这里加性是指噪声与信号之间的关系服从叠加原理的线性关系，正态则是指噪声分布遵从正态（高斯）分布，而白则是指频谱是平坦的，仅含有这类噪声的信道一般文献上称为AWGN信道。这类噪声是最基本的噪声，非移动信道所特有，一般简称这类噪声为白噪声。这类噪声以热噪声、散弹噪声及宇宙噪声为代表，其特点是，无论在时域内还是在频域内它们总是普遍存在和不可避免的。热噪声是在电阻一类导体中，自由电子的布朗运动引起的噪声。导体中的每一个自由电子由于其热能而运动。电子运动的途径，由于和其他粒子碰撞，是随机的和曲折的，即呈现布朗运动。所有电子运动的总结果形成通过导体的电流。电流的方向是随机的，因而其平均值为零。然而，电子的这种随机运动还会产生一个交流电流成分。这个交流成分称为热噪声。散弹噪声是由真空电子管和半导体器件中电子发射的不均匀性引起的。散弹噪声的物理性质可由平行板二极管的热阴极电子发射来说明。在给定的温度下，二极管热阴极每秒发射的电子平均数目是常数，不过电子发射的实际数目随时间是变化的和不能预测的。这就是说，如果我们将时间轴分为许多等间隔的小区间，则每一小区间内电子发射数目不是常量而是随机变量。因此，发射电子所形成的电流并不是固定不变的，而是在一个平均值上起伏变化。总电流实际上是许多单个电子单独作用的总结果。由于从阴极发射的每一个电子可认为是独立出现的，且观察表明，每1安培多平均电流相当于在1秒钟内通过约6×1018个电子，所以总电流便是相当多的独立小电流之和。于是，根据中心极限定理可知，总电流是一个高斯随机过程。也就是说散弹噪声是一个高斯随机过程。宇宙噪声是指天体辐射波对接收机形成的噪声。它在整个空间的分布是不均匀的，最强的来自银河系的中部，其强度与季节、频率等因素有关。实测表明，在20～300MHz的频率范围内，它的强度与频率的三次方成反比。因而，当工作频率低于300MHz时就要考虑到它的影响。实践证明宇宙噪声也是服从高斯分布律的，在一般的工作频率范围内，它也具有平坦的功率谱密度。从通信系统来看，白噪声是最基本的噪声来源。但是从调制信道的角度来看，到达或集中于解调器输入端的噪声并不是上述白噪声本身，而却是它的某种变换方式——通常是一种带通型噪声。这是因为，在到达解调器之前，起伏噪声通常要经过接收转换器，而接收转换器主要作用之一是滤出有用信号和部分的滤除噪声，因此，它可等效为一个带通滤波器。它的输出噪声是带通型噪声。由于这种噪声通常满足“窄带”的定义，故常称它为窄带噪声。又考虑到带通滤波器常常是一种线性网络，其输入端的噪声是高斯白噪声。因此，它的输出窄带噪声应是窄带高斯噪声。四、实验原理1、实验模块简介本实验需用到基带成形模块、IQ调制解调模块及信道模拟模块。（1）基带成形模块2产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。（2）IQ调制解调模块产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。（3）信道模拟模块采用数字信号处理算法模拟白噪声、慢衰落及多径干扰三种信道。2、电路说明IQ调制模块输出的10.7M已调信号，送入信道模拟模块，首先进行降频理，将频率降为1.5M，主要目的是为了A/D采样及数字处理方便。1.5M信号经信号调理电路以适合A/D采样。在FPGA时序电路的控制下，A/D芯片将模拟信号转换为数字处理送入FPGA中进行处理。FPGA中有四个独立的处理模块，分别是模拟信号采样控制及信号通道、白噪声产生、慢衰信号产生及信号多径时延模块。根据使用者选择的不同输出不同的信号。当用户选择白噪声信道，FPGA输出两路数字信号，一路是原信号、一路是白噪声信号，经D/A转换后变为两路模拟信号。两路信号可以分别进行幅度调节，以满足试验需求。两路信号经加法器相加后成为白噪声干扰信号，送入混频电路，将频率变回为10.7M送出，完成白噪声干扰。五、实验框图六、实验步骤1、在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）及信道模拟模块（以下简称信道模块）。2、关闭实验箱电源，按如下方式连线：（点击查看连线）a﹑用台阶插座线完成如下连接源端口目的端口连线说明基带模块：PN31IQ模块：I-IN提供PN31伪随机序列b﹑用同轴电缆线完成如下连接源端口目的端口连线说明IQ模块：输出(J2)信道模块：输入将调制信号送入模拟信道中*检查连线是否正确，检查无误后打开电源。3、示波器探头接信道模块“AD”测试点，调节“AD幅度”电位器，使“AD”处信号峰峰值为1V左右。4、按下“选择”键，选择白噪声信道，“白噪”指示灯亮。5、用示波器观测“OUT2”测试点，调节“OUT2幅度”电位器改变原始信号幅度。6、用示波器观测“OUT1”测试点，输出为白噪声信号，调节“OUT1幅度”电位器幅度改变噪声信号的大小。9.2M本振9.2M本振OUT2混频相加混频放大SUMOUT1输出A/D原信号D/A幅度调节AD噪声产生D/A幅度调节信号调理37、将“OUT2幅度”电位器顺时针旋到底，“OUT1幅度”电位器逆时针旋到底，用示波器观测“输出”点信号波形，此时信号输出幅度最大，无噪声输出。8、顺时针调节“OUT1幅度”电位器，增大噪声信号，用示波器观测“输出”点信号波形，观测噪声对信号的影响。七、实验结果及图片1、信道模块“AD”测试点，“AD”处信号峰峰值为1V左右2、“OUT2”测试点3、“OUT1”测试点44、“输出”点信号波形（注：此时未加入噪声）5、“输出”点信号波形（注：此时有加入噪声）5八、实验总结：通过本次实验使我了解了白噪声产生原因；了解了多径干扰对信号的影响，达到了语预期的实验目的。本次实验内容较少，相对来说比较容易，在助教指导帮助下，按照实验说明书的操作步骤，通过自己的测量观察，最终得到了较理想的实验结果，实验误差也在实验允许范围之内。本次实验让我进一步熟悉了白噪声信道的相关知识，加深了我对课本知识的掌握程度，为我接下来的相关实验顺利进行具有很大帮助。6