北京邮电大学信息与通信工程学院实验报告

1、20132014学年第二学期通信原理软件实验报告 专业班级 姓 名 学 号 开课系室 报告日期 目录实验一 声音播放和滤波6实验二 时域仿真精度分析.17实验三 频域仿真精度分析.21实验四 噪声产生.27实验五 取样和重建37实验八 抑制双边带的调制与解调.46实验十二 ASK调制与解调53综合实验 数字基带系统仿真.61 实验一 声音播放和滤波实验目的掌握声音播放模块，FIR 滤波器的使用方法。深入理解频率的大小如何影响声音的变化，FIR 滤波器的特性和模块各参数的作用。主要功能：利用FIR滤波器实现对声音信号中某些频率的滤除，频带内的信号分量通过，频带外的滤除，来观察声音的变化。实验原理

2、声音频率的大小影响声音的音调，即频率越高我们听到的声音越尖，频率越低听到的声音越低沉；因此设置声音信号的频率为不同的频率时，我们可以通过声音播放器发出的声音感知声音音调的变化。FIR 滤波器又名为有限冲激响应滤波器，利用离散时间系统的特性来对输入信号的波形或频谱进行加工处理，本实验中即利用该滤波器实现对声音信号中某些频率的滤除，频带内的信号分量通过，频带外的滤除，来观察声音的变化。 下图所示是满足上式的理想的FIR滤波器的时域冲激响应和传递函数。 声音播放和滤波系统框图如图1.1所示：图1.1 声音播放和滤波系统框图实验方案所需元件：l 正弦波发生器（sinusoid generator）（两

3、个，产生频率为200Hz的正弦波，频率为800Hz的正弦波）l 音频播放模块（Play sound，选自Scicom_sinks元件库）l 触发时钟（CLOCK_c）l FIR滤波器（FIR Filter，选自Scicom_Filter原件库）l 频谱示波器模块（FFT，选自Scicom_sinks元件库）具体步骤如下：将正弦波发生器、音频播放模块、触发时钟、频谱示波器模块按下图连接：打开Diagram菜单栏中的Context输入框，输入下图内容：设置正弦波模块，产生频率为200Hz的信号，设置Play sound模块的参数。设置触发时钟参数。按照模块参数设置所有模块参数。加入一个新的正弦波发

4、生器模块，产生频率为800Hz的正弦波，再加入FFT频谱示波器，修改参数sampling period为ts。新的框图如下：加入FIR滤波器。实验过程中遇到的问题及解决方案l 遇到的问题：为什么要试用两个正弦信号产生器？七作用是什么l 解决方案：两个正弦信号发生器，产生频率为200Hz的正弦波，频率为800Hz的正弦波，而FIR滤波器的截止频率被设定为300Hz，所以只有正弦信号发生器的频率有被使用。该实验通过对这两个发生器将其相加，使我们能够了解滤波器的操作，知道一些频率成分的波是如何被滤掉。实验使用的模块及其使用说明各模块块的作用以及使用说明序号模块名称实现功能使用说明（参数设置）1Sci

5、com_sources: clock_c为需要事件触发的模块或系统提供周期性的触发时钟信号Period:tsInit time:0 2Scicom_sources:sinusoid generator生成正弦波Magnitude:1 Frequency:200*2*%pi phase:0 3Scicom_sources:sinusoid generator生成正弦波Magnitude:1 Frequency:800*2*%pi phase:0 4Scicom_sinks: play sound 该模块将输入信号读入后以PCM量化编码后进行播放Sample rate: fsBuffer size

6、: fs5Scicom_sinks: FFT 仿真时对输入信号做FFT运算，观察其频域特性Sampling period: ts6Scicom_Filter：FIR filter 通过滤波器设计模块，可以根据需求进行选择应用Order：41 Low cutoff frequency：300/fs表格1.1 各模块块的作用以及使用说明实验结果工程连接图1波形图1（当无FIR滤波器元件时）由图可知：原始输入信号有两个频率 f1 = 200HZ f2=800HZ工程连接图2波形图2（当FIR滤波器的阶数为41时）思考题1. 人类能听到的声音是有频率范围的，利用声音播放器测试人的听觉频率范围。 20H

7、Z20000H改变Low cutoff frequency：3000/fs，频谱幅度变大。可见低通滤波器的截至频率越大，允许的高频部分越多。所以当Low cutoff frequency越小，我们感觉声音越小，其实是听不到，Low cutoff frequency越大，声音越明显。当然要在人耳的20-20000hz变化范围内2. 图5.7中的滤波器的参数order和low cutoff frequnecy分别设置为41和300/f,截止频率是多少？为什么要这样设置？改变FIR滤波器的低端截止频率，观察声音播放器中声音的变化。 41是对滤波器的系数进行了相应设置，即调整滤波器系数为41，在一定程

8、度上，系数越高，滤波器效果越好 300/f 则表示低通滤波器时系统截止频率为 300HZ。当低端截止频率为10HZ时，波形图如下：分析：两个输入信号的频率（200HZ，800HZ）均大于截止频率（10HZ），所以均受到抑制当低端截止频率为600HZ时，波形图如下：分析：两个输入信号的频率（200HZ，800HZ）此时只有800HZ大于截止频率（600HZ），所以200HZ放大而800HZ受到抑制当低端截止频率为1000HZ时，波形图如下：分析：两个输入信号的频率（200HZ，800HZ）此时均小于截止频率（1000HZ），所以同时得到放大3. 将图5.7中的加法器改为乘法器，输出信号频谱有何变

9、化？如何从乘法器输出信号中取出模块（1）产生的信号？当加法器改为乘法器，则输出的频谱图对应的频率则由200HZ,800HZ变为 600HZ，1000HZ 如下图若要从乘法器输出信号中取到模块一的信号，则系统框图需做出如下调整，在复合信号中再乘以800HZ信号进行相干解调实验总结实验一主要研究了FIR滤波器的使用以及对于频谱的控制，并且以声音播放器为实体证明了频率的改变。加入FIR滤波器前后输出信号功率谱不同的原因：原始信号有两个频率（为信号发生器，的叠加）f1=200HZ，f2=800HZ。加入了FIR滤波器之前，会有两个冲击，分别对应不同频率。由于FIR滤波器截止频率为300HZ。因此加入F

10、IR滤波器会对高频f2进行了抑制。实验二 时域仿真精度分析实验目的了解时域取样对仿真精度的影响学会提高仿真精度的方法主要功能：显示经不同采样频率的采样后的时域采样信号，从而理解奈奎斯特抽样定理实验原理一般来说，任意信号是定义在时间区域无限上的连续函数，但所有计算机的CPU都只能按指令周期离散运行，同时计算机也不能处理时域无限这样一个时间段。为此将把区间（-T/2,T/2）截断为ST(t).按时间间隔均匀取样，得到的取样点数为仿真时用这个样值集合来表示信号S(t).取样间隔反应了仿真系统对信号波形的分辨率，越小则仿真精确度越高。据通信原理所学，信号被取样以后，对应的频谱是频率的周期函数，其重复周

11、期是1/取样间隔。如果信号的最高频率为fH那么必须有：才能保证不发生频域混叠失真，这是奈奎斯特抽样定理。设则称Bs为仿真系统的系统带宽。如果在仿真程序中设定的采样间隔是t,那么不能用此仿真程序来研究带宽大于Bs的信号或系统。换句话说，就是当系统带宽Bs一定的情况下，信号的采样频率最小不能小于2*Bs,如此则可以保证信号的不失真，在此基础上采样频率越高，其时域波形对原信号的还原度也越高，信号波形越平滑。也就是说，要保证信号的通信成功，必须要满足奈奎斯特抽样定理，如果需呀观察时域波形的某些特征，那么采样点数越多，可得到越真实的时域信号。实验方案所需元件：l 正弦波发生器（sinusoid gene

12、rator）l 示波器模块l 触发时钟（CLOCK_c）具体步骤如下：将正弦波发生器模块、示波器模块、时钟模块按下图方式连接：实验使用的模块及其使用说明各模块块的作用以及使用说明序号模块名称实现功能使用说明（参数设置）1Scicom_sources:clock_c（1）为需要事件触发的模块或系统提供周期性的触发时钟信号Period: 0.3, Init time: 02Scicom_sources:clock_c（2）为需要事件触发的模块或系统提供周期性的触发时钟信号Period: 0.01, Init time: 03Scicom_sources:Sinusiod generator生成正弦

13、波Magnitude:1,Frequency: 1Hz4Scicom_Sinks：SCOPE单路示波器：实时显示输入信号时域波形Ymin: -2 , Ymax: 2Refresh period: 10实验结果工程连接图波形图1分析：此时时钟信号周期为0.01S，即100HZ，远大于信号f，所以采样出来的波形图与原图基本一致波形图2分析：此时时钟信号周期为0.3S，即3.3HZ而原始信号f=1HZ 理论上满足奈奎斯特抽样定理，但相比第一个图形，仍有较大差距。没有在整点周期取样，频率值没有配好，所以有一定的失真出现。波形图3分析：此时时钟信号周期为0.5S，恰好都在信号的零点采样，所以采样后得出的

14、信号图为一条直线，无法还原原始信号。思考题1. 观察分析图5.10、图5.11的区别，解释其原因。在采样的时候，必须满足fh0)其他参数设置为默认值Scicom_Filter: analog low pass filterOrder: 4, cutoff frequency: 0.7*2*%pi其它参数设置为默认值Scicom_sources: Constant 参数设置为默认值Scicom_sources: Constant Contant: 0Branching: switchThreshold a: 0.2其它参数设置为默认值Scicom_sinks: MScopeInput ports

15、 sizes: 1 1 1, Ymin: -2 -2 -2Ymax: 2 2 2, Refresh period: 60 60 60其它参数设置为默认值表三库/模块名称参数设置Scicom_sources: clock_c Period: 2, Init time: 0.1Scicom_sources: clock_c Period: 10/512, Init time: 10/512Scicom_sources: clock_c 参数设置为默认值Scicom_sources: binary random generator参数设置为默认值Scicom_sources: sinusoid ge

16、neratorMagnitude: 1, Frequency: 1*2*%pi, phase: 0Scicom_signalprocess: phas shifter and Equal DelaySize of input: 512, phase shift: 0Scicom_Filter: analog low pass filterOrder: 4, cutoff frequency: 0.7*2*%pi其它参数设置为默认值Scicom_sources: Constant 参数设置为默认值Scicom_sources: Constant Contant: 0Branching: swit

17、chThreshold a: 0.2其它参数设置为默认值Scicom_sinks: MScopeInput ports sizes: 1 1 1, Ymin: -2 -2 -2Ymax: 2 2 2, Refresh period: 30 30 30其它参数设置为默认值Scicom_Filter: analog low pass filterOrder: 4, cutoff frequency: 0.7*2*%pi其它参数设置为默认值实验结果工程连接图1工程连接图2工程连接图3实验总结将原始二进制信号用正弦波的形式表示,最后通过判决信号还原出原始信号综合实验 数字基带系统的仿真实验目的了解在理

18、想限带及加性白高斯噪声信道条件下数学几代系统的基本原理和设计方法，完成在仿真平台上的系统搭建与仿真。进一步熟悉SCICOS下的复杂系统设计。运用工具库现有的通信工具模块大件系统，利用其功能全面且封装性强的特点，针对数字基带系统进行横向功能分解，使系统设计更加精炼、准确。深入学习数字基带系统核心传输节点的新能，并掌握眼图示波器的使用方法，观察接收滤波器输出的眼图和功率谱密度，判断系统传输的正确性和精确性，调试已达到最佳传输效果。实验原理若使得在接收端抽样时刻码间干扰为零，则系统的合成传递函数必须满足以下条件：GTfCfGRf=X升余fe-j2fto, fW即要满足Tf+cf+Rf=-2ft0GTfCfGRf=X升余f式中的GTf、GCf、GRf分别是发送滤波器、信道及接收滤波器，Tf、cf、Rf分别是发送滤波器、信道及接收滤波器的相频特性，to是时间延迟，to=tT+t