通原软件实验报告

1、 学 院 信息与通信工程学院专 业 通信工程 班 级 2011211116 学 号 2011210459 姓 名 张乾 实验二 时域仿真精度分析【实验目的】1. 了解时域取样对仿真精度的影响2. 学会提高仿真精度的方法【实验原理】一般来说，任意信号 s(t)是定义在时间区间(-无穷，+无穷)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这样一个时间段。为此将把 s(t)按区间-T/2 ,+T/2 截短为按时间间隔dert T均匀取样，得到的取样点数为N=T/dert T.仿真时用这个样值集合来表示信号 s(t)。Dert T反映了仿真系统对信号波形的分辨率，

2、越小则仿真的精确度越高。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，其重复周期是1/t;D。如果信号的最高频率为 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，那么不能用此仿真程序来研究带宽大于这的信号或系统。换句话说，就是当系统带宽 一定的情况下，信号的采样频率最小不得小于 2*Bs，如此便可以保证信号的不失真，在此基础上时域采样频率越高，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，如果需要观察时域波形的某些特性，那么采样点数越多，

3、可得到越真实的时域信号。【实验步骤】1.将正弦波发生器模块、示波器模块、时钟模块按下图连接：时钟设置为0.01时的波形图时钟设置为0.3的波形图f=1hz fs=1/0.3hz 时域仿真精度失真，满足取样定理，,但一个周期内采样点3个点。图中出现的折现，是因为采样点数不够，但并不代表不能无失真恢复，从频域角度上，原信号的频率信息都有保留，所以通过低通滤波器后能恢复出来。f=1hz fs=2hz 时域仿真精度失真，满足取样定理，因为在一个周期内的两个采样点恰好是零点。这是因为采样的是cos（w*nT/2）=cos(n*pi/2),其中初始相位为0，如果初始相位不为0的话，还是可以恢复的。但是对一

4、个单频的信号，只需要传输幅值，频率，相位三个参量就行，没有必要进行采样。f=1hz fs=2hz 时域仿真精度失真，满足取样定理，因为在一个周期内的两个采样点恰好是零点。这是因为采样的是cos（w*nT/2）=cos(n*pi/2),其中初始相位为0，如果初始相位不为0的话，还是可以恢复的。但是对一个单频的信号，只需要传输幅值，频率，相位三个参量就行，没有必要进行采样。【实验结论】信号的采样频率最小不得小于 2*Bs，如此便可以保证信号的不失真，在此基础上时域采样频率越高，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，如果需要观察

5、时域波形的某些特性，那么采样点数越多，可得到越真实的时域信号。实验三 频域仿真精度分析【实验目的】 理解 DFT 的数学定义及物理含义；学会应用 FFT 模块进行频谱分析；进一步加深对计算机频域仿真基本原理以及方法的学习掌握。【实验原理】在通信系统仿真中，经常要用有限长序列来模拟实际的连续信号，用有限长序列的 DFT来近似实际信号的频谱。DFT 只适用于有限长序列，在进行信号的频谱分析时，它的处理结果会含有一定的偏差。下面分析一下 DFT 对信号频谱分析的影响。注意处理好时域混叠和频域混叠；注意频谱泄露。【实验步骤】1、将正弦波发生器 （sinusoid generator）、触发时钟（CLO

6、CK_c）和频谱示波器模块按下图所示连接。【实验结果】（1）参数设置：时钟开始时间:0 采样周期：0.04s 正弦波幅度：1 频率：10hz ，初始相位：0 FFT 采样周期：0.04s 点数：40960 窗类型: 矩形窗得出频谱图如下（2） 时钟开始时间：0 采样周期：0.04s 正弦波幅度：1 频率：10hz 初始相位：0 FFT 才采样周期0.04s 点数:4096 窗类型: 矩形窗 得出频谱图如下:(3) 时钟开始时间:0 采样周期:0.04s 正弦波幅度:1 频率:10hz ，初始相位:0 FFT 采样周期0.04s 点数:40960 窗类型: 汉明窗 (4) 时钟开始时间:0 采样

7、周期:0.04s 正弦波幅度:1 频率:10hz ，初始相位:0 FFT 采样周期0.04s 点数:40960 窗类型 汉宁窗(5) 时钟开始时间:0 采样周期:0.04s 正弦波幅度:1 频率:10hz ，初始相位:0 FFT 采样周期0.04s 点数:40960 窗类型：三角窗答：观察这两个图的参数设置，只有FFT的点数不同。图（1）中为40960点，图（2）中为4096点。从频谱所示可以看出，当点数为40960点的时在10hz有一明显的冲激。当点数为4096时，在10hz处有一尖峰，在10hz两侧还有拖拽。下面定性分析为什么FFT点数不同得出的频谱图也不同的原理。首先sin（x）函数产生

8、的是一个连续的无穷的量，计算机是无法处理的。为此需要时域抽样和截短，不妨设此处时域抽样为“时抽一”，时域截短为“时截一”。“时抽一”使用梳状函数去乘以原信号，造成的是频域上以抽样频率做周期性扩展。“时截一”对应的是时域加窗（矩形窗），造成的频域卷积Sa（x）函数。综上，到这一步得到的频谱为一连串的Sa(x)函数，两个最近的主瓣峰值之间的距离为2*F(F为信号的频率)，两个最经的主瓣对之间的距离为fs（fs为抽样频率）。然后做FFT。FFT即取DFS的主值序列。DFS做的是吧原来“时截一”的结果扩展成周期序列，然后再求其DFS，对应频域上是用扩展频率去采样原频域信号。一般来说，时域加窗的长度等于

9、做DFS时的扩展周期，也等于FFT的点数所以，时域加窗，所用的窗口越大，频域Sa（x）函数的主瓣就越窄越逼近冲激函数，同时旁瓣之间的合成的起伏也越小。 所用窗口越大，也造成DFS时对频域抽样的间隔越小，得出来的频谱越细腻，也越接近未抽样时的频谱。而有时，我们获取的点数是一定的（时域截短长度一定），但我们为了能多的看到频域的信息，我们会对抽样序列进行填零处理。这一处理，并没有改变原来未进行DFS变换时的频谱，却改变了DFS对频域抽样的抽样频率，使得抽样的间隔变小。也即是说，频域包含的信息并没有增加，只是我们能看到的部分变多了。接下来，就是一个加窗的问题了。在本次实验中，我们可以看到有很多窗，矩形

10、窗，汉明窗，三角窗。 而我们所用的这这些窗，是在时域抽样后加的，原理默认的是矩形窗，但矩形窗虽有最窄的主瓣宽度，但却有最大的旁瓣峰值和最慢的旁瓣衰减速度。所以用其他的窗是用主瓣宽度换取过渡带宽的缩小。对于本题，正如上面分析的，FFT点数增加，即窗宽度增加时，sa(x)函数主瓣越窄，越接近冲激函数，同时做DFS时频域采样间隔也越小，采样误差减小。2. 观察图 （1）图 （3） 所示频谱图的不同，解释其原因。答：图（1）用的是矩形窗，图（3）用的是汉明窗，二者FFT点数一样。从图中可以看出，汉明窗相比矩形窗，用主瓣宽度，换取了较小的旁瓣波动所以得出的波形主瓣宽度增加，衰减平缓。 3. 将 FFT

11、模块中的参数 Type of window 改成 2 和 4，观察仿真结果的变化，解释其原因。 答：原因同2. 实验五 取样和重建【实验目的】了解取样定理的原理，取样后的信号如何恢复原信号；了解取样时钟的选取。【实验原理】 数字信号是通过对模拟信号进行采样、量化和编码得到的，模拟信号是时间和幅度都连续的信号，记作 x(t)。采样的结果是产生幅度连续而时间离散的信号，这样的信号常被称为采样数据信号。 原理如下： 低通采样定理：如果采样频率，那么带限信号就可以无差错地通过其采样信号恢复。 模型： 具体原理见讲义。在满足采样定理条件的情况下，初始输入信号可以从这些抽样值中恢复出来。【实验步骤】1.

12、脉冲信号产生器（Pulse generator, 来自 Scicom_sources 元件库）、正弦波发生器（sinusoid generator）、模拟低通滤波器（analog low pass filter）、直流发生器 DC、触发时钟（CLOCK_c）、乘法器、示波器模块（MScope）、频谱示波器（FFT）模块按下图所示连接。一时钟周期0.0005 初始时间0周期采样脉冲：周期0.25 采样时间0.00001s余弦波：频率0.4hz 初始相位0LPF 截止频率 0.5hz重建信号FFT 窗口2周期：0.005 大小40960采样后信号FFT 窗口：矩形窗周期：0.000005 大小40

13、96二改变采样脉冲的占空比后采样周期脉冲 采样时间变为0.1【实验结果分析】：【思考题】1. 分析改变占空比前后采样信号功率谱有何区别，并解释其原因。 答：原周期采样脉冲：周期0.25 采样时间0.00001s采样时间0.1s实际采样是，很难找到一个理想的冲激函数序列，通常是一个具有一定占空比的方波序列。改方波序列可以看做是方波通过一个理想冲激函数序列的输出，而方波对应频域的sa（x）函数，方波占空比越小，sa（x）函数的主瓣越宽，情况是方波就是冲激函数，输出即为理想的冲激函数序列。所以，当所用的采样方波占空比很小时，可以近似的看做是理想冲激序列，得出的频谱就是一个无衰减的频谱。但是，当方波占

14、空比较大时，就不能这样近似了，Sa（x）函数的旁瓣叠加起来仍然存在衰减，也正如图（2）所看到的的。2观察图 5.27 中信号时域采样后，其对应的频谱周期延拓现象，其周期是多少？ 答：sin(x)函数对应的是频域上关于y轴两根冲激，采样相当于sin（x）的频谱卷积采样信号的频谱，采样信号的频谱相当于具有一定占空比方波的频谱乘以理想冲激函数序列的频谱。所以，可以这样看采样信号的频谱，先把sin（x）的频谱卷积理想冲激序列的频谱，现在sin（x）的频谱为中心在原点，间隔0.8hz的两个冲激，理想冲激序列间隔为4hz，所以，以所有4*nHz为中心，加上两个0.8hz的冲激，然后再把这些冲激换成具有一定

15、占空比的方波对应的sa（x）函数的频谱，即得采样信号的频谱。所以周期严拓的周期为4hz，每隔4hz出现一对脉冲，这两个脉冲相距0.8hz。实验结果验证了上述分析。3. 观察并对照表 5.9、表 5.10 两组参数设置下出现的不同仿真现象，结合信号与系统相关理论分析不同采样函数占空比对信号频谱的影响。 答：不同占空比体现了其对理想冲激函数的逼近程度，占空比越小，越趋近于理想冲激函数。由（1）中的分析可知，分两种极限情况可以很清楚的说明这一影响。情况一，占空比趋近0，即为理想冲激函数，得到的采样信号的频谱就是一系列分开的冲激。也就是如理论分析所示，如下图，令占空比为0.00000000001（ff

16、t点数409600）情况二，占空比为1，得到的将是一系列主瓣宽度为4hz的sa（x）函数的叠加。实验七, SSB调制与解调（模块）【实验目的】 了解产生 SSB 调制的基本原理；了解 SCICOS 中的超级模块；了解利用相干解调法解调幅度调制信号的方法。【实验原理】SSB 调制SSB AM 产生方法一： SSB AM 产生方法二：单边带调制信号表达式为：SSB 解调用相干解调或同步解调来还原幅度调制信号。其解调框图如下： 如图 5.45 所示，载波应该提取自输入信号，通过平方环法或 COSTAS 环方法提取。由于这次实验是验证解调方法，假定已经获得了解调所用的载波的频率，所以直接使用调制端正弦

17、波发生器产生的载波信号充当解调载波。【实验步骤】SSB 调制和解调1 将正弦波发生器（ sinusoid generator ）、组合希尔伯特变换器（来自Scicom_signalprocess 元件库）、组合移相器（来自 Scicom_signalprocess 元件库）、加法器模块、乘法器模块、触发时钟（CLOCK_c）、示波器模块(MScope)、和频谱示波器（FFT）模块按下图连接。 2.SSB 解调实验步骤与实验七中 DSB 解调步骤相同，现在将其画在同一框图中。【实验结果】（1）参数：时钟1周期：1/1024s 希尔伯特变换点数：1024 时钟2： 0.01 FFT点数： 1024

18、载波：4hz 基带信号 1hz得到的基带信号、上边带SSB信号、解调信号波形如下：基带信号的功率谱：上边带SSB信号的功率谱密度：解调信号的功率谱：（2）参数：时钟周期1：1/2048s 希尔伯特变换点数：1024 时钟2： 0.01 FFT点数： 1024载波：4hz 基带信号 1hz得到相应波形如下：原信号功率谱：解调信号频谱：上边带SSB功率谱：（3）参数：时钟周期1：1/2048s 希尔伯特变换点数：2048 时钟2： 0.01 FFT点数： 1024载波：4hz 基带信号 1hz得到相应波形如下：基带信号功率谱：解调信号功率谱：解调信号功率谱：【思考题】1. SSB 信号的特点是什么

19、？答：只有上边带或者只有下边带，最窄的传输带宽，在频谱上表现为单一谱线，信道利用率最高。2. 实验步骤 5 的参数之间有什么关系？为什么？改变参数值，配合实验加以解释。答：根据参数设置（1）、（2）、（3）希尔伯特变换和移相器的触发时钟的频率必须等于其FFT变换的点数，这样得到的才是SSB信号。二假设基带信号为，载波频率为，仿真出SSB信号，观察已调信号的波形及频谱。（编程实现）下边带clear allexec t2f.sci;exec f2t.sci;N = 2 12;fs =50;Bs=fs/2;T =N /fs;t=-T/2+0:N-1/fs;f=-Bs+0:N-1/T;fm1=1;fm

20、2=0.5;fc=20;m=sin(2*%pi)*fm1*t)+2*sin(2*%pi)*fm2*t);M=t2f(m,fs);MH=-%i*sign(f).*M;mh=real(f2t(MH,fs);s=m.*cos(2*%pi)*fc*t)-mh.*sin(2*%pi)*fc*t);S=t2f(s,fs);xset(window,1)plot(t,s)title(已调信号波形图)xlabel(t(ms)ylabel(s(t)(V)mtlb_axis(0,3,-2.5,+2.5)xset(window,2)plot(f,abs(S)title(已调信号频谱图)xlabel(f(khz)yla

21、bel(|S(f)|(V/hz)基础类实验十二 ASK调制与解调（模块）【实验目的】了解幅度健控ASK调制解调的基本组成和原理【实验原理】用数字基带信号去控制正弦载波幅度成为振幅键控（ASK）。在高斯白噪声信道条件下相干解调的原理是：【实验结果】1. 按下图搭建实验框图 ：ASK非同步解调（3）相干解调法解调：【思考题】一、 从频域和时域分析rectifier、analog low pass filter两个模块的作用；答：rectifier做的是整流，analog low pass filter滤去高频振荡。从时域上看，Rectifier相当于把调制的三角函数转化为方波，即大于0的部分变为1

22、，小于零的部分变为0。频域上看，这一边变化在频域中引入了许多高频分量和谐波分量。具体如下：整流前的功率谱如下：整流后的功率谱analog low pass filter滤去高频振荡，从时域上看，可以让输入波形起伏变平缓，从频域上看，则是滤去了许多高频分量。其LPF截止频率越大，则效果不明显，太小，又会使得从1变到0是一个平滑的过程。第5章设计类实验二 线路码型HDB3编码【实验目的】（1）了解常用的线路码型及其编码规则（2）掌握HDB3码的编码规则与SCILAB实现（3）学会使用HDB3码编码模块及其调试【实验原理】(1）AMI码编码：把单极性方式中的0码与零电平对应，1码对应正、负交替电平。（2）HDB3编码:先把单极性码变成AMI码，然后检查AMI码的连0串情况，当无3个以上连0码时，AMI码即HDB3码出现4个或4个以上的连0码时，将“0000”变成“000V”，V为破坏符号，使之极性交替。当两个相邻的V间有奇数个非零符