通信原理课程设计实验报告奈奎斯特第一准则的验证

1、上海电力学院通信原理课程设计报告题 目 :奈奎斯特第一准则的验证姓名：闫佳学号：20112213院系：电子与信息工程学院专业年级： 通信工程 2011 级2014 年 1 月 9 日课程设计要求 . 1实验概述及原理 . 1实验步骤及结果分析 . 3实验心得课题三十二：奈奎斯特第一准则的验证设计任务： 运用 SYSTEMVIEW 软件，对奈奎斯特第一准则进行仿真验证。 系统的采样速率设为 1kHz，信号源是幅度为 1V，码速率为 100bps 的伪随机序 列，用抽头数为 259的FIR 低通滤波器来模拟理想的传输信道， 滤波器的截止频 率为 50Hz。一、实验名称奈奎斯特第一准则的验证二、实验

2、目的1、理解奈奎斯特第一准则的原理；2、通过实验现象对比，了解各个参数对系统性能的影响。三、实验仪器电脑， systemview5.0 软件四、实验原理原始二进制数字基带信号波形多数都是矩形波， 在画频谱时通常只画出其能 量最集中的频率范围， 但这些基带信号在频域内实际上是无穷延伸的。 如果直接 采用矩形脉冲的基带信号作为传输码型， 由于实际信道的频带是有限的， 则传输 系统接收端所得的信号频谱必定与发送端不同， 这就会使接收端数字基带信号的 波形失真。 大多数有线传输情况下， 信号频带不是陡然截止的， 而且基带频谱也 是逐渐衰减的， 采用一些相对来说比较简单的补偿措施 （如简单的频域或时域均

3、 衡）可以将失真控制在比较小的范围内。 较小的波形失真对于二进制基带信号影 响不大，只是使其抗噪声性能稍有下降， 但对于多元信号， 则可能造成严重的传 输错误。当信道频带严格受限时 （如数字基带信号经调制通过频分多路通信信道 传输），波形失真问题就变得比较严重，尤其在传输多元信号时更为突出。为了研究波形传输的失真问题， 我们首先来看一下基带信号传输系统的典型 模型，如图1所示。在发送端，数字基带信号 Xt 经发送滤波器输入到信道，发送 滤波器的作用是限制发送频带， 阻止不必要的频率成分干扰相邻信道。 传输信道 在这里是广义的，它可以是传输介质（电缆、双绞线等等） ，也可以是带调制解 调器的调制

4、信道。 基带信号在信道中传输时常混入噪声， 同时由于信道一般不满 足不失真传输条件， 因此要引起传输波形的失真。 所以在接收端输入的波形与原 始的基带信号 Xt 差别较大，若直接进行抽样判决可能产生较大的误判。因此在 抽样判决之前先经过一个接收滤波器， 它一方面滤除带外噪声， 另一方面对失真 波形进行均衡。抽样和判决电路使数字信号得到再生，并改善输出信号的质量。图一 波形无失真传输原理框图据频谱分析的基本原理， 任何信号的频域受限和时域受限不可能同时成立。 因此 基带信号要满足在频域上的无失真传输，其信号波形在时域上必定是无限延伸 的，这就带来了各码元间相互串扰问题。 造成判决错误的主要原因是

5、噪声和由于 传输特性（发、收滤波器和信道特性）不良引起的码间串扰。基带脉冲序列通过 系统时，系统的滤波作用使脉冲拖宽，在时间上，它们重叠到相邻时隙中去。接 收端在按约定的时隙对各点进行抽样， 并以抽样时刻测定的信号幅度为依据进行 判决，来导出原脉冲的消息。 若重叠到邻近时隙内的信号太强， 就可能发生错误 判决。若相邻脉冲的拖尾相加超过判决门限，则会使发送的“ 0”判为“ 1”。实 际中可能出现好几个邻近脉冲的拖尾叠加， 这种脉冲重叠， 并在接收端造成判决 困难的现象叫码间串扰。因此可以看出， 传输基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性。 当然可以 有意地加宽传输频带使这种干扰减小到任意程度

6、。 然而这会导致不必要地浪费带 宽。如果展宽得太多还会将过大的噪声引入系统。 因此应该探索另外的代替途径，即通过设计信号波形， 或采用合适的传输滤波器， 以便在最小传输带宽的条件下 大大减小或消除这种干扰。奈奎斯特第一准则给我们指明了消除这种码间干扰的方法， 并指出了信道带宽与 码速率的基本关系。即： 式中 R为传码率，单位为波特 / 每秒。 f 和 B分别为理想信道的低通截止频率和奈奎斯特带宽。五、实验步骤及结果分析 在整个系统中，我们主要分为以下几个部分： 第一：信号发生部分。首先，该电路中信号源（图符 15）产生一个幅值为 1频率为 50HZ的随机信号图符8图像整个方波首先经过一个升余弦

7、滚降滤波器（图符 1），对整个波形进行整合。整合之后， 信号具有了更高的功率， 也不容易发生码间串扰。 所以在实际的信道 传输中，发送端的滤波器是必须设备，非常重要。如下图就是产生的信号为了便于发送端和接收端的同步观测， 我们在发送端的两个观测点上都加了延时 （图符16 17 ），使两者可以更好的对比。第二：信道传输部分现实中，所有的信道都不可能理想化无干扰， 所以，信道中存在的噪声是影响信 号传输非常重要的一个因素。在通信传输信道中， 我们出现的噪声为加性噪声。 在整个信道的模拟中， 我们选 择了信道中非常典型和常见的加性高斯白噪声， 并且用信号源 （图符18）产生接 入信道（图符 7）。第

8、三：滤波整理部分经过信道传输之后， 原先所产生的信号出现了一些不规则的噪声， 使得整个信号 产生了变化失真。这时的信号变得难以辨别并且无法直接应用， 那么此时我们就需要对信号进行处 理。首先选择低通滤波器（图符 0）对信号进行滤波，从而滤掉噪声波形，留下我们 的信号基本波形。接收滤波器作为传输后信号处理十分重要的一环， 它直接负责将毛糙的， 受影响 的波形过滤成为平滑， 可以进一步利用处理的波形。 而接收端滤波器是否能够正 常工作则直接决定了信号是不是能够被完整正确的解调出来， 所以，在通信系统 中，这一环是不可缺少的。在滤波器滤波之后，会有一个系统（图符 11 12 13）对信号继续进行处理

9、，完成 接收端信号的抽样判决和整形输出。 为了保证精确， 抽样器的抽样频率和我们信 号的频率是一样的，都选择 50HZ。图符14图像奈奎斯特第一准则指出， 特定的码型会避免信道中的码间串扰。 针对这一点， 我 们进行了验证。将输入的信号由 50HZ 改为55HZ，码元宽度减小，信号频率增大。结果，在我们 给出的信道中，发生了严重的码间串扰。在输入是均匀的方波的情况下，整个信道输出的信号严重失真，由下图可看出， 已经丧失了利用价值。55HZ码间串扰图像六、实验心得通过本次课程设计实验的学习， 我基本掌握了 system view 软件的基础操作； 设置并实现一定规模的数字通信系统运行； 了解不了同设备在通信网中所起的作 用；以及综合系统的设计方法。其次，在此次课程设计实验中， 运用到了很多通信原理课上学到的理论知识， 更使我懂得理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识是远远不够的， 只有把 所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得