北邮通信原理软件实验报告

1、北邮通信原理软件实验报告北邮通信原理软件实验报告题目：基于SYSTEMVIEW通信原理实验报告北京邮电大学通信原理软件实验18北京邮电大学通信原理软件实验 3目录实验一：抽样定理一、实验目的3二、实验原理3三、实验步骤6四、实验结果8五、实验讨论12实验二：验证奈奎斯特第一准则.13一、实验目的13二、实验原理14三、实验步骤17四五、实验讨论231=：16QAM调制与解调.27一、实验目的27二、实验原理28三、实验步骤32四、实验结果35五、实验讨论实验意见与建议错误!未定义书签。42北京邮电大学通信原理软件实验 实验一：抽样定理一、实验目的1、验证抽样定理：设时间连续信号f(t),其最高

2、截止频率为fm，如果用时间间隔为T=1/2fm的开关信号对f(t)进行抽样时，则f(t)就可被样值信号唯一地表示。2、降低或提高抽样频率，观察对系统的影响二、实验原理抽样定理：设时间连续信号f(t)，其最高截止频率为fm，如果用时间间隔为T=1/2fm的开关信号对f(t)进行抽样时，则f(t)就可被样值信号唯一地表示。抽样定理示意图：爪爪爪爪”叫Ar气.AC-l*.：!图一抽样定理示意图从图中可以看出，当广N2几时，不会发生频域混叠现象，使用一个匹配的低通滤波器即可无失真的恢复出原信号，当（2几时，会发生频域混叠现象，这时，已经无法将原信号恢复出来。实验所需模块连接图如下所示：图二模块连接图元

3、件编号属性类型参数设置0,1,2SourceSinusiodAmp=1V；Rate=10,12,14Hz3Adder5Multipler7OperatorLinearSysButterworth,5Poles,fc=14Hz4,8,9Sink仿真时长设置为1Sec,仿真速率为1000Hz。首先利用三个正弦波信号源产生三个正弦波，其频率分别为10hz,12hz,14hz,再利用脉冲发生器产生抽样脉冲，将脉宽设置为1e-3sec，脉冲频率分别设置为20hz，30hz，40hz。对三个信号做加法，所得信号的最高频率为14hz，然后令该信号与抽样脉冲相乘，得到的结果即为时间离散的抽样序列。最后将抽样序

4、列通过五阶巴特沃斯低通滤波器，截止频率14hz，将恢复信号与原信号作比较，比较不同抽样频率带来的影响。三、实验步骤(1)按照实验所需模块连接图，连接各个模块(2)设置各个模块的参数:信号源部分:我们使用三个正弦波信号源产生三个正弦波，其频率分别为10hz，12hz，14hz示意图图三信号源设置抽样脉冲发生器:利用脉冲发生器产生抽样脉冲，将脉宽设置为1e-3sec，脉冲频率设置为30hz母PuktTrain(TcktnOWaAp|匚ancri-ApplytalukiiKrt图四抽样脉冲发生器设置示意图低通滤波器：五阶巴特沃斯低通滤波器，截止频率14hzSystem/ieviAndogFilter

5、LibrarywndRtf11-FilerParr-BandLcjra巧Ba-dparsODliJS图五低通滤波器设置示意图观察输出波形，更改抽样脉冲发生器的频率，比较试验结果。四、实验结果图六采样频率为30hz波形图图中，=j最I上方波形为加法器的输出波形，中间波形为低通滤波器的输出波形，下方波形为乘法器的输出波形。根据以上实验结果，我们可知，当f仁,(本处为略大于)时，可以由抽样序列唯一的恢复原信号。(原信号的最高频率f=14hz)/m(2)当抽样频率为40hz，2仏时图七采样频率为40hz波形图图中，最上方波形为加法器的输岀波形，中间波形为低通滤波器的输出波形，下方波形为乘法器的输出波形

6、。根据以上实验结果，我们可知，当人时，可以由抽样序列唯一的恢复原信号。（原信号的最高频率广=14hz）Jm图八采样频率为公20hz波形图图中，最上方波形为加法器的输出波形，中间波形为低通滤波器的输出波形，下方波形为乘法器的输出波形。根据以上实验结果，我们可知，当fc2时，输出信号发生较大的失真，已经无法恢复原信号。(原信号的最高频率f=14hz)hn当抽样频率为30hz,将抽样脉冲的脉宽加大(15e-3sec)图九抽样脉冲的脉宽加大后波形图图中，最上方波形为加法器的输出波形，中间波形为低通滤波器的输出波形，下方波形为乘法器的输出波形。根据以上实验结果，我们可知，抽样序列的脉宽过大时，会导致采样

7、信号的时间离散型不好，但是根据新的这样的采样信号，还是可以恢复出原信号的。（原信号的最高频率fJm=14hz)（5）当抽样频率为30hz，低通滤波器的阶数降低（降低到2阶）图十滤波器阶数不足时的波形图图中，最上方波形为加法器的输出波形，中间波形为低通滤波器的输出波形,下方波形为乘法器的输出波形。根据以上实验结果，我们可知，由于采样频率接近于2fm,所以当滤波器的带外特性不好，衰减过慢的时候，高频的信号不能保证完全滤除。这时候恢复的信号也是失真的。（原信号的最高频率=14hz)Jm五、实验讨论从实验结果可以看出，抽样频率为30hz,原信号的频率为14hz,满足抽样定理。抽样后的信号通过低通滤波器

8、后，恢复出的信号波形与原基带信号相同，可以无失真的恢复原信号。当抽样频率为40hz时，依然满足抽样定理，此时也可以无失真的恢复原信号。当抽样频率为20hz时，不满足抽样定理,此时由于频域混叠现象,输出信号发生了较大的失真，不可以无失真的恢复原信号。由此可知，如果每秒对基带模拟信号均匀抽样不少于2入次，则所得样值序列含有原基带信号的全部信息，从该样值序列可以无失真地恢复成原来的基带信号。验证了抽样定理。另外，要选择过渡带宽较小的滤波器，减小信号带外因素的影响。通过本次实验，我加深了对于抽样定理的理解，也初步掌握了SystemView的使用，对于通信原理的课程学习带来很大的帮助。实验二：验证奈奎斯

9、特第一准则一、实验目的1、验证奈奎斯特第一准则，观察当系统不符合奈奎斯特准则时，出现的码间干扰现象。2、逐渐加入噪声，观察噪声和码间干扰对解调的影响。加深对课本知识的理解。二、实验原理1、奈奎斯特第一准则传输信道接收滤波器再生料决丹（血）：模型总的传输特性丹仙卜q佃卜C（w）-瓦（血）h（t）=y_P并伽皿血k,图一奈奎斯特定理示意图满足无码间串扰传输的基带传输特性应为：H6）=eq冗广Ts.兀円Ts兰H（3+群）=CQ数）,i=一8s0,其物理意义是，把传递函数在f轴上以2耐兀为间隔切开，然后分段沿轴平移到区间工，工）内，将它们叠加起来，结果应当为一水平直线段（某一常数）。2、升余弦滚降信号

10、聲加站果图二升余弦滤波器频谱特性升余弦滚降信号：其频域过渡特性是以一为中心，具有奇对称升余弦状。（简称升余弦信号）升余弦滚降信号数学表达式:G-aL3VG-aI,3VTr3+aL广TsT,sG+aLT_sT1+sinr2aTs0,升余弦滚降系统特点：（1）满足抽样值上无串扰的传输条件;H)=(2)尾部衰减较快（与严成反比），有利于减小码间串扰和位定时误差的影响;带宽B=(1+a)/2TsHz；频带利用率n=2/(1+a)B/Hz3、实验模块连接图图三模块连接图各个模块参数设置:数PN序列发生器幅度1V，频率10HZ，维度2延时器0.77Sec升余弦滤波器滚降系数0.5,符号速率10HZ高斯噪声

11、发生器标准差0V，均值0VFIR滤波Fc=10HZ器米样器米样速率1000HZ判决器输出+iv仿真时长设置为30Sec（观察眼图），仿真速率1000Hz。三、实验步骤（1）按照实验所需模块连接图,连接各个模块（2）设置各个模块的参数：信号源部分：PN序列发生器产生双极性NRZ序列，频率10HZHalAmpiludr(iv|Olfscl1/1App卽tojokrRS4kKCsticeJRate(Hi|Phase(deg)吞PNSequence(Token0)2lFl=1图四信号源设置示意图升余弦滤波器：滚降系数0.5,符号速率10HZ的升余弦。RaisedCosineParametricFIRR

12、ol-OflFactor0-150De-3SymbolRateR(He)icTTlansWdth=5HzE!andidih=4.33595HzUpddeSystemRale=1e+3HzFinish.Cancel图五升余弦滤波器设置示意图限带信道：低通FIR滤波器，Fc=10HZ。图六FIR滤波器设置示意图（3）观察输出波形，更改PN脉冲发生器的频率，比较试验结果。（4）逐渐加入噪声，观察信号波形图和眼图。四、实验结果当信号频率为10hz满足奈奎斯特第一准则时图七信号频率10hz波形图图中，上方波形为信源的输出波形，下方波形为判决之后的输出恢复波形。根据以上实验结果，当符合奈奎斯特第一准则时，

13、基带信号通过限带信道不会受到码间干扰，可以无误码的恢复原信号。图八信号频率10hz眼图通过观察上图，我们可以发现，眼睛张开有一定角度，系统误码不严重。(2)当信号频率为15HZ，不满足奈奎斯特第一准则时图九信号频率15hz波形图图中，上方波形为信源的输出波形，下方波形为判决之后的输出恢复波形。我们可以看到，在图中画圈的地方，有码间干扰造成的误码。根据以上实验结果，当不符合奈奎斯特第一准则时，基带信号通过限带信道会受到码间干扰，无法无误码的恢复原信号。图十信号频率15hz眼图由这幅图可以看出，当基带信号速率为15hz时，眼睛完全闭合，系统误码严重。(3)当基带信号频率为10HZ时，加入噪声A-i

14、;匸图一噪声标准差为0.2V波形图nr-hm-a口J31rBaoirb图十二噪声标准差为0.2V眼图图十三噪声标准差为0.6V波形图uiMiwupxnr-liK-ajngn-.i口J31rBaoirb图十四噪声标准差为0.6V眼图以上两图中，左上为基带信号，左中为解调信号，左下为经过升余弦滤波器的调制信号，右上为噪声信号，右中为叠加了噪声的调制信号图，右下为经过低由以上两图，我们可以看出，当噪声功率不是很大时，眼睛还有一定的张开，系统误码不严重，当噪声功率太大时，眼睛接近完全闭合，整个系统的误码率上升。五、实验讨论奈奎斯特第一定理满足无码间串扰传输的基带传输特性应为：H6)=丄LI图三16QA

15、M星座图上图是16QAM的星座图，图中fl(t)和f2(t)是归一化的正交基函数。各星座点等概出现。星座图中最近的距离与解调误码率有很密切的关系。上图中的最小距离是dmin=2。16QAM的每个星座点对应4个比特。哪个星座点代表哪4比特，叫做星座的比特映射。通常采用格雷映射，其规则是：相邻的星座点只差一个比特。1:实验所需模块连接图如下所示:SpbsniiVhewbyELANIK图四模块连接图各个模块参数设置:元件编号属性类型参数设置0,2SourcePNseqAmp=1V；Rate=50Hz；Levels=46,12SourceSinusiodAmp=1V；Rate=500Hz10Sourc

16、eGaussNoiseStdDev=0V;Mean=04,5,11,12Multipler7,9Adder14,15OperatorLinearSysButterworth3Poles,fc=100H1,3,8,18,19,26,27Sink16,17GainGainUnit二Linear，Gain=220,21SamplerRate=50Hz24,25QuantizerBits=4，MaxInput二4v，SignalIntege设置系统时间为30Sec（观察眼图），Output仿真频率1000Hz三、实验步骤（1）按照实验所需模块连接图，连接各个模块(2)设置各个模块的参数:信号源部分：P

17、N序列发生器产生双极性NRZ序列，频率50HZ图五信号源设置示意图载频：频率设置为500Hz。些riusoidToken6)rAmpliludev|一rAppbtotokens-13OKCancelFrequErcpfHz)5D0Phase(deg)D?JF|T图六载频发生器设置示意图高斯噪声：均值为0,方差为0。GaussianNois;?(Taken10)ConstantParannet&r:*SidDeviettri广D日nN*r1dmDensitsih50dtnIUISETaIIil91StdDmwiadDnw|:04l|Mean(/)04i|LK.|lF|=.图七高斯噪声设置示意图低

18、通滤波器：3Poles，Fc=100Hz；图八低通滤波器设置示意图量化器：Bits=4,MaxInput二4v,SignalIntegerOutput；图九量化器设置示意图(3)观察调制波形和眼图。(4)逐渐加入噪声，观察其对眼图和星座图的影响(5)改变带宽时,通过眼图和星座图观察噪声对16QAM信号的影响四、实验结果（1）噪声为0时，16QAM信号波形图与星座图图十16QAM信号波形图图十6QAM信号星座图图十二16QAM信号眼图通过对无噪声条件下，对16QAM眼图、星座图、波形图的观察，我们发现16QAM信号有16个离散的状态，属于幅度与相位联合调制。当仅观察I路或Q路时，我们可以发现这是

19、一个4ASK信号，有四个离散的电平。当观察眼图时，我们发现眼睛睁开很大，眼图十分清晰，误码率低。逐渐加入噪声噪声方差为1时图十三16QAM信号眼图号星座图图十四16QAM信噪声方差为2时号眼图号星座图图十五16QAM信图十六16QAM信噪声方差为3时图十七16QAM信号眼图图十八16QAM信号星座图由上面三个不同的噪声方差的眼图、星座图的观察可知，当噪声功率越大时，眼睛张开的角度越小，星座图的转移路线也变得更加不清晰。这意味着信号收到噪声污染越来越严重，解调输出误码率变高。改变系统带宽，观察带宽变化时对信号的影响我们将这次实验的框图更改如下:理：曾MWELASiX图十九更改后系统框图图中，加入四个平方根升余弦滤波器，滚降系数为1,符号速率为50Hz，加带430Hz580Hz。当系统带宽为100Hz时（2倍基带带宽），噪声方差为02Xwk*WrhcSr-乍lrjt5319-39-3KFI图二十16QAM眼图（带宽100HZ）处时吝sntffiiwiit四-i-i4ia-s图二一16QAM星座图（带宽100HZ）系统带宽为200Hz,噪声方差为0.2XW：-ILUfF-吃33i-3!3i-3tOt-l图二十二16QAM眼图（带宽200HZ）图二十三16QAM星座图（带宽200HZ）由以上两图，我们可以看出，当系统带宽增加时，进入系统的噪声会增加，这就造成了接收到的信号出现误