北郵通信原理軟件實驗報告

1、北郵通信原理軟件實驗報告北郵通信原理軟件實驗報告題目：基于SYSTEMVIEW通信原理實驗報告北京郵電大學通信原理軟件實驗18北京郵電大學通信原理軟件實驗 3目錄實驗一：抽樣定理一、實驗目的3二、實驗原理3三、實驗步驟6四、實驗結果8五、實驗討論12實驗二：驗證奈奎斯特第一準則.13一、實驗目的13二、實驗原理14三、實驗步驟17四五、實驗討論231=：16QAM調制與解調.27一、實驗目的27二、實驗原理28三、實驗步驟32四、實驗結果35五、實驗討論實驗意見與建議錯誤!未定義書簽。42北京郵電大學通信原理軟件實驗 實驗一：抽樣定理一、實驗目的1、驗證抽樣定理：設時間連續(xù)信號f(t),其最高

2、截止頻率為fm，如果用時間間隔為T=1/2fm的開關信號對f(t)進行抽樣時，則f(t)就可被樣值信號唯一地表示。2、降低或提高抽樣頻率，觀察對系統(tǒng)的影響二、實驗原理抽樣定理：設時間連續(xù)信號f(t)，其最高截止頻率為fm，如果用時間間隔為T=1/2fm的開關信號對f(t)進行抽樣時，則f(t)就可被樣值信號唯一地表示。抽樣定理示意圖：爪爪爪爪”叫Ar氣.AC-l*.：!圖一抽樣定理示意圖從圖中可以看出，當廣N2幾時，不會發(fā)生頻域混疊現(xiàn)象，使用一個匹配的低通濾波器即可無失真的恢復出原信號，當（2幾時，會發(fā)生頻域混疊現(xiàn)象，這時，已經(jīng)無法將原信號恢復出來。實驗所需模塊連接圖如下所示：圖二模塊連接圖元

3、件編號屬性類型參數(shù)設置0,1,2SourceSinusiodAmp=1V；Rate=10,12,14Hz3Adder5Multipler7OperatorLinearSysButterworth,5Poles,fc=14Hz4,8,9Sink仿真時長設置為1Sec,仿真速率為1000Hz。首先利用三個正弦波信號源產(chǎn)生三個正弦波，其頻率分別為10hz,12hz,14hz,再利用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生抽樣脈沖，將脈寬設置為1e-3sec，脈沖頻率分別設置為20hz，30hz，40hz。對三個信號做加法，所得信號的最高頻率為14hz，然后令該信號與抽樣脈沖相乘，得到的結果即為時間離散的抽樣序列。最后將抽樣序

4、列通過五階巴特沃斯低通濾波器，截止頻率14hz，將恢復信號與原信號作比較，比較不同抽樣頻率帶來的影響。三、實驗步驟(1)按照實驗所需模塊連接圖，連接各個模塊(2)設置各個模塊的參數(shù):信號源部分:我們使用三個正弦波信號源產(chǎn)生三個正弦波，其頻率分別為10hz，12hz，14hz示意圖圖三信號源設置抽樣脈沖發(fā)生器:利用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生抽樣脈沖，將脈寬設置為1e-3sec，脈沖頻率設置為30hz母PuktTrain(TcktnOWaAp|匚ancri-ApplytalukiiKrt圖四抽樣脈沖發(fā)生器設置示意圖低通濾波器：五階巴特沃斯低通濾波器，截止頻率14hzSystem/ieviAndogFilter

5、LibrarywndRtf11-FilerParr-BandLcjra巧Ba-dparsODliJS圖五低通濾波器設置示意圖觀察輸出波形，更改抽樣脈沖發(fā)生器的頻率，比較試驗結果。四、實驗結果圖六采樣頻率為30hz波形圖圖中，=j最I上方波形為加法器的輸出波形，中間波形為低通濾波器的輸出波形，下方波形為乘法器的輸出波形。根據(jù)以上實驗結果，我們可知，當f仁,(本處為略大于)時，可以由抽樣序列唯一的恢復原信號。(原信號的最高頻率f=14hz)/m(2)當抽樣頻率為40hz，2仏時圖七采樣頻率為40hz波形圖圖中，最上方波形為加法器的輸岀波形，中間波形為低通濾波器的輸出波形，下方波形為乘法器的輸出波形

6、。根據(jù)以上實驗結果，我們可知，當人時，可以由抽樣序列唯一的恢復原信號。（原信號的最高頻率廣=14hz）Jm圖八采樣頻率為公20hz波形圖圖中，最上方波形為加法器的輸出波形，中間波形為低通濾波器的輸出波形，下方波形為乘法器的輸出波形。根據(jù)以上實驗結果，我們可知，當fc2時，輸出信號發(fā)生較大的失真，已經(jīng)無法恢復原信號。(原信號的最高頻率f=14hz)hn當抽樣頻率為30hz,將抽樣脈沖的脈寬加大(15e-3sec)圖九抽樣脈沖的脈寬加大后波形圖圖中，最上方波形為加法器的輸出波形，中間波形為低通濾波器的輸出波形，下方波形為乘法器的輸出波形。根據(jù)以上實驗結果，我們可知，抽樣序列的脈寬過大時，會導致采樣

7、信號的時間離散型不好，但是根據(jù)新的這樣的采樣信號，還是可以恢復出原信號的。（原信號的最高頻率fJm=14hz)（5）當抽樣頻率為30hz，低通濾波器的階數(shù)降低（降低到2階）圖十濾波器階數(shù)不足時的波形圖圖中，最上方波形為加法器的輸出波形，中間波形為低通濾波器的輸出波形,下方波形為乘法器的輸出波形。根據(jù)以上實驗結果，我們可知，由于采樣頻率接近于2fm,所以當濾波器的帶外特性不好，衰減過慢的時候，高頻的信號不能保證完全濾除。這時候恢復的信號也是失真的。（原信號的最高頻率=14hz)Jm五、實驗討論從實驗結果可以看出，抽樣頻率為30hz,原信號的頻率為14hz,滿足抽樣定理。抽樣后的信號通過低通濾波器

8、后，恢復出的信號波形與原基帶信號相同，可以無失真的恢復原信號。當抽樣頻率為40hz時，依然滿足抽樣定理，此時也可以無失真的恢復原信號。當抽樣頻率為20hz時，不滿足抽樣定理,此時由于頻域混疊現(xiàn)象,輸出信號發(fā)生了較大的失真，不可以無失真的恢復原信號。由此可知，如果每秒對基帶模擬信號均勻抽樣不少于2入次，則所得樣值序列含有原基帶信號的全部信息，從該樣值序列可以無失真地恢復成原來的基帶信號。驗證了抽樣定理。另外，要選擇過渡帶寬較小的濾波器，減小信號帶外因素的影響。通過本次實驗，我加深了對于抽樣定理的理解，也初步掌握了SystemView的使用，對于通信原理的課程學習帶來很大的幫助。實驗二：驗證奈奎斯

9、特第一準則一、實驗目的1、驗證奈奎斯特第一準則，觀察當系統(tǒng)不符合奈奎斯特準則時，出現(xiàn)的碼間干擾現(xiàn)象。2、逐漸加入噪聲，觀察噪聲和碼間干擾對解調的影響。加深對課本知識的理解。二、實驗原理1、奈奎斯特第一準則傳輸信道接收濾波器再生料決丹（血）：模型總的傳輸特性丹仙卜q佃卜C（w）-瓦（血）h（t）=y_P并伽皿血k,圖一奈奎斯特定理示意圖滿足無碼間串擾傳輸?shù)幕鶐鬏斕匦詰獮椋篐6）=eq冗廣Ts.兀円Ts蘭H（3+群）=CQ數(shù)）,i=一8s0,其物理意義是，把傳遞函數(shù)在f軸上以2耐兀為間隔切開，然后分段沿軸平移到區(qū)間工，工）內，將它們疊加起來，結果應當為一水平直線段（某一常數(shù)）。2、升余弦滾降信號

10、聲加站果圖二升余弦濾波器頻譜特性升余弦滾降信號：其頻域過渡特性是以一為中心，具有奇對稱升余弦狀。（簡稱升余弦信號）升余弦滾降信號數(shù)學表達式:G-aL3VG-aI,3VTr3+aL廣TsT,sG+aLT_sT1+sinr2aTs0,升余弦滾降系統(tǒng)特點：（1）滿足抽樣值上無串擾的傳輸條件;H)=(2)尾部衰減較快（與嚴成反比），有利于減小碼間串擾和位定時誤差的影響;帶寬B=(1+a)/2TsHz；頻帶利用率n=2/(1+a)B/Hz3、實驗模塊連接圖圖三模塊連接圖各個模塊參數(shù)設置:數(shù)PN序列發(fā)生器幅度1V，頻率10HZ，維度2延時器0.77Sec升余弦濾波器滾降系數(shù)0.5,符號速率10HZ高斯噪聲

11、發(fā)生器標準差0V，均值0VFIR濾波Fc=10HZ器米樣器米樣速率1000HZ判決器輸出+iv仿真時長設置為30Sec（觀察眼圖），仿真速率1000Hz。三、實驗步驟（1）按照實驗所需模塊連接圖,連接各個模塊（2）設置各個模塊的參數(shù)：信號源部分：PN序列發(fā)生器產(chǎn)生雙極性NRZ序列，頻率10HZHalAmpiludr(iv|Olfscl1/1App卽tojokrRS4kKCsticeJRate(Hi|Phase(deg)吞PNSequence(Token0)2lFl=1圖四信號源設置示意圖升余弦濾波器：滾降系數(shù)0.5,符號速率10HZ的升余弦。RaisedCosineParametricFIRR

12、ol-OflFactor0-150De-3SymbolRateR(He)icTTlansWdth=5HzE!andidih=4.33595HzUpddeSystemRale=1e+3HzFinish.Cancel圖五升余弦濾波器設置示意圖限帶信道：低通FIR濾波器，F(xiàn)c=10HZ。圖六FIR濾波器設置示意圖（3）觀察輸出波形，更改PN脈沖發(fā)生器的頻率，比較試驗結果。（4）逐漸加入噪聲，觀察信號波形圖和眼圖。四、實驗結果當信號頻率為10hz滿足奈奎斯特第一準則時圖七信號頻率10hz波形圖圖中，上方波形為信源的輸出波形，下方波形為判決之后的輸出恢復波形。根據(jù)以上實驗結果，當符合奈奎斯特第一準則時，

13、基帶信號通過限帶信道不會受到碼間干擾，可以無誤碼的恢復原信號。圖八信號頻率10hz眼圖通過觀察上圖，我們可以發(fā)現(xiàn)，眼睛張開有一定角度，系統(tǒng)誤碼不嚴重。(2)當信號頻率為15HZ，不滿足奈奎斯特第一準則時圖九信號頻率15hz波形圖圖中，上方波形為信源的輸出波形，下方波形為判決之后的輸出恢復波形。我們可以看到，在圖中畫圈的地方，有碼間干擾造成的誤碼。根據(jù)以上實驗結果，當不符合奈奎斯特第一準則時，基帶信號通過限帶信道會受到碼間干擾，無法無誤碼的恢復原信號。圖十信號頻率15hz眼圖由這幅圖可以看出，當基帶信號速率為15hz時，眼睛完全閉合，系統(tǒng)誤碼嚴重。(3)當基帶信號頻率為10HZ時，加入噪聲A-i

14、;匸圖一噪聲標準差為0.2V波形圖nr-hm-a口J31rBaoirb圖十二噪聲標準差為0.2V眼圖圖十三噪聲標準差為0.6V波形圖uiMiwupxnr-liK-ajngn-.i口J31rBaoirb圖十四噪聲標準差為0.6V眼圖以上兩圖中，左上為基帶信號，左中為解調信號，左下為經(jīng)過升余弦濾波器的調制信號，右上為噪聲信號，右中為疊加了噪聲的調制信號圖，右下為經(jīng)過低由以上兩圖，我們可以看出，當噪聲功率不是很大時，眼睛還有一定的張開，系統(tǒng)誤碼不嚴重，當噪聲功率太大時，眼睛接近完全閉合，整個系統(tǒng)的誤碼率上升。五、實驗討論奈奎斯特第一定理滿足無碼間串擾傳輸?shù)幕鶐鬏斕匦詰獮椋篐6)=丄LI圖三16QA

15、M星座圖上圖是16QAM的星座圖，圖中fl(t)和f2(t)是歸一化的正交基函數(shù)。各星座點等概出現(xiàn)。星座圖中最近的距離與解調誤碼率有很密切的關系。上圖中的最小距離是dmin=2。16QAM的每個星座點對應4個比特。哪個星座點代表哪4比特，叫做星座的比特映射。通常采用格雷映射，其規(guī)則是：相鄰的星座點只差一個比特。1:實驗所需模塊連接圖如下所示:SpbsniiVhewbyELANIK圖四模塊連接圖各個模塊參數(shù)設置:元件編號屬性類型參數(shù)設置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設置系統(tǒng)時間為30Sec（觀察眼圖），Output仿真頻率1000Hz三、實驗步驟（1）按照實驗所需模塊連接圖，連接各個模塊(2)設置各個模塊的參數(shù):信號源部分：P

17、N序列發(fā)生器產(chǎn)生雙極性NRZ序列，頻率50HZ圖五信號源設置示意圖載頻：頻率設置為500Hz。些riusoidToken6)rAmpliludev|一rAppbtotokens-13OKCancelFrequErcpfHz)5D0Phase(deg)D?JF|T圖六載頻發(fā)生器設置示意圖高斯噪聲：均值為0,方差為0。GaussianNois;?(Taken10)ConstantParannet&r:*SidDeviettri廣D日nN*r1dmDensitsih50dtnIUISETaIIil91StdDmwiadDnw|:04l|Mean(/)04i|LK.|lF|=.圖七高斯噪聲設置示意圖低

18、通濾波器：3Poles，F(xiàn)c=100Hz；圖八低通濾波器設置示意圖量化器：Bits=4,MaxInput二4v,SignalIntegerOutput；圖九量化器設置示意圖(3)觀察調制波形和眼圖。(4)逐漸加入噪聲，觀察其對眼圖和星座圖的影響(5)改變帶寬時,通過眼圖和星座圖觀察噪聲對16QAM信號的影響四、實驗結果（1）噪聲為0時，16QAM信號波形圖與星座圖圖十16QAM信號波形圖圖十6QAM信號星座圖圖十二16QAM信號眼圖通過對無噪聲條件下，對16QAM眼圖、星座圖、波形圖的觀察，我們發(fā)現(xiàn)16QAM信號有16個離散的狀態(tài)，屬于幅度與相位聯(lián)合調制。當僅觀察I路或Q路時，我們可以發(fā)現(xiàn)這是

19、一個4ASK信號，有四個離散的電平。當觀察眼圖時，我們發(fā)現(xiàn)眼睛睜開很大，眼圖十分清晰，誤碼率低。逐漸加入噪聲噪聲方差為1時圖十三16QAM信號眼圖號星座圖圖十四16QAM信噪聲方差為2時號眼圖號星座圖圖十五16QAM信圖十六16QAM信噪聲方差為3時圖十七16QAM信號眼圖圖十八16QAM信號星座圖由上面三個不同的噪聲方差的眼圖、星座圖的觀察可知，當噪聲功率越大時，眼睛張開的角度越小，星座圖的轉移路線也變得更加不清晰。這意味著信號收到噪聲污染越來越嚴重，解調輸出誤碼率變高。改變系統(tǒng)帶寬，觀察帶寬變化時對信號的影響我們將這次實驗的框圖更改如下:理：曾MWELASiX圖十九更改后系統(tǒng)框圖圖中，加入四個平方根升余弦濾波器，滾降系數(shù)為1,符號速率為50Hz，加帶430Hz580Hz。當系統(tǒng)帶寬為100Hz時（2倍基帶帶寬），噪聲方差為02Xwk*WrhcSr-乍lrjt5319-39-3KFI圖二十16QAM眼圖（帶寬100HZ）處時吝sntffiiwiit四-i-i4ia-s圖二一16QAM星座圖（帶寬100HZ）系統(tǒng)帶寬為200Hz,噪聲方差為0.2XW：-ILUfF-吃33i-3!3i-3tOt-l圖二十二16QAM眼圖（帶寬200HZ）圖二十三16QAM星座圖（帶寬200HZ）由以上兩圖，我們可以看出，當系統(tǒng)帶寬增加時，進入系統(tǒng)的噪聲會增加，這就造成了接收到的信號出現(xiàn)誤