通原软件实验报告25班27号王霞.docx
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通原软件实验报告25班27号王霞
北京邮电大学实验报告
题目：
基于SYSTEMVIEW通信原理实验报告
班级：
2012211125
专业：
信息工程
姓名：
王霞
成绩：
实验一：
验证抽样定理
1、实验目的
2、实验原理
3、实验步骤
4、实验结果
5、实验讨论
6、实验建议、意见
实验一：
验证抽样定理
一、实验目的
1、验证抽样定理。
2、了解信号的采样方法与过程以及信号的恢复方法。
二、实验原理
抽样定理指出，一个频带范围为
的时间连续信号m（t），如果以
的间隔对它进行等间隔抽样，则m（t）将被所得到的抽样值完全确定。
δT（t）
低通滤波器带宽与m（t）相同。
三、实验步骤
1、连接下图所示的仿真电路图；
2、设置各模块参数如下，
图形编号
功能
参数
Token0
基带信号
幅度Amp=1v；信息速率Rate=10Hz
Token1
延时器
幅度Amp=1v；信息速率Rate=12Hz
Token2
升余弦滤波器
幅度Amp=1v；信息速率Rate=15Hz
Token10
抽样信号
抽样周期
Token11
理想低通滤波器
带宽Fc=15Hz
三个基带信号的频率从上到下分别设置为10hz、12hz、14hz。
抽样信号频率设置为28hz，即2*14hz。
（由抽样定理知，）
将低通滤波器频率设置为14hz，则将恢复第三个信号（其频率为14hz）
进行系统定时设置，起始时间设为0，终止时间设为1s.抽样率设为1khz。
3.观察基带信号、抽样后的信号、最终恢复的信号波形
四、实验结果
最上面的图为原基带信号波形，中间图为最终恢复的信号波形，最下面的图为抽样后的信号波形。
五、实验讨论
从实验结果可以看出，正如前面实验原理所述，满足抽样定理的理想抽样应该使抽样后的波形图如同冲激信号，且其包络图形为原基带信号波形图。
抽样后的信号通过低通滤波器后，恢复出的信号波形与原基带信号相同。
由此可知，如果每秒对基带模拟信号均匀抽样不少于2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。
讨论：
若抽样速率少于每秒2次，会出现什么情况？
答：
会产生失真，这种失真被称为混叠失真。
六、实验建议、意见
增加改变抽样率的步骤，观察是否产生失真。
实验二:
奈奎斯特第一准则
一、实验目的
（1）理解无码间干扰数字基带信号的传输；
（2）掌握升余弦滚降滤波器的特性；
（3）通过时域、频域波形分析系统性能。
二、实验原理
在现代通信系统中，码元是按照一定的间隔发送的，接收端只要能够正确地恢复出幅度序列，就能够无误地恢复传送的信号。
因此，只需要研究如何使波形在特定的时刻无失真，而不必追求整个波形不变。
奈奎斯特准则提出：
只要信号经过整形后能够在抽样点保持不变，即使其波形已经发生了变化，也能够在抽样判决后恢复原始的信号，因为信息完全恢复携带在抽样点幅度上。
奈奎斯特准则要求在波形成形输入到接收端的滤波器输出的整个传送过程传递函数满足：
其充分必要条件是x（t）的傅氏变换X（f）必须满足
奈奎斯特准则还指出了信道带宽与码速率的基本关系。
即RB=1/TB=2ƒN=2BN。
式中Rb为传码率，单位为比特/每秒（bps）。
fN和BN分别为理想信道的低通截止频率和奈奎斯特带宽。
上式说明了理想信道的频带利用率为RB/BN=2。
在实际应用中，理想低通滤波器是不可能实现的，升余弦滤波器是在实际中满足无码间干扰传输的充要条件，已获得广泛应用的滤波器。
升余弦滤波器的带宽为：
。
其中，α为滚降系数，0≤α≤1，
三、实验步骤
1.根据奈奎斯特准则，设计实现验证奈奎斯特第一准则的仿真系统，同时在必要输出端设置观察窗。
设计图如下
2.设置各模块参数：
3.
图形编号
功能
参数
Token2
基带信号-PN序列
幅度Amp=1v；信息速率Rate=10Hz
维数Levels=2；相位Phase=0deg
Token3
延时器
延时Delay=0.460sec
Token4
升余弦滤波器
带宽SymbolRate=100Hz
升余弦系数Roll-OffFactor=0
Token9
LowPassFIR
理想信道
带宽Fc=5Hz；（是基带信号频率10hz
的一半，正是传输信号的奈奎斯特带宽。
）
Token14
高斯噪声
方差StdDev=0v；均值Mean=0v；
Token10
采样
采样速率Rate=1KHz
Token11
判决
GateDelay=0sec，Threshold=0V，TRUEOUTPUT=1V,FALSEOUTPUT=-1V
4.在信道带宽一定的条件下，首先在无噪声的情况下，分别观察输入信号与输出信号特性。
5.在信道带宽一定的条件下，逐渐加入噪声，观察输入信号、输出信号波形；
6.在信道带宽一定的条件下，将输入信号的传输速率增大一倍，为20hz，观察输入信号、输出信号波形；
7.将滚降系数改为1，观察输入信号、输出信号波形
四、实验结果
以下各图黄线为输入信号，绿线为输出信号
1.在信道带宽一定的条件下，首先在无噪声的情况下，分别观察输入信号与输出信号特性。
发现输入信号与输出信号波形基本一致，验证了奈奎斯特第一准则。
2.在信道带宽一定的条件下，逐渐加入噪声，观察输入信号、输出信号波形；
1）噪声方差0.2
2）噪声方差为0.5
3）噪声标准差为1v
4）噪声标准差为5v
由以上各图可知，加入噪声幅度较小时，仍能正常传输。
当加入噪声幅度较大时，可观察到明显的码间干扰，输出波形与输入波形不一致。
3.在信道带宽一定的条件下，改变信号速率，观察输入信号、输出信号波形
速率为5hz
速率为10
速率为30
此时信道带宽不满足奈奎斯特带宽，输出波形与输入波形明显不一致
五、实验讨论
改变滚降系数对输出波形的影响？
答：
当α＝0时，就是理想奈奎斯特滤波器，此时的传输带宽是理想奈奎斯特滤波器的最小带宽，但当 α>0 时，系统传输带宽就超过了奈奎斯特最小带宽，这时码率速率 Rs 就小于 2 倍带宽，如果解调器在每个码元间隔内仅做一次采样，那么会因为采样点太少而不能可靠恢复模拟波形，产生失真。
但是数字通信系统不需要恢复模拟波形，只需要在取样时刻无码间串扰就行，而升余弦系列滤波器在取样时刻具有无码间串扰特性。
因此，仍符合奈奎斯特第一准则，（即实验中改变滚降系数对波形影响不大），它所实现的频谱效率要比理论最高效率下降一个滚降系数α倍。
六、实验建议、意见
在改变滚降系数的情况下，增加对改变噪声、改变信号传输速率情况的检验。
实验三：
16QAM调制与解调
一、实验目的
1掌握正交幅度调制的基本原理；
2掌握正交幅度相干解调的原理
3通过时域、频域波形以及信号的星座图分析系统性能。
二、实验原理
1．MQAM的调制原理
输入的二进制序列经过串并变换器，输出为速率减半的两路并行序列，再分别经过2电平到L电平的变换，形成L电平的基带信号，再分别对同相载波和正交相乘，最后将两路信号相加，得到MQAM信号
2.MQAM信号的解调原理
MQAM信号采用正交相干解调方法。
解调器的输入信号与本地恢复的两个正交载波相乘后，经低通滤波器输出两路多电平基带信号。
多电平判决器对多电平基带信号进行判决，再经并串变换器输出。
MQAM的解调原理框图，如图。
三、实验步骤
1.设计仿真系统
2.设置各模块参数
信号源参数设置：
基带信号码元速率设为10Hz，这里省去了2-4电平转换电路，载频设为100Hz。
图形编号
功能
参数
Token0
Token1
基带信号-PN序列
幅度Amp=1v；信息速率Rate=10Hz
维数Levels=4；相位Phase=0deg
Token3
Token15
载波
幅度Amp=1v（0-p）；频率Freq=100Hz；
相位Phase=0deg，
Token11、12
ButterworthLowpassIIR;
相干解调
带宽Fc=10Hz;
Token5
高斯噪声
方差StdDev=0v；均值Mean=0v；
Token10
采样
采样速率Rate=1KHz
Token11
判决
GateDelay=0sec，Threshold=0V，TRUEOUTPUT=1V,FALSEOUTPUT=-1V
3.仿真，观察波形信号、16QAM星座图、眼图
4.无噪声情况下增加低通滤波器的带宽，观察波形信号、16QAM星座图、眼图
5.将高斯噪声标准差增大为1v，然后逐渐增大低通滤波器带宽，观察波形信号、16QAM星座图、眼图
四、实验结果
1.16QAM星座图
从上图可以清晰地看到16个点。
眼图
2.无噪声情况下增加低通滤波器的带宽
1带宽增大为原来的2倍，为20hz
16QAM星座图
眼图
2无噪声，带宽为原来的5倍，为50hz
16QAM星座图
眼图
对比以上无噪声时不同带宽情况下的星座图，可以发现当滤波器带宽增大时，各个点之间的分界会变得比较模糊，即码间干扰增大。
带从眼图的对比中也能发现，随着滤波器带宽的增大，眼睛闭合地越严重，说明码间干扰增大。
3.将高斯噪声标准差增大为1v，然后逐渐增大低通滤波器带宽
⑴带宽不变
16QAM星座图
与没有噪声时对比，星座图稍有模糊，但是十六个点的位置仍很明确。
眼图
3带宽增大为原来的2倍，为20hz
16QAM星座图
眼图
4带宽增大为原来的5倍，为50hz
16QAM星座图
眼图
从以上图的对比可知，同等带宽下，增大噪声时，带宽越大星座图变化的越明显。
同等噪声下，增大带宽时，带宽越接近基带信号速率，抗噪性越好。
五、实验讨论
为什么低通滤波器带宽要设成跟基带信号速率相近？
答：
这样可以滤除噪声，只允许信号的主瓣通过
六、实验建议、意见
应增加对不同噪声下星座图变化的检测。
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