北邮通信原理软件实验报告Word文档下载推荐.docx
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元件编号
属性
类型
参数设置
0,1,2
Source
Sinusiod
Amp=1V;
Rate=10,12,14Hz
3
Adder
———
5
Multipler
7
Operator
LinearSys
Butterworth,5Poles,fc=14Hz
4,8,9
Sink
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:
1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
图三信号源设置示意图
2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
图四抽样脉冲发生器设置示意图
3低通滤波器:
五阶巴特沃斯低通滤波器,截止频率14hz
图五低通滤波器设置示意图
(3)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
(1)当抽样频率为30hz,时
图六采样频率为30hz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(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=14hz)
(2)当抽样频率为40hz,时
图七采样频率为40hz波形图
根据以上实验结果,我们可知,当时,可以由抽样序列唯一的恢复原信号。
(3)当抽样频率为20hz,时
图八采样频率为20hz波形图
根据以上实验结果,我们可知,当时,输出信号发生较大的失真,已经无法恢复原信号。
(4)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
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。
(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
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。
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:
验证奈奎斯特第一准则
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。
1、奈奎斯特第一准则
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:
其物理意义是,把传递函数在f轴上以为间隔切开,然后分段沿轴平移到区间内,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
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:
升余弦滚降系统特点:
(1)满足抽样值上无串扰的传输条件;
(2)尾部衰减较快(与成反比),有利于减小码间串扰和位定时误差的影响;
(3)带宽B=(1+α)/2TsHz;
(4)频带利用率η=2/(1+α)B/Hz
3、实验模块连接图
图三模块连接图
各个模块参数设置:
模块
参数
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
高斯噪声发生器
标准差0V,均值0V
FIR滤波器
Fc=10HZ
采样器
采样速率1000HZ
判决器
输出
仿真时长设置为30Sec(观察眼图),仿真速率1000Hz。
PN序列发生器产生双极性NRZ序列,频率10HZ
图四信号源设置示意图
2升余弦滤波器:
滚降系数0.5,符号速率10HZ的升余弦。
图五升余弦滤波器设置示意图
3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。
(1)当信号频率为10hz,
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,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
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
图十一噪声标准差为0.2V波形图
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
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,右下为经过低通滤波器的接收信号图。
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。
奈奎斯特第一定理:
其中H(w)为整个系统的传递函数。
从本次实验结果可以看出,当整个系统的传递函数符合奈奎斯特第一定理时,系统不存在码间干扰,收端可以无误码的解调出原信号。
当发端的速率提高(不符合奈奎斯特定理)时,信号的眼图会逐渐闭合,当发端速率继续提高时,眼图将会完全闭合,这给整个系统带来了很大的误码率。
另外,在实验中我发现PN序列发生器产生的是双极性NRZ序列,如下图所示:
图十五PN序列发生器波形图
这种序列的频谱带外特性是无限宽的,如图所示:
图十六PN序列发生器频谱图
这种信号是不符合奈奎斯特第一定理的,奈奎斯特第一定理要求的输入序列应为随机的冲激序列,成型滤波器使用升余弦滤波器。
但是PN序列的成型滤波器为不归零的矩形脉冲。
正确的系统框图如下图所示:
图十七数字基带信号限带传输框图
其中,输入序列应为冲激序列,不应为双极性NRZ信号。
符合要求的随机冲激序列如下图所示:
图十八随机双极性冲激序列波形图
下面提供一种可供参考的随机冲激序列产生方法:
图十九随机冲激序列产生方法图
使用PN序列发生器产生双极性NRZ序列(10Hz)。
使用脉冲序列发生器产生序列(10Hz),将脉宽设置到很低,这样可以模拟出双极性冲激序列的效果。
使用这种序列通过升余弦滤波器,再通过限带信道,才能够满足奈奎斯特第一定理,更好的验证这个实验。
整个电路连接图:
图二十改正后电路模块连接图
实验三:
16QAM调制与解调
1、熟悉16QAM信号的调制与解调,掌握SYSTEMVIEW软件中,观察眼图与星座图的方法。
2、强化SYSTEMVIEW软件的使用,增强对通信系统的理解。
1、16QAM
16QAM是指包含16种符号的QAM调制方式。
16QAM调制原理方框图:
图一16QAM调制框图
16QAM解调原理方框图:
图二16QAM解调框图
16QAM是用两路独立的正交4ASK信号叠加而成,4ASK是用多电平信号去键控载波而得到的信号。
它是2ASK体制的推广,和2ASK相比,这种体制的优点在于信息传输速率高。
正交幅度调制是利用多进制振幅键控(MASK)和正交载波调制相结合产生的。
16进制的正交振幅调制是一种振幅相位联合键控信号。
16QAM的产生有2种方法:
(1)正交调幅法,它是有2路正交的四电平振幅键控信号叠加而成;
(2)复合相移法:
它是用2路独立的四相位移相键控信号叠加而成。
在这里我们使用第一种方法。
16QA