北邮通原软件实验报告.docx

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北邮通原软件实验报告

邮电大学实验报告

题目：

基于SYSTEMVIEW通信原理实验报告

班级：

专业：

：

成绩：

实验1：

抽样定理

一．实验目的

〔1〕掌握抽样定理 

〔2〕通过时域频域波形分析系统性能

二．实验原理

抽样定理：

设时间连续信号m〔t〕，其最高截止频率为fm，如果用时间间隔为T<=1/2fm的采样序列对m〔t〕进展抽样时，那么m〔t〕就可被样值信号唯一地表示。

抽样过程原理图〔时域〕重建过程原理图〔频域〕

具体而言：

在一个频带限制在〔0，fh〕的时间连续信号f〔t〕，如果以小于等于1/（2fh）的时间间隔对它进展抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。

或者说，如果一个连续信号f〔t〕的频谱中最高频率不超过fh，这种信号必定是个周期性的信号，当抽样频率fS≥2fh时，抽样后的信号就包含原连续信号的全部信息，而不会有信息丧失，当需要时，可以根据这些抽样信号的样本来复原原来的连续信号。

根据这一特性，可以完成信号的模-数转换和数-模转换过程。

三．实验步骤

1.将三个基带信号相加后抽样，然后通过低通滤波器恢复出原信号。

 实现验证抽样定理的仿真系统，同时在必要的输出端设置观察窗。

如下列图所示

2.设置各模块参数

三个基带信号频率从上至下依次为10hz、20hz、40hz。

抽样信号频率fs设置为80hz，即2*40z。

〔由抽样定理知，fs≥2fH〕 。

低通滤波器频率设置为40hz 。

设置系统时钟，起始时间为0，终止时间设为1s.抽样率为1khz。

3.改变抽样速率观察信号波形的变化。

四．实验结果

基带信号

最终恢复信号

抽样后的信号波形

实验讨论

观察上图，可以看出，抽样后的信号波形如同冲激信号，且其包络图形为原基带信号波形图。

最终恢复所得的信号波形与原基带信号一样。

由此可知，如果每秒对基带模拟信号均匀抽样不少于2fH次，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。

五． 实验建议、意见 

将抽样率fs设置为小于两倍fh的值，观察是否会产生混叠失真。

实验2：

验证奈奎斯特第一准那么

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

基带传输系统模型

奈奎斯特准那么提出：

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。

无码间干扰基带传输时，系统冲击响应必须满足x（nTs）=1（n=0）;x（nTs）=0（n=!

0）。

相应的推导出满足x（t）的傅里叶变换X（f）应满足的充分必要条件：

该充要条件被称为无码间干扰基带传输的奈奎斯特准那么。

奈奎斯特准那么还指出了信道带宽与码速率的根本关系。

即Rb=1/Tb=2ƒN=2BN。

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。

三．实验步骤

1.根据奈奎斯特准那么，设计实现验证奈奎斯特第一准那么的仿真系统，同时在必要输出端设置观察窗。

如下列图所示

2.设置各模块的参数

图形编号

功能

参数

Token10

延时器

Delay=0.450sec

Token0

基带信号PN序列

Amp=1v;Rate=10hz

Levels=2;Phase=0deg

Token1

升余弦滤波器

SymbolRate=100hz

Roll-OffFactor=0

Token5

LowPassFIR

带宽Fc=5hz;（为基带信号的一半，正是传输信号的奈奎斯特带宽

Token15

高斯噪声

StdDev=0v;Mean=0v

Token6

采样器

Rate=1000hz

3.在不同情况下进展仿真

（1）在信道带宽B一定的条件下，无噪声时，分别观察输入与输出信号的波形，解调信号的眼图。

（2）在信道带宽B一定的条件下，无噪声时，提高信源速率观察输入与输出信号波形变化，解调信号的眼图。

（3）在信道B一定的条件下〔无码间干扰〕，逐渐参加噪声，观察输入、输出信号波形变化，解调信号的眼图。

四．实验结果

1.在信道带宽B一定的条件下，无噪声时，输入与输出信号的波形，解调信号眼图如下：

输入信号

输出信号

解调信号眼图

实验讨论

比照输入、输出波形，可以看出输入信号与输出信号波形根本一致，原始信号得到无误恢复，从而验证了奈奎斯特第一准那么。

从解调信号的眼图可以看出，信号“眼睛〞开的比拟大，说明在噪声、无码间干扰的情况下，系统性能良好，误码率低

2.在信道带宽B一定的条件下，无噪声时，提高信源速率〔本实验将信源速率增加一倍

〕，输入与输出信号波形，解调信号的眼图。

输入信号

输出信号

解调信号眼图

实验讨论

此时低通信道带宽不满足奈奎斯特准那么，从输入、输出波形可以看出，数字信号经过系统传输以后，出现了误码。

从解调信号的眼图可以看出，相比无噪声，信源速率不变情况下的眼图，此时眼图边缘更不清晰一些。

说明在无噪声条件下，基带信号带宽超过了限带信道带宽时，由于码间干扰也会产生误码。

3.在信道B一定的条件下〔无码间干扰〕，逐渐参加噪声，观察输入、输出信号波形变化，解调信号的眼图

输入信号

输出信号

（方差0.1v高斯噪声〕

解调信号眼图

（方差0.1v高斯噪声〕

输出信号

（方差1v高斯噪声〕

解调信号眼图

（方差1v高斯噪声〕

输出信号

（方差3v高斯噪声〕

解调信号眼图

（方差3v高斯噪声〕

实验讨论

比照输入、输出波形，可以看出，当高斯噪声的方差较小时，即噪声幅度较小时，数字信号经过系统传输，几乎没有误码，眼图显示“眼睛〞开较大，系统性能良好。

逐步增大噪声幅度，能够明显看到码间干扰，输入与输出波形不一致，眼图显示的“眼睛〞逐渐闭合，说明过失率随着噪声功率的增加而增加。

当噪声幅度很大时，输入输出波形差异很大，眼图的“眼睛〞几乎完全闭合，系统性能变得很差。

五．实验建议、意见

还可以研究讨论在不同滚降系数的情况下，系统输入输出波形的变化。

实验3:

16QAM调制与解调

一．实验目的

1.掌握正交幅度调制的根本原理

2.掌握正交幅度相干解调的原理 

3.学会使用SystemView软件观察信号的星座图和眼图，从而分析系统性能。

二．实验原理

正交幅度调制〔QAM〕是由两个正交载波的多电平振幅键控信号叠加而成的，因此正交幅度调制是一种频谱利用率很高的调制方式，它与MPSK的不同之处在于两个支路的多电平幅度序列是相互独立的。

1.调制原理

二进制序列

矩形星座MQAM信号的产生框图

上图中，输入二进制序列{ka}，经串并变换后成为速率减半的双比特并行码元，此双比特并行码元在时间上是对齐的。

在同相及正交支路又将速率为2/bR的每K/2个比特码元变换为相应的M个可能幅度之一，形成M进制幅度序列，再经成形滤波后，得到）（tI及）（tQ的

M进制PAM基带信号（数学期望为0），然后将）（tI及）（tQ分别对正交载波进展M进制ASK调制，两者之和即为矩形星座的QAM信号。

2.解调原理

矩形星座QAM的解调框图

采用相干解调的方法。

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展判决，再经并串变换器输出。

三．实验步骤

1.根据16QAM的调制与解调原理，设计实现16QAM调制与解调的仿真系统，同时在必

要输出端设置观察窗。

如下列图所示

2.设置各模块参数

图形编号

功能

参数

Token0、16

基带信号PN序列

Amp=1v;Rate=10hz

Levels=4;Phase=0deg

Token4、17

载波

Amp=1v;Rate=100hz

Phase=0deg

Token11、13

ButterworthLowPassIIR

带宽Fc=10hz;

Token18

高斯噪声

StdDev=0v;Mean=0v

3.在不同情况下进展仿真

（1）观察无噪声时，16QAM信号波形及星座图

（2）分别通过眼图和星座图观察噪声对16QAM信号的影响

（3）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.信号带宽一定，无噪声时，16QAM信号眼图及星座图如下

星座图

眼图

讨论

从信号星座图中可以看到清晰的16个点，说明信号一共有16个能量集中的点，对应于16QAM信号在矢量空间中的16个星座点。

观察眼图，约0.1s的时间间隔，有3只“眼睛〞，说明I、Q两路信号是4进制信号。

在信号带宽一定，无噪声情况下，信号“眼睛〞开的比拟大，说明系统性能良好，误码率低。

2.信号带宽一定，无噪声时，16QAM信号眼图及星座图如下

星座图

（方差0v高斯噪声〕

眼图

（方差0v高斯噪声〕

星座图

（方差0.3v高斯噪声〕

眼图

（方差0.3v高斯噪声〕

星座图

（方差0.4v高斯噪声〕

眼图

（方差0.4v高斯噪声〕

实验讨论

和前面的无噪声情况下比照，可以看到，同等带宽下，当参加噪声时，星座图的16个点围扩大，变得不明确，说明能量集中处的能量变弱，眼图的眼睛变小。

且噪声幅度越大，星座图显示的能量集中处的能量越假设，“眼睛〞开幅度越小，说明过失率随着噪声功率的增加而增加。

噪声幅度越大，系统性能越差。

3.改变带宽，通过眼图和星座图观察噪声对16QAM信号的影响

星座图（方差0.3v高斯噪声，

带宽不变〕

眼图〔方差0.3v高斯噪声，带宽不变〕

星座图

（方差0.3v高斯噪声，

带宽增加一倍，为20hz〕

眼图

（方差0.3v高斯噪声，

带宽增加一倍，为20hz〕

讨论

同等噪声幅度的情况下，当滤波器带宽增大时，点和点之间的分界会变得模糊，说明码间干扰增大。

比照眼图可以看出，随着滤波器带宽的增大，“眼睛〞趋于闭合，系统的性能变差。

故在同等噪声下，增大带宽，带宽越接近基带信号速率，系统的抗噪性越好。

五．实验建议、意见

可以增加对不同噪声下星座图变化的比拟

希望通原软件实验课堂时间可以安排得稍长一些，能让教师有更多时间讲解和指导，让学生在课上有较为充足的时间完成实验。

六．实验心得

通过此次通原软件实验，使我了解并初步掌握了仿真软件SystemView的使用，锻炼了自己的动手实践能力，并通过实践的方式更好地理解书本上的容，提高了对理论知识的掌握。