北郵通信原理軟件實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、北郵通信原理軟件實(shí)驗(yàn)報(bào)告北郵通信原理軟件實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目：基于SYSTEMVIEW通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告北京郵電大學(xué)通信原理軟件實(shí)驗(yàn)18北京郵電大學(xué)通信原理軟件實(shí)驗(yàn) 3目錄實(shí)驗(yàn)一：抽樣定理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)原理3三、實(shí)驗(yàn)步驟6四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果8五、實(shí)驗(yàn)討論12實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證奈奎斯特第一準(zhǔn)則.13一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3二、實(shí)驗(yàn)原理14三、實(shí)驗(yàn)步驟17四五、實(shí)驗(yàn)討論231=：16QAM調(diào)制與解調(diào).27一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?7二、實(shí)驗(yàn)原理28三、實(shí)驗(yàn)步驟32四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果35五、實(shí)驗(yàn)討論實(shí)驗(yàn)意見與建議錯(cuò)誤!未定義書簽。42北京郵電大學(xué)通信原理軟件實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)一：抽樣定理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證抽樣定理：設(shè)時(shí)間連續(xù)信號(hào)f(t),其最高

2、截止頻率為fm，如果用時(shí)間間隔為T=1/2fm的開關(guān)信號(hào)對(duì)f(t)進(jìn)行抽樣時(shí)，則f(t)就可被樣值信號(hào)唯一地表示。2、降低或提高抽樣頻率，觀察對(duì)系統(tǒng)的影響二、實(shí)驗(yàn)原理抽樣定理：設(shè)時(shí)間連續(xù)信號(hào)f(t)，其最高截止頻率為fm，如果用時(shí)間間隔為T=1/2fm的開關(guān)信號(hào)對(duì)f(t)進(jìn)行抽樣時(shí)，則f(t)就可被樣值信號(hào)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(dāng)廣N2幾時(shí)，不會(huì)發(fā)生頻域混疊現(xiàn)象，使用一個(gè)匹配的低通濾波器即可無失真的恢復(fù)出原信號(hào)，當(dāng)（2幾時(shí)，會(huì)發(fā)生頻域混疊現(xiàn)象，這時(shí)，已經(jīng)無法將原信號(hào)恢復(fù)出來。實(shí)驗(yàn)所需模塊連接圖如下所示：圖二模塊連接圖元

3、件編號(hào)屬性類型參數(shù)設(shè)置0,1,2SourceSinusiodAmp=1V；Rate=10,12,14Hz3Adder5Multipler7OperatorLinearSysButterworth,5Poles,fc=14Hz4,8,9Sink仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為1Sec,仿真速率為1000Hz。首先利用三個(gè)正弦波信號(hào)源產(chǎn)生三個(gè)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(shè)置為1e-3sec，脈沖頻率分別設(shè)置為20hz，30hz，40hz。對(duì)三個(gè)信號(hào)做加法，所得信號(hào)的最高頻率為14hz，然后令該信號(hào)與抽樣脈沖相乘，得到的結(jié)果即為時(shí)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(fù)信號(hào)與原信號(hào)作比較，比較不同抽樣頻率帶來的影響。三、實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照實(shí)驗(yàn)所需模塊連接圖，連接各個(gè)模塊(2)設(shè)置各個(gè)模塊的參數(shù):信號(hào)源部分:我們使用三個(gè)正弦波信號(hào)源產(chǎn)生三個(gè)正弦波，其頻率分別為10hz，12hz，14hz示意圖圖三信號(hào)源設(shè)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(shè)置為1e-3sec，脈沖頻率設(shè)置為30hz母PuktTrain(TcktnOWaAp|匚ancri-ApplytalukiiKrt圖四抽樣脈沖發(fā)生器設(shè)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(shè)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(yàn)結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖六采樣頻率為30hz波形圖圖中，=j最I(lǐng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可知，當(dāng)f仁,(本處為略大于)時(shí)，可以由抽樣序列唯一的恢復(fù)原信號(hào)。(原信號(hào)的最高頻率f=14hz)/m(2)當(dāng)抽樣頻率為40hz，2仏時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可知，當(dāng)人時(shí)，可以由抽樣序列唯一的恢復(fù)原信號(hào)。（原信號(hào)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可知，當(dāng)fc2時(shí)，輸出信號(hào)發(fā)生較大的失真，已經(jīng)無法恢復(fù)原信號(hào)。(原信號(hào)的最高頻率f=14hz)hn當(dāng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可知，抽樣序列的脈寬過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致采樣

7、信號(hào)的時(shí)間離散型不好，但是根據(jù)新的這樣的采樣信號(hào)，還是可以恢復(fù)出原信號(hào)的。（原信號(hào)的最高頻率fJm=14hz)（5）當(dāng)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(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可知，由于采樣頻率接近于2fm,所以當(dāng)濾波器的帶外特性不好，衰減過慢的時(shí)候，高頻的信號(hào)不能保證完全濾除。這時(shí)候恢復(fù)的信號(hào)也是失真的。（原信號(hào)的最高頻率=14hz)Jm五、實(shí)驗(yàn)討論從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，抽樣頻率為30hz,原信號(hào)的頻率為14hz,滿足抽樣定理。抽樣后的信號(hào)通過低通濾波器

8、后，恢復(fù)出的信號(hào)波形與原基帶信號(hào)相同，可以無失真的恢復(fù)原信號(hào)。當(dāng)抽樣頻率為40hz時(shí)，依然滿足抽樣定理，此時(shí)也可以無失真的恢復(fù)原信號(hào)。當(dāng)抽樣頻率為20hz時(shí)，不滿足抽樣定理,此時(shí)由于頻域混疊現(xiàn)象,輸出信號(hào)發(fā)生了較大的失真，不可以無失真的恢復(fù)原信號(hào)。由此可知，如果每秒對(duì)基帶模擬信號(hào)均勻抽樣不少于2入次，則所得樣值序列含有原基帶信號(hào)的全部信息，從該樣值序列可以無失真地恢復(fù)成原來的基帶信號(hào)。驗(yàn)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(hào)帶外因素的影響。通過本次實(shí)驗(yàn)，我加深了對(duì)于抽樣定理的理解，也初步掌握了SystemView的使用，對(duì)于通信原理的課程學(xué)習(xí)帶來很大的幫助。實(shí)驗(yàn)二：驗(yàn)證奈奎斯

9、特第一準(zhǔn)則一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證奈奎斯特第一準(zhǔn)則，觀察當(dāng)系統(tǒng)不符合奈奎斯特準(zhǔn)則時(shí)，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(duì)解調(diào)的影響。加深對(duì)課本知識(shí)的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理1、奈奎斯特第一準(zhǔn)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?dāng)_傳輸?shù)幕鶐鬏斕匦詰?yīng)為：H6）=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(nèi)，將它們疊加起來，結(jié)果應(yīng)當(dāng)為一水平直線段（某一常數(shù)）。2、升余弦滾降信號(hào)

10、聲加站果圖二升余弦濾波器頻譜特性升余弦滾降信號(hào)：其頻域過渡特性是以一為中心，具有奇對(duì)稱升余弦狀。（簡(jiǎn)稱升余弦信號(hào)）升余弦滾降信號(hào)數(shù)學(xué)表達(dá)式:G-aL3VG-aI,3VTr3+aL廣TsT,sG+aLT_sT1+sinr2aTs0,升余弦滾降系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）滿足抽樣值上無串?dāng)_的傳輸條件;H)=(2)尾部衰減較快（與嚴(yán)成反比），有利于減小碼間串?dāng)_和位定時(shí)誤差的影響;帶寬B=(1+a)/2TsHz；頻帶利用率n=2/(1+a)B/Hz3、實(shí)驗(yàn)?zāi)K連接圖圖三模塊連接圖各個(gè)模塊參數(shù)設(shè)置:數(shù)PN序列發(fā)生器幅度1V，頻率10HZ，維度2延時(shí)器0.77Sec升余弦濾波器滾降系數(shù)0.5,符號(hào)速率10HZ高斯噪聲

11、發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)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(shí)長(zhǎng)設(shè)置為30Sec（觀察眼圖），仿真速率1000Hz。三、實(shí)驗(yàn)步驟（1）按照實(shí)驗(yàn)所需模塊連接圖,連接各個(gè)模塊（2）設(shè)置各個(gè)模塊的參數(shù)：信號(hào)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(hào)源設(shè)置示意圖升余弦濾波器：滾降系數(shù)0.5,符號(hào)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(shè)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(shè)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(yàn)結(jié)果。（4）逐漸加入噪聲，觀察信號(hào)波形圖和眼圖。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)信號(hào)頻率為10hz滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則時(shí)圖七信號(hào)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(fù)波形。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)符合奈奎斯特第一準(zhǔn)則時(shí)，

13、基帶信號(hào)通過限帶信道不會(huì)受到碼間干擾，可以無誤碼的恢復(fù)原信號(hào)。圖八信號(hào)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(yán)重。(2)當(dāng)信號(hào)頻率為15HZ，不滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則時(shí)圖九信號(hào)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(fù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)不符合奈奎斯特第一準(zhǔn)則時(shí)，基帶信號(hào)通過限帶信道會(huì)受到碼間干擾，無法無誤碼的恢復(fù)原信號(hào)。圖十信號(hào)頻率15hz眼圖由這幅圖可以看出，當(dāng)基帶信號(hào)速率為15hz時(shí)，眼睛完全閉合，系統(tǒng)誤碼嚴(yán)重。(3)當(dāng)基帶信號(hào)頻率為10HZ時(shí)，加入噪聲A-i

14、;匸圖一噪聲標(biāo)準(zhǔn)差為0.2V波形圖nr-hm-a口J31rBaoirb圖十二噪聲標(biāo)準(zhǔn)差為0.2V眼圖圖十三噪聲標(biāo)準(zhǔn)差為0.6V波形圖uiMiwupxnr-liK-ajngn-.i口J31rBaoirb圖十四噪聲標(biāo)準(zhǔn)差為0.6V眼圖以上兩圖中，左上為基帶信號(hào)，左中為解調(diào)信號(hào)，左下為經(jīng)過升余弦濾波器的調(diào)制信號(hào)，右上為噪聲信號(hào)，右中為疊加了噪聲的調(diào)制信號(hào)圖，右下為經(jīng)過低由以上兩圖，我們可以看出，當(dāng)噪聲功率不是很大時(shí)，眼睛還有一定的張開，系統(tǒng)誤碼不嚴(yán)重，當(dāng)噪聲功率太大時(shí)，眼睛接近完全閉合，整個(gè)系統(tǒng)的誤碼率上升。五、實(shí)驗(yàn)討論奈奎斯特第一定理滿足無碼間串?dāng)_傳輸?shù)幕鶐鬏斕匦詰?yīng)為：H6)=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(diǎn)等概出現(xiàn)。星座圖中最近的距離與解調(diào)誤碼率有很密切的關(guān)系。上圖中的最小距離是dmin=2。16QAM的每個(gè)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)4個(gè)比特。哪個(gè)星座點(diǎn)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(diǎn)只差一個(gè)比特。1:實(shí)驗(yàn)所需模塊連接圖如下所示:SpbsniiVhewbyELANIK圖四模塊連接圖各個(gè)模塊參數(shù)設(shè)置:元件編號(hào)屬性類型參數(shù)設(shè)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(shè)置系統(tǒng)時(shí)間為30Sec（觀察眼圖），Output仿真頻率1000Hz三、實(shí)驗(yàn)步驟（1）按照實(shí)驗(yàn)所需模塊連接圖，連接各個(gè)模塊(2)設(shè)置各個(gè)模塊的參數(shù):信號(hào)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(hào)源設(shè)置示意圖載頻：頻率設(shè)置為500Hz。些riusoidToken6)rAmpliludev|一rAppbtotokens-13OKCancelFrequErcpfHz)5D0Phase(deg)D?JF|T圖六載頻發(fā)生器設(shè)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(shè)置示意圖低

18、通濾波器：3Poles，F(xiàn)c=100Hz；圖八低通濾波器設(shè)置示意圖量化器：Bits=4,MaxInput二4v,SignalIntegerOutput；圖九量化器設(shè)置示意圖(3)觀察調(diào)制波形和眼圖。(4)逐漸加入噪聲，觀察其對(duì)眼圖和星座圖的影響(5)改變帶寬時(shí),通過眼圖和星座圖觀察噪聲對(duì)16QAM信號(hào)的影響四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）噪聲為0時(shí)，16QAM信號(hào)波形圖與星座圖圖十16QAM信號(hào)波形圖圖十6QAM信號(hào)星座圖圖十二16QAM信號(hào)眼圖通過對(duì)無噪聲條件下，對(duì)16QAM眼圖、星座圖、波形圖的觀察，我們發(fā)現(xiàn)16QAM信號(hào)有16個(gè)離散的狀態(tài)，屬于幅度與相位聯(lián)合調(diào)制。當(dāng)僅觀察I路或Q路時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)這是

19、一個(gè)4ASK信號(hào)，有四個(gè)離散的電平。當(dāng)觀察眼圖時(shí)，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(shí)圖十三16QAM信號(hào)眼圖號(hào)星座圖圖十四16QAM信噪聲方差為2時(shí)號(hào)眼圖號(hào)星座圖圖十五16QAM信圖十六16QAM信噪聲方差為3時(shí)圖十七16QAM信號(hào)眼圖圖十八16QAM信號(hào)星座圖由上面三個(gè)不同的噪聲方差的眼圖、星座圖的觀察可知，當(dāng)噪聲功率越大時(shí)，眼睛張開的角度越小，星座圖的轉(zhuǎn)移路線也變得更加不清晰。這意味著信號(hào)收到噪聲污染越來越嚴(yán)重，解調(diào)輸出誤碼率變高。改變系統(tǒng)帶寬，觀察帶寬變化時(shí)對(duì)信號(hào)的影響我們將這次實(shí)驗(yàn)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(gè)平方根升余弦濾波器，滾降系數(shù)為1,符號(hào)速率為50Hz，加帶430Hz580Hz。當(dāng)系統(tǒng)帶寬為100Hz時(shí)（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(shí)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(dāng)系統(tǒng)帶寬增加時(shí)，進(jìn)入系統(tǒng)的噪聲會(huì)增加，這就造成了接收到的信號(hào)出現(xiàn)誤