北邮通原软件实验报告

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：专业：姓名：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）进行抽样时，则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）内的时间连续信号f（t），如果以小于等于1/(2fh)的时间间隔对它进行抽样，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，而不会有信息丢失，当需要时，可以根据这些抽样信号的样本来还原原来的连续信号。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相同。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．实验原理基带传输系统模型奈奎斯特准则提出：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。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则。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。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。如下图所示2.设置各模块的参数图形编号功能参数Token10延时器Delay=0.450secToken0基带信号PN序列Amp=1v;Rate=10hzLevels=2;Phase=0degToken1升余弦滤波器SymbolRate=100hzRoll-OffFactor=0Token5LowPassFIR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=0vToken6采样器Rate=1000hz3.在不同情况下进行仿真（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），逐渐加入噪声，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对比输入、输出波形，可以看出输入信号与输出信号波形基本一致，原始信号得到无误恢复，从而验证了奈奎斯特第一准则。从解调信号的眼图可以看出，信号“眼睛”张开的比较大，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则，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），逐渐加入噪声，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）实验讨论对比输入、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”张开较大，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，说明差错率随着噪声功率的增加而增加。当噪声幅度很大时，输入输出波形差别很大，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基本原理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分别对正交载波进行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行判决，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=10hzLevels=4;Phase=0degToken4、17载波Amp=1v;Rate=100hzPhase=0degToken11、13ButterworthLowPassIIR带宽Fc=10hz;Token18高斯噪声StdDev=0v;Mean=0v3.在不同情况下进行仿真（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的时间间隔内，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”张开的比较大，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对比，可以看到，同等带宽下，当加入噪声时，星座图的16个点范围扩大，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若，“眼睛”张开幅度越小，说明差错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。对比眼图可以看出，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较希望通原软件实验课堂时间可以安排得稍长一些，能让老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内容，提高了对理论知识的掌握。