北邮通信原理实验-基于SYSTEMVIEW通信原理实验报告

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：2013211124专业：信息工程姓名：曹爽成绩：2目录实验一：抽样定理........................................................................................................3一、实验目的...................................................................................................3二、实验要求...................................................................................................3三、实验原理...................................................................................................3四、实验步骤和结果.......................................................................................3五、实验总结和讨论.......................................................................................9实验二：验证奈奎斯特第一准则..............................................................................10一、实验目的.................................................................................................10二、实验要求.................................................................................................10三、实验原理.................................................................................................10四、实验步骤和结果.....................................................................................10五、实验总结和讨论.....................................................................................19实验三：16QAM的调制与解调................................................................................20一、实验目的.................................................................................................20二、实验要求.................................................................................................20三、实验原理.................................................................................................20四、实验步骤和结果.....................................................................................21五、实验总结和讨论.....................................................................................33心得体会和实验建议..................................................................................................343实验一：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、实验要求改变抽样速率观察信号波形的变化。三、实验原理一个频率限制在0f的时间连续信号()mt，如果以012STf的间隔进行等间隔均匀抽样，则()mt将被所得到的抽样值完全还原确定。四、实验步骤和结果1.按照图1.4.1所示连接电路，其中三个信号源设置频率值分别为10Hz、15Hz、20Hz，如图1.4.2所示。图1.4.1连接框图4图1.4.2信号源设置，其余两个频率值设置分别为15和202.由于三个信号源最高频率为20Hz，根据奈奎斯特抽样定理，最低抽样频率应为40Hz，才能恢复出原信号，所以设置抽样脉冲为40Hz，如图1.4.3。图1.4.3抽样脉冲设置3.之后设置低通滤波器，设置数字低通滤波器为巴特沃斯滤波器（其他类型的低通滤波器也可以，影响不大），截止频率设置为信号源最高频率值20Hz，如图1.4.4。5图1.4.4滤波器设置4.为了仿真效果明显，设置系统时间如图1.4.5所示。图1.4.5系统时间设置5.之后开始仿真，此时选择抽样速率恰好等于奈奎斯特抽样频率，仿真结果如图1.4.6所示，图中最上面的Sink4是相加后的输入信号波形，中间的Sink86是输入信号乘以抽样脉冲之后的波形，最下面的Sink9是低通滤波恢复后的波形。图1.4.6抽样频率为40Hz时的仿真波形图从图中可以看出，在奈奎斯特抽样速率条件下，恢复出来的波形和输入信号波形比较一致。由于是数字系统仿真，所以存在一定的精度问题是可以接受的。由此可以证明，在奈奎斯特抽样速率下，该系统可以恢复原信号波形。6.当设置抽样频率小于奈奎斯特抽样频率时，比如设置为30Hz，如图1.4.7。此时仿真波形如图1.4.8所示。可以看出，恢复出来的波形有明显失真，因为此时频域上发生混叠，导致时域无法恢复波形。这说明低于奈奎斯特抽样频率，系统无法无失真恢复原信号波形。7图1.4.7抽样脉冲设置图1.4.8抽样频率为30Hz时的仿真波形图7.当设置抽样频率大于奈奎斯特抽样频率时，比如设置为60Hz，如图1.4.9。此时仿真波形如图1.4.10所示。可以看出，抽样频率大于奈奎斯特抽样频率时，，频域不发生混叠，系统可以恢复原信号波形，且效果比40Hz时更好。8图1.4.9抽样脉冲设置图1.4.10抽样频率为60Hz时的仿真波形图8.如果继续加大抽样频率，比如设置为200Hz，则采样值更多，恢复波形的效果更好，如图1.4.11所示。由此说明，采样频率越高，恢复出来的波形与原信号波形越相似。9图1.4.11抽样频率为200Hz时的仿真波形图五、实验总结和讨论从实验可以看出，抽样脉冲的频率小于奈奎斯特抽样频率（信号源最高频率的二倍）时，由于频域发生混叠，时域上没法通过低通滤波的方法恢复出原信号；当抽样频率等于奈奎斯特抽样频率时，恰好不发生频域混叠，可以恢复出原信号；当抽样频率大于奈奎斯特抽样频率时，可以恢复出原信号，且抽样频率越高，恢复出的信号与原信号越相似，恢复效果越好。10实验二：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、实验要求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。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。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。4.分别观察前面三种情况的解调信号的眼图（选作）。三、实验原理奈奎斯特第一准则是说，理想低通信道下的最高码元传输速率为理想低通信道带宽的二倍，即2bRW，单位是Baud。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。同时说明了理想信道的频带利用率为2。但是在实际中，理想低通滤波器是不可能实现的，一般采用升余弦滾降的方式，即利用升余弦滤波器做到无码间干扰传输。四、实验步骤和结果1.按照图2.4.1所示连接电路。11图2.4.1连接框图2.设置码元速率为60Hz，如图2.4.2所示。图2.4.2设置码元速率为603.首先设置噪声的均值和方差为0，即不加噪声，如图2.4.3所示。12图2.4.3设置噪声（目前为0）4.设置滤波器数据如图2.4.4所示。图2.4.4设置滤波器5.通过多次测试，设置合适的延时τ，得到在信道带宽B一定的条件下，无噪声时，输入与输出信号的波形图如图2.4.5所示。13图2.4.5输入输出波形图从图中可以看出，噪声为0时，输入的随机序列码可以准确输出，也就是说，在满足奈奎斯特第一准则的条件下，没有噪声干扰时，经过抽样判决能恢复出原来的信号。调大仿真时间，得到无噪声无码间干扰时的眼图如图2.4.6所示。6.之后设置码元速率为100Hz，此时正好等于二倍带宽，如图2.4.7所示。仿真结果如图2.4.8所示，此时仍然能恢复出原信号。14图2.4.7设置码元速率为100图2.4.8输入输出波形图7.最后设置码元速率为200Hz，如图2.4.9。此时已经远大于二倍带宽，从输入输出波形图（图2.4.10）可以看出，此时译码会出现错误，也就是不能准确恢复处原信号。这就证明了奈奎斯特第一准则，理想低通新倒下的最高码元传输速率为理想低通信道带宽的二倍。此时的眼图如图2.4.11所示。15图2.4.9设置码元速率为200图2.4.10输入输出波形图16图2.4.11眼图8.比较完速率的影响后，我们再比较噪声的影响。先设置一个小一点的噪声，均值为0，方差为0.1，如图2.4.12所示。此时输入输出波形如图2.4.13所示。图2.4.12设置噪声17图2.4.13输入输出波形从波形图可以看出，整个图中只发生了一次误判。可见加入噪声较小时，对判决结果的影响较小。9.这次我们增大噪声，加入均值为0，方差为0.5的噪声，如图2.4.14所示。此时输入输出波形如图2.4.15所示。图2.4.14设置噪声18图2.4.15输入输出波形从波形图可以看出，整个图中共发生了7次误判。可见加入增大输入噪声，会增大误判率，从而使判决结果变得不准确。10.我们继续增大噪声的方差为1，如图2.4.16。此时输入输出波形如图2.4.17所示。此时图中共发生10次误判。由此可以证明，增大噪声会导致误判率的增大，从而使输出波形失真。图2.4.16设置噪声19图2.4.17输入输出波形五、实验总结和讨论在满足奈奎斯特第一准则的条件下，无噪声输入时，判决后的输出和输入完全一致，说明不加噪声时，满足奈奎斯特第一准则的系统可以无失真传输数据。但是，当提高信源速率时，如果大于二倍带宽，此时不满足奈奎斯特第一准则，则会出现输出波形失真，即出现误码。此外，加入噪声也会使判决产生误码，且噪声功率越大，误码率越大。通过眼图可以很方便地观察码间干扰，当眼图“睁大”时，干扰较小；当眼图模糊不清甚至“闭合”时，说明干扰较大。20实验三：16QAM的调制与解调一、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