北邮通信原理实验 基于SYSTEMVIEW通信原理实验报告

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1、 北京邮电大学实验报告北京邮电大学实验报告 题目：基于基于 SYSTEMVIEW 通信通信原理原理实验报告实验报告 班级： 2013211124 专业： 信息工程 姓名： 曹爽 成绩： 2 目目 录录 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

2、. 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. 34 3 实验一：实验一：抽样定理抽样定理 一、一、 实验目的实验目的 1. 掌握抽样定理。 2. 通过时域频域波形分析系统性能。 二、二、 实实验要求验要求 改变抽样速率观察信号波形的变化。 三、三、 实验原理实验原理 一个频率限制在 0 f的时间连续信号( )m t， 如果以 0 1 2 S T f 的间隔进行等间隔 均匀抽样，则( )m t将被所得到的抽样值完全还原确定。 四、四、 实验步骤实验步骤和结果和结果 1. 按照图 1.4.1 所示连接电路， 其中三个信号源设置频

3、率值分别为 10Hz、 15Hz、 20Hz，如图 1.4.2 所示。 图图 1.4.1 连接框图连接框图 图图 1.4.2 信号源设置，其余两个频率值信号源设置，其余两个频率值设置设置分别为分别为 15 和和 20 2. 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。 图图 1.4.3 抽样脉冲设置抽样脉冲设置 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。

4、5 图图 1.4.4 滤波器设置滤波器设置 4. 为了仿真效果明显，设置系统时间如图 1.4.5 所示。 图图 1.4.5 系统时间设置系统时间设置 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 Sink8 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。 图图 1.4.6 抽样频率为抽样频率为 40Hz 时的仿真波形图时的仿真波形图 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

5、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。 图图 1.4.7 抽样脉冲设置抽样脉冲设置 图图 1.4.8 抽样频率为抽样频率为 30Hz 时的仿真波形图时的仿真波形图 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

6、 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 图图 1.4.9 抽样脉冲设置抽样脉冲设置 图图 1.4.10 抽样频率为抽样频率为 60Hz 时的仿真波形图时的仿真波形图 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 图图 1.4.11 抽样频率为抽样频率为 200Hz 时的仿真波形图时的仿真波形图 五、五、 实验总结实验总结和讨论和讨论 从实验可以看出， 抽样脉冲的频

7、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：实验二：验证奈奎斯特第一准则验证奈奎斯特第一准则 一、一、 实验目的实验目的 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、二、 实验实验要求要求 1. 在信道带宽 B 一定的条件下，无噪声时，分别

8、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、三、 实验原理实验原理 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2 b RW，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

9、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、四、 实验步骤实验步骤和结果和结果 1. 按照图 2.4.1 所示连接电路。 11 图图 2.4.1 连接框图连接框图 2. 设置码元速率为 60Hz，如图 2.4.2 所示。 图图 2.4.2 设置码元速率设置码元速率为为 60 3. 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 图图 2.4.3 设置噪声（目前为设置噪声（目前为 0） 4. 设置滤波器数据如图 2.4.4 所示。 图图 2.4.4 设置滤波器设置滤波器 5. 通过多次测试，设置合适的延时 ， 得到在

10、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。 图图 2.4.5 输入输出波形图输入输出波形图 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。 图图 2.4.7 设置码元速率为设置码元速率为 100 图图 2.4.8 输入输出波形图输入输出波形图 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