北京邮电大学通信原理软件实验报告

北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告1《通信原理软件》实验报告专业通信工程班级2011211118姓名朱博文学号2011210511报告日期2013.12.20北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告2北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告3基础实验：第一次实验实验二时域仿真精度分析一、实验目的1.了解时域取样对仿真精度的影响2.学会提高仿真精度的方法二、实验原理一般来说，任意信号s(t)是定义在时间区间上的连续函数，但所有计算机的CPU都只能按指令周期离散运行，同时计算机也不能处理这样一个时间段。为此将把s(t)截短，按时间间隔均匀取样，仿真时用这个样值集合来表示信号s(t)。△t反映了仿真系统对信号波形的分辨率，△t越小则仿真的精确度越高。据通信原理所学，信号被取样以后，对应的频谱是频率的周期函数，才能保证不发生频域混叠失真，这是奈奎斯特抽样定理。设为仿真系统的系统带宽。如果在仿真程序中设定的采样间隔是，那么不能用此仿真程序来研究带宽大于的信号或系统。换句话说，就是当系统带宽一定的情况下，信号的采样频率最小不得小于2*f，如此便可以保证信号的不失真，在此基础上时域采样频率越高，其时域波形对原信号的还原度也越高，信号波形越平滑。也就是说，要保证信号的通信成功，必须要满足奈奎斯特抽样定理，如果需要观察时域波形的某些特性，那么采样点数越多，可得到越真实的时域信号。三、实验内容1、方案思路：通过改变取点频率观察示波器显示信号的变化2、程序及其注释说明：北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告43、仿真波形及频谱图：北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告5Period=0.01Period=0.34、实验结果分析：以上两图区别在于示波器取点频率不同，第二幅图取点频率低于第一幅图，导致示波器在画图时第二幅图不如第一幅图平滑。四、思考题1.两幅图中第一幅图比第二幅图更加平滑，因为第一幅图中取样点数更多2.改为0.5后显示为一条直线，因为取点处函数值均为0北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告6实验三频域仿真精度分析一、实验目的理解DFT的数学定义及物理含义；学会应用FFT模块进行频谱分析；进一步加深对计算机频域仿真基本原理以及方法的学习掌握。二、实验原理在通信系统仿真中，经常要用有限长序列来模拟实际的连续信号，用有限长序列的DFT来近似实际信号的频谱。DFT只适用于有限长序列，在进行信号的频谱分析时，它的处理结果会含有一定的偏差。下面分析一下DFT对信号频谱分析的影响。北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告7注意处理好时域混叠和频域混叠；注意频谱泄露。三、实验内容1、方案思路1、将正弦波发生器（sinusoidgenerator）、触发时钟（CLOCK_c）和频谱示波器模块按图5.13所示连接。参数设置见讲义。2、设计模板北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告8三、实验结果1、输入缓冲区大小为4096，窗口类型:1北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告92、输入缓冲区大小为40960窗口类型：13、输入缓冲区大小为40960，窗口类型：3北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告10实验结论：窗函数的类型和宽度是影响插值FFT算法分析精度的主要原因．这里的宽度体现为FFTsize，也就是讲义中所说的sizeofinputbuffer。具体为:当窗口类型一致的情况下，FFTsize越大，得到的频谱的谐波分量越多，频谱主瓣变得很尖锐；而FFTsize一致的时候，窗口类型对频谱的影响不太大，主瓣宽度基本一致，幅度基本一样，谐波分量也基本一样。但是，这些都有不同程度的频谱泄露现象，只是加窗不同，对泄露的处理结果也就不同。也就是说，FFTsize是主要影响因素。思考题：1、取样点数增加，窗口宽度变长，导致更多的谐波分量进入频谱中。2、频谱的主瓣宽度增加，高频谐波分量减少。因为采用了不同的窗函数，不同的窗函数对信号的滤波特性是不一致的。3.将FFT模块中的参数Typeofwindow改成2和4，观察仿真结果的变化，解释其原因。答：频谱变得越来越平滑，主要是因为滤去了更多的谐波分量。2号窗北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告114号窗北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告12实验五取样和重建一、实验目的了解取样定理的原理，取样后的信号如何恢复原信号；了解取样时钟的选取。二、实验原理数字信号是通过对模拟信号进行采样、量化和编码得到的，模拟信号是时间和幅度都连续的信号，记作x(t)。采样的结果是产生幅度连续而时间离散的信号，这样的信号常被称为采样数据信号。原理如下：低通采样定理：如果采样频率，那么带限信号就可以无差错地通过其采样信号恢复。模型：北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告13具体原理见讲义。在满足采样定理条件的情况下，初始输入信号可以从这些抽样值中恢复出来。三、实验内容1、方案思路1.脉冲信号产生器（Pulsegenerator,来自Scicom_sources元件库）、正弦波发生器（sinusoidgenerator）、模拟低通滤波器（analoglowpassfilter）、直流发生器DC、触发时钟（CLOCK_c）、乘法器、示波器模块（MScope）、频谱示波器（FFT）模块按图5.26所示连接。北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告14参数设置：Scicom_sources:clock_c①Period:0.0005Inittime:0.1Scicom_sources:clock_c②Period:0.0005Inittime:0.1Scicom_sources:PulsegeneratorTimeinHighState:0.00001Period:0.25其他参数缺省设置Scicom_sources:sinusoidgeneratorMagnitude:1Frequency:0.4*2*%piphase:0Scicom_Filter:analoglowpassfilterOrder:7cutofffrequency:0.5*2*%pi其他参数缺省设置Scicom_sources:ConstantConstant:100Scicom_sinks:MScopeInputportssize:111Ymin:-2-2-2Ymax:222Refrashperiod:101010其他参数缺省设置Scicom_sinks:FFT①Outputwindownumber:1;Sampleperiod:0.005;Sizeofinputbuffer:409600;其他参数缺省设置Scicom_sinks:FFT②Outputwindownumber:2;Sampleperiod:0.000005;Sizeofinputbuffer:4096;其他参数缺省设置二、程序模块分析：北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告15三、实验结果及其分析：时域仿真波形：FFT(2)重建信号的频谱：北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告16FFT（1）取样信号频谱：第二次验证：北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告17实验参数的设置，脉冲发生器高电平时间0.1，常数5；时域仿真波形FFT（1）取样信号频谱北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告18FFT（2）重建信号频谱：北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告19四、实验结果分析及思考题1、前者幅度不变，后者随着频率增大有衰减。因为随着取样脉冲宽度的增大，其频域Sa函数的衰减将越明显。2、频域周期延拓的周期为43、占空比越大，频域Sa函数的衰减将会越明显，使得取样信号功率谱衰减更大。占空比为0.2时4、第二次实验一、实验目的1、了解产生SSB调制的基本原理2、了解SCICOS中的超级模块3、了解利用相干解调法解调幅度调制信号的方法4、编程实现基带信号为()sin(2000)2cos(1000)mttt，载波频率为20KHz，仿真出SSB信号，观察已调信号的波形及频谱。北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告20二、实验原理SSB调制SSBAM产生方法一：SSBAM产生方法二：单边带调制信号表达式为：SSB解调用相干解调或同步解调来还原幅度调制信号。其解调框图如下：北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告21如图5.45所示，载波应该提取自输入信号，通过平方环法或COSTAS环方法提取。由于这次实验是验证解调方法，假定已经获得了解调所用的载波的频率，所以直接使用调制端正弦波发生器产生的载波信号充当解调载波。三、实验内容1、方案思路：SSB调制1．将正弦波发生器（sinusoidgenerator）、组合希尔伯特变换器（来自Scicom_signalprocess元件库）、组合移相器（来自Scicom_signalprocess元件库）、加法器模块、乘法器模块、触发时钟（CLOCK_c）、示波器模块(MScope)、和频谱示波器（FFT）模块按图5.46连接。北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告22SSB解调1.SSB解调实验步骤与实验七中DSB解调步骤相同，只是将生成DSB超级模块（Modulator）换成生成SSB超级模块（Modulator）。北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告232、程序及其注释说明：exect2f.sci;execf2t.sci;N=2^12;//采样点数fs=64;//采样速率Bs=fs/2;//系统带宽T=N/fs;//截短时间t=-T/2+[0:N-1]/fs;//时域采样点f=-Bs+[0:N-1]/T;//频域采样点fm1=1;fm2=0.5;fc=20;m=sin((2*%pi)*fm1*t)+2*cos((2*%pi)*fm2*t);//待观测波形M=t2f(m,fs);//傅里叶变换MH=-%i*sign(f).*M;//频域希尔伯特变换mh=real(f2t(MH,fs));//希尔伯特变换后时域信号s=m.*cos((2*%pi)*fc*t)-mh.*sin((2*%pi)*fc*t);//上边带SSB信号S=t2f(s,fs);//傅里叶变换xset(window,1)plot(t,s)title(t,s)//SSB时域信号图xset(window,2)plot(f,abs(S))title(f,abs(S))//SSB频域信号图xset(window,3)plot(t,m)title(t,m)//原函数时域信号图xset(window,4)plot(f,abs(M))title(f,abs(M))//原函数频域信号图END3、仿真波形及频谱图：(1)模块实现SSB调制北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告24北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告25此项调制为下边带SSB调制，调制后信号频率为15HZ，故频谱在15HZ处有一个冲激函数。SSB解调北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告26北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告27(2)编程实现北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告28北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告29北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告30北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告314、实验结果分析：SSB调制：SSB解调：编程：思考题：1、频谱特点为单边带，只有下边带，没有上边带2、点数与时钟一的两个参数乘积应为整数，使得希尔伯特变换较为准确第三次实验实验十二ASK调制与解调一、实验目的1．了解幅度键控（ASK）调制与解调的基本组成和原理。二、实验原理用数字基带信号去控制正弦型载波的幅度称为振幅键控（ASK）。2ASK是指二进制振幅键控又名OOK，它以单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启与关闭。其产生框图如图5.82所示：北京邮电大学信息与通信工程学院通原硬件实验报告32图5.1OOK