北京邮电大学-通原实验报告-软件部分

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：2009211126专业：信息工程姓名：成绩：实验一抽样定理一、实验目的1）、掌握BPSK调制的基本原理；2）、掌握BPSK解调的方法、基本原理；3）、掌握载波同步的原理；4）、通过时域、频域波形分析系统性能。二、实验条件SystemView仿真软件三、实验原理二进制移相键控（2PSK）是利用载波的相位未携带二进制信息的调制式，通常用0º和180º分别代表0和1。（1）调制原理时域表达式为：S2PSK(t)=A[∑an∞−∞gT(t−nTb)]cosωct,其中{an}为双极性二进制数字序列，an∈{+1，-1}；Tb为二进制符号间隔；gT（t）为基带发送成形滤波器的冲激响应，设A=1。2PSK信号的产生框图：（2）解调原理2PSK信号的幅度是恒定的，已调信号中含有相位信息，因此需要采用想干解调。其解调原理框图：（3）载波同步2PSK信号的功率谱中没有离散的载波分量，所以在2PSK想干解调恢复载波时，不能直接用窄带滤波器来提取载波，需要将2PSK信号经过非线性变换来产生离散的载波分量。常用的方法有两种：平方环法，和科斯塔斯环法。分别如下图：四、实验步骤根据调制解调原理，设计实现二进制移相键控调制解调通信系统。：（1）设定符号0二进制仿真信源：source:PNSeq幅度1V,频率10HZ;（2）设定符号1载波信号：source：Sinusoid幅度1V,频率50HZ;（3）连接各模块完成调制系统，同时在必要输出端设置观察窗；（4）SystemView仿真系统的系统定时设置：起始时间（StartTime）、终止时间（StopTime）、采样间隔（TimeSpacing）、采样数目（No.ofSamples）、频率分辨率（Freq.Res）等。（注意设置合理的采样频率）；（5）观察基带信号、载波和调制信号的时域、频域波形。（6）在解调时，设计载波提取电路，这里采用科斯塔斯环，设定符号4，VCOFreq=50HZ,ModGain=2HZ/V，环路滤波器1+a/s+b/s2a=1,b=0（7）接收端低通滤波器，符号5采用butterworthLowpassIIR,截止频率根据实验具体设定；（8）观察基带信号、调制信号和解调信号的时域、频域波形。（9）在信道传输过程中，信道中可能会存在一定的干扰，因此在实验中分别观察没有噪声时、小噪声和大噪声时，系统基带信号，已调信号和解调信号的时域、频域波形的变化以及误比特率的分析。五、仿真连线图仿真连线图：六、实验结果与分析1.Fm=10HZFc=100HZFt=20HZVc=0V无噪声基带无噪声调制无噪声低通输出无噪声解调无噪声眼图2.Fm=10HZFc=100HZFt=20HZVc=0V加入方差为1的噪声加噪声基带加噪声调制加噪声低通输出加噪声解调加噪声眼图分析：与无噪声情况下相比，加入噪声后，导致通过低通滤波器后的信号眼图十分杂乱，同时解调输出和基带之间有差异，这就是噪声的加入产生了误码的原因。3.更改LPF带宽=20HZ眼图4.更改LPF=30HZ眼图分析：LPF带宽越大造成眼图越不清晰，说明由此产生地误码率更明显。七、心得体会、建议、意见通过本次实验，让我对BPSK的认识更加深刻了，见到了对应公式的图形，这样让我对调制，解调的过程都有新的发现，并且亲身的看到眼图，这让我对误码率及码间干扰有了更深入的了解。希望以后增加试验时间，可以将书上对应的调制解调方法都加入进来这样直观的观察理解起来更好。实验一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、实验条件SystemView仿真软件三、实验原理1)数字信号基带传输的原理框图图2-1数字信号基带传输原理框图2)奈奎斯特无码间干扰准则数字基带信号大多数都是矩形波形，虽然平时我们所见的频谱图都是有限的，但事实上这只是其频频图中功率最集中的部分，是近似结果。这些基带信号的频谱实际上在整个频率范围内无限延伸的。如果直接采用矩形波传输，就要求信道的频带是无限的，这在现实中是不可能的，这样接收端收到的信号频谱必然与发送端发送信号的频谱不同，也就产生了波形失真。根据频谱分析的基本原理：任何信号的频域受限是不可能同时成立的，因此满足频带限制在一定范围内的信号，其在时域上必定是无限延伸的，这就带来了码间干扰的问题。码间干扰如果过大就会使得抽样值产生过大的变化从而引起判决错误。虽然可以通过扩大传输信道的带宽来减小各码间干扰，但是这也将造成频带的极大浪费，这在对通信速度要求越来越高。频带资源变得越来宝贵的情况下是不允许的；另外这样也只是减小码间干扰，而不能绝对消除码间干扰。在现代通信系统中，码元是按照一定的间隔发送的，接收端只要能够正确地恢复出幅度序列，就能够无误地恢复传送的信号。因此，只需要研究如何使波形在特定的时刻无失真，而不必追求整个波形不变。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。奈奎斯特准则要求在波形成形输入到接收端的滤波器输出的整个传送过程传递函数满足：其充分必要条件是x(t)的傅氏变换X(f)必须满足在实际应用中，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，已获得广泛应用的滤波器。升余弦滤波器满足的传递函数为：其中，α为滚降系数，0≤α≤1，升余弦滤波器的带宽为：四、实验步骤1)根据给定的基带信号频率选择信号源；2)连接各模块完成仿真系统，同时在必要输出端设置观察窗；3)SystemView仿真系统的系统定时设置：起始时间（StartTime）、终止时间（StopTime）、采样间隔（TimeSpacing）、采样数目（No.ofSamples）、频率分辨率（Freq.Res）等。（注意设置合理的采样频率）；4)根据信号带宽，设计选择合理的滤波器参数。5)在信道带宽一定的条件下，首先在无噪声的情况下，分别观察输入信号与输出信号特性；6)在信道带宽一定的条件下，逐渐加入噪声，观察输入信号、输出信号波形；改变滚降系数，观察上述5～7的变化五、仿真连线图仿真连线图如图所示：实验结果与分析1.无码间干扰图Rs=2WW=100hz1)输入、输出波形对比2)通过信道后的输出波形3)分析从输入，输出波形对比，可以看出，数字信号经过系统传输以后，没有产生误码。这说明在无噪声，信号的带宽在限带信道带宽内时，实验结果和理想情况一致。2.加m=0方差=1的高斯白噪声后图1)输入、输出波形对比2)分析从输入，输出波形对比，可以看出，数字信号经过系统传输以后，几乎没有误码。这说明在有噪声，信号的带宽在限带信道带宽内时，系统传输在噪声较小时误码会很少。3.更改升余弦滤波器使Rs小于1/2W造成码间干扰图1)输入、输出波形对比2)分析更改Rs后出现码间干扰。4.去掉升余弦滤波器后的效果图1)输入、输出波形对比2)分析去掉升余弦滤波器后出现码间干扰六、心得体会、建议、意见通过本次实验，我又一次加深了对通信原理中有关奈奎斯特定理的理解，包括无码间干扰和基带传输系统的最佳判决门限的计算等内容。同时也是第一次使用SystemView仿真软件，感觉这种可是拿到屏幕上的讲解与亲自动手操作的实验可以弥补课堂上空洞的思想教育，让我的感觉更直观。通过修改噪声的方差，可以看到随着噪声方差的增加，系统的误码率也会增加。同时也知道了在传送信号时，需要考虑到信道的限带特性，为减少码间干扰，应当发送合适速率的信号。由于第一次使用，其中出现了很多错误的操作，有待以后加以理解和掌握。实验三16QAM信号调制一、实验目的(一)掌握正交幅度调制解调的基本原理。(二)学会使用SystemView观察信号的星座图与眼图，从而分析系统性能。二、实验仪器SystemView仿真软件。三、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。同时利用已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息在一个信道中传输。(一)MQAM信号的调制原理输入的二进制序列经过串并变换器，输出为速率减半的两路并行序列，再分别经过2电平到L电平的变换，形成L电平的基带信号，再分别对同相载波和正交相乘，最后将两路信号相加，得到MQAM信号。MQAM的调制原理框图如图4-1所示图3-1MQAM调制原理框图(二)MQAM信号的相干解调原理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。MQAM的解调原理框图，如图4-2所示。图3-2MQAM解调原理框图(三)眼图的观察在实际的实验中，如果将接收波形输入于示波器的垂直放大器，同时调整示波器的水平扫描周期为输入码元周期的整数倍，则可以在示波器的显示屏上看到类似于人眼的图案，这便是眼图。通过观察眼图，可以获得决定通信系统性能的大量信息。如，“眼睛”张开的最大时刻，是最好的采样时刻；眼图斜边的斜率决定定时误差的灵敏度，斜边越陡，对定时误差越敏感，要求定时越准；“眼睛”在特定采样时刻的张开度决定了系统的噪声容限；眼图中央的横轴位置对应于判决门限；当码间干扰十分严重时，“眼睛”会完全闭合，系统误码严重。在SystemView中，可以通过在分析窗口单击图标，在弹出的窗口中选择style，单击slice，并且设置合适的起点和终点的时间切片，然后选择信号后，就可以看到眼图了。(四)星座图的观察类似于多维矢量，信号波形可以有在正交信号空间的矢量表示法。通过将信号映射到正交矢量空间的某个点，可以得到信号的星座图。观察星座图的形态，可以得到信号的能量，各个信号之间的欧式距离，从而确定对应调制方式的误比特率或者误符号率。在SystemView中，可以通过在分析窗口中单击图标，在弹出的窗口中选择style，单击scatterplot，在右侧的窗口中选择所需要观察的信号波形，单击确定后，就可以看到对应的信号星座图。四、实验步骤(一)设计通信系统；(二)根据调制系统框图实现16QAM调制解调系统，同时在必要输出端设置观察窗；(三)设置合适参数；(四)观察基带信号、载波和调制信号的时域、频域波形；(五)观察基带信号、调制信号和解调信号的时域、频域波形以及信号的星座图。。(六)在信道传输过程中，信道中可能会存在一定的干扰，因此在实验中分别观察没有噪声时、小噪声和大噪声时，系统基带信号，已调信号和解调信号的时域、频域波形的变化以及误比特率的分析。五、仿真连线图仿真连线图：六、实验结果与分析1、无噪声情况下基带信号调制信号解调信号同向正交无噪声眼图无噪声星座图星座图能量杂乱，系统性能较差。1、噪声方差为1情况下有噪声眼图有噪声星座图星座图能量杂乱，无法辨别能量点，系统性能更差。有噪声眼图LPF带宽增加50%有噪声星座图LPF带宽增加50%无噪声眼图LPF带宽增加50%无噪声星座图LPF带宽增加50%分析：可见增加噪声比增加LPF带宽对性能影响大七、实验心得体会、建议16QAM调制方式既利用了相位信息，也利用了幅度信息，所以是一种频谱利用率较高的调制方式。通过这次实验，加深了正交幅度调制部分内容的理解。实验中，通过模拟16QAM信号的调制解调，观察到了系统中各个位置的信号时域，频域波形，通过设置时间切片，观察到了正交，同向两路信号的眼图，还观察了信号的星座图，了解到了各个位置的大致时域，频域形状。实验中还通过修改噪声的功率来改变系统的信噪比，可以从眼图的睁大程度很快地判断出系统的性能。希望以后老师在讲课的时候也可以在PPT之外加上仿真操作，这样的讲解更生动一些，让学生理解更容易一些当我被上帝造出来时，上帝问我想在人间当一个怎样的人，我不假思索的说，我要做一个伟大的世人皆知的人。于是，我降临在了人间。我出生在一个官僚知识分子之家，父亲在朝中做官，