基于SystemView的通信原理软件实验

通信原理实验报告题目：基于SystemView的通信原理软件实验实验一 低通抽样定理的验证1、 实验目的：1、利用SystemView 模拟来验证低通抽样定理。

2、熟悉SystemView 的基本操作，学会基本的分析方法。

2、 实验原理：奈奎斯特第一准则：∑∞-∞==+m s s T T m H )2(πω，sT πω≤||该式的物理意义是: 基带系统的传输特性沿ω轴平移sT mπ2),2,1,0(Λ±±=m 再相加起来，在区间),(ss T T ππ-叠加的结果为一条水平直线，即为一固定数值。

则理想低通信道的最高码元传输速率等于2W Baud 。

抽样定理是模拟信号数字化的理论基础，对上限频率为f H 的低通型信号，低通抽样定理要求抽样频率应满足： 其中，对于恒定频谱的冲激函数，通过低通滤波产生低通型信号，再进行低通抽样，最后滤波重建原始信号。

仿真分析时，三路信号的频率分别设为10Hz 、12Hz 和14Hz ，设置低通滤波器的上限频率为14Hz ，，低通抽样频率选为50Hz 。

3、 实验步骤：(一)设置“时间窗”参数：● 运行时间：Start Time: 0秒；Stop Time: 1.5秒； ● 采样频率：Sample Rate= 100Hz 。

(二)创建的仿真分析系统图：Hs f f 2≥(三)参数配置●信源：3组正弦，f1=10Hz.f2=12Hz.f3=14Hz●抽样：f= 50Hz●模拟低通滤波器：截止频率=50Hz●加法器：将3个信源信号叠加●乘法器：加入抽样●3个分析窗：三路正弦相加获得的原信号、抽样获得的信号和恢复后获得的信号(四)运行并观察结果4、实验结果：运行后，获得的实验结果如下所示：分别为三路正弦相加获得的原信号、抽样获得的信号和恢复后获得的信号5、实验分析与讨论：当抽样频率小于最高频率的2倍时，由于无法获得原信号一个周期的完整信息，所以在对信号恢复的会产生误差，如图显示会将两个波峰相连，形成一个波峰，而丢失掉原信号的信息，无法无失真的恢复。

当抽样频率大于等于信号最高频率fH的2倍时，经过模拟低通滤波器后的频域波形很多高频分量被滤掉了，防止了强烈的码间干扰，可以恢复出原始信号，此时不会产生频率混淆。

实验二奈奎斯特抽样定理的验证1、实验目的：1、利用SystemView模拟来验证无码间干扰的奈奎斯特准则。

2、熟悉SystemView的基本操作，学会基本的分析方法。

2、实验原理：验证无码间干扰的奈奎斯特准则：根据无码间干扰基带传输的奈奎斯特准则有：(1)2sRWα+=，可以先粗略设R，最后根据公式确定W的值，计一个α，α的围是0到1之间，再由信源确定s从而完成设计。

3、实验步骤：（一）设置“时间窗”参数：●运行时间：Start Time: 0秒；Stop Time: 1秒；●采样频率：Sample Rate= 100Hz（二）创建的仿真分析系统图：（三）参数配置●基带信号：PN码序列，f=10Hz●低通滤波器：升余弦滤波器（α=0）●模拟信道：FFT滤波器，截止频率为5Hz，过度频率带为1Hz●加法器：加入噪声●采样器：采样频率为10Hz●保持器●判决器：判决门限为0电平●分析窗：观察原信号和经过限带传输恢复后的信号●高斯噪声（四）运行并观察结果4、实验结果：⑴当含有升余弦滤波器时，通过无燥信道的结果为：原信号和通过升余弦滤波器，无燥信道并采样判决之后获得的信号此时眼图：⑵在含有升余弦滤波器的同时，将基带信号频率从100Hz提高到150Hz，出现码间干扰，显示结果如下：此时眼图为：（3）在基带频率为150Hz的情况下，加大噪声至无码间干扰：（4）加大滚降系数，出现失真：此时眼图：5、实验分析与讨论：（1）将信号通过升余弦滤波器和限带信道，恢复后可发现系统能较好的恢复原信号，可见升余弦滤波器的重要性（2）在不改变信道的前提下，将输入信号频率改为150HZ（至少需要10Hz 的信道带宽），此时运行模拟电路，获得的实验结果发现有明显的误码。

说明限带对原信号的传送和恢复会产生一定的影响。

（3）加大噪声，直至出现无码间干扰。

可见在不改变信道的前提下，适当的噪声对于系统恢复原始信号有一定的好处。

（4）当升余弦滤波器的滚降系数设为0时，信道至少应为5Hz（在原信号频率为10Hz的条件下），此系统性能良好；在不改变信道的前提下，将滚降系数改为1（此时我们应该至少需要10Hz的信道带宽），此时运行模拟电路，获得的实验结果发现有明显的误码。

说明限带对原信号的传送和恢复会产生一定的影响。

（5）眼图中，若系统中“睁开”的眼睛，说明系统性能良好。

而当系统性能不好时，眼图将会出现“睁不开”的现象。

实验三 16QAM的调制与解调1、实验目的：1、利用SystemView模拟16QAM调制，并观查其星座图；2、利用SystemView模拟16QAM解调，并观查其眼图；3、测试16QAM的性质。

2、实验原理：１．设计思路（原理）：单独使用幅度或相位携带信息时，不能最充分地利用信号平面，主要是由矢量图中信号矢量端点的分布直观地观察到。

MASK时，矢量端点在一条轴上分布，MPSK 时矢量端点在一个圆上分布。

随着M增大，这些矢量端点之间的最小欧氏距离也随之减小。

为充分利用信号平面，将矢量端点重新合理分配，则有可能在不减少最小欧氏距离情况下增加信号矢量端点数目，提高频带利用率。

基于上面可以引出幅度与相位相结合的调制方式QAM。

16QAM技术可有效地利用带宽，并在带宽利用率上比16PSK更有效16QAM即四进制正交幅度调制，它利用载波的16种不同幅度/相位来表示数字信息，把输入的二进制信号序列经过串并变换，映射为一个符号的相位，因此符号率为比特率的1/4。

16QAM的调制过程如下：16QAM的解调过程如下：下图表示16QAM的星座图：可以看出16QAM能更加充分利用信号平面，将矢量端点重新合理分配，则有在不减少最小欧氏距离情况下增加信号矢量端点数目，提高频带利用率。

3、实验步骤：（一）设置“时间窗”参数：●运行时间：Start Time: 0秒；Stop Time: 1.5秒；●采样频率：Sample Rate= 20，000Hz。

（二）创建的仿真分析系统图：解调调制（三）参数配置●基带信号：PN码序列，f=50Hz ; 电平=4Level ●载波：正弦波发生器，f=1000Hz）●模拟低通滤波器，截止频率=275Hz●乘法器●加法器●分析窗（四）运行并观察结果4、实验结果：1、当无噪声时，星座图和眼图显示如下：2、解调W5、W6的结果：3、当加入高斯白噪声时，星座图和眼图显示如下：4、当修改线性低通滤波器的带宽时，星座图和眼图如下：5、实验分析讨论：（1）当未加入噪声时，可以非常明显地观察到清晰的星座图和眼图，星座图16的点位置清晰且不外扩，眼图“眼睛”得非常大且清晰，表明调制系统性能优良；（2）观察W5和W6的解调结果，眼图清楚，说明解调系统性能正常。

（3）在加入高斯噪声之后，可以发现星座图已经看不清楚点数，眼图也不清楚眼睛的开程度。

这说明噪声在增加时，系统的误码在逐渐的增加。

可以发现16QAM的误码率与星座图两点之间的距离有关，因为加入噪声之后，星座图的点位置会向外扩，当扩大到两星座点有地方重合时，就发生误码，所以，两星座点之间的距离越大的话，QAM的抗燥性能就越好；但同时增大两星座点之间的距离就需要加大发射功率，所以两者之间是需要找到一个平衡点的。

（4）当减小带宽时，观察星座图和眼图的变化。

可发现星座图点的位置没有什么大的变化，但是眼图的睁开度却减小了，可以得出限带对原信号的恢复以及解调会产生影响。

实验四 BPSK的调制与解调1、实验目的：1、利用SystemView模拟BPSK调制，并观查其星座图；2、利用SystemView模拟BPSK解调，并观查其眼图；3、测试BPSK的性质。

2、实验原理：二进制相移键控（2PSK）就是根据数字基带信号的两个电平，使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。

通常，两个载波相位相差π弧度，故有时又称为反相键控（PRK）。

如果被调制的二进制信号是用正负电平表示，那么，2PSK与双边带抑制载波调幅（DSB）是完全等效的。

因此，PSK信号可以写成如下形式：S PSK (t)=A∙a(n)∙cos(ωt+θ)调制部分：在2PSK中，通常用相位0︒或180︒来分别表示1或-1。

在这里用调相法来生成2PSK : 将数字信号与载波直接相乘。

这也是DSB信号产生的方法。

S BPSK (t)=cos(ωt+φi) , φi=0或πAcos(ωt) a(n)=1SBPSK（t）=-Acos(ωt) a(n)= -1其原理框图如下所示：基带信号a(n) 调制信号S BPSK（t）载波Acos(ω0t)2.解调部分：BPSK 必须采用相干解调，如何得到同步载波是个关键问题 。

S 解调信号â（n ）本地载波Acos(ω0t)3、 实验步骤：（一）设置“时间窗”参数：● 运行时间：Start Time: 0秒；Stop Time: 0.5秒； ● 采样频率：Sample Rate= 20，000Hz 。

（二）创建的仿真分析系统图：（三）参数配置 ● 基带信号：PN 码序列频率=50Hz ， 电平=2Level ● 载波：正弦波发生器，频率=1000Hz ● 乘法器● 低通滤波器：截止频率=225Hz ● 采样器：f= 50Hz ●保持器●判决器，判决门限为0●分析窗（四）运行并观察结果4、实验结果：1、在未加入噪声的前提下原信号和相干解调：2、在未加入噪声的前提下，在相干解调中引入相移，会出现反相：3、加入高斯白噪声，出现译码错误：5、实验分析讨论：（1）可以发现在无燥声的前提下，用相干解调可以获得不失真的原信号。

（2）在相干解调中引入相位差，会发现严重状态下可能会出现反相。

在现实中，用相干的方法很难获得同频同相的载波，所以大致引入相位误差，观察可发现产生了剧烈的变化。

此时可考虑用科斯塔斯环解决提取载波同频同相的问题（3）加入高斯噪声，发现出现了译码错误。

相干解调的系统抗噪声性能比较差，系统出现问题。

此时可以考虑用科斯塔斯环解调解决问题。

实验五 ASK的调制与解调1、实验目的：1、利用SystemView模拟ASK调制，并观查其星座图；2、利用SystemView模拟ASK解调，并观查其眼图；3、测试ASK的性质。

2、实验原理：1、调制部分：二进制幅度键控的调制器可用一个相乘器来实现。

对于OOK信号，相乘器则可以用一个开关电路来代替。

调制信号为1时，开关电路导通，为0时切断。

OOK信号表达式： SOOK (t)=a(n) Acos(t)A ：载波幅度 ω0：载波频率 a(n): 二进制数字信号其原理框图如下所示：基带信号a(n) 调制信号SOOK(t)载波Acos(ω0t)2. 解调部分：解调有相干和非相干两种。