北邮scilab_通信原理软件实验报告

信息与通信工程学院通信原理软件实验报告

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(-无穷，+无穷)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)按区间[-T/2 ,+T/2 ]截短为按时间间隔dert T均匀取样，得到的取样点数为N=T/dert T.

仿真时用这个样值集合来表示信号s(t)。Dert T反映了仿真系统对信号波形的分辨率，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，其重复周期是1/t;

。如果信号的最高频率为

那么必须有

才能保证不发生频域混叠失真，这是奈奎斯特抽样定理。设

则称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这的信号或系统。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*Bs，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、实验步骤

1.将正弦波发生器模块、示波器模块、时钟模块按下图连接：

四、实验结果对比分析

时钟设置0.01，得到的结果如下：时钟设置0.3，以后得到的结果如下：

五、思考题

（1）观察分析两图的区别，解释其原因。

答：因为信号周期是1，而第一个图的采样周期是0.01，所以一个周期内能采样100个点，仿真出来的波形能较精确地显示成完整波形，而第二个图采样周期是0.3，所以一个周期内只有三个采样点，故信号失真了。

（2）将示波器的控制时钟的period的参数改为0.5，观察仿真结果，分析其原因。

结果如下：

可见，此时根本没有信号显示了。此时的采样周期是0.5，而信号周期是1，所以采样点变成了原始信号的零点，并且零点连接成了一条直线，故看起来就像没有信号了一样。

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。

注意处理好时域混叠和频域混叠；注意频谱泄露。

三、实验步骤

1、将正弦波发生器（sinusoid generator）、触发时钟（CLOCK_c）和频谱示波器模块按下图连接。

四、实验结果

1、输入缓冲区大小为4096，窗口类型:1

2、输入缓冲区大小为40960 窗口类型：1

3、输入缓冲区大小为40960，窗口类型：3

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FFT size，也就是讲义中所说的size of input buffer。

当窗口类型一致的情况下，FFT size 越大，得到的频谱的谐波分量越多，频谱主瓣变得很尖锐；而FFT size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，FFT size是主要影响因素。

五、思考题

（1）对于同一正弦信号，观察图5.14、图5.15 中所示频谱图的不同，分析其原因。

答：这个主要是因为FFT size的不同引起的，窗口宽度加宽的时候，就不会有更多的谐波分量被滤掉，导致频谱高频谐波分量的增加。

（2）观察图5.15、图5.16 所示频谱图的不同，解释其原因。

答：频谱的主瓣宽度增加，高频谐波分量减少。原因就是，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Type of window 改成2 和4，观察仿真结果的变化，解释其原因。

输入缓冲区大小为4096，TYPE OF WINDOW=4

输入缓冲区大小为40960，TYPE OF WINDOW=4

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。

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：

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、实验步骤

1. 脉冲信号产生器（Pulse generator, 来自Scicom_sources 元件库）、正弦波发生器（sinusoid generator）、模拟低通滤波器（analog low pass filter）、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）模块按下图连接。