1、北京郵電大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目：基于SYSTEMVIEW通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 班級(jí)： 專(zhuān)業(yè)： 姓名 成績(jī)： 目錄實(shí)驗(yàn)一 驗(yàn)證抽樣定理3一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)原理3三、實(shí)驗(yàn)步驟4四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果54.1抽樣速率fs=10Hz(小于2fm)：54.2抽樣速率fs=28Hz(等于2fm)：64.3抽樣速率fs=56Hz(大于2fm)：7五、實(shí)驗(yàn)討論7六、實(shí)驗(yàn)建議和意見(jiàn)8實(shí)驗(yàn)二 驗(yàn)證奈奎斯特第一準(zhǔn)則8一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)原理82.1奈奎斯特第一準(zhǔn)則82.2升余弦濾波器9三、實(shí)驗(yàn)步驟9四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果104.1Rate為奈奎斯特速率（100Hz），無(wú)噪聲114.2改變信源速率Rate，無(wú)噪聲124.2.1Rate =

2、50 Hz124.2.2Rate = 150 Hz134.2.3Rate = 200 Hz144.3Rate為奈奎斯特速率(100Hz)時(shí)，加入噪聲154.3.1標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 0.2V154.3.2標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 2V164.3.3標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 5V17五、實(shí)驗(yàn)討論17六、實(shí)驗(yàn)建議和意見(jiàn)18實(shí)驗(yàn)三 16QAM調(diào)制與解調(diào)18一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?8二、實(shí)驗(yàn)原理182.1矩形MQAM信號(hào)星座192.2矩形星座MQAM信號(hào)的產(chǎn)生192.3矩形星座MQAM信號(hào)的解調(diào)19三、實(shí)驗(yàn)步驟20四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果214.1帶寬Fc=10Hz，無(wú)噪聲214.2帶寬Fc=10Hz，加入噪聲224

3、.2.1標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 0.2V224.2.2標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 5V234.3改變帶寬，有噪聲244.3.1帶寬Fc=20Hz（2倍），噪聲標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 0.2V244.4增大發(fā)送功率，有噪聲254.4.1基帶信號(hào)幅度Amp = 20v，噪聲標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 1V25五、實(shí)驗(yàn)討論26六、實(shí)驗(yàn)建議和意見(jiàn)27實(shí)驗(yàn)一 驗(yàn)證抽樣定理一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 驗(yàn)證抽樣定理。 2) 降低或提高抽樣頻率，觀察對(duì)系統(tǒng)的影響。二、 實(shí)驗(yàn)原理 抽樣定理：設(shè)時(shí)間連續(xù)信號(hào)f（t），其最高截止頻率為fm ，如果用時(shí)間間隔為T(mén)<=1/2fm的開(kāi)關(guān)信號(hào)對(duì)f（t）進(jìn)行

4、抽樣時(shí)，則f（t）就可被樣值信號(hào)唯一地表示。 1.2. 抽樣定理示意圖： 不滿足抽樣定理，發(fā)生頻域混疊現(xiàn)象：從圖中可以看出，當(dāng)𝑓s2𝑓𝑚時(shí)，不會(huì)發(fā)生頻域混疊現(xiàn)象，使用一個(gè)匹配的低通濾波器即可無(wú)失真的恢復(fù)出原信號(hào)，當(dāng)𝑓s<2𝑓𝑚時(shí)，會(huì)發(fā)生頻域混疊現(xiàn)象，無(wú)法將原信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。三、 實(shí)驗(yàn)步驟1) 要求三個(gè)基帶信號(hào)相加后抽樣，然后通過(guò)低通濾波器恢復(fù)出原信號(hào)。2) 連接各模塊完成系統(tǒng)，同時(shí)在必要輸出端設(shè)置觀察窗。模塊連線圖：3) 設(shè)置各模塊參數(shù)。圖形編號(hào)功能參數(shù)Token0

5、Token1Token2基帶信號(hào)，正弦波幅度Amp = 1 v；信息速率Rate分別為 10Hz、12Hz、14Hz，維數(shù)Levels = 2；相位 Phase = 0 deg Token 7抽樣信號(hào)頻率Freq = 14 Hz，脈寬Pulse Width=1e-3secToken 9Butterworth Lowpass IIR 帶寬Fc=14Hz；階數(shù)No. of Poles = 34) 觀察基帶信號(hào)、抽樣后的信號(hào)、最終恢復(fù)的信號(hào)波形。四、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果基帶信號(hào)最高頻率fm = 14Hz。其中，最上面的圖為基帶信號(hào)波形，中間圖為抽樣后的信號(hào)波形，最下面的圖為最終恢復(fù)的信號(hào)波形。4.1 抽樣速率

6、fs=10Hz(小于2fm)：4.2 抽樣速率fs=28Hz(等于2fm)：低通濾波器階數(shù)改為10時(shí)：4.3 抽樣速率fs=56Hz(大于2fm)：五、 實(shí)驗(yàn)討論從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：Ø 當(dāng)𝑓s < 2fm時(shí)，不滿足抽樣定理，可以看到輸出信號(hào)發(fā)生較大的失真。由于出現(xiàn)了頻域混疊現(xiàn)象，已經(jīng)無(wú)法恢復(fù)出原信號(hào)。Ø 當(dāng)𝑓s = 2𝑓𝑚時(shí)，滿足抽樣定理，理論上可以無(wú)失真地恢復(fù)出原信號(hào)。但觀察結(jié)果圖，低通濾波器的階數(shù)為3時(shí)，恢復(fù)信號(hào)出現(xiàn)了明顯的失真，為10階時(shí)仍有部分失真的情況。由于采樣頻率為臨界值2fm，在濾波器的帶外

7、特性不好，衰減過(guò)慢的時(shí)候，高頻的信號(hào)不能保證完全濾除，在非理想的條件下，恢復(fù)出的信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)失真。Ø 當(dāng)𝑓s > 2𝑓𝑚時(shí)，滿足抽樣定理，可以由抽樣序列唯一地恢復(fù)出原信號(hào)，可以看到，恢復(fù)出的信號(hào)與原信號(hào)基本一致，只是幅度值存在微小的差異。由于實(shí)驗(yàn)中，使用的抽樣信號(hào)是用脈寬很小的方波去逼近沖激信號(hào)，但仍不是理想的沖激信號(hào)，能基本地恢復(fù)出原信號(hào)，但會(huì)存在微小差異?？梢缘贸鼋Y(jié)論：理想抽樣應(yīng)滿足抽樣定理，即𝑓s2𝑓𝑚的要求。抽樣后的波形圖近似為沖激信號(hào)，且其包絡(luò)圖形為原基帶信號(hào)波形圖。抽樣后

8、的信號(hào)通過(guò)低通濾波器后，恢復(fù)出的信號(hào)波形與原基帶信號(hào)相同。本次實(shí)驗(yàn)使我加深了對(duì)抽樣定理的理解，并且初步掌握了SystemView的使用，對(duì)于通信原理課程內(nèi)容的理解帶來(lái)很大的幫助。六、 實(shí)驗(yàn)建議和意見(jiàn)1) 第一次課的時(shí)候，老師講解了systemview軟件的基本使用方法，并告訴了我們實(shí)驗(yàn)所用到的模塊的參數(shù)設(shè)置方法、設(shè)計(jì)電路圖的連線方式等，不需要提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。但弊端是到了第二次課的時(shí)候，會(huì)把有些模塊的參數(shù)設(shè)置方法忘了，雖然老師說(shuō)如果有軟件使用的問(wèn)題可以隨時(shí)問(wèn)她，但是老麻煩老師，感覺(jué)挺不好意思的。建議能像硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)菢?，也出一本?jiǎn)略的軟件使用手冊(cè)。2) 實(shí)驗(yàn)中可以增加研究濾波器特性對(duì)恢復(fù)出的信號(hào)的

9、影響。3) 實(shí)驗(yàn)是從時(shí)域的角度觀察波形來(lái)驗(yàn)證抽樣定理的，可以補(bǔ)充從頻域的角度觀察驗(yàn)證抽樣定理的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)二 驗(yàn)證奈奎斯特第一準(zhǔn)則一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 驗(yàn)證奈奎斯特第一準(zhǔn)則，觀察當(dāng)系統(tǒng)不符合奈奎斯特準(zhǔn)則時(shí)，出現(xiàn)的碼間干擾現(xiàn)象2) 理解無(wú)碼間干擾數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸3) 掌握升余弦滾降濾波器的特性；4) 通過(guò)時(shí)域波形分析系統(tǒng)性能。二、 實(shí)驗(yàn)原理2.1 奈奎斯特第一準(zhǔn)則奈奎斯特第一準(zhǔn)則提出：只要信號(hào)經(jīng)過(guò)整形后能夠在抽樣點(diǎn)保持不變，即使其波形已經(jīng)發(fā)生了變化，也能夠在抽樣判決后恢復(fù)原始的信號(hào)，因?yàn)樾畔⑼耆珨y帶在抽樣點(diǎn)幅度上。 設(shè)從波形成形輸入到接收端的濾波器輸出的整個(gè)傳送過(guò)程的傳遞函數(shù)為x(t)，則無(wú)碼間干

10、擾基帶傳輸?shù)哪慰固販?zhǔn)則的充要條件為：xnTS=1 n=00 n0x(t)的傅里葉變換X(f)滿足：m=-Xf+mTs=Ts奈奎斯特準(zhǔn)則還指出了信道帶寬W與符號(hào)速率Rs的關(guān)系。無(wú)碼間干擾傳輸?shù)淖畲蠓?hào)速率Rs=1TS=2W，稱(chēng)此傳輸速率為奈奎斯特速率。所以，需滿足Rs<2W。2.2 升余弦濾波器在實(shí)際應(yīng)用中，升余弦濾波器的嚴(yán)格限頻特性，是物理不可實(shí)現(xiàn)的，然而由于0<a1升余弦濾波器頻率特性的平滑性，使得有可能用物理可實(shí)現(xiàn)濾波器近似實(shí)現(xiàn)此頻率特性，所以在實(shí)際的限帶數(shù)字通信系統(tǒng)中廣泛采用0<a1升余弦濾波器。若a>0，x(t)的尾巴是隨時(shí)間以1/t3衰減，所以在實(shí)際采樣時(shí)刻

11、與最佳采樣時(shí)刻存在偏差，即具有定時(shí)誤差時(shí)，它在實(shí)際采樣點(diǎn)所引起的碼間干擾比a=0時(shí)的小。升余弦濾波器的帶寬W與符號(hào)速率Rs的關(guān)系：W=1+a2 Rs三、 實(shí)驗(yàn)步驟1) 根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證奈奎斯特第一準(zhǔn)則的仿真系統(tǒng)，同時(shí)在必要輸出端設(shè)置觀察窗?；鶐?shù)據(jù)在輸入信道以前，先通過(guò)一個(gè)升余弦滾降濾波器（圖符2）整型，以保證信號(hào)有較高的功率而無(wú)碼間干擾；低通濾波器（圖符5）來(lái)近似模擬理想的傳輸信道，為驗(yàn)證奈奎斯特第一準(zhǔn)則，將傳輸帶寬設(shè)置為信源速率的一半，即奈奎斯特帶寬。模塊連線圖：2) 設(shè)置各模塊參數(shù)：圖形編號(hào)功能參數(shù)Token0基帶信號(hào)-PN序列幅度Amp = 1 v；信息速率Rate =

12、100Hz維數(shù)Levels = 2；相位 Phase = 0 deg Token 1延時(shí)器延時(shí)Delay=0.028 sec Token 2升余弦濾波器帶寬Symbol Rate = 100 Hz 升余弦系數(shù)Roll-Off Factor = 0Token 4高斯噪聲標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 0 v；均值 Mean = 0 v；Token 5LowPass FIR理想信道帶寬Fc = 50 Hz； (取信源速率的一半)Token 6采樣采樣速率Rate=1000HzToken 7判決Gate Delay=0sec , Threshold=0V, TRUE OUTPUT=1V, FALSE OU

13、TPUT=-1V3) 信道帶寬不變（B=50Hz），在無(wú)噪聲的情況下，分別觀察輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的波形，并觀察眼圖；4) 信道帶寬不變，在無(wú)噪聲的情況下，提高信源速率Rate，觀察輸入與輸出信號(hào)波形變化，并觀察眼圖；5) 信道帶寬不變，加入噪聲，逐漸加大噪聲標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev，觀察輸入與輸出信號(hào)波形變化，并觀察眼圖。四、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果其中，黃線為輸入信號(hào)，綠線為輸出信號(hào)。4.1 Rate為奈奎斯特速率（100Hz），無(wú)噪聲4.2 改變信源速率Rate，無(wú)噪聲4.2.1 Rate = 50 Hz4.2.2 Rate = 150 Hz4.2.3 Rate = 200 Hz4.3 Rate為奈奎斯特速

14、率(100Hz)時(shí)，加入噪聲4.3.1 標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 0.2V4.3.2 標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 2V4.3.3 標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 5V五、 實(shí)驗(yàn)討論1) 在信道帶寬B = 50Hz條件下，Rate = 100Hz，即為奈奎斯特速率時(shí)，首先在無(wú)噪聲的情況下，分別觀察輸入信號(hào)與輸出信號(hào)特性，發(fā)現(xiàn)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形基本一致，眼圖的眼睛張開(kāi)度很大，判決門(mén)限位置清晰，無(wú)碼間干擾，驗(yàn)證了奈奎斯特第一準(zhǔn)則。2) 只改變信源速率Rate，可以看到：Ø Rate = 50Hz，即信源速率小于奈奎斯特速率時(shí)，輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形基本一致。Ø Rate = 150H

15、z、200Hz，即信源速率大于奈奎斯特速率時(shí)，輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形差別很大，有碼間干擾造成的誤碼；Rate越大，眼圖中的眼睛從大部分閉合，到幾乎完全閉合，表明碼間干擾十分嚴(yán)重。3) 只加入噪聲，可以看到：Ø 噪聲標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 0.2V時(shí)，輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形沒(méi)有出現(xiàn)太大的差別，但仍能看出有輕微的干擾；而從眼圖中可以更直觀地看出噪聲干擾，最佳采樣時(shí)刻處眼睛的張開(kāi)度變小了一些。Ø 噪聲標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev =2V、5V時(shí)，輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形有明顯的差別，；眼圖中，在最佳采樣時(shí)刻處，眼睛完全閉合，表明系統(tǒng)受到的噪聲干擾很大。綜上所述，可以得出結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

16、了奈奎斯特第一準(zhǔn)則。信源速率不大于2倍帶寬時(shí)，基帶信號(hào)通過(guò)限帶信道不會(huì)受到碼間干擾，可以無(wú)誤碼地恢復(fù)原信號(hào)；信源速率大于2倍帶寬時(shí)，基帶信號(hào)通過(guò)限帶信道會(huì)受到碼間干擾，無(wú)法恢復(fù)出無(wú)干擾的原信號(hào)。加入噪聲幅度較小時(shí)，信號(hào)仍能正常傳輸，當(dāng)加入噪聲幅度較大時(shí)，有明顯的噪聲干擾，信號(hào)不能正常傳輸。噪聲越嚴(yán)重，解調(diào)輸出誤碼率越高。六、 實(shí)驗(yàn)建議和意見(jiàn)1) 可在改變滾降系數(shù)a的情況下，觀察輸入輸出波形的變化。 2) 在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)我和其他同學(xué)們普遍對(duì)眼圖這部分知識(shí)不是很了解，可能因?yàn)槔碚撜n上老師并沒(méi)有詳細(xì)講解。我在調(diào)眼圖波形的時(shí)候，不是很清楚理想的眼圖波形應(yīng)該是什么樣的，問(wèn)了周?chē)耐瑢W(xué)也沒(méi)有得到

17、確定的答案，費(fèi)了不少時(shí)間。在期末復(fù)習(xí)前我會(huì)再著重復(fù)習(xí)這塊知識(shí)點(diǎn)，也希望以后的實(shí)驗(yàn)?zāi)茉賹?duì)眼圖這部分進(jìn)行比較詳細(xì)的講解實(shí)驗(yàn)三 16QAM調(diào)制與解調(diào)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 掌握正交幅度調(diào)制和相干解調(diào)的基本原理；2) 掌握SYSTEMVIEW軟件中觀察眼圖與星座圖的方法，分析系統(tǒng)性能。 二、 實(shí)驗(yàn)原理16QAM 可等效為同相和正交支路的4ASK 信號(hào)之和，每個(gè)支路具有4個(gè)信號(hào)電平。2.1 矩形MQAM信號(hào)星座矩形星座圖的兩相鄰信號(hào)矢量的最小歐式距離：dmin=2Eg=6Eglog2MM-1矩形MQAM信號(hào)星座雖不是最優(yōu)的星座結(jié)構(gòu)，但在滿足一給定的最小歐式距離條件下，即在滿足一定誤符率條件下，矩形

18、星座的MQAM信號(hào)所需平均發(fā)射功率僅比最優(yōu)MQAM星座結(jié)構(gòu)的信號(hào)平均發(fā)射功率稍大，而矩形星座的MQAM信號(hào)的產(chǎn)生及解調(diào)在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)比較容易，所以矩形星座MQAM信號(hào)在實(shí)際通信中得到了廣泛應(yīng)用。2.2 矩形星座MQAM信號(hào)的產(chǎn)生輸入的二進(jìn)制序列經(jīng)過(guò)串并變換器，輸出為速率減半的兩路并行序列，再分別經(jīng)過(guò)2 電平到L 電平的變換，形成 L=M 電平的基帶信號(hào)，再分別對(duì)同相載波和正交相乘，最后將兩路信號(hào)相加，得到MQAM 信號(hào)。2.3 矩形星座MQAM信號(hào)的解調(diào)MQAM 信號(hào)采用正交相干解調(diào)方法。解調(diào)器的輸入信號(hào)與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波相乘后，經(jīng)低通濾 波器輸出兩路多電平基帶信號(hào)。多電平判決器對(duì)多電平基

19、帶信號(hào)進(jìn)行判決，再經(jīng)并串變換器輸出。3.4.三、 實(shí)驗(yàn)步驟1) 設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)，同時(shí)在必要輸出端設(shè)置觀察窗。模塊連線圖：2) 設(shè)置各模塊參數(shù)圖形編號(hào)功能參數(shù)Token 0Token 1基帶信號(hào) -PN序列幅度Amp = 1 v；信息速率Rate = 10Hz維數(shù)Levels = 4；相位 Phase = 0 deg Token 4Token 10載波幅度Amp = 1 v(0-p)；頻率Freq = 100 Hz；相位Phase = 0 deg，Token 12Token 16Butterworth Lowpass IIR;相干解調(diào)帶寬Fc=10Hz; Token 15高斯噪聲標(biāo)準(zhǔn)差Std De

20、v = 0 v；均值 Mean = 0 v；3) 觀察無(wú)噪聲時(shí)，16QAM信號(hào)的波形及星座圖、眼圖；4) 加入噪聲，通過(guò)眼圖和星座圖觀察對(duì)16QAM信號(hào)的的影響；5) 改變帶寬，通過(guò)眼圖和星座圖觀察噪聲對(duì)16QAM信號(hào)的影響。6) 增大發(fā)送功率，通過(guò)眼圖和星座圖觀察對(duì)16QAM信號(hào)的影響。四、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.1 帶寬Fc=10Hz，無(wú)噪聲4.2 帶寬Fc=10Hz，加入噪聲4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 0.2V4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 5V4.3 改變帶寬，有噪聲4.3.1 帶寬Fc=20Hz（2倍），噪聲標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 0.2V4.4 增大發(fā)送功率，有噪聲4.4.

21、1 基帶信號(hào)幅度Amp = 20v，噪聲標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 1V五、 實(shí)驗(yàn)討論1) 無(wú)噪聲，觀察16QAM信號(hào)波形及星座圖：Ø 僅觀察同相或正交支路時(shí)，可以看到這是一個(gè)4ASK信號(hào)，有四個(gè)離散的電平；Ø 由同相支路（示波器14）產(chǎn)生的眼圖，有三個(gè)眼睛，表示有4個(gè)電平，眼睛睜開(kāi)很大，眼圖十分清晰，表明誤碼率低；Ø 由同相支路（示波器14）和正交支路（示波器13）產(chǎn)生的星座圖，有16個(gè)離散的狀態(tài)，可以清晰地看到16個(gè)點(diǎn)。 2) 加入噪聲，觀察16QAM信號(hào)眼圖及星座圖：Ø 噪聲標(biāo)準(zhǔn)差Std Dev = 0.5V時(shí)，眼圖的眼睛張開(kāi)度變小，星座圖的轉(zhuǎn)移路線變得有些不清晰；Ø 噪聲標(biāo)準(zhǔn)差Std De