北邮通原软件实验报告文档格式.doc

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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）按区间[--T/2,+T/2]截短为St（t）.按时间间隔△t均匀取样，得到的取样点数为

N=T/△t

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，其重复周期是1/△t。

如果信号的最高频率为fH，那么必须有

fH<

=1/2△t

才能保证不发生频域混叠失真，这是奈奎斯特抽样定理。

设

Bs=1/2△t

则称Bs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△t,那么不能用此仿真程序来研究带宽大于Bs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、实验内容

将模块按下图连接：

参数设置：

四、实验结果

修改参数后结果为：

五、思考题

1.观察分析两图的区别，解释其原因

可以看出信号2的波形严重失真，这是因为第二次的时钟设置是0.3，第一次的时钟设置是0.01；

在第一次的时候，信号的采样频率是f=1/t=1/0.01=100,每秒采样点数为100；

第二次的采样频率为f=1/0.3=33.3，每秒采样点数严重减少为33.3个；

而由奈奎斯特抽样定理知道，这个采样频率必须满足以下条件：

fH<

此时，根据计算可知，真实fH=20hz，fH1=50hz，fH2=0.5*33.3，约为16.6.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

当把周期设置为0.5的时候，得到的结果如下：

可见，此时根本没有信号显示了。

此时的的采样频率是，f=1/0.5=20,每秒的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。

由此得出的结论就是：

才能保证不发生频域混叠失真，奈奎斯特抽样定理得到了验证。

六、遇到的问题和解决办法

一开始没有设置终止的参数图像没有出来，还是要细心将每个参数都设置正确。

七、实验总结

第一次实验模块比较简单，主要是对奈奎斯特采样定律加深理解。

实验三频域仿真精度分析

Ø

1、理解DFT的数学定义及物理含义

2、学会应用FFT模块进行频谱分析

3、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。

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。

DFT对信号频谱分析的影响如下图所示：

如上图，基于上述方法所得到的结果只是对原信号频谱Xa（jΩ）的一种近似，也就是说，X（k）同Xa（jΩ）之间存在着幅度偏差，而造成这一偏差的原因主要体现在如下两个方面：

（1）时域混叠与频域混叠

由取样定理可知，在对xa（t）进行时域采样的过程中，如果信号不具备限带的特点，或者取样频率fs不能满足奈圭斯特条件，那么其采样信号xa（nT）在频域中将存在混叠；

在对X（ejw）在频域做频率间隔处理时，若其频率间隔即DFT的频率分辨率△f没有足够小，那么对应在时域做周期延拓处理的信号会发生时域混叠现象。

时频域的混叠必然会导致X（k）和Xa（jΩ）之间的偏差，由于在实际的应用中所遇到的信号往往是非限带的信号，因此在利用DFT进行信号的频谱分析时，混叠现象难以避免，也就是说，由混叠所导致的偏差总是存在的，有必要对这一偏差进行抑制。

常见的做法包括：

①在时域取样前对信号进行滤波；

②选取恰当的取样频率以降低混叠程度；

③通过补零增大X（ejw）采样点的个数N，降低DFT的频率分辨率。

滤波器的设计以及取样频率的确定由信号特点和性能指标要求决定。

（2）频谱泄露

由于窗函数在时域上的长度是有限的，因而其频谱中包含了较为丰富的高频分量，所以即使错误!

未找到引用源。

为限带信号且取样频率满足奈圭斯特条件，如公式（4）中序列x（n）的频谱X（ejw），也会出现一定的高频分量；

或者说，X（ejw）不仅在取值上有别于错误!

，而且其频带也被延展了，称此现象为频谱泄露。

可见，频谱泄露是由时域加窗处理所导致的一个必然结果。

由上述分析不难看出，为了减少频谱泄露带来的误差，需要降低Wm（ejw）中的高频分量，这可以通过调整窗函数的形状较为有效的达到这一目的。

由于DFT自身的局限性（即DFT是针对有限长序列所定义的一种变换），分析结果的准确程度会受到频谱泄露、频域混叠、时域混叠等诸多因素的影响，因此需要采用滤波、调整取样频率、补零、变换窗函数的形状及长度等一系列的措施来改进该方法的性能。

FFT是DFT的快速计算方法，它是N为2的整次幂时离散序列的DFT运算。

通过进行FFT运算得到的频谱即为有限长序列的DFT结果。

修改参数为：

结果为：

修改为窗3后：

1.对于同一正弦信号，观察前两图所示频谱图的不同，分析其原因。

答：

这个主要是因为FFTsize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.观察后两图所示频谱图的不同，解释其原因。

由于窗1是矩形窗，窗3是汉明窗，汉明窗的性能要更好一些，所以频谱泄漏现象要小一点。

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。

改为窗二后：

改为窗4：

由于窗2是三角窗，窗4是汉宁窗，三角窗的性能不是很好，谐波分量较大，而汉宁窗的性能比较好，对于谐波的抑制能力较强。

一开始没有办法出来图像，结果发现是其中一个模块选错了，虽然长得很像但不是FFT.

本次实验主要是加深对FFT采样点和采样间隔大小对频谱影响的理解，比较顺利。

实验五采样与重建

一、实验目的

1、了解取样定理的原理，取样后的信号如何恢复原信号。

2、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。

采样定理可以通过对图5.2的观察得到。

为了在采样x（nTs）中包含时间连续信号x（t）的所有信息，以便在采样过程中不损失信息，进行的采样必须保证可以通过采样点x（nTs）无差错的重构信号x（t）。

我们将看到，通过使用低通滤波器在n=0附近提取Xs（f）的频谱，可以完成从xs（t）到x（t）的重构。

同时，要完成无差错的信号恢复，要求Xs（f）在f=+-fs附近的频谱（（11中n=+-1）与在f=0处的频谱没有重叠。

换句话说，频谱必须是分离的，即必须满足fs--fh>

fh或fs>

2fh，从而证明了低通信号采样定理。

对于一个频带限制在（0,fh）Hz内的时间连续信号x（t），如果以1/（2fh）Hz的时间间隔对它进行抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。

图5.3所示的抽样结果会产生如图5.4所示输出，即由虚线所示的正弦波抽样所得的信号。

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

模块按下图连接：

四、实验结果

取样信号功率谱放大部分：

重建信号的功率谱密度：

五、思考题

1.分析两个取样信号功率谱图有何区别，并解释其原因。

答：

由于在PULSEGENERATER的参数timeinhighstate的值不同，导致第一次试验中的采样时间很短，相当于脉冲抽样，而第二次实验中抽样时间很长，相当于矩形脉冲抽样。

在时域抽样相当于在频域进行周期延拓，脉冲进行傅里叶变换后还是脉冲，矩形进行傅里叶变换后是sa函数，相当于许多个SA函数的周期延拓，根据sa函数的形状，所以后面的幅度会有所降低。

2.观察信号时域采样后，其对应的频谱周期延拓现象，其周期是多少？

周期是4Hz.

3.观察并对照两组参数设置下出现的不同仿真现象，结合信号与系统相关理论分析不同采样函数占空比对信号频谱的影响。

采样函数占空比越大,频谱越易发生混叠。

本次实验在第二个实验把timeinhighstate修改之后，出现的频谱图不正确，后来发现是参数存在问题，修改之后恢复正常。

本次实验中主要是对信号的抽样和恢复加深理解，我之前对于抽样点维持时间理解不够，这次加深了理解。

实验七SSB调制与解调（模块实现）

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。

二、实验原理

SSB调制

SSBAM产生方法一：

SSB信号的产生可以通过先产生双边带抑制载波调幅信号（DSB-SC）,然后再将它通过边带滤波器实现，如图5.43。

由于DSB-SC信号的特点是上下边带携带相同的信息，所以可以利用滤波器滤去一半带宽信号的方法无失真的传输信号。

SSBAM产生方法二：

单边带调制信号表达式为：

“-”号对应着上边带调制；

“+”号对应着下边带调制。

实验中利用对源信号进行希尔伯特变换，和对载波进行移相的方法来产生单边带信号，其原理框图如下：

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：

以SSB上边带调幅信号为例进行说明

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。

SSB调制：

SSB解调：

四、