北邮scilab通信原理软件实验报告.docx
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北邮scilab通信原理软件实验报告.docx
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北邮scilab通信原理软件实验报告
信息与通信工程学院
通信原理软件试验汇报
试验二时域仿真精度分析
一、试验目
1.了解时域取样对仿真精度影响
2.学会提升仿真精度方法
二、试验原理
通常来说,任意信号s(t)是定义在时间区间(-无穷,+无穷)上连续函数,但全部计算机CPU都只能按指令周期离散运行,同时计算机也不能处理这么一个时间段。
为此
将把s(t)按区间[-T/2,+T/2]截短为按时间间隔dertT均匀取样,得到取样点数为N=T/dertT.
仿真时用这个样值集合来表示信号s(t)。
DertT反应了仿真系统对信号波形分辨率,
越小则仿真正确度越高。
据通信原理所学,信号被取样以后,对应频谱是频率周期函数,其反复周期是1/t;D
。
假如信号最高频率为
那么必需有
才能确保不发生频域混叠失真,这是奈奎斯特抽样定理。
设
则称
为仿真系统系统带宽。
假如在仿真程序中设定采样间隔是
那么不能用
此仿真程序来研究带宽大于这信号或系统。
换句话说,就是当系统带宽一定情况下,信号采样频率最小不得小于2*Bs,如此便能够确保信号不失真,在此基础上时域采样频率越高,其时域波形对原信号还原度也越高,信号波形越平滑。
也就是说,要确保信号通信成功,必需要满足奈奎斯特抽样定理,假如需要观察时域波形一些特征,那么采样点数越多,可得到越真实时域信号。
三、试验步骤
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、试验结果对比分析
时钟设置0.01,得到结果以下:
时钟设置0.3,以后得到结果以下:
五、思索题
(1)观察分析两图区分,解释其原因。
答:
因为信号周期是1,而第一个图采样周期是0.01,所以一个周期内能采样100个点,仿真出来波形能较正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)将示波器控制时钟period参数改为0.5,观察仿真结果,分析其原因。
结果以下:
可见,此时根本没有信号显示了。
此时采样周期是0.5,而信号周期是1,所以采样点变成了原始信号零点,而且零点连接成了一条直线,故看起来就像没有信号了一样。
试验三频域仿真精度分析
一、试验目
Ø了解DFT数学定义及物理含义;学会应用FFT模块进行频谱分析;深入加深对计算机频域仿真基础原理以及方法学习掌握。
二、试验原理
在通信系统仿真中,常常要用有限长序列来模拟实际连续信号,用有限长序列DFT
来近似实际信号频谱。
DFT只适适用于有限长序列,在进行信号频谱分析时,它处理
结果会含有一定偏差。
下面分析一下DFT对信号频谱分析影响。
注意处理好时域混叠和频域混叠;注意频谱泄露。
三、试验步骤
1、将正弦波发生器(sinusoidgenerator)、触发时钟(CLOCK_c)和频谱示波器模块按下图连接。
四、试验结果
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:
窗函数类型和宽度是影响插值FFT算法分析精度关键原因.这里宽度表现为FFTsize,也就是讲义中所说sizeofinputbuffer。
当窗口类型一致情况下,FFTsize越大,得到频谱谐波分量越多,频谱主瓣变得很尖锐;而FFTsize一致时候,窗口类型对频谱影响不太大,主瓣宽度基础一致,
幅度基础一样,谐波分量也基础一样。
不过,这些都有不一样程度频谱泄露现象,只是加窗不一样,对泄露处理结果也就不一样。
也就是说,FFTsize是关键影响原因。
五、思索题
(1)对于同一正弦信号,观察图5.14、图5.15中所表示频谱图不一样,分析其原因。
答:
这个关键是因为FFTsize不一样引发,窗口宽度加宽时候,就不会有更多谐波分量被滤掉,造成频谱高频谐波分量增加。
(2)观察图5.15、图5.16所表示频谱图不一样,解释其原因。
答:
频谱主瓣宽度增加,高频谐波分量降低。
原因就是,采取了不一样学函数,不一样学函数对信号滤波特征是不一致。
(3)将FFT模块中参数Typeofwindow改成2和4,观察仿真结果改变,解释其原因。
输入缓冲区大小为4096,TYPEOFWINDOW=2
输入缓冲区大小为4096,TYPEOFWINDOW=4
输入缓冲区大小为40960,TYPEOFWINDOW=2
输入缓冲区大小为40960,TYPEOFWINDOW=4
答:
频谱变得越来越平滑,关键是因为滤去了更多谐波分量。
试验五取样和重建
一、试验目
了解取样定理原理,取样后信号怎样恢复原信号;了解取样时钟选择。
二、试验原理
数字信号是经过对模拟信号进行采样、量化和编码得到,模拟信号是时间和幅度都连
续信号,记作x(t)。
采样结果是产生幅度连续而时间离散信号,这么信号常被称为
采样数据信号。
原理以下:
低通采样定理:
假如采样频率
那么带限信号就能够无差错地经过其采样信号恢复。
模型:
具体原理见讲义。
在满足采样定理条件情况下,初始输入信号能够从这些抽样值中恢复出来。
三、试验步骤
1.脉冲信号产生器(Pulsegenerator,来自Scicom_sources元件库)、正弦波发生器
(sinusoidgenerator)、模拟低通滤波器(analoglowpassfilter)、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。
四、试验结果:
时域仿真波形:
FFT
(1)取样信号频谱:
FFT
(2)重建信号频谱:
取样信号放大频谱图:
第二次验证:
试验参数设置,脉冲发生器高电平时间0.1,常数5;
时域仿真波形
FFT
(1)取样信号频谱
FFT
(2)重建信号频谱:
取样信号频谱放大:
五、思索题
(1)分析图5.27、5.28中(b)图有何区分,并解释其原因。
答:
图5.27中(b)图比图5.28中(b)图趋势平坦,这可依据式(5.20)看出,
对时间连续信号采样造成了信号频谱在直流(f=0)点和全部采样点谐波处(f=nfs)产生反复,因为图5.27采样信号占空比较小,更靠近冲激信号,所以对频谱加权更靠近,而图5.28用采样脉冲p(t)傅里叶级数展开对应系数对变换后信号频谱做了加权。
(2)观察图5.27中信号时域采样后,其对应频谱周期延拓现象,其周期是多少?
答:
图频谱是两根相邻冲击谱线以4Hz采样间隔周期延拓,其原理是
取样信号频谱是以取样频率将原信号频谱进行周期延拓。
(3)观察并对照表5.9、表5.10两组参数设置下出现不一样仿真现象,结合信号与系统相关理论分析不一样采样函数占空比对信号频谱影响。
答:
采样函数占空比越大,采样函数频谱为SA函数叠加,相邻两个SA函数影响越大,采样过后信号频谱更不平稳,。
试验七SSB调制与解调(模块)
一、试验目
了解产生SSB调制基础原理;了解SCICOS中超级模块;了解利用相干解调法解调幅度调制信号方法。
二、试验原理
SSB调制
SSBAM产生方法一:
SSBAM产生方法二:
单边带调制信号表示式为:
SSB解调
用相干解调或同时解调来还原幅度调制信号。
其解调框图以下:
如图5.45所表示,载波应该提取自输入信号,经过平方环法或COSTAS环方法提取。
由
于这次试验是验证解调方法,假定已经取得了解调所用载波频率,所以直接使用调制端
正弦波发生器产生载波信号充当解调载波。
三、试验步骤
SSB调制
(1)将正弦波发生器(sinusoidgenerator)、组合希尔伯特变换器(来自
Scicom_signalprocess元件库)、组合移相器(来自Scicom_signalprocess元件库)、加法器模块、乘法器模块、触发时钟(CLOCK_c)、示波器模块(MScope)、和频谱示波器(FFT)模块下图连接。
四、试验结果
频谱图:
时域图:
(2)SSB调制:
SSB解调过程按其解调原理可得解调示例系统以下图所表示:
试验结果:
频谱图:
五、思索题:
1.SSB信号特点是什么?
答:
只有上边带或者只有下边带,最窄传输带宽,信道利用率最高。
相比于DSB信号,SSB信号只用了二分之一带宽就能反应出完整原信号信息,而假如基带m(t)是余弦信号,则SSB信号也是余弦信号,不能使用非相干解调方法对其进行解调,其频谱也是一个冲激,而DSB信号冲激为两个。
2.试验步骤5参数之间有什么关系?
为何?
改变参数值,配合试验加以解释。
答:
希尔伯特变换取样点数记为n,period参数为t,而进行一次希尔伯特变换计算时间周期为T=n*t。
假如T=NT1(T1则是输入信号周期),则希尔伯特变换结果较为正确,步骤(5)中period为1/2048,取样点数为2048,所以T=1,而输入信号周期为0.2,所以T是其整数倍,所以这么取值结果较为正确。
当希尔伯特变换取样点数为时,即T不是输入信号周期整数倍时,其频谱图为:
时域图为:
能够看出其调制结果发申显著失真,原因使其希尔伯特变换不正确。
附加试验
一、试验目:
假设基带信号为
载波频率为
仿真出SSB信号,观察已调信号波形及频谱。
二、试验代码:
clearall
exect2f.sci;
execf2t.scclearall
exect2f.sci;
execf2t.sci;
fs=800;//采样速率
T=200;//截短时间
N=T*fs;//采样点数
dt=1/fs;//时域采样间隔
t=[-T/2:
dt:
T/2-dt];//时域采样点
df=1/T;//频域采样间隔
f=[-fs/2:
df:
fs/2-df];//频域采样点数
fm1=1;//待观察正弦波频率,单位KHz,下同
fm2=0.5;//待观察余弦波频率
fc=20;//载波频率
//以上为初始化参数设置
m1=sin((2*%pi)*fm1*t);//待观察正弦波部分
M1=t2f(m1,fs);//傅里叶变换
MH1=-%i*sign(f).*M1;//其傅里叶变换希尔伯特变换
mh1=real(f2t(MH1,fs));//其希尔伯特变换
m2=2*cos((2*%pi)*fm2*t);//待观察余弦波部分
M2=t2f(m2,fs);//傅里叶变换
MH2=-%i*sign(f).*M2;//其傅里叶变换希尔伯特变换
mh2=real(f2t(MH2,fs));//其希尔伯特变换
s3=(m1+m2).*cos((2*%pi)*fc*t)-(mh1+mh2).*sin((2*%pi)*fc*t);//SSB信号时域表示式,以上边带为例
S3=t2f(s3,fs);//SSB信号上边带频域表示式
//以上是仿真计算部分
//以下为绘图部分
//SSB信号(以上边带为例)
xset('window',5)
plot(f,abs(S3))
title('SSB信号频谱')
xlabel('f')
ylabel('S(f)')
mtlb_axis([-25,25,0,max(abs(S3))])
xset('window',6)
plot(t,s3)
title('SSB信号波形')
xlabel('t')
ylabel('s(t)')
mtlb_axis([0,6,-3,3])
三、试验结果:
试验十二ASK调制与解调(模块)
一、试验目
了解幅度键控(ASK)调制与解调基础组成和原理。
二、试验原理
用数字基带信号去控制正弦型载波幅度称为振幅键控。
2ASK是指二进制振幅键控,又称OOK,它以单极性不归零码序列来控制正弦载波开启与关闭。
其产生框图如图5.81所表示。
图5.82为二进制信源信号和ASK调制信号波形图。
图5.83显示了其功率谱图。
在加性高斯白噪声信道条件下,OOK信号解调方法有相干解调和非相干解调。
两种解调方法原理框图以下图。
三、试验步骤
(1)调制信号产生:
原始信号序列图和产生OOK信号图以下:
(2)非相干解调模块图:
解调过后信号图为:
(3)相干解调模块图:
解调过后信号图以下:
四、思索题
(1)从频域和时域分析图5.88中rectifier、analoglowpassfilter两个模块作用。
答:
rectifier模块和analoglowfilter模块合起来组成一个包络检波器,rectifier作用是整流,使余弦信号负半周期取绝对值变为正值,在频域相当于余弦信号傅里叶变换冲激函数卷积上符号函数sgn(t)傅里叶变换1/j*%pi*f,卷积过后冲激函数消失,原码频域变到低频区域,再利用analoglowpassfilter低通滤波作用滤掉高频部分,最终经过判决恢复成原码。
(2)MASK调制解调模型怎样构建?
答:
调制:
首先把二进制幅度序列变为M进制幅度序列,再与余弦信号相乘得到MASK信号,解调时利用相干解调再使用ML准则进行判决。
设计类试验二线路码型HDB3编码(模块)
一、试验目
(1)了解多个常见线路码型及其编码规则。
(2)掌握HDB3码编码原理及其SCILAB实现。
(3)学会使用HDB3码编码模块及其调试。
二、试验原理
常见线路码型有:
单极性非归零码、双极性非归零码、单极性归零码、双极性归零码、差分码、AMI码、HDB3码。
HDB3码编码规则以下:
(1)先把消息代码变成AMI码,然后检验AMI码连0串情况,当无3个以上连0时,则这时AMI码就是HDB3码。
(2)当出现4个或4个以上连0码时,则将每4个连0小段第4个0变换成非0码。
这个由0码改变来非0码称为破坏符号,用符号V表示,而原来二进制码元序列中全部1码称为信码,用符号B表示。
当信码序列中加入破坏符号以后,信码B与破坏符号V正负必需满足以下两个条件:
1、B码和V码各自都应一直保持极性交替改变规律,方便确保编好码中没有直流成份。
2、V码必需与前一个码(信码B)同极性,方便和正常AMI码区分开来,假如这个条件得不到满足,那么应该在四个连0码第一个0码位置上加一个与V码同极性补信码,用符号B表示,并将调整,使B码和B’码合起来保持条件1中信码极性交替变换规律。
三、试验步骤
(1)二进制码HDB3编码:
(2)试验仿真波形以下:
(3)原信号频谱图:
(4)HDB3频谱图:
四、思索题
(1)观察HDB3码频谱图,分析其与原码频谱不一样。
答:
经过观察可得,HDB3码频谱图频率集中在中频部分,高频和低频分量很小,而原码频谱集中在低频部分。
(2)HDB3码译码怎样仿真实现?
请给出SCICOS模块连接工程图,以及相关波形图。
(3)线路码在数字通信系统中起什么作用?
除了HDB3码,还有哪些线路码?
试列出各自优缺点以及适用场所。
答:
在实际数字通信中,常常需要在数字通信设备之间经过同轴电缆或其她有线传输媒介来传输数字基带信号,因为在基带信道传输时,不一样传输媒介含有不一样传输特征,所以需要使用不一样接口线路码型。
除了HDB3码外还有AMI码,CMI码,数字双相码等线路码,其中AMI码其功率谱无离散直流分量,低频和高频分量较小,能减小码间干扰,含有检错能力以及能提取出时钟,缺点是在连“0”时时钟提取困难。
而HDB3码恰好改善了AMI码缺点,不会出现连“0”情况,所以提取时钟简单。
CMI码功率谱不仅含连续谱,还含有离散时钟分量及其奇次谐波分量,无离散直流分量。
数字分相码在收端利用简单非线性变换后提取时钟方便。
不过它所提取时钟频率是符号速率2倍,再由它分频得到定时信号,肯定存在相位不确定问题。
综合类试验一数字基带系统仿真
一、试验目
(1)了解在理想限带及加性白高斯噪声信道条件下数字基带系统基础原理和设计方法,完成在仿真平台上系统搭建与仿真。
(2)深入熟悉SCICOS下复杂系统设计。
(3)利用工具库现有通信工具模块搭建系统,利用其功效全方面且封装性强特点,针对数字基带系统进行横向功效分解,使系统设计愈加精炼、正确。
(4)深入学习数字基带系统关键传输节点性能,并掌握眼图示波器使用方法,观察接收滤波器输出眼图和功率谱密度,判定系统传输正确性和正确性,调试以达成最好传输效果。
二、试验原理
若使得在接收端抽样时刻码间干扰为零,则系统合成传输函数必需满足以下条件:
则接收到确定信号频谱仅取决与发送滤波器特征,所以接收滤波器应与发送滤波器共轭匹配,即:
这么,在理想限带信道情况下,既要使接收端抽样时刻抽样值无码间干扰,又要使得在抽样时刻抽样值信噪比最大,则
总而言之,数字PAM信号经过限带信道、并受到加性噪声干扰情况下,在限带信道为理想低通条件下,最好基带传输发送及接收滤波设计标准为:
总收发系统传输函数要符合无码间干扰基带传输升余弦特征;且又要考虑在抽样时刻信噪比最大收、发滤波共轭匹配条件。
可得无码间干扰条件下,其系统框图如图5.150:
三、试验过程
(1)编程实现
模块连接图:
在Diagram--Context中进行以下内容设置:
functionX=t2f(x)
H=fft(x);
X=[H(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),H(mtlb_imp(1,N/2))]*dt;
endfunction
functionx=f2t(X)
S=[X(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),X(mtlb_inp(1,N/2))];
x=ifft(S)/dt;
endfunction
dt=0.01;
L=32;
M=16;
N=L*M
Ts=L*dt;
Rb=1/Ts;
df=1/(N*dt);
T=N*dt;
Bs=N*df/2;
alpha=0.5;
t=linspace(-T/2,T/2,N);
f=linspace(-Bs,Bs,N)+%eps;
hr1=sin(%pi*t/Ts)./(%pi*t/Ts);
hr2=cos(((alpha*%pi)*t)/Ts)./(1-(((2*alpha)*t)/Ts).^2);
hr=hr1.*hr2;
HR=abs(t2f(hr));
GT=sqrt(HR);
GR=GT;
Sendingfilter超级模块中Scifunc模块代码:
functionX=t2f(x)
H=fft(x);
X=[H(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),H(mtlb_imp(1,N/2))]*dt;
endfunction
functionx=f2t(X)
S=[X(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),X(mtlb_imp(1,N/2))];
x=ifft(S)/dt;
endfunction
u=u1’;
S=t2f(u);
S1=S.*GT;
y=real(f2t(S1));
y1=y’
receivingfilter超级模块中Scifunc模块代码:
functionX=t2f(x)
H=fft(x);
X=[H(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),H(mtlb_imp(1,N/2))]*dt;
endfunction
functionx=f2t(X)
S=[X(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),X(mtlb_imp(1,N/2))];
x=ifft(S)/dt;
endfunction
u=u1’;
SR=t2f(u);
SR1=SR.*GR
y=real(f2t(SR1));
y1=y’;
眼图仿真结果:
取样判决前信号波形与恢复信号波形比较:
(2)模块实现:
在context中设置内容:
原信号与接收匹配滤波器输出信号波形:
原信号波形与恢复信号波形比较:
滚降系数为R=0.5时眼图
滚降系数为R=0.5时频谱图:
采样信号功率谱图:
四、思索题:
(1)数字基带传输一个关键指标是滤波器滚降系数,联络试验中给出试验原理,修改系统中滚降系数R,画出对应接收眼图和功率谱密度图,观察目前系统带宽及眼图清楚程度,分析R大小改变对系统带宽和误码性能响应。
当R=1时功率谱图:
当R=1时眼图:
当R=1时波形图:
当R=0.2时眼图:
当R=0.2时功率谱图:
当R=0.2时波形图:
当R=0.001时眼图:
当R=0.001时功率谱图:
当R=0.001时波形图:
经过观察各图得出结论当滚降系数R从0改变到1时,眼图增大程度逐步变大,而且功率谱带宽在增大,误码率在减小。
(2)观察方案一与方案二两种设计方案传输效果哪个愈加好?
为何?
提议读者查看根升余弦滚将滤波器模块计算函数辅助分析。
答:
由眼图观察可得,模块实现方案张开度更大,所以其噪声容限更大,而编程实现方案眼图斜边斜率更大,其定时要求越准,对定时越敏感,所以模块实现方案愈加好。
班级:
211114学号:
210400姓名:
梁国豪
通信原理试验调查问卷
1.经过做本试验,你认为收获怎样?
□很多
✓比较多
□通常
□比较少
□极少
2.做完本试验,是否加深了对通信原理了解?
□很多
✓比较多
□通常
□比较少
□极少
3.你认为做完本试验后,能否最大程度地发挥你潜力?
□能够
√通常
□不能够
4.你认为本试验创新点多吗?
□很多
□比较多
✓通常
□比较少
□极少
5.讲义是否通俗易懂,可读性高?
✓是
□通常
□否
说明理由:
因为有试验例题结合讲解
6.是否喜爱本试验,并说明理由。
✓喜爱
□通常
□不喜爱
说明理由:
理论知识与实践结合加强了解
7.说说做完本试验后心得体会:
经过试验我对书本知识了解有了深入提升,
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