通信原理硬件实验实验报告.docx
- 文档编号:9263770
- 上传时间:2023-02-03
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:804.53KB
通信原理硬件实验实验报告.docx
《通信原理硬件实验实验报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《通信原理硬件实验实验报告.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
通信原理硬件实验实验报告
通信原理硬件实验
实验报告
班级:
专业:
姓名
成绩
BeijingUniversityofPostsandTelecommunications
1、实验内容(要求)
学习使用SystermView软件进行通原实验仿真。
练习做16QAM调制星座图仿真图,并验证无码间干扰的奈奎斯特准则。
2、实验目的
使用SystermView软件对通信原理中学过的调制方式和基本准则进行计算机仿真,通过对仿真波形的讨论,加深同学们对通信原理内容的学习和理解。
本次实验主要目的是熟悉SystermView软件,学习基本的设计思路,学会画实验原理图,自己设置相应的参数进行仿真,学习对仿真结果判断、讨论。
3、设计思路(原理)
(一)16QAM调制
正交幅度调制(QAM)是有两个相互正交载波的多电平振幅键控信号叠加而成的,可以表示为S(t)=
i=1,2,……M,0
t≤
本次实验验证矩形星座16QAM信号的产生和解调。
具体如下:
1.信号的产生
信号有两个四进制的正弦信号产生,分别乘以正交的载波coswct和sinwct相加后成为矩形星座16QAM信号;
2、信号解调
QAM信号的解调采用的是对接收波采用两个正交信号的相干解调,并串变换后输出即为16QAM信号,本次实验的目的是观察讨论16QAM的矩形星座,故最后没有对信号进行并串变换,而是对分析器的输出进二维整合得到星座图。
(二)无码间干扰的奈奎斯特准则
在实际数字通信中的信道往往是限带的,因而发送信号的带宽受限于信道带宽,奈奎斯特准则考虑的就是通过限带信号无码间干扰基带传输的信号设计问题。
满足无码间干扰传输的最大符号速率Rs=2W,称此传输速率为奈奎斯特速率。
(W表示限带信道带宽)。
简单的基带传输系统原理框图如图2-1-1所示,该系统并不是无码间干扰设计的,为使基带信号能量更为集中,形成滤波器采用高斯滤波器。
假设基带信道是理想的,仿真实验中采用低通滤波器表示。
低通滤波器带宽固定,逐步改变输入信号的速率,通过观察判决后的信号是否失真来验证奈奎斯特准则。
4、实验步骤,用文字叙述主要参数
(一)16QAM信号
步骤1:
根据16QAM调制解调原理,按照设计思路的框图用Systemview软件建立一个仿真电路。
实验连接图(见下图)
原件参数设置为:
图形编号
图形属性
功能
参数
Token0、1
Source
PNSeq
基带信号—PN码序列
幅度Amp=1v;信息速率Rate=10Hz;
维度Levels=4;相位Phase=0deg
Token4、10
sourceSinusoid
载波
幅度Amp=1v(0-p);频率Freq=100Hz;
相位Phase=0deg,
Token11、12
Operator
LinearSys
ButterworthLowpassIIR;
相干解调
带宽Fc=10Hz;
Token16
Source:
GaussNoise
高斯噪声
方差StdDev=500e-3v;均值Mean=0v;
MaxRate=1e+3Hz
Token3、5、8、9
Mulip
乘法器
Token6
add
加法器
Token7、13、14
分析窗
步骤2:
在设置滤波器之前设置系统采样时间t=20s、频率f=1kHz;在Systemview系统窗内运行该系统后,转到分析窗观察所设四个观察点波形。
步骤3:
在分析窗内绘制星座图。
点击分析窗口下方的根号键,在弹出的操作框中右侧选择Token13,14作为直角坐标系的两个维度。
观察得到的星座图。
(二)验证奈奎斯特准则
步骤一:
设置系统时间参数:
起始时间为0,结束时间为1s,采样频率为4KHz。
步骤二:
按照设计思路绘制框图,实验连接图如下:
步骤三:
设置相应参数。
列表如下:
图形编号
图形属性
功能
参数
Token0
Source:
PNSeq
基带信号-PN序列
幅度Amp=2v;信息速率Rate=1e+3Hz
维数Levels=2;相位Phase=0deg
Token5
Operator:
LinearSys
升余弦滤波器
带宽SymbolRate=1e+3Hz
升余弦系数Roll-OffFactor=.5
Token8
Operator:
LinearSys
LowPassFIR
理想信道
带宽Fc=200Hz;
Token13
Source:
GaussNoise
高斯噪声
方差StdDev=500e-3v;均值Mean=0v;
Token3
Operator:
Sampler
采样
采样速率Rate=4KHz
Token4
Operater:
Holder
保持
增益Gain=1
Token7
Logic:
Buffer
判决
延时GateDelay=0sec门限Threshold=0.5V
Token1
Operator:
Delay
延时器
延时Delay=0sec
以上表格中给出的是最开始的参数设置,具体仿真时有些参数会发生变化,具体变化数值会另行标明。
步骤四:
运行之后观察信源PN码和波形形成输出的功率谱。
逐步改变输入PN码速率,通过对比观察输出信号是否失真,多大速率下失真来验证奈奎斯特准则。
5、实验结果、分析(例如不同参数条件下结果有何不同)
(一)16QAM
噪声对星座图的影响:
输入信号幅度为1V,
(1)噪声方差StdDev=0V时
从上面图中可以清晰的看出十六个点,均匀对称分布在原点周围。
(2)噪声方差StdDev=0.1V时
与没有噪声时对比,星座图就稍微有点模糊了,但是十六个点的位置还是很明确的。
(3)噪声方差StdDev=0.3V时
此时噪声幅度增大,星座图就有点花了,但是还是可以分辨出各点的位置。
(4)噪声方差StdDev=0.5V时
当噪声增大到0.5V时,基本上已经分辨不出清晰的十六个点的位置了,输出就失真了。
综合以上四种情况可以看出:
当信道噪声增大时,会对输出信号产生影响。
由十六个点的位置是否清晰可以看出,噪声强度的大小会影响16QAM两路正交信号的正交性,噪声很大时,正交性被破坏。
2、改变线性滤波器带宽
(1)FC=10Hc时
(2)Fc=15Hz时
对比上面两个图,可以看出当线性滤波器带宽增大时,各个点之间的分界会变得比较模糊,即码间干扰增大。
继续增大线性滤波器带宽可以看到十六个小的圆圈,看不到明确的坐标位置,此时码间干扰很严重,解调后无法回复原始信号。
(二)验证奈奎斯特准则:
1.不加入噪声的情况:
理想信道(低通滤波器)带宽Fc=200Hz;
(1)Rs=100Hz时(系统时间为1s)
上面的分析窗表示判决输出信号波形,下面为输入信号波形。
此时Rs=100Hz<2*W=2*200=400Hz.由上图可以看出不发生失真。
(2)当Rs=1KHz时;(系统时间0.1s)
此时Rs=1kHz>2*W=400Hz,由上图可以明显看出发生了失真。
通信原理中学习的奈奎斯特准则的最大传输速率为2*W,这里由于仿真环境的原因,当输入Rs接近2*W时不产生明显失真,这里只是验证奈奎斯特准则,就选取了一个比较大的输入速率使得失真很明显可以一眼看出。
2、加入高斯噪声之后:
理想信道(低通滤波器)带宽Fc=200Hz;
输入信号幅度2V,噪声方差StdDev=0.5V
(1)Rs=100Hz
最上面的分析窗显示的为判决后的输出信号,中间的表示原信号加上高斯白噪声之后的信号波形,最下面的图表示输入信号波形。
从中间的图可以看出加入噪声后,信号后出现幅度的小的波动,当噪声比较大的时候,就无法回复原始信号。
此时Rs=100Hz<2*W,从上图可以看出没有失真。
(2)Rs=800Hz
上面的红色框内可以看出信号发生了失真。
此时Rs=800Hz>2*W=400Hz.
(3)Rs=1kHz时:
此时Rs=1kHz,明显发生了失真。
同未加入高斯噪声时对比可以看出:
加入噪声后,输出信号更容易出现失真的情况。
未加入噪声时,Rs=800Hz时不会发生失真,加入噪声后,发生了失真,说明噪声影响了信号的幅度,进而在判决时会出现失真。
综合以上各种情况充分验证奈奎斯特准则。
6、实验总结及心得体会
本次实验为SystemView软件实验,主要内容为观察16QAM信号的星座图和验证奈奎斯特抽样准则,主要依据的原理为上学期学习的通信原理里的相关内容,途径是利用软件进行仿真,通过观测分析窗得到的图形信息来加深学习。
这是我们第一次使用SystemView软件,它主要是利用图形化界面,提供基本通信系统中涉及的器件或模型来进行仿真。
考虑到大家初次接触,开始的时候老师带着我们做了最基本的信号调制与解调仿真,之后的实验内容,老师给出了实验连接图,我们主要任务是在理解原理、弄懂每个器件的作用后设置器件参数,然后根据实验要求进行参数的变换和对仿真波形的讨论。
连好电路之后基本上都可以出现仿真图,这就需要我们根据以前学习的知识去判断是否得到正确的结果。
第一个实验内容相对比较简单,在老师讲解了二维坐标的操作之后很快得到了符合原理的波形,仿真正确。
第二个实验内容,由于开始的时候没有弄清两个滤波器的作用,在参数的设置上出现了失误,询问老师和看了通原书之后,弄懂了低通滤波器表示有限理想信道,它的带宽对应准则中的W,还有就是注意最后的采样,采样频率应大于等于输入信息速率,否则因为采样点过少而出现失真。
总的来说,本次实验还是成功完成了预定目标,由仿真波形得到的结论完全验证了通信原理中所学的内。
不足之处在于,第一题的截图中关于带宽变化对输出波形的影响参数变化不大不能很好的表明结论,其次是可能由于第二题中低通滤波器的带宽设置问题,导致输入信息速率在2*W的时候没有出现失真,直到很大的值才出现失真。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 通信 原理 硬件 实验 报告