北京邮电大学实验报告题目：基于SYSTEMVIEW通信原理实验报告班级：2013211124专业：信息工程姓名：曹爽成绩：目录实验一：抽样定理 (3)一、实验目的 (3)二、实验要求 (3)三、实验原理 (3)四、实验步骤和结果 (3)五、实验总结和讨论 (9)实验二：验证奈奎斯特第一准则 (10)一、实验目的 (10)二、实验要求 (10)三、实验原理 (10)四、实验步骤和结果 (10)五、实验总结和讨论 (19)实验三：16QAM的调制与解调 (20)一、实验目的 (20)二、实验要求 (20)三、实验原理 (20)四、实验步骤和结果 (21)五、实验总结和讨论 (33)心得体会和实验建议 (34)实验一：抽样定理一、 实验目的1. 掌握抽样定理。

2. 通过时域频域波形分析系统性能。

二、 实验要求改变抽样速率观察信号波形的变化。

三、 实验原理一个频率限制在0f 的时间连续信号()m t ，如果以012S T f的间隔进行等间隔均匀抽样，则()m t 将被所得到的抽样值完全还原确定。

四、 实验步骤和结果1. 按照图1.4.1所示连接电路，其中三个信号源设置频率值分别为10Hz 、15Hz 、20Hz ，如图1.4.2所示。

图1.4.1 连接框图图1.4.2 信号源设置，其余两个频率值设置分别为15和202.由于三个信号源最高频率为20Hz，根据奈奎斯特抽样定理，最低抽样频率应为40Hz，才能恢复出原信号，所以设置抽样脉冲为40Hz，如图1.4.3。

图1.4.3 抽样脉冲设置3.之后设置低通滤波器，设置数字低通滤波器为巴特沃斯滤波器（其他类型的低通滤波器也可以，影响不大），截止频率设置为信号源最高频率值20Hz，如图1.4.4。

图1.4.4 滤波器设置4.为了仿真效果明显，设置系统时间如图1.4.5所示。

图1.4.5 系统时间设置5.之后开始仿真，此时选择抽样速率恰好等于奈奎斯特抽样频率，仿真结果如图1.4.6所示，图中最上面的Sink4是相加后的输入信号波形，中间的Sink8是输入信号乘以抽样脉冲之后的波形，最下面的Sink9是低通滤波恢复后的波形。

图1.4.6 抽样频率为40Hz时的仿真波形图从图中可以看出，在奈奎斯特抽样速率条件下，恢复出来的波形和输入信号波形比较一致。

由于是数字系统仿真，所以存在一定的精度问题是可以接受的。

由此可以证明，在奈奎斯特抽样速率下，该系统可以恢复原信号波形。

6.当设置抽样频率小于奈奎斯特抽样频率时，比如设置为30Hz，如图1.4.7。

此时仿真波形如图1.4.8所示。

可以看出，恢复出来的波形有明显失真，因为此时频域上发生混叠，导致时域无法恢复波形。

这说明低于奈奎斯特抽样频率，系统无法无失真恢复原信号波形。

图1.4.7 抽样脉冲设置图1.4.8 抽样频率为30Hz时的仿真波形图7.当设置抽样频率大于奈奎斯特抽样频率时，比如设置为60Hz，如图1.4.9。

此时仿真波形如图1.4.10所示。

可以看出，抽样频率大于奈奎斯特抽样频率时，，频域不发生混叠，系统可以恢复原信号波形，且效果比40Hz时更好。

图1.4.9 抽样脉冲设置图1.4.10 抽样频率为60Hz时的仿真波形图8.如果继续加大抽样频率，比如设置为200Hz，则采样值更多，恢复波形的效果更好，如图1.4.11所示。

由此说明，采样频率越高，恢复出来的波形与原信号波形越相似。

图1.4.11 抽样频率为200Hz时的仿真波形图五、实验总结和讨论从实验可以看出，抽样脉冲的频率小于奈奎斯特抽样频率（信号源最高频率的二倍）时，由于频域发生混叠，时域上没法通过低通滤波的方法恢复出原信号；当抽样频率等于奈奎斯特抽样频率时，恰好不发生频域混叠，可以恢复出原信号；当抽样频率大于奈奎斯特抽样频率时，可以恢复出原信号，且抽样频率越高，恢复出的信号与原信号越相似，恢复效果越好。

实验二：验证奈奎斯特第一准则一、 实验目的1. 理解无码间干扰数字基带信号的传输。

2. 掌握升余弦滚降滤波器的特性。

3. 通过时域、频域波形分析系统性能。

二、 实验要求1. 在信道带宽B 一定的条件下，无噪声时，分别观察输入与输出信号的波形。

2. 在信道带宽B 一定的条件下，无噪声时，提高信源速率观察输入与输出信号波形变化。

3. 在信道B 一定的条件下（无码间干扰），逐渐加入噪声，观察输入、输出信号波形变化。

4. 分别观察前面三种情况的解调信号的眼图（选作）。

三、 实验原理奈奎斯特第一准则是说，理想低通信道下的最高码元传输速率为理想低通信道带宽的二倍，即2b R W ，单位是Baud 。

奈奎斯特准则提出：只要信号经过整形后能够在抽样点保持不变，即使其波形已经发生了变化，也能够在抽样判决后恢复原始的信号。

同时说明了理想信道的频带利用率为2。

但是在实际中，理想低通滤波器是不可能实现的，一般采用升余弦滾降的方式，即利用升余弦滤波器做到无码间干扰传输。

四、 实验步骤和结果1. 按照图2.4.1所示连接电路。

图2.4.1 连接框图2.设置码元速率为60Hz，如图2.4.2所示。

图2.4.2 设置码元速率为603.首先设置噪声的均值和方差为0，即不加噪声，如图2.4.3所示。

图2.4.3 设置噪声（目前为0）4.设置滤波器数据如图2.4.4所示。

图2.4.4 设置滤波器5.通过多次测试，设置合适的延时τ，得到在信道带宽B一定的条件下，无噪声时，输入与输出信号的波形图如图2.4.5所示。

图2.4.5 输入输出波形图从图中可以看出，噪声为0时，输入的随机序列码可以准确输出，也就是说，在满足奈奎斯特第一准则的条件下，没有噪声干扰时，经过抽样判决能恢复出原来的信号。

调大仿真时间，得到无噪声无码间干扰时的眼图如图2.4.6所示。

6.之后设置码元速率为100Hz，此时正好等于二倍带宽，如图2.4.7所示。

仿真结果如图2.4.8所示，此时仍然能恢复出原信号。

图2.4.7 设置码元速率为100图2.4.8 输入输出波形图7.最后设置码元速率为200Hz，如图2.4.9。

此时已经远大于二倍带宽，从输入输出波形图（图2.4.10）可以看出，此时译码会出现错误，也就是不能准确恢复处原信号。

这就证明了奈奎斯特第一准则，理想低通新倒下的最高码元传输速率为理想低通信道带宽的二倍。

此时的眼图如图2.4.11所示。

图2.4.9 设置码元速率为200图2.4.10 输入输出波形图图2.4.11 眼图8.比较完速率的影响后，我们再比较噪声的影响。

先设置一个小一点的噪声，均值为0，方差为0.1，如图2.4.12所示。

此时输入输出波形如图2.4.13所示。

图2.4.12 设置噪声图2.4.13 输入输出波形从波形图可以看出，整个图中只发生了一次误判。

可见加入噪声较小时，对判决结果的影响较小。

9.这次我们增大噪声，加入均值为0，方差为0.5的噪声，如图2.4.14所示。

此时输入输出波形如图2.4.15所示。

图2.4.14 设置噪声图2.4.15 输入输出波形从波形图可以看出，整个图中共发生了7次误判。

可见加入增大输入噪声，会增大误判率，从而使判决结果变得不准确。

10.我们继续增大噪声的方差为1，如图2.4.16。

此时输入输出波形如图2.4.17所示。

此时图中共发生10次误判。

由此可以证明，增大噪声会导致误判率的增大，从而使输出波形失真。

图2.4.16 设置噪声图2.4.17 输入输出波形五、实验总结和讨论在满足奈奎斯特第一准则的条件下，无噪声输入时，判决后的输出和输入完全一致，说明不加噪声时，满足奈奎斯特第一准则的系统可以无失真传输数据。

但是，当提高信源速率时，如果大于二倍带宽，此时不满足奈奎斯特第一准则，则会出现输出波形失真，即出现误码。

此外，加入噪声也会使判决产生误码，且噪声功率越大，误码率越大。

通过眼图可以很方便地观察码间干扰，当眼图“睁大”时，干扰较小；当眼图模糊不清甚至“闭合”时，说明干扰较大。

实验三：16QAM的调制与解调一、实验目的1.掌握正交幅度调制的基本原理。

2.掌握正交幅度相干解调的原理。

3.通过时域、频域波形以及信号的星座图分析系统性能。

二、实验要求1.观察无噪声时，16QAM信号波形及星座图。

2.分别通过眼图和星座图观察噪声对16QAM信号的影响。

3.改变带宽时，通过眼图和星座图观察噪声对16QAM信号的影响。

三、实验原理16QAM调制框图如图3.3.1所示。

此时L=4，输出为四电平调制信号。

图3.3.1 16QAM调制框图16QAM解调框图如图3.3.2所示。

信号乘以载波之后再通过低通滤波，最后判决恢复原来的二进制序列。

图3.3.2 16QAM解调框图四、实验步骤和结果1.按照图3.4.1所示连接电路。

其中设置两个信号源的码率为10，设置个电平值，正弦型载波的频率为100Hz，如图3.4.2和图3.4.3所示。

图3.4.1 连接框图图3.4.2 设置信号源图3.4.3 设置正弦型载波2.首先不加噪声，即设置噪声的均值和方差为0，如图3.4.4所示。

图3.4.4 设置噪声（此时为0）3.设置滤波器截止频率为10Hz，如图3.4.5所示。

图3.4.5 设置滤波器4.设置合适的系统时间，如图3.4.6。

图3.4.6 设置系统时间5.仿真波形图如图3.4.7所示，其中最上面的Sink7为四电平基带调制信号，Sink13和Sink14为同相分量和正交分量波形图。

图3.4.7 设置系统时间无噪声时的眼图和星座图如图3.4.8和图3.4.9所示。

图3.4.8 无噪声时的眼图图3.4.9 无噪声时的星座图从波形图可以看出，调制之后的确由二电平变成了四电平；从眼图中可以看出，眼图中“眼睛”睁开较大，说明码间干扰很小；从星座图中可以看出，星座图较为完整，能清晰地看出这16个点，说明误码率相对较低。

6.之后考虑加入噪声。

首先加入均值为0，方差为0.3的噪声，如图3.4.10所示。

此时的眼图和星座图如图3.4.11和3.4.12所示。

图3.4.10 设置噪声图3.4.11 眼图图3.4.12 星座图从图中可以看出，加入小噪声后，眼图中“眼睛”睁开的幅度减小，说明出现了码间干扰；星座图中的16个点也开始变得有些模糊，说明误码率有所增加。

7.继续增大噪声的方差到1，如图3.4.13所示。

此时眼图和星座图如图3.4.14和3.4.15所示。

图3.4.13 设置噪声图3.4.14 眼图图3.4.15 星座图从图中可以看出，加入较大噪声后，眼图开始变得混乱无规律，“眼睛”睁开的幅度更小，说明码间干扰更严重；星座图变得杂乱无章，已经看不出规则的16个点，说明误码率很大。

8.最后考虑带宽的影响。

将滤波器带宽调小为5，如图3.4.16所示。

这时信号不能完全通过。

此时的眼图和星座图如图3.4.17和3.4.18所示。