第二学期
《通信原理软件》实验报告
专业班级
姓 名 学 号 开课系室 报告日期
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目录
实
验
一
声
音
播
放
和
滤
波………………………………………………………………………6 实
验
二
时
域
仿
真
精
度
分
析………………………………………………………………..17 实
验
三
频
域
仿
真
精
度
分
析………………………………………………………………..21 实
验
四
噪
声
产
生……………………………………………………………………………….27 实
验
五
取
样
和
重
建……………………………………………………………………………37 实
验
八
抑
制
双
边
带
的
调
制
与
解
调…………………………………………………….46 实
验
十
二
ASK
调
制
与
解
调…………………………………………………………………53 综
合
实
验
数
字
基
带
系
统
仿
真…………………………………………………………….61
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实验一 声音播放和滤波
实验目的
掌握声音播放模块，FIR 滤波器的使用方法。
深入理解频率的大小如何影响声音的变化，FIR 滤波器的特性和模块各参数的作用。 主要功能：利用FIR滤波器实现对声音信号中某些频率的滤除，频带内的信号分量通过，频带外的滤除，来观察声音的变化。 实验原理
声音频率的大小影响声音的音调，即频率越高我们听到的声音越尖，频率越低听到的声音越低沉；因此设置声音信号的频率为不同的频率时，我们可以通过声音播放器发出的声音感知声音音调的变化。
FIR 滤波器又名为有限冲激响应滤波器，利用离散时间系统的特性来对输入信号的波形或频谱进行加工处理，本实验中即利用该滤波器实现对声音信号中某些频率的滤除，频带内的信号分量通过，频带外的滤除，来观察声音的变化。
Ts,1aTs1a1aTsHr(f)1cosf,|f| 22T2T2Tsss1a0,|f|2Ts0|f|1a2Ts 下图所示是满足上式的理想的FIR滤波器的时域冲激响应和传递函数。
声音播放和滤波系统框图如图1.1所示：
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图1.1 声音播放和滤波系统框图
实验方案
所需元件：
正弦波发生器（sinusoid generator）
正弦波，②频率为800Hz的正弦波）
（两个，①产生频率为200Hz的
音频播放模块（Play sound，选自Scicom_sinks元件库）
触发时钟（CLOCK_c）
FIR滤波器（FIR Filter，选自Scicom_Filter原件库）
频谱示波器模块（FFT，选自Scicom_sinks元件库）
具体步骤如下：
将正弦波发生器、音频播放模块、触发时钟、频谱示波器模块按下图连接：
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打开Diagram菜单栏中的Context输入框，输入下图内容：
设置正弦波模块，产生频率为200Hz的信号，设置Play sound模块的参数。
设置触发时钟参数。
按照模块参数设置所有模块参数。
加入一个新的正弦波发生器模块，产生频率为800Hz的正弦波，再加入FFT频谱示波器，修改参数sampling period为ts。新的框图如下：
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加入FIR滤波器。
实验过程中遇到的问题及解决方案
遇到的问题：为什么要试用两个正弦信号产生器？七作用是什么
解决方案：两个正弦信号发生器，①产生频率为200Hz的正弦波，②频率为800Hz的
正弦波，而FIR滤波器的截止频率被设定为300Hz，所以只有正弦信号发生器①的频率有被使用。该实验通过对这两个发生器将其相加，使我们能够了解滤波器的操作，知道一些频率成分的波是如何被滤掉。 实验使用的模块及其使用说明
各模块块的作用以及使用说明 序号 1 模块名称 Scicom_sources: clock_c 实现功能 使用说明（参数设置） 为需要事件触发Period:tsInit time:0 9 / 69
北京邮电大学信息与通信工程学院实验报告 的模块或系统提供周期性的触发时钟信号 2 3 4 Scicom_sources:sinusoid generator① Scicom_sources:sinusoid generator② Scicom_sinks: play sound 生成正弦波 生成正弦波 Magnitude:1 Frequency:200*2*%pi phase:0 Magnitude:1 Frequency:800*2*%pi phase:0 Buffer size: fs 该模块将输入信Sample rate: fs 号读入后以PCM量化编码后进行播放 5 Scicom_sinks: FFT 仿真时对输入信Sampling period: ts 号做FFT运算，观察其频域特性 6 Scicom_Filter：FIR filter 通过滤波器设计Order：41 模块，可以根据需求进行选择应用 Low cutoff frequency：300/fs 表格1.1 各模块块的作用以及使用说明 实验结果
工程连接图1
波形图1（当无FIR滤波器元件时）
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由图可知：原始输入信号有两个频率 f1 = 200HZ f2=800HZ 工程连接图2
波形图2（当FIR滤波器的阶数为41时）
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思考题
1. 人类能听到的声音是有频率范围的，利用声音播放器测试人的听觉频率范围。
20HZ~20000H
改变Low cutoff frequency：3000/fs，频谱幅度变大。可见低通滤波器的截至频率越大，允许的高频部分越多。所以当Low cutoff frequency越小，我们感觉声音越小，其实是听不到，Low cutoff frequency越大，声音越明显。当然要在人耳的20-20000hz变化范围内
2. 图5.7中的滤波器的参数order和low cutoff frequnecy分别设置为41和300/f,截止频率是多少？为什么要这样设置？改变FIR滤波器的低端截止频率，观察声音播放器中声音的变化。
41是对滤波器的系数进行了相应设置，即调整滤波器系数为41，在一定程度上，系数越高，滤波器效果越好
300/f 则表示低通滤波器时系统截止频率为 300HZ。
当低端截止频率为10HZ时，波形图如下：
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分析：两个输入信号的频率（200HZ，800HZ）均大于截止频率（10HZ），所以均受到
抑制
当低端截止频率为600HZ时，波形图如下：
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分析：两个输入信号的频率（200HZ，800HZ）此时只有800HZ大于截止频率（600HZ），所以200HZ放大而800HZ受到抑制
当低端截止频率为1000HZ时，波形图如下：
分析：两个输入信号的频率（200HZ，800HZ）此时均小于截止频率（1000HZ），所以
同时得到放大
3. 将图5.7中的加法器改为乘法器，输出信号频谱有何变化？如何从乘法器输出信号中取出模块（1）产生的信号？
当加法器改为乘法器，则输出的频谱图对应的频率则由200HZ,800HZ变为 600HZ，1000HZ 如下图
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若要从乘法器输出信号中取到模块一的信号，则系统框图需做出如下调整，在复合信号中再乘以800HZ信号进行相干解调 实验总结
实验一主要研究了FIR滤波器的使用以及对于频谱的控制，并且以声音播放器为实体证明了频率的改变。
加入FIR滤波器前后输出信号功率谱不同的原因：
原始信号有两个频率（为信号发生器①，②的叠加）f1=200HZ，f2=800HZ。加入了FIR滤波器之前，会有两个冲击，分别对应不同频率。由于FIR滤波器截止频率为300HZ。因此加入FIR滤波器会对高频f2进行了抑制。
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实验二 时域仿真精度分析
实验目的
了解时域取样对仿真精度的影响 学会提高仿真精度的方法
主要功能：显示经不同采样频率的采样后的时域采样信号，从而理解奈奎斯特抽样定理 实验原理
一般来说，任意信号是定义在时间区域无限上的连续函数，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时域无限这样一个时间段。为此将把区间（-T/2,T/2）截断为ST(t).按时间间隔均匀取样，得到的取样点数为
NtT t仿真时用这个样值集合来表示信号S(t).取样间隔反应了仿真系统对信号波形的分辨率，越小则仿真精确度越高。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/取样间隔。如果信号的最高频率为fH那么必须有：
fH1 2t才能保证不发生频域混叠失真，这是奈奎斯特抽样定理。设
Bs1 2t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Δt,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Bs一定的情况下，信号的采样频率最小不能小于2*Bs,如此则可以保证信号的不失真，在此基础上采样频率越高，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，如果需呀观察时域波形的某些特征，那么采样点数越多，可得到越真实的时域信号。 实验方案
所需元件：
正弦波发生器（sinusoid generator）
示波器模块
触发时钟（CLOCK_c）
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具体步骤如下：
将正弦波发生器模块、示波器模块、时钟模块按下图方式连接：
实验使用的模块及其使用说明
各模块块的作用以及使用说明 序号 1 模块名称 实现功能 使用说明（参数设置） Scicom_sources:clock_c（1） 为需要事件触发的模块或系统Period: 0.3, Init time: 0 提供周期性的触发时钟信号 2 Scicom_sources:clock_c（2） 为需要事件触发的模块或系统Period: 0.01, Init time: 0 提供周期性的触发时钟信号 3 Scicom_sources:Sinusiod generator 生成正弦波 Magnitude:1,Frequency: 1Hz 4 Scicom_Sinks：SCOPE 单路示波器：实时显示输入信Ymin: -2 , Ymax: 2 号时域波形 Refresh period: 10 实验结果
工程连接图
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波形图1
分析：此时时钟信号周期为0.01S，即100HZ，远大于信号f，所以采样出来的波形图
与原图基本一致
波形图2
分析：此时时钟信号周期为0.3S，即3.3HZ而原始信号f=1HZ 理论上满足奈奎斯特
抽样定理，但相比第一个图形，仍有较大差距。没有在整点周期取样，频率值
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没有配好，所以有一定的失真出现。
波形图3
分析：此时时钟信号周期为0.5S，恰好都在信号的零点采样，所以采样后得出的信号
图为一条直线，无法还原原始信号。 思考题
1. 观察分析图5.10、图5.11的区别，解释其原因。
在采样的时候，必须满足fh<=1/(2*△t)才能保证不发生频域混叠失真现象。而此时的原始信号为单一频率信号f=1HZ。在5.10的时候，采样频率为100HZ远大于1HZ所以信号被完整还原出来，而5.11时采样频率为3.3HZ，虽然满足奈奎斯特定理但采样点减少导致精度不是很高。
即采样周期越小，采样点越多，在满足奈奎斯特定理的条件下，还原的信号图精度越高，越真实。
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。
波形图如上。此时时钟信号周期为0.5S，即2HZ，而原始信号f=1HZ为单一频率即不满足奈奎斯特定理，频谱混叠严重，所以无法还原原始信号。 实验总结
时域采样的采样间隔对收端连续信号的恢复有决定性影响。奈奎斯特准则是信号恢复必须遵守的准则。只有满足这个准则，信号才可以被无失真恢复。否则，信号会失真。
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实验三 频域仿真精度分析
实验目的
理解DFT的数学定义及物理含义 学会应用FFT模块进行频谱分析
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 实验原理
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。
对xa(t)进行时域取样，周期为T。
xa(nT)xa(t)(tnT)n
令离散时间x1(n)xa(nT)其傅里叶变换为
截断序列x1(n),构造有限长度为M的序列x(n),并计算其频谱，窗函数只是其中一种。
x(n)x1(n)WM(n)X(e)DTFT(x(n))WM(e)对x(n)作DFT变换，首先假设
jwjw
x(n),n0,1,...,(M1) x2(n)0,nM,...,(N1)计算x2(n)的离散谱：
nkX(k)DFT{x2(n)}x2(n)WNX(ejw)|n0N1w2kN
f112(k1)2k1w 22NNN从式5.11看出，通过对序列x(n)补零，将X(ejw)在频域上的采样点数从M增加到N,
Δf随之减小，提高了DFT频谱X(k)的谱线密度，从而增多了可观察频点。由此可知，当对x(n)补零的个数趋于无穷时，Δf也将趋于无穷小，这样就可以得到无穷多个DTFT连续谱上的采样点，从而使X(k)无限逼近X(ejw)，近似为连续谱。相应在时域方面，当对X(ejw)取样得到X(k)时，采样点数的增多、Δf的减小保证了信号的周期延拓不会发生时域混叠现象。
上述原理可以用下图归纳描述：
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基于上述方法所得到的结果只是对原信号的频谱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，而造成这一偏差的主要原因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，或者取样频率不能满足奈奎斯特条件，那么其采样信号在频域中将存在混叠；在对Xa(jΩ)在频域做频域间隔处理时，若其频率间隔即DFT的频率分辨率Δf没有足够小，那么对应在时域周期延拓处理的信号会发生时域混叠现象。
2）频谱泄露
由于窗函数在时域上的长度是有限的，因而其频域中包含了较为丰富的高频分量，所以即使xa(t)为限带信号且取样频率满足奈奎斯特条件，加式5.8中序列x(n)的频谱也会出现一定的高频分量；或者说，频谱不仅在取值上有别于Xa(jΩ)，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。 由于DFT自身的局限性，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措施来改进该方法的性能。 实验方案
所需元件：
正弦波发生器（sinusoid generator）
频谱示波器模块（FFT，选自Scicom_sinks元件库）
触发时钟（CLOCK_c）
具体步骤如下：
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将正弦波发生器模块、示波器模块、时钟模块按下图方式连接：
实验使用的模块及其使用说明
表格1 各模块块的作用以及使用说明 序号 模块名称 1 Scicom_sources:clock_c 2 Scicom_sources:Sinusiod generator 3 Scicom_SinksFFT(1) ：仿真时对输入信号做FFT运Samping period: 0.04 算，观察其频域特性 Size of input buffer: 4096 Type of window: 1 4 Scicom_SinksFFT(2) ：仿真时对输入信号做FFT运Samping period: 0.04 算，观察其频域特性 Size of input buffer: 40960 Type of window: 1 5 Scicom_SinksFFT(3) ：仿真时对输入信号做FFT运Samping period: 0.04 算，观察其频域特性 Size of input buffer: 4096 Type of window: 3
实现功能 使用说明（参数设置） 为需要事件触发的模块或系统Period: 0.04, Init time: 0 提供周期性的触发时钟信号 生成正弦波 Magnitude:1,Frequency: 10Hz 实验结果
工程连接图
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波形图1
波形图2
波形图3
正弦信号功率谱图
正弦信号功率谱图 TYPE 1
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正弦信号功率谱图TYPE 3
波形图4
正弦信号功率谱图
Size of input buffer(FFT size)=4096; 硬件的也有这个现象跟窗函数的截断有关系，修改Size of input buffer(FFT size)=40960; 越宽越漂亮。但都会有频谱泄漏。因为时域截短，频域周期延拓。 思考题
1. 对于同一正弦信号，观察图5.14和图5.15中频谱图的不同，分析其原因。
当窗口类型一致的情况下，FFT size 越大，得到的频谱的谐波分量越多，频谱主瓣变得很尖锐。这个主要是因为FFT size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. 观察图5.15和图5.16所示频谱图的不同，解释其原因。
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图5.16中的频谱的主瓣宽度增加，高频谐波分量减少。原因就是，采用了不同的窗函数，不同的窗函数对信号的滤波特性是不一致的。
3. FFT模块中的参数Type of window改成2和4，观察仿真结果的变化，解释其原因。
Type of window = 2，仿真结果如图5.17所示：
图5.17 正弦信号的功率谱图
Type of window = 4，仿真结果如图5.18所示：
图5.18 正弦信号的功率谱图
观察结果图可看出频谱变得越来越平滑，主要是因为滤去了更多的谐波分量。 实验总结
FFT是DFT的快速算法，为2的证书次幂时离散序列的DFT运算，改变FFT的窗口大小及类型都会对频谱产生不同影响。
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实验四 噪声产生
实验目的
了解高斯白噪声对各种模拟调制通信系统的影响 实验原理
高斯白噪声是指其功率谱满足式5.12关系的噪声：
(5.12)
在通信系统中研究比较多的就是加性高斯噪声信道，即只考虑信道中存在加性高斯噪声的情况。在这类信道中，白高斯噪声叠加在有用信号上，对信号造成干扰。图5.17为加性高斯噪声信道模型。
实验方案
具体实验方案及参数设置详见思考题 实验使用的模块及其使用说明
表格1 各模块块的作用以及使用说明 序号 模块名称 1 Scicom_source:clock_c 2 Scicom_source:clock_c 3 Scicom_source: sinusoid generator
实现功能 使用说明（参数设置） 为系统提供周期性的触发时钟信号 Period:0.01,Init time:0.1 为系统提供周期性的触发时钟信号 设置为默认值 生成已设定好参数的正弦波（源） Magnitude: 1 , Frequency: 1*2*%pi , Phase:0 27 / 69 北京邮电大学信息与通信工程学院实验报告 (src) 4 Scicom_source: sinusoid generator (car) 5 Scicom_source: random generator 6 Scicom_Filter: 用来滤掉信号中高于截止频率的信Order: 4 cutoff frequency: 根据触发频率产生随机二进制序列 Flag: 1, B:0.5 其余默认值 生成已设定好参数的正弦波（载波） Magnitude: 1 , Frequency: 10*2*%pi , Phase:0 analog low pass 号分量，保留在同代内的信号分量 2*2*%pi 其余默认值 filter 7 Scicom_sinks: FFT 对输入信号做FFT运算，观察频域Sample period: 0.01 特性 Size of input buffer:40960 其余默认值 8 Scicom_sinks: MSCOPE 在系统仿真运行的同时，实时地显Input ports:1 1 示出多路输入信号的时域波形。 Ymin: -1.5 -1.5 Ymax: 1.5 1.5 Refresh period: 20 其余默认值 9 AM Modulator 输入两路信号分别为信号和调制载设置为默认值 波，进行幅度调制 10 AM Demodulator 对输入的AM信号进行非相干解调 设置为默认值 实验结果 DSB结果：
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AM结果：
SSB结果：
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FM结果：
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思考题
(1) 在相同噪声条件下，观察并记录AM调制与DSB调制的解调波形，并对两种通信系统的抗噪声性能加以分析。
a) 在DSB调制的结果：
调制超级模块的结构和参数：
解调超级模块的结构和参数：
解调结果的波形输出：
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在AM调制的结果：
b) 调制超级模块的结构和参数：
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解调超级模块的结构和参数：
和DSB的部分一样。 解调结果的波形输出：
c) 抗噪声性能分析
从图观察可得，am解调后的信号和原来的信号更像一些，所以am的抗噪声性能比DSB的抗噪声性能好一些。
(2)修改调制和解调方式，验证哪种调制方式抗噪声性能更好？ a) 在SSB调制的结果：
调制超级模块的结构和参数：
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解调超级模块的结构和参数：
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解调结果的波形输出：
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对比结果说明am调制的的抗噪声性能更好。
(3)高斯白噪声的另一个特性是符合正态分布，那么请画出生成信号的概率分布图，验证是否符合正态分布特性。
a) 用直方图数据处理器画出概率分布图
b) 概率分布图结果
如图所示，可见，高斯白噪声是符合正态分布的。 实验总结
不同的调制与解调方式受到噪声的影响是不同的，相比之下，AM要比DSB和SSB都要更稳定，更好。
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实验五 取样和重建
实验目的
了解取样定理的原理，取样后的信号如何恢复原信号 了解取样时钟的选取 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。
下面主要介绍一下低通采样原理： 低通采样原理：如果采样频率大于2（是带限信号的截止频率），那么带限信号就可以无差错的通过其采样信号恢复。 分析如下：
从时间连续的信号x(t)到数字信号的第一步就是，对x(t)进行等时间间隔采样，得到采样值
。参数是采样周期，其倒数就是采样频率。
采样操作的模型如下图所示：
采样信号
是用信号x(t)乘以周期脉冲p(t)来产生的。也即
信号p(t)叫采样函数。假定采样函数为窄脉冲，其取值为0或1，因此，当p(t)=1时，
；而当p(t)=0时，，
要的，而其波形是任意的。
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。由此可以看到，采样函数p(t)只有周期是重
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由于p(t)是周期信号，可以用傅里叶级数表示为
上式中的傅里叶级数由下式给出：
将上式带入式
中得到采样后的信号为：
由此得，采样信号的傅里叶变化为：
变换上式中的积分求和顺序，有
由于连续信号x(t)的傅里叶变换为
则由上式得采样信号的傅里叶变换为
实验方案
脉冲信号产生器、正弦波发生器、模拟低通滤波器、直流发生器DC、触发时钟、乘法器、示波器模块、频谱示波器按图5.26所示连接。
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实验使用的模块及其使用说明
（1）系统各模块的参数设置 序号 模块名称 1 Scicom_source:clock_c 2 Scicom_source:clock_c 3 实现功能 使用说明（参数设置） 为系统提供周期性的触发时钟Period:0.0005,Init time:0.1 信号 为系统提供周期性的触发时钟Period:0.0005,Init time:0.1 信号 Time in High State:0.00001 Period: 0.25 其余默认值 生成已设定好参数的正弦波 Magnitude: 1 , Frequency: 0.4*2*%pi , Phase:0 Scicom_source: Pulse 产生脉冲信号 generator 4 Scicom_source: sinusoid generator 5 Scicom_Filter: analog 用来滤掉信号中高于截止频率Order: 7 cutoff frequency: low pass filter 的信号分量，保留在同代内的0.5*2*%pi 其余默认值 信号分量 6 Scicom_source: Constant 对信号线性放大倍数 Constant: 100 7 Scicom_sinks: MSCOPE 在系统仿真运行的同时，实时Input ports:1 1 1 地显示出多路输入信号的时域Ymin: -2 -2 -2 39 / 69
北京邮电大学信息与通信工程学院实验报告 波形。 Ymax: 2 2 2 Refresh period: 10 10 10 其余默认值 8 Scicom_sinks: FFT 对输入信号做FFT运算，观察Output window number:1 频域特性 Sample period: 0.005 Size of input buffer:40960 Y axis units(U^2: 0,dB:1):1 其余默认值 9 Scicom_sinks: FFT 对输入信号做FFT运算，观察Output window number:2 频域特性 Sample period: 0.000005 Size of input buffer:40960 Y axis units(U^2: 0,dB:1):1 其余默认值
（2）按照表5.10所示方式改变采样函数的占空比 序号 模块名称 1 Scicom_source:clock_c 实现功能 使用说明（参数设置） 为系统提供周期性的触发时Period:0.0005,Init time:0.1 钟信号 2 Scicom_source:clock_c 为系统提供周期性的触发时Period:0.0005,Init time:0.1 钟信号 3 Scicom_source: generator Pulse 产生脉冲信号 Time in High State:0.1 Period: 0.25 其余默认值 4 Scicom_source: sinusoid generator 生成已设定好参数的正弦波 Magnitude: 1 , Frequency: 0.4*2*%pi , Phase:0 5 Scicom_Filter: low pass filter analog 用来滤掉信号中高于截止频Order: 7 cutoff frequency: 率的信号分量，保留在同代内0.5*2*%pi 其余默认值 的信号分量 6 Scicom_source: Constant 对信号线性放大倍数 Constant: 5 7 Scicom_sinks: 在系统仿真运行的同时，实时Input ports:1 1 1 40 / 69
北京邮电大学信息与通信工程学院实验报告 MSCOPE 地显示出多路输入信号的时Ymin: -2 -2 -2 域波形。 Ymax: 2 2 2 Refresh period: 10 10 10 其余默认值 8 Scicom_sinks: FFT 对输入信号做FFT运算，观Output window number:1 察频域特性 Sample period: 0.005 Size of input buffer:40960 Y axis units(U^2: 0,dB:1):1 其余默认值 9 Scicom_sinks: FFT 对输入信号做FFT运算，观Output window number:2 察频域特性 Sample period: 0.000005 Size of input buffer:40960 Y axis units(U^2: 0,dB:1):1 其余默认值 实验结果
（1） 记录实验仿真波形
仿真结果如图5.27所示：
（a） 时域仿真波形
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（b） FFT(1)取样信号功率谱图
（c） 取样信号功率谱图放大部分
（d） FFT(2)重建信号功率谱图
5.27 根据参数表5.9的实验仿真波形 0.1时，模块连接图如下图所示：
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图
占空比为北京邮电大学信息与通信工程学院实验报告
仿真结果如图所示：
（a） 时域仿真波形
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（b） FFT(1)取样信号功率谱图
（c） 取样信号功率谱图放大部分
（d） FFT(2)重建信号功率谱图
根据参数表5.9的实验仿真波形 思考题
（1） 分析图5.27（b）和图5.28（b）有何区别，并解释原因。
观察时域和频域之间转换时，我们可以发现时域上采样占空比变大，采样得到的图形会更加接近原来的图形，这样得到的频谱就会和实际信号越接近。我们可以看到重建信号功率谱图的形状是光滑下降的形状，所以在占空比增大以后，取样信号功率谱图变得更加接近原来的功率谱图，所以低频部分处和高频部分也是呈现下降的形状。
（2） 观察图 5.27 中信号时域采样后，其对应的频谱周期延拓现象，其周期是多少？
观察图像可得频谱周期延拓的周期大概是2.5s。
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（3） 观察并对照表 5.9、表 5.10 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。
如第一题的所述，当采样占空比变大时，得到的结果会和实际信号的频谱越接近。 实验总结
不同占空比会对实验结果造成不同影响
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实验八 抑制双边带的调制与解调
实验目的
（1） 了解抑制载波双边带（DSB-SC）调制的基本原理。 （2） 了解双边带调制的特点。
（3） 了解利用相干解调法借条幅度调制信号的方法。 （4） 学习使用SCICOS模块。 实验原理 1） DSB-SC调制
调制信号s(t)是利用均值为零的模拟基带信号m(t)与正线载波c(t)相乘得到的。 调幅信号的数学表达式为：
s(t)m(t)c(t)m(t)Accos(ctc)
式中Ac为载波的幅值。
调制的原理框图如下图所示
下面以单频确定信号为例，说明抑制载波双向边带调制信号的波形和频谱特点。 设m(t)为单一频率，c(t)的初始相位为零，即c0
m(t)cos(t)，c(t)Accos(ct)
其中是源信号频率，c是载波频率，则：
s(t)costAccos(ct)1Accos(c)tcos(c)t 2
2） DSB-SC解调
从载波提取电路中提取出的恢复载波与接收信号的载波同频同相的解调方法为相干解调或是同步解调。
用相干解调或同步解调来还原幅度调制信号。其解调框图如下所示。
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由抑制载波双边带调幅信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。其实现原理如下：
将已调信号乘上一个同频同相的载波，可得到
1SDSB(t)cos(ct)m(t)cos2ctm(t)(1cos2ct)
2 上式所得结果经过低通滤波器，即可得到原始信号。 实验方案
1） DSB-SC调制
(1) 将正弦波发生器、触发时钟、乘法器、示波器模块和频谱示波器模块（FFT，来自Scicom_sinks元件库）按下图连接
DSB-SC产生模块
(2) 设置正弦波发生器，产生幅度值为1、频率为10Hz的信号m(t)，设置另一正弦波发生器Carrier Wave产生幅度值为1、频率
c为100Hz的信号c(t)。
(3) 设置触发时钟的period参数为0.001。参数如下图所示。
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(4) 将示波器按连接图所示连接。观察时域信号和频域信号。下图为示波器和频谱示波器的参数设置。FFT频率示波器的抽样间隔（Sampling period）设置值与时钟抽样间隔相同。
(5) 修改m(t)的频率，观察并记录输出波形。
2） DSB-SC解调
(1) 将正弦发生器、调制模块（DSB Modulator，来自Scicom_ModDemodA元件库）、组合移相器（Phase Shift Port）、模拟低通滤波器（analog low pass filter，来自Scicom_Filter元件库）、触发时钟、示波器模块和频谱示波器模块按下图连接。
幅度调制信号相干解调的模块图
另外，Phase Shift Port可以通过修改Scicos palette Scicom_sinalprocess
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中的Phase Shift Port/Equal Delay Port模块结构得到。
(2) 设置正弦波模块（Source Signal），产生频率为10Hz的信号m(t)，设置载波模块（Carrier Wave），产生频率为100Hz的载波信号c(t)。
模拟低通滤波器的参数设置如下图中所示，图中第一个时钟的参数设置可以根据实验“单边带调制与解调”中所讲希尔伯特变换器的原理做调整。
(3) 将示波器按照连接图连接。观察源信号和解调信号，并进行分析记录。 (4) 修改低通滤波器的截止频率及其他参数，观察并记录输出波形。 (5) 更改Modulator模块的调制方式，做同样的解调。
(6) FFT取样时钟参数的选取参考第四章模块介绍中的相关内容。
载波的相位十分重要，调节载波相位可以使解调信号的幅度y0(t)降为零。 (7) 模块参数设置如下表所示 库/模块名称 Scicom_sources: clock_c ① Scicom_sources: clock_c ② 参数设置 Period: 10/256, Init time: 0 Period: 0.01, Init time: 0 Magnitude: 1, Frequency: 1*2*%pi, Scicom_sources: sinusoid generator phase: 0 Magnitude: 1, Frequency: 4*2*%pi, Scicom_sources: sinusoid generator phase: 0 Scicom_Filter: Analog low pass Order: 4, cutoff frequency: filter 1.5*2*%pi Scicom_signalprocess: Phase Shift FFT size: 256, Phase shift: 90 Port Size of input: 256 Scicom_ModDemodA: DSB Modulator Phase shift(in degree): 90 Ymin: -2, Ymax: 2 Refresh period: 1 Scicom_sinks: MScope Buffer size: 200 其它参数设置为默认值 Sampling period: 0.001 Scicom_sinks: FFT 其它参数设置为默认值 实验使用的模块及其使用说明 49 / 69
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表一
库/模块名称 Scicom_sources: clock_c 参数设置 Period: 0.001, Init time: 0.1 Magnitude: 1, Frequency: 10*2*%pi, Scicom_sources: sinusoid generator phase: 0 Magnitude: 1, Frequency: 100*2*%pi, Scicom_sources: sinusoid generator phase: 0 Ymin: -2, Ymax: 2 Refresh period: 1 Scicom_sinks: MScope Buffer size: 200 其它参数设置为默认值 Sampling period: 0.001 Scicom_sinks: FFT 其它参数设置为默认值 表2
库/模块名称 Scicom_sources: clock_c ① Scicom_sources: clock_c ② 参数设置 Period: 10/256, Init time: 0 Period: 0.01, Init time: 0 Magnitude: 1, Frequency: 1*2*%pi, Scicom_sources: sinusoid generator phase: 0 Magnitude: 1, Frequency: 4*2*%pi, Scicom_sources: sinusoid generator phase: 0 Scicom_Filter: Analog low pass Order: 4, cutoff frequency: filter 1.5*2*%pi Scicom_signalprocess: Phase Shift FFT size: 256, Phase shift: 90 Port Size of input: 256 Scicom_ModDemodA: DSB Modulator Phase shift(in degree): 90 Ymin: -2, Ymax: 2 Refresh period: 1 Scicom_sinks: MScope Buffer size: 200 其它参数设置为默认值 Sampling period: 0.001 Scicom_sinks: FFT 其它参数设置为默认值
实验结果
工程连接图1
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工程连接图2
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实验总结
DSB双边带解调与低通滤波器的频率有很大关系,不同频率会对其解调产生影响
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实验十二 ASK调制与解调
实验目的
了解幅度键控（ASK）调制与解调的基本组成和原理 实验原理
用数字基带信号去控制正弦型载波的幅度称为振幅键控（ASK）。2ASK是指二进制振幅监控，又称OOK，它以单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启与关闭。其产生的框图如下所示。
OOK信号的产生框图
下图为二进制信源信号和ASK调制信号的波形图。
ASK调制信号
下图显示了其功率谱图。
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二进制信源以及ASK调制信号的功率谱图
在加性高斯白噪声信道条件下，OOK信号的解调方法有相干解调和非相干解调。两种解调方法的原理框图如下图所示。
实验方案
3） 调制
(6) 将正弦波发生器、二进制随机数产生器（binary random generator，来自Scicom_sources）、乘法器模块、触发时钟、示波器按下图连接
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ASK信号的产生
(7) 设置正弦波模块Source Signal，产生频率为1Hz的信号。设置二进制序列产生器的时钟频率，产生周期为2s的二进制序列。
4） 解调
(8) 将正弦发生器（sinusoid generator）、二进制随机数产生器（binary random generator）、乘法器模块、整流器（rectifier，修改自mathematical expressions模块）、模拟低通滤波器（analog low pass filter，来自Scicom_Filter元件库）、比较判断模块（switch，来自Branching元件库）、触发时钟（CLOCK_c）、示波器模块（MSCOPE）按下图连接。
ASK非同步解调的模块图
(9) 方法二
1. 将正弦波发生器、二进制随机数产生器、乘法器模块、组合移相器、低通滤波器、触发时钟、比较判断模块（switch）、示波器模块按下图连接
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ASK同步解调
2. 由于是验证解调原理的实验，所以解调载波直接由调制载波充当。适当调节移相器的相位和低通滤波器的截止频率，使得解调结果正确。 实验使用的模块及其使用说明
表一 库/模块名称 Scicom_sources: clock_c ① Scicom_sources: clock_c ② Scicom_sources: binary random generator Scicom_sources: sinusoid generator Scicom_sinks: MScope 参数设置 Period: 2, Init time: 0.1 参数设置为默认值 参数设置为默认值 Magnitude: 1, Frequency: 1*2*%pi, phase: 0 Ymin: -2 -2, Ymax: 2 2 其它参数设置为默认值 表二
库/模块名称 参数设置 Scicom_sources: clock_c ① Period: 2, Init time: 0.1 Scicom_sources: clock_c ② 参数设置为默认值 Scicom_sources: binary random 参数设置为默认值 generator Magnitude: 1, Frequency: 1*2*%pi, Scicom_sources: sinusoid generator phase: 0 Number of inputs: 1, scilab Scicom_others: Mathematical expression: (u1>0) Expression (rectifier) 其他参数设置为默认值 Order: 4, cutoff frequency: Scicom_Filter: analog low pass 0.7*2*%pi filter 其它参数设置为默认值 Scicom_sources: Constant ① 参数设置为默认值 Scicom_sources: Constant ② Contant: 0 56 / 69
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实验结果
工程连接图1
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工程连接图2
工程连接图3
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实验总结
将原始二进制信号用正弦波的形式表示,最后通过判决信号还原出原始信号
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综合实验 数字基带系统的仿真
实验目的
了解在理想限带及加性白高斯噪声信道条件下数学几代系统的基本原理和设计方法，完成在仿真平台上的系统搭建与仿真。
进一步熟悉SCICOS下的复杂系统设计。
运用工具库现有的通信工具模块大件系统，利用其功能全面且封装性强的特点，针对数字基带系统进行横向功能分解，使系统设计更加精炼、准确。
深入学习数字基带系统核心传输节点的新能，并掌握眼图示波器的使用方法，观察接收滤波器输出的眼图和功率谱密度，判断系统传输的正确性和精确性，调试已达到最佳传输效果。 实验原理
若使得在接收端抽样时刻码间干扰为零，则系统的合成传递函数必须满足以下条件：
即要满足
式中的
分别是发送滤波器、信道及接收滤波器，
，其
分别是发送滤波器、信道及接收滤波器的相频特性，是时间延迟，中
分别是发送、信道、接收滤波器引入的时延，W为升余弦滤波器的截止频率。
在接收端抽样时刻无码间干扰条件下，引起误码的是加性噪声，此时，最佳接收的接
收滤波器应匹配于所接受的确定信号，是接收端采样时刻的信噪比最大。
设：限带信道是理想低通特性，并设信道不引入时延（
），
则接收到的确定信号的频谱仅取决于发送滤波器的
特性，所以接收滤波器的
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应与发送滤波器共轭匹配，即
这样，在理想限带信道情况下，既要使接收端抽样时刻的抽样只无码间干扰，又要使的在抽样时刻抽样值得信噪比最大，则
综上所诉，数字PAM信号通过限带信道、并受到加性噪声干扰的情况下，在限带信道为理想条件下，最佳基带传输的发送及接收滤波设计原则为：总的收发系统的传递函数要符合无码间干扰基带传输的升余弦特性；且又要考虑在抽样时刻信噪比最大的收、发滤波器共轭匹配的条件。 实验方案
方案一汇编实现理想基带传输系统的升余弦特性。
（1） 按图5.150所示将各模块连接成数字基带传输系统。
其中，由原信号抽样时钟及freq_div模块产生系统取样时钟；Random Integer Generator模块产生双极性二进制信号；sending filter 模块作为发送滤波器；Random Generator和加法器模块组成基带AWGN信道；receiving filter模块作为接收滤波器；由“S/H”模块进行抽样，设置Mathematical Expression模块参数进行判决；最后由示波器模块进行显示，第一路为原信号波形，第二路为恢复信号的波形，第三路为经过基带系统传输后未进行判决前的波形。
（2）在同意参数被不只一个模块调用的情况下可以统一利用一个符号表示，不过需要选择Diagram下的Context命令对这个符号进行预先定义。
在本次系统设计中，需要在Context中进行如下内容的设置： ************t2f************************************* function X=t2f(x) H=fft (x);
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X=[H (mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)), H(mtlb_imp(1,N/2)) ]*dt； endfuntion
*************f2t************************************* function x=f2t(X)
S=[X (mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)), X(mtlb_imp(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; //升余弦信道
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;
（2） sending filter与receiving filter的实现。
sending filter是一个超级模块，其内部结构见图。
Serial to bus converter模块实现输入信号的串并变换，将需要进行FFT所需的所有取样点一次送入滤波模块。Scifunc模块把接收到的数组进行匹配滤波，变换的程序见图。Bus to serial converter模块实现输入信号的并串变换，将变换完的信号输出。
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function X=t2f(x) H=fft (x);
X=[H (mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)), H(mtlb_imp(1,N/2)) ]*dt； endfuntion
//////////////////////////////////////////////////////////// function x=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’
u1为输入信号，GT为发送根升余弦滤波器的频域传输函数，y1为输出信号，t2f和f2t函数分别实现傅式变换和傅式反变换的功能。其中的t2f函数、f2t函数的实现代码也需要复制到此scifunc程序，以便调用。
Receving filter的结构和sending filter模块结构相同，但在scifunc中的程序略有不同： function X=t2f(x) H=fft (x);
X=[H (mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)), H(mtlb_imp(1,N/2)) ]*dt； endfuntion
//////////////////////////////////////////////////////////// function x=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=SR.*GT; y=real(f2t(SR1));
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y1=y’;
GR为接收端根升余弦滤波器的频域传递函数。
方案二利用根升余弦滤波器模块实现基带传输系统的升余弦特性。 (1) 按图连接数字基带系统。
（2）context内容设置如图。
其中Tb为比特周期，fb=1/Tb是比特率。R是滚降系数。带宽为（1+R）/2*fb。
实验中实现功能的程序以及说明
function X=t2f(x) H=fft (x);
X=[H (mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)), H(mtlb_imp(1,N/2)) ]*dt； endfuntion
//////////////////////////////////////////////////////////// function x=f2t(X)
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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’
u1为输入信号，GT为发送根升余弦滤波器的频域传输函数，y1为输出信号，t2f和f2t函数分别实现傅式变换和傅式反变换的功能。其中的t2f函数、f2t函数的实现代码也需要复制到此scifunc程序，以便调用。
Receving filter的结构和sending filter模块结构相同，但在scifunc中的程序略有不同：
function X=t2f(x) H=fft (x);
X=[H (mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)), H(mtlb_imp(1,N/2)) ]*dt； endfuntion
//////////////////////////////////////////////////////////// function x=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=SR.*GT; y=real(f2t(SR1)); y1=y’;
实验使用的模块及其使用说明
方案一： 序号 1 库/模块名称 Clock_c 实现功能 参数设置 为系统提供周期性Period: dt, init time:0 的触发时钟信号 2 3 4 5 Frequ_div Ramdom integer generator Serial to bus converter Bus to serial
Phase : 0, division factor : L Number of size per integer: 1, type: 0 Size of output :N, init converter value:0 Size of output :N, init converter 66 / 69 北京邮电大学信息与通信工程学院实验报告 6 7 8 9 10 11 converter scifunc Random generator delay Delay 0.1 S/H Mathematical expression MScope 12 13
Eye scope value:0 Input ports size:[N,1] output ports size:[N,1] Datatype: 1,flag:1, A:0,B:0.2 Size of delay:2*N Delay:0.1 data of initial output event:0 Delaytype:1 Number of inputs:1 Scilab expression:2*(u1>0)-1 Use zero-crossion:1 Input ports sizes:1 1 1, Ymin vector:-2 -2 -2 Ymax vector:2 2 2 Refresh period:30 30 30 Sampling period:1,sampling per symbol: 方案二： 序号 1 库/模块名称 Clock_c（1） 实现功能 为系统提供周期性的触发时钟信号 参数设置 Period: Tb, inittime:Tb 2 3 4 5 Clock_c（2） Period: Ts, inittime:Ts Number of bits per integer:1,type:0 Datatype:1,flag:1,A:0,B:0.2 Size of output:1 Upsamplefactory:Ns Sample based:0 Type:1 Inherit:0 Size of output vectors:1 Sample per symblol:Ns Roff-Off factor:R Length of impulse response:impulseResponseLength Filter Gain:1 Inherit:0 Plot impulse response:0 Size of output vectors:1 Sample per symblol:Ns 67 / 69
Random integer Generator Random Generator UpSample 6 SRRCF(1) 7 SRRCF(2) 北京邮电大学信息与通信工程学院实验报告 Roff-Off factor:R Length of impulse response:impulseResponseLength Filter Gain:1/Ns Inherit:0 Plot impulse response:0 8 9 Delay Mux Size of delay: impulseResponseLength Number of input ports or vector of size:2 10 11 Sample and hold Mathermatical expression 12 cscope Datatype:1 Number of inputs:1 Scilab expression:(u1>0)-(u1<0) Ymin vector:-2 Ymax vector:2 Refresh period:30*Tb 13 Eye scope Sampling period:Ts,samples per symbol:Ns 14 15 16 FFT(1) FFT(2) Mscope Sampling period :Ts Sampling period :Ts Input ports sizes:1 1 1 1 Ymin vector:-2 -2 -2 -2 Ymax vector:2 2 2 2 Refresh period:30 30 30 30 实验结果
方案一：
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方案二：
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思考题
（1） 数字基带传输的一个重要指标是滤波器的滚降系数，联系实验中给出的实验原理，修改系统中的滚降系数，画出相应接收滤波器的眼图和功率谱密度图，观测当前系数的带宽及眼图的清晰程度，分析滚降系数大小的变化对系统带宽和误码性能的响应。
原来滚降系数是0.5的眼图和功率谱密度：
带宽约为0.06Hz
把滚降系数改成0.8以后出来的眼图和功率谱密度：
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带宽约为0.09Hz
滚降系数为1时候的眼图和功率谱密度：
此时带宽约为0.1Hz
滚降系数变大，眼图变得更加清晰，采样点所引起的码间干扰变小，带宽变大。
（2）观察方案一与方案二的两种设计方案的传输效果哪个更好？为什么？介意读者查看根升余弦滤波器模块的计算函数辅助分析。
方案二比较好，眼图的张开更大，性能体现更好。
实验总结
方案一用程序模拟升余弦滚降,方案二用器件实现,同时还模拟了整个信道的时延
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