《信号与系统及MATLAB实现》实验指导书
前言 长期以来，《信号与系统》课程一直采用单一理论教学方式，同学们依靠做习题来巩固和理解教学内容，虽然手工演算训练了计算能力和思维方法，但是由于本课程数学公式推导较多，概念抽象，常需画各种波形，作题时难免花费很多时间，现在，我们给同学们介绍一种国际上公认的优秀科技应用软件MA TLAB，借助它我们可以在电脑上轻松地完成许多习题的演算和波形的绘制。 MA TLAB的功能非常强大，我们此处仅用到它的一部分，在后续课程中我们还会用到它，在未来地科学研究和工程设计中有可能继续用它，所以有兴趣的同学，可以对MA TLAB 再多了解一些。 MA TLAB究竟有那些特点呢？ 1．高效的数值计算和符号计算功能，使我们从繁杂的数学运算分析中解脱出来； 2．完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化； 3．友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，易于学习和掌握； 4．功能丰富的应用工具箱，为我们提供了大量方便实用的处理工具； MA TLAB的这些特点，深受大家欢迎，由于个人电脑地普及，目前许多学校已将它做为本科生必须掌握的一种软件。正是基于这些背景，我们编写了这本《信号与系统及MA TLAB实现》指导书，内容包括信号的MA TLAB表示、基本运算、系统的时域分析、频域分析、S域分析、状态变量分析等。通过这些练习，同学们在学习《信号与系统》的同时，掌握MA TLAB的基本应用，学会应用MA TLAB的数值计算和符号计算功能，摆脱烦琐的数学运算，从而更注重于信号与系统的基本分析方法和应用的理解与思考，将课程的重点、难点及部分习题用MA TLAB进行形象、直观的可视化计算机模拟与仿真实现，加深对信号与系统的基本原理、方法及应用的理解，为学习后续课程打好基础。另外同学们在进行实验时，最好事先预习一些MA TLAB的有关知识，以便更好地完成实验，同时实验中也可利用MA TLAB的help命令了解具体语句以及指令的使用方法。
实验三信号强度实验（RSSI） 一实验目的 通过改变两个802.15.4/Zigbee通讯模块之间的距离，观察信号强度随距离变化的情况，了解RSSI 二实验设备 ●PC机一台 ●802.15.4/Zigbee模块两个 ●仿真器一个 ●串口延长线一根 ●IDC10仿真排线一根 三实验说明 RSSI(receive signal strength indicator)：即为信号强度指示，是真实的接收信号强度与最优接收功率等级间的差值。 LQI [2-4](link quality indicator)：是链路质量指示，表征接收数据帧的能量与质量。其大小基于信号强度以及检测到的信噪比(SNR)，由MAC(media access control)层计算得到并提供给上一层，一般与正确接收到数据帧的概率有关口[3]。 RSSI值和LQI值在802.15.4/ZigBee收发模块每接收一个数据帧时都可以得到，及时反映信号强度的变化和受到的干扰的变化。LQI的动态范围比RSSI大，有更高的分辨率。 四实验步骤 1．连接实验设备 首先把仿真器和2430 学习板连接好，再用USB 线把仿真器和电脑连接起来 2．下载程序 按照实验二中的方法，将“实验三信号强度实验（RSSI）\spptest\App_Ex\cc2430\IAR_files \appEx_cc2430.ewp添加到IAR工程中，然后分别将RX和TX下载到两个模块中 3. 模块加电测试 给两个802.15.4/Zigbee模块加电，如果两个模块组网成功，则模块上的两个LED灯交替闪烁 4. 打开协议分析软件Packet sniffer for CC2430 IEEE 802.1 5.4，然后改变两个 802.15.4/Zigbee模块之间的距离，观察RSSI/LQI值的变化情况，如图15：
1. 实验原理 2. 设描述连续时间系统的微分方程为： ) ()()()()()()()(01) 1(1) (01)1(1)(t f b t f b t f b t f b t y a t y a t y a t y a m m m m n n n n +'+++=+'+++---- 则可用向量a 和b 表示该系统，即 ],,,,[011a a a a a n n -= ],,,,[011b b b b b m m -= 注意，向量a 和b 的元素一定要以微分方程时间求导的降幂次序排列，且缺项要用0补齐。 如微分方程 )()()(2)(3)(t f t f t y t y t y +''=+'+'' 表示该系统的向量为 ]2 3 1[=a ]1 0 1[=b （1）求解冲激响应：impulse()函数 impulse()函数有以下四种调用格式： ① impulse(b,a) 该调用格式以默认方式绘制由向量a 和b 定义的连续时间系统的冲激响应的时域波形。 ② impulse(b,a,t) 该调用格式绘制由向量a 和b 定义的连续时间系统在t ~0时间范围内的冲激响应的时域波形。 ③ impulse(b,a, t1:p:t2) 该调用格式绘制由向量a 和b 定义的连续时间系统在21~t t 时间范围内，且以时间间隔 p 均匀抽样的冲激响应的时域波形。 ④ y=impulse(b,a,t1:p:t2) 该调用格式并不绘制系统冲激响应的波形，而是求出由向量a 和b 定义的连续时间系统在21~t t 时间范围内以时间间隔p 均匀抽样的系统冲激响应的数值解。 （2）求解阶跃响应：step()函数 step()函数也有四种调用格式： ① step(b,a) ② step(b,a,t) ③ step(b,a, t1:p:t2) ④ y=step(b,a,t1:p:t2) 上述调用格式的功能与impulse()函数完全相同。 （3）求解零状态响应：lsim()函数 lsim()函数有以下二种调用格式：
实验报告 实验二连续时间系统的时域分析 一、实验目的： 1、掌握用Matlab进行卷积运算的数值方法和解析方法,加深对卷积积分的理解。 2、学习利用Matlab实现LTI系统的冲激响应、阶跃响应和零状态响应。 二、实验内容及步骤 实验前，必须首先阅读本实验原理，读懂所给出的全部范例程序。实验开始时，先在计算机上运行这些范例程序，观察所得到的信号的波形图。并结合范例程序应该完成的工作，进一步分析程序中各个语句的作用，从而真正理解这些程序。
1、 编写程序Q2_1，完成)(1t f 与)(2t f 两函数的卷积运算。 2、 编写程序Q2_2，完成)(1t f 与)(2t f 两函数的卷积运算。 3、编写程序Q2_3。利用程序Q2_1，验证卷积的相关性质。 (a) 验证性质：)()(*)(t x t t x =δ (b) 验证性质： )()(*)(00t t x t t t x -=-δ 4、编写程序Q2_4。某线性时不变系统的方程为 )(8)(2)(6)(5)(t f t f t y t y t y +'=+'+''， (a)系统的冲激响应和阶跃响应。 (b)输入()()t f t e u t -=，求系统的零状态响应)(t y zs 。 三. 实验结果 一： dt=0.01 t1=0:dt:2 f1=0.5*t1 t2=0:dt:2 f2=0.5*t2 f=dt*conv(f1,f2) t=0:0.01:4 plot(t,f);axis([-1 5 0 0.8])
二： dt=0.01 t=-3:dt:3 t1=-6:dt:6 ft1=2*rectpuls(t,2) ft2=rectpuls(t,4) y=dt*conv(ft1,ft2) plot(t1,y) axis([-4 4 0 5]) 以上两题出现错误点：（1）最开始模仿例1的写法用function [f,k]=sconv，总提示出现 错误 （2）t0+t2 ≤ t ≤ t1+t3 不大能理解的运用个特点，在编写的时候总是被忽略。导致t和t1设置的长度总出错。 三： （a） dt=0.01 t=0:dt:2 t0=0 t1=0:dt:2t2=0:dt:2
店家WiFi信号及手机信号检测方法及标准 一、技术参数说明： 1、信号功率绝对值dBm：仔细看的时候会发现这个值是负的，也就是说手机会显示比如-67（dBm），那就说明信号很强。科普一个小知识：中国移动的手机接收电平≥（城市取-90dBm；乡村取-94dBm）、（中国联通的手机接收电平≥-95dBm）时，则满足覆盖要求，也就是说此处无线信号强度满足覆盖要求。-67dBm 要比-90dBm 信号要强20多个dB，那么它在打电话接通成功率和通话过程中的话音质量都会强很多（当然也包括EDGE/GPRS上网的速度那些），所以dBm值越大信号就越好，因为是个负值，而且在你手里的时候它永远是负值。如果感兴趣且附近有无线基站的天线的话，可以把你的手机尽量接近天线面板，那么值就越来越大，如果手机跟天线面板挨到一起，那么它可能十分接近于0。（0是达不到的，这里0的意思不代表手机没信号）。 2、移动设备信号发射功率概念：由于手机不断移动，手机和基站之间的距离不断变化，因此手机的发射功率不是固定不变的，基站根据距离远近的不同向手机发出功率级别信号，手机收到功率级别信号后会自动调整自身的功率，离基站远时发射功率大，离基站近时发射功率小。手机中的数据存储器存放有功率级别表，当手机收到基站发出的功率级别要求时，在CPU的控制下，从功率表中调出相应的功率级别数据，经数/模转换后变成标准的功率电平值，而手机的实
际发射功率经取样后也转换成一个相应的电平值，两个电平比较产生出功率误差控制电压，去调节发射机激励放大电路、预放、功放电路的放大量，从而使手机的发射功率调整到要求的功率级别上。也就是说，手机信号强度不是越强越好，也不是起弱越好，它是在一定标准范围内的。 3、Kbps、KBps：又称比特率，指的是数字信号的传输速率，也就是每秒钟传送多少个千位的信息（K表示千位，Kb表示的是多少千个位）；Kbps也可以表示网络的传输速度，为了在直观上显得网络的传输速度较快，一般公司都使用kb（千位）来表示，如果是KBps，则表示每秒传送多少千字节。1KByte/s＝8Kbps(一般简写为1KBps=8Kbps)。ADSL上网时的网速是512Kbps,如果转换成字节，就是512/8＝64KBps(即64千字节每秒）。 二、店家检测各类信号强度的方法： 1、移动设备类型：检测设备可以是：iOS系统移动设备、Android 系统移动设备和笔记本电脑。 2、检测软件： 1）iOS系统：SPEEDTEST，可检测Ping值、下载速率、上传速率，功能亮点是可以保存往次检测记录。 2）Android系统：SPEEDTEST，功能和iOS系统的一样，功能亮点是可以保存往次检测记录。 3）WiFi分析仪：可检测WiFi信号强度、信道、寻找AP等功能。
信号与系统实验实验三：信号的卷积 小组成员： 黄涛13084220 胡焰焰13084219 洪燕东13084217
一、实验目的 1. 理解卷积的物理意义； 2. 掌握运用计算机进行卷积运算的原理和方法； 3. 熟悉卷积运算函数conv的应用； 二、预习内容 1. 卷积的定义及物理意义； 2. 卷积计算的图解法； 3. 卷积的应用 三、实验原理说明 1.卷积的定义 连续时间和离散时间卷积的定义分别如下所示： 2.卷积的计算 由于计算机技术的发展，通过编程的方法来计算卷积积分和卷积和已经不再是冗繁的工作，并可以获得足够的精度，因此信号的时域卷积分析法在系统分析中得到了广泛的应用。 卷积积分的数值运算可以应用信号的分段求和来实现，即： 数值运算只求当时的信号值，则由上式可以得到： 上式中实际上就是连续信号等间隔均匀抽样的离散序列的卷积和，当足够小的时候就是信号卷积积分的数值近似。因此，在利用计算机计算两信号卷积积分时，实质上是先将其转化为离散序列，再利用离散卷积和计算原理来计算。 3.卷积的应用 3.1 求解系统响应 卷积是信号与系统时域分析的基本手段，主要应用于求解系统响应，已知一LTI系统的单位冲激响应和系统激励信号则系统响应为激励与单位冲激响应的卷积。 需要注意的是利用卷积分析方法求得的系统响应为零状态响应。 3.2 相关性分析 相关函数是描述两个信号相似程度的量。两信号之间的相关函数一般称之为互相关函数或者互关函数，定义如下： 若是同一信号，此时相关函数称为自相关函数或者自关函数： 对于相关函数与卷积运算有着密切的联系，由卷积公式与相关函数比较得： 可见，由第二个信号反转再与第一个信号卷积即得到两信号的相关函数。 4.涉及的Matlab函数 4.1 conv函数 格式w = conv(u,v)，可以实现两个有限长输入序列u，v的卷积运算，得到有限冲激响应系统的输出序列。输出序列长度为两个输入序列长度和减一。 四、实验内容 给定如下因果线性时不变系统： y[n]+0.71y[n-1]-0.46y[n-2]-0.62y[n-3=0.9x[n]-0.45x[n-1]+0.35x[n-2]+0.002x[n-3] (1)不用impz函数，使用filter命令，求出以上系统的单位冲激响应h[n]的前20个样本; clc; N = 0:19;
信号与系统实验实验四：周期信号的傅里叶级数 小组成员： 黄涛13084220 胡焰焰13084219 洪燕东13084217
一、实验目的 1、分析典型的矩形脉冲信号，了解矩形脉冲信号谐波分量的构成。 2、观察矩形脉冲信号通过多个数字滤波器后，分解出各谐波分量的情况。 3、掌握用傅里叶级数进行谐波分析的方法。 4、观察矩形脉冲信号分解出的各谐波分量可以通过叠加合成出原矩形脉冲信号。 二、预习内容 1、周期信号的傅里叶级数分解及其物理意义。 2、典型信号傅里叶级数计算方法。 三、实验原理 1. 信号的时间特性与频率特性 信号可以表示为随时间变化的物理量，比如电压)(t u 和电流)(t i 等，其特性主要表现为随时间的变化，波形幅值的大小、持续时间的长短、变化速率的快慢、波动的速度及重复周期的大小等变化，信号的这些特性称为时间特性。 信号还可以分解为一个直流分量和许多不同频率的正弦分量之和。主要表现在各频率正弦分量所占比重的大小不同；主要频率分量所占的频率范围也不同，信号的这些特性称为信号的频率特性。 无论是信号的时间特性还是频率特性都包含了信号的全部信息量。 2. 信号的频谱 信号的时间特性和频率特性是对信号的两种不同的描述方式。根据傅里叶级数原理，任意一个时域的周期信号)t (f ，只要满足狄利克莱(Dirichlet)条件，就可以将其展开成三角形式或指数形式的傅里叶级数。例如，对于一个周期为T 的时域周期信号)t (f ，可以用三角形式的傅里叶级数求出它的各次分量，在区间),(11T t t +内表示为 ()∑∞ =Ω+Ω+=10sin cos )(n n n t n b t n a a t f 即将信号分解成直流分量及许多余弦分量和正弦分量，研究其频谱分布情况。 A 0t A n 0A 0t （a）（b） Ω（c）ωΩ 5Ω3Ω Ω3Ω5 3. 信号的时间特性与频率特性关系 信号的时域特性与频域特性之间有着密切的内在联系，这种联系可以用图4-1来形象地表示。其中图4-1(a)是信号在幅度--时间--频率三维坐标系统中的图形；图4-1(b)是信号在幅度--时间坐标系统中的图形即波形图；把周期信号分解得到的各次谐波分量按频率的高低排列，就可以得到频谱图。反映各频率分量幅度的频谱称为振幅频谱。图4-1(c)是信号在幅度--频率坐标系统中的图形即振幅频谱图。反映各分量相位的频谱称为相位频谱。 4. 信号频谱的测量 在本实验中只研究信号振幅频谱。周期信号的振幅频谱有三个性质：离散性、谐波性、收敛
实验一 练习一信号的特性及其频谱分分析 实验原理 一. 信号的概念和分类 1. 信号 在通信与信息系统中，传输的主体是信号，系统所包含的各种电路、设备都是为了实施这种传输。因此，电路系统设计和制造的要求，必然要取决于信号的特性。随着待传输信号的日益复杂，相应地，信号传输系统中的元器件、电路的结构等也日益复杂。因此，对信号进行分析变得越来越重要。 2. 信号的分类 下面从不同角度对信号进行分类。 确定信号和随机信号：若其在任何时间的值都是确定已知的，那么是确定信号；若信号在实际发生之前具有一定的不确定性，则表明信号是随机信号。 连续信号和离散信号：将一个信号表示成为时间t的函数，如果其时间变量t的取值是连续的，那么这个信号就称为连续信号。若信号只在某些不连续的时间点上有确定的取值，则称信号是离散信号。 模拟信号和数字信号：时间或幅度连续的信号称为模拟信号，时间和幅度都离散的信号称为数字信号。 周期信号和非周期信号：在一个可以测量的时间范围内完成一种模式，并且在后续的相同时间范围内重复这一模式，这种信号是周期信号；不随时间变化出现重复的模式或循环，则是非周期信号。 二. 周期模拟信号 周期模拟信号可以分为简单类型或复合类型两种。简单类型模拟信号，即正弦波，不能再分解为更简单的信号。而复合型模拟信号则是由多个正弦波信号组成的。 正弦波是周期模拟信号的最基本形式。可以看做一条简单的震荡曲线，在一个周期内的变化是平滑、一直的、连续的、起伏的曲线。下图就是一个正弦波，每个循环由时间轴上方的单弧和后跟着的时间轴下方的单弧构成。 图1-1-1 正弦波
单个正弦波可以用三个参数表示：峰值振幅、频率和相位。这三个参数完全决定正弦波。 1. 峰值振幅 信号的峰值振幅是其最高强度的绝对值，与其携带的能量成正比。图1-1-2表示了两个信号和它们的峰值振幅。 图1-1-2 相位和频率相同但振幅不同的两个信号 2. 周期和频率 周期是信号完成一个循环所需要的时间，以秒为单位。频率是指1秒内的周期数。周期是频率的倒数，频率是周期的倒数，如下列公式所示。 图1-1-3显示了两个信号和它们的频率。
信号与系统实验讲义 雷明东编 重庆文理学院 电子电气学院 2014年10月
实验注意事项 1、不准迟到早退，开始做实验前需要签字； 2、在离开实验室前，要整理好实验设备、桌椅、收拾好垃圾后，待老师检查完毕，方可离开实验室； 3、做实验期间不准大声喧哗，如有问题需举手示意； 4、不准在无老师授权的情况下随意拆卸实验设备； 5、在每次做新实验前，需交前个实验的实验报告。
实验一 常用信号的分类和观察 一 实验目的： 1、观察和了解常见信号的波形和特点。 2、理解相关信号参数的作用和意义。 3、掌握信号的FFT 变换。 3、熟练掌握示波器的使用。 二 实验原理： 描述信号的基本方法是写出它的数学表达式，此表达式是时间的函数，绘出函数的图像称为信号的波形。 对于各种信号，可以从不同的角度分类。如分成确定性信号与随机信号；周期信号与非周期信号；连续时间信号与离散时间信号等。 常见信号除了包括正弦波)sin()(0φω+=t A t x 、指数函数信号t Ke t x α=)(、抽样函数信号t t A t x /)(sin )(=、高斯函数信号τ/)(t Ke t x -=、方波、三角波、锯齿波，还包括一些直流信号。 三 预习练习： 1、预习有关信号的分类和描述。 2、理解信号的函数表达式和相关参数的意义。 四 实验内容及步骤： 1、 根据实验箱上函数信号发生器模块的提示选择相应的信号波形代码。 01：正弦波 02：方波 03：锯齿波 04：三角波
05：阶梯波 06：衰减指数信号 07：高斯函数信号 08：抽样函数信号 09：抽样脉冲 10：调幅信号 11：扫频信号 2、用示波器测量信号，读取信号的幅度和频率，并用坐标纸记录信号波形； 在信号与系统实验箱上的电源模块用电压表（或万用表）与示波器来观 测电源信号的特点，并测量电源的幅度。 3、在示波器上观测扫频信号的波形特征，大致画出扫频信号的波形。 4、利用示波器中的FFT函数，来观看信号的FFT变换形式。 5、用频谱分析仪观测各个信号的频谱（选做）。 五实验仪器： 1、信号系统实验箱（函数信号发生器模块） 2、双踪示波器 六实验报告内容： 1、根据实验测量所得数据，绘制各个信号的波形图。 2、绘制各个波形的FFT变换波形。 3、写出相应的函数表达式与频域变换表达式。 4、用示波器直流档观测函数信号的波形特点，并说明原因（提示：本函数发生器所产生的信号均由单片机AT89C51产生）。
实验一：信号的时域分析 一、实验目的 1.观察常用信号的波形特点及产生方法 2.学会使用示波器对常用波形参数的测量 二、实验仪器 1.信号与系统试验箱一台（型号ZH5004） 2.40MHz双踪示波器一台 3.DDS信号源一台 三、实验原理 对于一个系统特性的研究，其中重要的一个方面是研究它的输入输出关系，即在一特定的输入信号下，系统对应的输出响应信号。因而对信号的研究是对系统研究的出发点，是对系统特性观察的基本手段与方法。在本实验中，将对常用信号和特性进行分析、研究。 信号可以表示为一个或多个变量的函数，在这里仅对一维信号进行研究，自变量为时间。常用信号有：指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa(t)信号、钟形信号、脉冲信号等。 1、信号：指数信号可表示为f(t)=Ke at。对于不同的a取值，其波形表现为不同的形式，如下图所示： 图1―1 指数信号 2、信号：其表达式为f（t）=Ksin（ωt＋θ），其信号的参数：振幅K、角频率ω、与初始相位θ。其波形如下图所示：
图1－2 正弦信号 3、指数衰减正弦信号：其表达式为其波形如下图： 图1－3 指数衰减正弦信号 4、Sa(t)信号：其表达式为：。Sa(t)是一个偶函数，t= ±π,±2π,…,±nπ时，函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特的运用。其信号如下图所示：
图1－4 Sa（t）信号 5、钟形信号（高斯函数）：其表达式为：其信号如下图所示： 图1－5 钟形信号 6、脉冲信号：其表达式为f(t)=u(t)-u(t-T)，其中u(t)为单位阶跃函数。其信号如下图所示： 7、方波信号：信号为周期为T，前T/2期间信号为正电平信号，后T/2期间信号为负电平信号，其信号如下图所示 U(t)
实验1 信号的时域描述与运算 一、实验目的 1. 掌握信号的MATLAB表示及其可视化方法。 2. 掌握信号基本时域运算的MA TLAB实现方法。 3. 利用MA TLAB分析常用信号，加深对信号时域特性的理解。 二、实验原理与方法 1. 连续时间信号的MATLAB表示 连续时间信号指的是在连续时间范围内有定义的信号，即除了若干个不连续点外，在任何时刻信号都有定义。在MATLAB中连续时间信号可以用两种方法来表示，即向量表示法和符号对象表示法。 从严格意义上来说，MATLAB并不能处理连续时间信号，在MATLAB中连续时间信号是用等时间间隔采样后的采样值来近似表示的，当采样间隔足够小时，这些采样值就可以很好地近似表示出连续时间信号，这种表示方法称为向量表示法。表示一个连续时间信号需要使用两个向量，其中一个向量用于表示信号的时间范围，另一个向量表示连续时间信号在该时间范围内的采样值。例如一个正弦信号可以表示如下： >> t=0:0.01:10; >> x=sin(t); 利用plot(t,x)命令可以绘制上述信号的时域波形，如图1所示。 如果连续时间信号可以用表达式来描述，则还可以采用符号表达式來表示信号。例如对于上述正弦信号，可以用符号对象表示如下： >> x=sin(t); >> ezplot(X); 利用ezplot(x)命令可以绘制上述信号的时域波形 Time(seconds) 图1 利用向量表示连续时间信号
t 图 2 利用符号对象表示连续时间信号 sin(t) 2.连续时间信号的时域运算 对连续时间信号的运算包括两信号相加、相乘、微分、积分，以及位移、反转、尺度变换（尺度伸缩）等。 1）相加和相乘 信号相加和相乘指两信号对应时刻的值相加和相乘，对于两个采用向量表示的可以直接使用算术运算的运算符“+”和“*”来计算，此时要求表示两信号的向量时间范围和采样间隔相同。采用符号对象表示的两个信号，可以直接根据符号对象的运算规则运算。 2）微分和积分 对于向量表示法表示的连续时间信号，可以通过数值计算的方法计算信号的微分和积分。这里微分使用差分来近似求取的，由时间向量[N t t t ,,,21?]和采样值向量[N x x x ,,,21?]表示的连续时间信号，其微分可以通过下式求得 1,,2,1,|)('1-?=?-≈ +=N k t x x t x k k t t k 其中t ?表示采样间隔。MA TLAB 中用diff 函数来计算差分 k k x x -+1。 连续时间信号的定积分可以由MATLAB 的qud 函数实现，调用格式为 quad ('function_name',a,b) 其中，function_name 为被积函数名，a 、b 为积分区间。
2.7 信号强度（RSSI）实验 【实验内容】 RSSI指接收信号的强度，在无线定位、无线测距方面有广泛的应用。本实验通过点对点或者一点对多点通信测定RSSI的值，通过该实验希望读者知道RSSI值的获取方法，同时使读者能够更加熟练地使用SXIOT-WSN实验平台下的底层协议栈。 【实验环境】 1. 带有CC2530芯片的基站一个 2. 基本节点一个 3. 天线两个 4. 烧录器一个 5. 烧录线一根 6. Mini USB线一根 7. 平行串口线一根 【准备知识】 查阅CC2530芯片手册，了解RSSI的概念，了解RSSI和发送功率以及和传输距离的关系。 【实验原理】 RSSI即Received Signal Strength Indication，CC2530芯片中有专门读取RSSI值的寄存器，当数据包接收后，CC2530芯片中的协处理器将该数据包的RSSI值写入寄存器。如图2.7.1所示。RSS值和接收信号功率的换算关系如下： P = RSSI_VAL + RSSI_OFFSET [dBm]
其中，RSSI_OFFSET是经验值，一般取-45，在收发节点距离固定的情况下，RSSI值随发射功率线性增长，如下图所示。 RSSI的产生过程 图 2.7-2RSSI随发射功率的变化曲线 【注意事项】 烧录基站的时候节点号一定要为1，烧录节点的时候，组号要和基站统一。因为在代码中规定，节点号为1的只收不发，而节点号不为1的只发不收。 【实验总结】 在完成这个实验后，我们能够掌握CC2530中RSSI对应的寄存器，同时可以掌握怎么去获取两个通讯节点之间的RSSI。在掌握RSSI的基础之上，可以从直观上了解RSSI和距离之间的关系。
第1章 习题答案 1－1 题1－1图所示信号中，哪些是连续信号？哪些是离散信号？哪些是周期信号？哪些是非周期信号？哪些是有始信号？ 解： ① 连续信号：图（a ）、（c ）、（d ）； ② 离散信号：图（b ）； ③ 周期信号：图（d ）； ④ 非周期信号：图（a ）、（b ）、（c ）； ⑤有始信号：图（a ）、（b ）、（c ）。 1－2 已知某系统的输入f(t)与输出y(t)的关系为y(t)=|f(t)|，试判定该系统是否为线性时不变系统。 解： 设T 为此系统的运算子，由已知条件可知： y(t)=T[f(t)]=|f(t)|，以下分别判定此系统的线性和时不变性。 ① 线性 1）可加性 不失一般性，设f(t)=f 1(t)+f 2(t)，则 y 1(t)=T[f 1(t)]=|f 1(t)|，y 2(t)=T[f 2(t)]=|f 2(t)|，y(t)=T[f(t)]=T[f 1(t)+f 2(t)]=|f 1(t)+f 2(t)|，而 |f 1(t)|＋|f 2(t)|≠|f 1(t)+f 2(t)| 即在f 1(t)→y 1(t)、f 2(t)→y 2(t)前提下，不存在f 1(t)＋f 2(t)→y 1(t)＋y 2(t)，因此系统不具备可加性。 由此，即足以判定此系统为一非线性系统，而不需在判定系统是否具备齐次性特性。 2）齐次性 由已知条件，y(t)=T[f(t)]=|f(t)|，则T[af(t)]=|af(t)|≠a|f(t)|=ay(t) （其中a 为任一常数） 即在f(t)→y(t)前提下，不存在af(t)→ay(t),此系统不具备齐次性，由此亦可判定此系统为一非线性系统。 ② 时不变特性 由已知条件y(t)=T[f(t)]=|f(t)|，则y(t-t 0)=T[f(t-t 0)]=|f(t-t 0)|， 即由f(t)→y(t)，可推出f(t-t 0)→y(t-t 0)，因此，此系统具备时不变特性。 依据上述①、②两点，可判定此系统为一非线性时不变系统。 1－3 判定下列方程所表示系统的性质： )()()]([)()(3)(2)(2)()()2()()(3)(2)()()()()() (2''''''''0t f t y t y d t f t y t ty t y c t f t f t y t y t y b dx x f dt t df t y a t =+=++-+=+++=? 解：（a ）① 线性 1）可加性 由 ?+=t dx x f dt t df t y 0)()()(可得?????→+=→+=??t t t y t f dx x f dt t df t y t y t f dx x f dt t df t y 01122011111)()()()()()()()()()(即即 则 ???+++=+++=+t t t dx x f x f t f t f dt d dx x f dt t df dx x f dt t df t y t y 0212102201121)]()([)]()([)()()()()()( 即在)()()()()()()()(21212211t y t y t f t f t y t f t y t f ＋＋前提下，有、→→→，因此系统具备可加性。 2）齐次性 由)()(t y t f →即?+=t dx x f dt t df t y 0)()()(，设a 为任一常数，可得 )(])()([)()()]([)]([000t ay dx x f dt t df a dx x f a dt t df a dx x af t af dt d t t t =+=+=+??? 即)()(t ay t af →，因此，此系统亦具备齐次性。 由上述1）、2）两点，可判定此系统为一线性系统。
信号与系统实验 实验1 阶跃响应与冲激响应 一、实验目的 1、观察和测量RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应的波形和有关参数，并 研究其电路元件参数变化对响应状态的影响； 2、掌握有关信号时域的测量方法。 二、实验原理说明 实验如图1－1所示RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应的电路连接图，图1
用周期方波通过微分电路后得到的尖顶脉冲代替冲激信号。 三、实验内容 1、阶跃响应波形观察与参数测量 设激励信号为方波，其幅度为1.5V 峰峰值，频率为500Hz 。 实验电路连接图如图1-1（a ）所示。 ① 连接如图1-1所示 ② 调整激励源信号为方波，调节频率旋钮，使f=500Hz ，调节幅度旋钮， 使信号幅度为1.5V 。（注意：实验中，在调整信号源的输出信号的参数时，需连接上负载后调节） ③ 示波器CH1接于TP909，调节滑动变阻器，使电路分别工作于欠阻尼、 临界和过阻尼三种状态，并将实验数据填入表格1-1中。 ④ TP908为输入信号波形的测量点，可把示波器的CH ·接于TP908上，便 于波形比较。 表1-1 注:描绘波形要使三状态的X 轴坐标(扫描时间)一致。 2、冲激响应的波形观察 冲激信号是由阶跃信号经过微分电路而得到。 实验电路如图1—1（b ）所示。 参数测量 波形观察 欠阻尼状态 临界状态 过阻尼状态 状态 参数测量 R< Tr= Ts= δ= R= Tr= R>
①将信号输入接于P905。（频率与幅度不变）； ②将示波器的CH1接于TP906，观察经微分后响应波形（等效为冲激激 励信号）； ③连接如图1-1（b）所示 ④将示波器的CH2接于TP909，调整滑动变阻器，使电路分别工作于欠 阻尼、临界和过阻尼三种状态 ④观察TP909端三种状态波形，并填于表1-2中。 表1-2 表中的激励波形为在测量点TP906观察到的波形（冲激激励信号）。 四、实验报告要求 1、描绘同样时间轴阶跃响应与冲激响应的输入、输出电压波形时， 要标明信号幅度A、周期T、方波脉宽T1以及微分电路的τ值。 2、分析实验结果，说明电路参数变化对状态的影响。 五、实验设备 双踪示波器 1 台 信号系统实验箱 1台 上升时间t r :y(t)从0.1到第一次达到0.9所需时间。 峰值时间t p :y(t)从0上升y max 所需的时间。 调节时间t s :y(t)的振荡包络线进入到稳态值的% 5 误差范围所需的时间。 激励波形 响应波形 欠阻尼状态临界状态过阻尼状态
***************** 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2013年春季学期 嵌入式系统开发技术课程设计 题目：2.4G各信道信号强度测试实验 专业班级：通信工程4班 姓名：王强 学号：10250424 指导教师：薛建斌 成绩：
摘要 本次课程设计使用CC2530的RF射频CC2530RF功能模块及带有RF功能模块的智能主板分析2.4G频段信道11-26各个信道的信号强度。在模块设计中，在两个CC2530的RF 模块间进行无线通信，并且在无线通信的基础上进行2.4G 频段信道11-26 各个信道的信号强度分析与测试。而且测试的效果是通过LED灯的亮灭来进行监测的。 关键词: CC2530 无线通信 2.4G信道信号监测
前言.......................................................................... 一、CC2530 基本介绍 (5) 1.1CC2530芯片基本介绍 (5) 1.2CC2530芯片引脚功能 (5) 1.3电源引脚功能 (6) 1.4控制线引脚 (7) 1.5强型8051内核 (7) 1.6复位 (7) 二、CC2530RF模块以及信号信道分配模式 (8) 三、设计流程 (9) 3.1计原理及说明 (9) 3.2设计步骤 (9) 3.3程序流程图 (10) 四、测试 (11) 4.1测试装置 (11) 4.2设计原理及说明 (11) 4.3测试步骤 (11) 总结 (13) 参考文献 (14) 致谢 (15) 附录 (16)
实验三 常见信号的MATLAB 表示及运算 一、实验目的 1．熟悉常见信号的意义、特性及波形 2．学会使用MATLAB 表示信号的方法并绘制信号波形 3. 掌握使用MATLAB 进行信号基本运算的指令 4. 熟悉用MATLAB 实现卷积积分的方法 二、实验原理 根据MATLAB 的数值计算功能和符号运算功能，在MA TLAB 中，信号有两种表示方法，一种是用向量来表示，另一种则是用符号运算的方法。在采用适当的MA TLAB 语句表示出信号后，就可以利用MA TLAB 中的绘图命令绘制出直观的信号波形了。 1.连续时间信号 从严格意义上讲，MATLAB 并不能处理连续信号。在MATLAB 中，是用连续信号在等时间间隔点上的样值来近似表示的，当取样时间间隔足够小时，这些离散的样值就能较好地近似出连续信号。在MATLAB 中连续信号可用向量或符号运算功能来表示。 ⑴ 向量表示法 对于连续时间信号()f t ，可以用两个行向量f 和t 来表示，其中向量t 是用形如12::t t p t =的命令定义的时间范围向量，其中，1t 为信号起始时间，2t 为终止时间，p 为时间间隔。向量f 为连续信号()f t 在向量t 所定义的时间点上的样值。 ⑵ 符号运算表示法 如果一个信号或函数可以用符号表达式来表示，那么我们就可以用前面介绍的符号函数专用绘图命令ezplot()等函数来绘出信号的波形。 ⑶ 常见信号的MATLAB 表示 单位阶跃信号 单位阶跃信号的定义为：10()0 t u t t >?=? 0); %定义函数体，即函数所执行指令
序列号：＿＿ 信号与系统实验报告 课程名称信号与系统 学院信息工程学院 年级班别电子信息工程1班 学号 3116002166 学生姓名陈俊杰 指导教师黄国宏 2018年6月15日
目录 实验二LTI系统的响应 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验原理 (1) 三、实验内容 (3) 四、程序清单及实验结果 (4) 五、实验总结 (13) 实验三连续时间信号的频域分析 一、实验目的 (14) 二、实验原理 (14) 三、实验内容 (17) 四、程序清单及实验结果 (17) 五、实验总结 (25) 实验五连续信号与系统的S域分析 一、实验目的 (26) 二、实验原理 (26) 三、实验内容 (27) 四、程序清单及实验结果 (28) 五、实验总结 (36)
实验二 LTI 系统的响应 一、实验目的 1. 熟悉连续时间系统的单位冲激响应、阶跃响应的意义及求解方法 2. 熟悉连续（离散）时间系统在任意信号激励下响应的求解方法 3. 熟悉应用MATLAB 实现求解系统响应的方法 二、实验原理 1.连续时间系统 对于连续的LTI 系统，当系统输入为f (t )，输出为y (t )，则输入与输出之间满足如下的线性常系数微分方程：() ()00()()n m i j i j i j a y t b f t ===∑∑，当系统输入为单位冲激信号δ(t )时产生的零状态响应称为系统的单位冲激响应，用h(t)表示。若输入为单位阶跃信号ε(t )时，系统产生的零状态响应则称为系统的单位阶跃响应，记为g(t)，如下图所示。 系统的单位冲激响应h (t )包含了系统的固有特性，它是由系统本身的结构及参数所决定的，与系统的输入无关。我们只要知道了系统的冲激响应，即可求得系统在不同激励下产生的响应。因此，求解系统的冲激响应h(t )对我们进行连续系统的分析具有非常重要的意义。 在MATLAB 中有专门用于求解连续系统冲激响应和阶跃响应， 并绘制其时域波形的函数impulse( ) 和step( )。如果系统输入为f (t )，冲激响应为h(t)，系统的零状态响应为y (t )，则有：()()()y t h t f t =*。 若已知系统的输入信号及初始状态，我们便可以用微分方程的经典时域求解方法，求出系统的响应。但是对于高阶系统，手工计算这一问题的过程非常困难和繁琐。 在MATLAB 中，应用lsim( )函数很容易就能对上述微分方程所描述的系统的响应进行仿真，求出系统在任意激励信号作用下的响应。lsim( )函数不仅能
rsu信号强度检测装置 技术领域 [0001] 本实用新型涉及高速公路收费控制系统，尤其涉及一种rsu信号强度检测装置。 背景技术： [0002] 在etc系统的构建中，rsu微波读写天线的安装调试是其重要环节之一，信号强度和覆盖范围直接影响到etc系统开通后对obu标识扣费的成功率及用户的体验，因此给安装调试人员带来了极大困难。由于5.8ghz 通讯采用无线射频通讯技术，其信号强度检测需要通过专用检测设备，传统检测需通过网络分析仪等设备来测量，这些设备价格昂贵、体积笨重，对测试环境和操作人员技能水平要求较高，不适用于室外操作。 技术实现要素： [0003] 本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种携带方便，操作简单，适用于全天候的工作环境的rsu信号强度检测装置。 [0004] 为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种rsu信号强度检测装置，包括壳体，其特征在于，所述壳体内设置有引向天线，所述引向天线用于屏蔽周围干扰辐射信号，使射频接收天线的方向性更强，所述射频接收天线位于金属屏蔽罩内，通过所述金属屏蔽罩屏蔽无关信号，所述射频接收天线的信号输出端经射频增益电路与mcu控制芯片的信号输入端连接，所述射频接收天线通过引向天线定向
采集rsu微波读写天线的射频信号，并通过所述射频增益电路对接收到的信号进行放大处理，处理后的射频信号传输给所述mcu控制芯片进行处理；激光探头通过调制检测电路与所述mcu控制芯片双向连接，用于在所述mcu控制芯片的控制下发送和接收接收激光测距信号，并将激光测距信号发送给mcu控制芯片进行处理得出所述装置与rsu微波读写天线的距离信息；人机交互模块与所述mcu控制芯片双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据；电源模块与所述装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源，所述电源模块包括电池和充放电管理模块，所述电池通过所述充放电管理模块与所述mcu控制芯片的电源输入端连接。 [0005] 进一步的技术方案在于：所述人机交互模块包括lcd显示屏和操作按键，所述lcd显示屏与mcu控制芯片的信号输出端连接，用于显示所述mcu控制芯片输出的数据；操作按键与所述mcu控制芯片的信号输入端连接，用于向所述mcu控制芯片中输入控制命令。 [0006] 优选的，所述lcd显示屏示采用320*240位lcd显示屏，且具有高亮led背光灯。 [0007] 优选的，所述射频接收天线采用5.8ghz微波射频天线。 [0008] 进一步的技术方案在于：所述调制检测电路包括激光调制电路和光电检测电路，激光光源为红色可见激光，偏置电流为30ma，调制电流幅度为8ma，信号源输出经过低通滤波器后得到的主振调制信号为电压信号，使用宽带跨导运算放大器来得到电流调制信号。 [0009] 进一步的技术方案在于：所述光电检测电路采用光电检测前置放大电路，有效输出信号峰峰值大于 20rnv，响应速度小于20ns。 [0010] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请所述装置集测量和显示为一体 的低功耗手持终端设备，不仅携带方便，操作简单，而且适用于全天候的工作环境，为现场操作人员安装调试rsu微波读写天线提供了便捷服务，从而降低安装调试费用，缩短施工工期，达到降本增效的目的。 附图说明 [0011] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。 [0012] 图1是本实用新型实施例所述检测装置的分解结构示意图； [0013] 图2是本实用新型实施例所述检测装置的原理框图； [0014] 图3是本实用新型实施例中算法流程图； [0015] 图4是本实用新型实施例中算法流程图； [0016] 其中：1、壳体；2、引向天线；3、射频接收天线；4、金属屏蔽罩；5、激光探头；6、mcu控制芯片； 7、lcd显示屏；8、操作按键；9、电源开关；10、电池仓。 具体实施方式 [0017] 下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 [0018]