《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。
信号与系统综合实验项目doc 信号与系统综合实验项目 (竞 实 验 指 导 项目一 用MATLAB 验证时域抽样定理 目的： 通过MATLAB 编程实现对时域抽样定理的验证，加深抽样定理的明白得。同时训练应用运算机分析咨询题的能力。 任务： 连续信号f(t)=cos(8*pi*t)+2*sin(40*pi*t)+cos(24*pi*t)，通过理想抽样后得到抽样信号fs(t)，通过理想低通滤波器后重构信号f(t)。 方法： 1、确定f(t)的最高频率fm 。关于无限带宽信号，确定最高频率fm 的方法：设其频谱的模降到10-5左右时的频率为fm 。 2、确定Nyquist 抽样间隔T N 。选定两个抽样时刻：T S 滤波法及数字锁相环法位同步提取实验和帧同步提取实验 滤波法及数字锁相环法位同步提取实验和帧同步提取实验 一、实验目的 1、掌握滤波法提取位同步信号的原理及其对信息码的要求； 2、掌握用数字锁相环提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求； 3、掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念； 4、掌握巴克码识别原理； 5、掌握同步保护原理； 6、掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态的概念。 二、实验内容 1、熟悉实验箱 2、滤波法位同步带通滤波器幅频特性测量； 3、滤波法位同步恢复观测； 4、数字锁相环位同步观测； 5、帧同步提取实验。 三、实验条件/器材 滤波法及数字锁相环法位同步提取实验： 1、主控&信号源、8号（基带传输编译码）、13号（载波同步及位同步）模块 2、双踪示波器（模拟/数字） 3、连接线若干 帧同步提取实验： 1、主控&信号源、7号模块 2、双踪示波器（模拟/数字） 3、连接线若干 四、实验原理 滤波法及数字锁相环法位同步提取实验原理见通信原理综合实验指导书P129-P134; 帧同步提取实验原理见通信原理综合实验指导书P141。 五、实验过程及结果分析 （一）熟悉实验箱 （二）滤波法位同步带通滤波器幅频特性测量 1、连线及相关设置 （1）关电，连线。 （2）开电，设置主控，选择【信号源】→【输出波形】。设置输出波形为正弦波，调节相应旋钮，使其输出频率为200Khz，峰峰值3V。 （3）此时系统初始状态为：输入信号为频率200KHz、幅度为3V的正弦波。 2、实验操作及波形观测 分别观测13号模块的“滤波法位同步输入”和“BPF-Out”，改变信号源的频率，测量“BPF-Out” 的幅度填入下表，并绘制幅频特性曲线。 实验十九滤波法及数字锁相环法位同步提取实验 实验项目三数字锁相环法位同步观测 （1）观测“数字锁相环输入”和“输入跳变指示”，观测当“数字锁相环输入”没有跳变和有跳变时“输入跳变指示”的波形。 从图中可以观察出，若前一位数据有跳变，则判断有效，“输入跳变指示”输出表示1；否则，输出0表示判断无效。 （2）观测“数字锁相环输入”和“鉴相输出”。观测相位超前滞后的情况 数字锁相环的超前—滞后鉴相器需要排除位流数据输入连续几位码值保持不变的不利影响。在有效的相位比较结果中仅给出相位超前或相位滞后两种相位误差极性，而相位误差的绝对大小固定不变。经观察比较，“鉴相输出”比“数字锁相环输入”超前两个码元。 （3）观测“插入指示”和“扣除指示”。 （4）以信号源模块“CLK ”为触发，观测13号模块的“BS2”。 思考题：分析波形有何特点，为什么会出现这种情况。 因为可变分频器的输出信号频率与实验所需频率接近，将其和从信号中提取的相位参考信号同时送入相位比较器，比较的结果若是载波频率高了，就通过补抹门抹掉一个输入分频器的脉冲，相当于本地振荡频率降低；相反，若示出本地频率低了时就在分频器输入端的两个输入脉冲间插入 一个脉冲，相当于本地振荡频率上升，从而了达到同步的目的。 思考题：BS2恢复的时钟是否有抖动的情况，为什么？试分析BS2抖动的区间有多大？如何减小这个抖动的区间？ 有抖动的存在，是因为可变分频器的存在使得下一个时钟沿的到来时间不确定，从而引入了相位抖动。而这种引入的误差是无法消除的。减小相位抖动的方法就是将分频器的分频数提高。 实验二十 模拟锁相环实验 实验项目一 VCO 自由振荡观测 （1）示波器CH1接TH8，CH2接TH4输出，对比观测输入及输出波形。 实验项目二 同步带测量 （1） 示波器CH1接13号模块TH8模拟锁相环输入，CH2接TH4输出BS1，观察TH4 输出处于锁定状态。将正弦波频率调小直到输出波形失锁，此时的频率大小f1为 400Hz ；将频率调大，直到TH4输出处于失锁状态，记下此时频率f2为 9.25kHz 。 对比波形可以发现TH8与TH4信号输入与输出错位半个周期 如右图所示，方波抖动，说明处于失锁状态。 记下两次波形失锁的频率，可计 算 出 同 步 带 f=9.25KHz-400Hz=8.85KHz 。 中南大学 《通信原理》实验报告 学生姓名 指导教师 学院 专业班级 完成时间 数字基带信号 1、实验名称 数字基带信号 2、实验目的 （1）了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。 （2）掌握AMI、HDB 3 码的编码规则。 （3）掌握从HDB 3 码信号中提取位同步信号的方法。 （4）掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 （5）了解HDB 3 （AMI）编译码集成电路CD22103。 3、实验内容 （1）用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、传号交替反转码（AMI）、三阶高密度双极性码 （HDB 3）、整流后的AMI码及整流后的HDB 3 码。 （2）用示波器观察从HDB 3 码中和从AMI码中提取位同步信号的电路中有关波形。 （3）用示波器观察HDB 3 、AMI译码输出波形。 4、基本原理（简写） 本实验使用数字信源模块和HDB 3 编译码模块。 1、数字信源 本模块是整个实验系统的发终端，模块内部只使用+5V电压，其原理方框图如图1-1所示，电原理图如图1-3所示（见附录）。本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图1-2所示。帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。此NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号，实验电路中数据码用红色发光二极管指示，帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示。发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0码。 本模块有以下测试点及输入输出点： ? CLK 晶振信号测试点 ? BS-OUT 信源位同步信号输出点/测试点（2个） ? FS 信源帧同步信号输出点/测试点 ? NRZ-OUT(AK) NRZ信号(绝对码)输出点/测试点（4个） 图1-1中各单元与电路板上元器件对应关系如下： ?晶振CRY：晶体；U1：反相器7404 ?分频器U2：计数器74161；U3：计数器74193；U4：计数器40160 ?并行码产生器K1、K2、K3：8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数 学生实验报告 （理工类） 课程名称：信号与线性系统专业班级：M11通信工程 学生学号：1121413017 学生姓名：王金龙 所属院部：龙蟠学院指导教师：杨娟 20 11 ——20 12 学年第 1 学期 金陵科技学院教务处制 实验报告书写要求 实验报告原则上要求学生手写，要求书写工整。若因课程特点需打印的，要遵照以下字体、字号、间距等的具体要求。纸张一律采用A4的纸张。 实验报告书写说明 实验报告中一至四项内容为必填项，包括实验目的和要求；实验仪器和设备；实验内容与过程；实验结果与分析。各院部可根据学科特点和实验具体要求增加项目。 填写注意事项 （1）细致观察，及时、准确、如实记录。 （2）准确说明，层次清晰。 （3）尽量采用专用术语来说明事物。 （4）外文、符号、公式要准确，应使用统一规定的名词和符号。 （5）应独立完成实验报告的书写，严禁抄袭、复印，一经发现，以零分论处。 实验报告批改说明 实验报告的批改要及时、认真、仔细，一律用红色笔批改。实验报告的批改成绩采用百分制，具体评分标准由各院部自行制定。 实验报告装订要求 实验批改完毕后，任课老师将每门课程的每个实验项目的实验报告以自然班为单位、按学号升序排列，装订成册，并附上一份该门课程的实验大纲。 实验项目名称：常用连续信号的表示 实验学时： 2学时 同组学生姓名： 无 实验地点： A207 实验日期： 11.12.6 实验成绩： 批改教师： 杨娟 批改时间： 一、实验目的和要求 熟悉MATLAB 软件；利用MATLAB 软件，绘制出常用的连续时间信号。 二、实验仪器和设备 586以上计算机，装有MATLAB7.0软件 三、实验过程 1. 绘制正弦信号)t Asin t (f 0?ω+=（），其中A=1，πω2=，6/π?=； 2. 绘制指数信号at Ae t (f =），其中A=1，0.4a -=； 3. 绘制矩形脉冲信号，脉冲宽度为2； 4. 绘制三角波脉冲信号，脉冲宽度为4；斜度为0.5； 5. 对上题三角波脉冲信号进行尺度变换，分别得出)2t (f ，)2t 2(f -； 6. 绘制抽样函数Sa （t ）,t 取值在-3π到+3π之间； 7. 绘制周期矩形脉冲信号，参数自定； 8. 绘制周期三角脉冲信号，参数自定。 四、实验结果与分析 1．制正弦信号)t Asin t (f 0?ω+=（），其中A=1，πω2=，6/π?= 实验代码： A=1; 实验项目三 数字锁相环法位同步观测 （1）观测“数字锁相环输入”和“输入跳变指示”，观测当“数字锁相环输入”没有跳变和有跳变时“输入跳变指示”的波形。 （2）观测“数字锁相环输入”和“鉴相输出”。观测相位超前滞后的情况。 （4）以信号源模块“CLK ”为触发，观测13号模块的“ BS2”。 实验二十 实验项目一 VCO 自由振荡观测 （1）示波器CH1接TH8，CH2接TH4 实验项目二 同步带测量 （1）示波器CH1接13号模块TH8模拟锁相环输入，CH2接TH4输出BS1，观察TH4输出处于锁定状态。将正弦波频率调小直到输出波形失锁，此时的频率大小f1为 400Hz ；将频率调大，直到TH4输出处于失锁状态，记下此时频率f2为。 实验二十一载波同步实验 实验项目载波同步 （1）本实验利用科斯塔斯环法提取BPSK调制信号的同步载波，对比观测信号源“256K”和13号模块的“SIN”，调节13号模块的压控偏置调节电位器，观测载波同步情况。 实验二十二帧同步实验 实验项目帧同步提取实验 （1）观测在没有误码的情况下“失步”，“捕获”，“同步”三个灯的变化情况经过多次实验反复观察，“失步”指示灯一直没有亮过，其余两个灯的顺序为捕捉指示灯先亮，之后熄灭，同步指示灯变亮。 （2）关闭7号模块电源。按住“误码插入”不放，打开7号模块电源。再观测“失步”，“捕获”，“同步”三个灯的变化情况。 经过多次实验反复观察，“失步”指示灯一直没有亮过，其余两个灯的顺序为捕捉指示灯先亮，之后熄灭，同步指示灯变亮。 （3）观察同步保护现象：如下图所示。 （4） 现误码时三个LED （5）观察假同步现象： 观察结果知， 分析原因：此时出现假同步状态，即时分复用单元将拨码开关S1的码值做为帧 头码，其他码元和原来的巴克码被当做了数据码元，从而在检查到01110010时 就开始按照8位为一个用户的数据，接着进行下面的数据采集。 帧同步识别、保护、提取实验 一、实验目的 1.掌握巴克码识别电路原理； 2.掌握同步保护电路原理； 3.掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态等概念； 4.通过设计性实验，培养学生用EPROM器件写入软件和利用应用手册，完成 该模块中识别、比较器的软、硬件的设计能力。 二、实验内容： 1、观察帧同步码元无误码时帧同步电路的维持态； 2、观察帧同步有一位错码时，帧同步的维持态和捕捉态； 3、观察同步电路的假同步现象和同步保护作用； 4、修改本模块中EPROM的参数即改变比较器的设置，完成相同的电路功能。（选做） 三、基本原理 （一）帧同步模块的原理框图及电原理图分别如图7-1和图7-2所示。 图7-1 帧同步模块原理框图 图7-1中各功能部分在图7-2中所对应元器件关系如下： 1.分频器：U3(74LS161)、U4(4075)、U2(74LS74)、U5(74H04) 2.串/并变换器：U9(74LS164) 3.识别器：U7(2764) 4.判决器：U10(74LS85) 5.人工与门限选择器：U13(74LS157) 6.自动门限：U14(74LS157) 7.人工门限：S1 8.人工门限显示：U16(74247)、U12(LCD) （二）电路基本原理 1.帧同步信号的识别与判决 串/并变换器U9将串行码变成并行码，并完成移位功能，当七位巴克码全部进入U9时，U9的输出端Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0=1110010，并送入U7(2764)帧头识别器。 识别器U7为EPROM器件，在U7中将串/并变换的输出信号与1110010码进行相关运算，使U7的数据输出端的D3D2D1D0有对应的相关输出。如当U7的A6A5A4A3A2A1A0=1110010时，则对应的 D3D2D1D0=0111时(十进制数为7)，若A6A5A4A3A2A1A0=1110011（与巴克码错一位）时，则对应的D3D2D1D0=0110(十进制数为6) 比较判决器Ul0(74LS85)有两组输入数据，一组来自帧头识别器，另一组来白人工与白动门限选择器U13。U10的曲组输入数据A3A2A1A0与B3B2B1B0进行比较。只当A3A2A1A0大于或等于B3B2B1B0时U10的输出为“1”，其余输出为：“0”。因此，U10端不仅与来自识别器的数据有关。还与判决门限数据B3B3B1B0有关，还与判决门限数据B3B2B1B0有关。 2．帧同步信号的捕捉与同步保护 本模块是在捕捉态时，Ul0的B3B2B1B0=0111（十进制数为7)；另一种是在同步态时，U10的B3B2B1B0=O110（十进制数为6)。在捕捉态时，只有当巴克码到来时（1110010），U10的A3A2A1A0=01111（十进制为7），满足A3A2A1A0A 大于或等于B3B2B1B0的条件，才有判决脉冲输出。 人工门限可以从略0000--0111(0--7)任意置定，可据实验需要，自行选择其门限值。同步保护电路输出的帧同步信号(图7-1)受状态触发器Q端输出的信号所控制。÷32分频信号的周期与比较器输出一个帧同步信号的周期相同，但相位一定相同。但只要比较器输出一个帧同步信号，对÷3 2分频器置零，使÷32分频信号T2的上升沿与判决输出信号Tl的下降沿同相。清零信号由判决器输出信号及÷3 2分频信号共同决定。当无基带信号输入（或虽有基带信号输入但识别器的输出低于门限值）时，判决器输出为0，与门l关闭，与门4打丌。÷32信号经与门4，输入到÷5计数电路。÷5计数电路的输出信号使状态触发器置“0”，从而关闭与门2无帧同步信号输出。此时Q的高电平把判决器门限置为7(门限开关为“自动”)，且关闭或门，打开与门1，同步电路进入捕捉态。这时，只要比较器输出一个脉冲信号（认定为帧同步头），与门3就输出一个置“0”脉冲，使÷32电路置“0”，从而输出与帧同步信号同频同相的周期信号。判决器输出的脉冲信号通过与门1后，使状态触发器置“l”，从而打开与门2，输出输出帧同步信号。同时，Q=0，使判决门限降为6，打开或门。同步电路处于维持态。在维持态下，因判决门限低，故与门1，与门3禁止输出假同步信号使，假同步信号小改变÷32的工作状态，与门2的输出仍为正确的同步态。 在维持状态下，识别比较器也可能出现漏同步。但由于漏同步概率比较小，只要识别比较器小连续出现五次漏同步，则÷5电路就小输出信号，使维持状态小变。若识别器连续出现五交漏同步，则÷5电路输出要一个脉冲信号使维持态为捕捉态，重新捕捉帧同步码。（同步指示灯亮，表示同步态；同步指示灯灭表示捕捉态） 广州大学 综合设计性实验 报告册 实验项目选频网络的设计及应用研究 学院物电学院年级专业班电子131 姓名朱大神学号成绩 实验地点电子楼316 指导老师 《综合设计性实验》预习报告 实验项目：选频网络的设计及应用研究 一 引言： 选频网络在信号分解、振荡电路及其收音机等方面有诸多应用。比如，利用选频网络可以挑选出一个周期信号中的基波和高次谐波。选频网络的类型和结构有很多，本实验将通过设计有源带通滤波器实现选频。 二 实验目的： （1）熟悉选频网络特性、结构及其应用，掌握选频网络的特点及其设计方法。 （2）学会使用交流毫伏表和示波器测定选频网络的幅频特性和相频特性。 （3）学会使用Multisim 进行电路仿真。 三 实验原理： 带通滤波器： 这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减和抑制。 典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成，如图1所示。 电路性能参数可由下面各式求出。 通带增益：CB R R R R A f vp 144+= 其中B 为通频带宽。 中心频率：)1 1(121 3 12 20R R C R f += π 通带宽度：)2 1(14 321R R R R R C B f -+= 品质因数：B f Q 0 = 此电路的优点是，改变f R 和4R 的比值，就可以改变通带宽度B 而不会影响中心频率0f 。 四 实验内容： 设计一个中心频率Hz f 20000=，品质因数5>Q 的带通滤波器。 五 重点问题： （1）确定带通滤波器的中心频率、上限频率及下限频率。 （2）验证滤波器是否能筛选出方波的三次谐波。 六 参考文献： [1]熊伟等.Multisim 7 电路设计及仿真应用.北京：清华大学出版社，2005. [2]吴正光，郑颜.电子技术实验仿真与实践.北京：科学出版社，2008. [4]童诗白等.模拟电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社， 2001. 图1 二阶带通滤波器 帧同步提取系统实验 一．实验目的 1、了解帧同步的机理 2、熟悉帧同步的性能 3、熟悉帧失步对数据业务的影响 二．实验内容 1、帧同步过程观察； 2、误码环境下的帧同步性能测试； 3、帧失步下对接受帧内的数据信号传输的定性观测。 三．实验仪器 1、JH5001通信原理综合实验系统一台 2、20MHz双踪示波器一台四．原理与电路 在TDM复接系统中，要保证接收端分路系统和发送端一致，必须要有一个同步系统，以实现发送端和接收端同步。帧定位同步系统是复接/解复接设备中最重要的部分。在帧定位系统中要解决的设计问题有：1）同步搜索方法；2）帧定位码型设计；3）帧长度的确定；4）帧定位码的码长选择；5）帧定位保护方法；6）帧定位保护参数的选择；等等。这些设计完成后就确定了复接系统的下列技术性能：1）平均同步搜捕时间；2）平均发现帧时间；3）平均确认同步时间；4）平均发生失帧的时间间隔；5）平均同步持续时间；6）失帧引入的平均误码率，等等。 通常帧定位同步方法有两种：逐码移位同步搜索法和置位同步搜索法。通信原理综合实验系统中的解复接同步搜索方法采用逐码移位同步法。逐码移位同步搜索法的基本工作原理是调整收端本地帧定位码的相位，使之与收到的总码流中的帧定位码对准。同步后用收端各 分路定时脉冲就可以对接收到的码流进行正确的分路。如果本地帧同步码的相位没有对准码流接收信号码流的帧定位码位，则检测电路将输出一个一定宽度的扣脉冲，将接收时钟扣除一个，这等效将数据码流后移一位码元时间，使帧定位检测电路检测下一位信码。如果下一位检测结果仍不一致，则再扣除一位时钟，这过程称“同步搜索”。搜索直至检测到帧定位码为止。因接收码流除有帧定位码型外，随机的数字码流也可能存在与帧定位码完全相同的码型。因此，只有在同一位置，多次连续出现帧定位码型，方可算达到并进入同步。这一部分功能由帧定位检测电路内的校核电路完成。 无论多么可靠的同步电路，由于各种因素（例如强干扰、短促线路故障等），总会破坏同步工作状态，使帧失步。从帧失步到重新获得同步的这段时间（亦称同步时间）将使通信中断。误码也将会造成帧失步。因此，从同步到下一次失步的时间因尽量长一些，否则将不断的中断通信。这一时间的长短表示TDM同步系统的抗干扰能力。抗误码造成的帧失步主要由帧定位检测电路内的保护记数电路完成，只有当在一定的时间内在帧定位码位置多次检测不到帧定位码，才可判定为帧失步，需重新进入同步搜索状态。逐码移位同步搜索法系统组成框图见图1所示。 语音信号的中断时间短于100ms，将不易被人耳分辨出来。但对某些数据终端传输却是不允许的。为能让学生能深入了解在有误码的环境下帧失步、同步和抗误码性能，在复接模块内专门设计了一个错码产生器（3种类型误码），通过错码设置跳线开关SWB02（E_SEL0，E_SEL1）选择不同的信道误码率（分别约为4×10—3、1.6×10—2和1×10—1）。学生能够观测到复接/解复接具有抗误码性能，即在小误码时帧同步锁定状态，加大误码帧帧失步，进入帧同步搜索（扫描）状态；另可测试不同误码和帧失步对话音业务的影响和观测对数据业务的影响。 五．实验步骤 准备工作：首先将解复接模块内的输入信号和时钟选择跳线开关KB01、KB02设置LOOP（自环）位置，使复接模块和解复接模块连接成自环测试方式；将复接模块内的工作状态选择跳线开关SBW02的m序列选择跳线开关M_SEL1、M_SEL2拔下，使m序列发生器产生全0码，将错码选择跳线开关E_SEL0、E_SEL1拔下，不在传输帧中插入误码。 中南大学 信号与系统试验报告 姓名: 学号: 专业班级:自动化 实验一 基本信号的生成 1．实验目的 ● 学会使用MATLAB 产生各种常见的连续时间信号与离散时间信号； ● 通过MATLAB 中的绘图工具对产生的信号进行观察，加深对常用信号的 理解； ● 熟悉MATLAB 的基本操作，以及一些基本函数的使用，为以后的实验奠 定基础。 2．实验内容 ⑴ 运行以上九个例子程序，掌握一些常用基本信号的特点及其MATLAB 实现方法；改变有关参数，进一步观察信号波形的变化。 ⑵ 在 k [10:10]=- 范围内产生并画出以下信号： a) 1f [k][k]δ=； b) 2f [k][k+2]δ=； c) 3f [k][k-4]δ=； d) 4f [k]2[k+2][k-4]δδ=-。 源程序： k=-10:10; f1k=[zeros(1,10),1,zeros(1,10)]; subplot(2,2,1) stem(k,f1k) title('f1[k]') f2k=[zeros(1,8),1,zeros(1,12)]; subplot(2,2,2) stem(k,f2k) title('f2[k]') f3k=[zeros(1,14),1,zeros(1,6)]; subplot(2,2,3) stem(k,f3k) title('f3[k]') f4k=2*f2k-f3k; subplot(2,2,4) stem(k,f4k) title('f4[k]') ⑶ 在 k [0:31]=范围内产生并画出以下信号： a) ()()k k 144f [k]sin cos π π=； b) ()2k 24f [k]cos π =； c) ()()k k 348f [k]sin cos π π=。 请问这三个信号的基波周期分别是多少？ 源程序： k=0:31; f1k=sin(pi/4*k).*cos(pi/4*k); subplot(3,1,1) stem(k,f1k) title('f1[k]') f2k=(cos(pi/4*k)).^2; subplot(3,1,2) stem(k,f2k) title('f2[k]') f3k=sin(pi/4*k).*cos(pi/8*k); subplot(3,1,3) stem(k,f3k) title('f3[k]') 其中f1[k]的基波周期是4, f2[k]的基波周期是4, f3[k]的基波周期是16。 实验十八位同步提取实验 一、实验目的 1、掌握用滤波法提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求。 2、掌握用数字锁相环提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求。 3、掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。 二、实验内容 1、观察滤波法提取位同步信号各观测点波形。 2、观察数字锁相环的失锁状态和锁定状态。 3、观察数字锁相环锁定状态下位同步信号的相位抖动现象及相位抖动大小与固有频差的 关系。 4、观察数字锁相环位同步器的同步保持时间与固有频差之间的关系。 三、实验器材 1、信号源模块一块 2、⑥号模块一块 3、⑦号模块一块 4、20M双踪示波器一台 5、频率计（选用）一台 四、实验原理 位同步锁相法的基本原理和载波同步的类似。在接收端利用鉴频器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，若两者相位不一致（超前或滞后），鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位，直至获得准确的位同步信号为止。前面讨论的滤波法原理图中，窄带滤波器可以是简单的单调谐回路或晶体滤波器，可以是锁相环路。 我们把采用锁相环来提取位同步信号的方法称为锁相法。下面介绍在数字通信中常采用的数字锁相环法提取位同步信号的原理。 数字锁相环(DPLL)是一种相位反馈控制系统。它根据输入信号与本地估算时钟之间的相位误差对本地估算时钟的相位进行连续不断的反馈调节，从而达到使本地估算时钟相位跟踪输入信号相位的目的。DPLL 通常有三个组成模块：数字鉴相器(DPD)、数字环路滤波器(DLF)、数控振荡器(DCO)。根据各个模块组态的不同， DPLL 可以被划分出许多不同的类型。根据设计 的要求，本实验系统采用超前滞后型数字锁相环(LL－DPLL)作为解决方案，图18-3是其实现结构。在LL－ DPLL中，DLF 用双向计数逻辑和比较逻辑实现，DCO 采用加扣脉冲式数控振荡器。这样设计出来的DPLL具有结构简洁明快，参数调节方便，工作稳定可靠的优点。 六、实验步骤 1、锁相环法位同步提取 （1）将信号源模块上S5拨为“1010”，拨动拨码开关S1、S2、S3，使“NRZ”输出的24位NRZ码设置为01110010 10101010 10101010。模块7上的S2拨为“0110”， 即提取时钟选512K。 （2）在电源关闭的状态下，依照下表完成连线： 源端口目的端口连线说明 信号源：NRZ（32K）模块7：DIN 32KNRZ码输入同步提取 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源 （3）以信号源模块“CLK2”的信号为内触发源，用示波器双踪观察模块7上“BS”波形，并与原始时钟CLK2相比较。 （4）把信号源模块上的S1拨为00000000，S2、S3不变，用示波器双踪同时观察“NRZ” 和模块7上“ABSVAL”两点的波形。（结果可以看到，“NRZ”连零时“ABSVAL”为 0，“NRZ”有跳变时“ABSVAL”为1） 姓名：学号：班级： 第周星期第大节实验名称：自定义帧结构的帧形成及其传输/自定义帧结构的帧同步系统 一、实验目的 1.加深对PCM30/32系统帧结构的理解。 2.加深对PCM30/32路帧同步系统及其工作过程的理解。 3.加深对PCM30/32系统话路、信令、帧同步的告警复用和分用过程的理解。 二、实验仪器 1.ZH5001A通信原理综合实验系统 2.20MHz双踪示波器 三、实验内容 （一）自定义帧结构的帧形成及其传输 1.发送传输帧结构观测 (1)(2) m序列输入的序列为全0 所找的帧在图上标注了。 (3)调整开关信号。 箭头所指为改变的开关信号。 (4)调整m序列 什么都不接是全0可以看清，接时，可以看清。接M_SEL1和两2.发送帧同步指示的观测 可以观测到已经同步 3.解复接开关信号输出的观测 4.解复接m序列数据输出观测 接M_SEL0 & M_SEL1 接M_SEL0 接M_SEL1 全不接 只要接M_SEL0接收就看不清，全1（M_SEL0）和全0（都不接）都可以 （二）自定义帧结构的帧同步系统 1.帧同步过程观测 (1)输入全0码 可以同步 可以同步 (3)将开关信号设置为帧定位信号，将KB01拔出插入 左边是假同步，右边是真同步。说明开关序列边位帧同步序列以后会影响 2.在误码环境下的帧同步性能测试和数据传输的定性测试(1)通过设置，使信道的误码率为1*10^-1 无法同步，同时观察LED灯，发现LED灯闪烁无规律。 (2)通过设置，使信道的误码率为1.6*10^-2 仍旧不能同步。 (3)通过设置，使信道的误码率为4*10^-3 在误码率较小的情况下，可以同步。 实验一 1. 根据实验观察和纪录回答： （1）不归零码和归零码的特点是什么？ （2）与信源代码中的“1”码相对应的AMI码及HDB3码是否一定相同？ 答： 1）不归零码特点：脉冲宽度τ等于码元宽度Ts 归零码特点：τ＜Ts 2）与信源代码中的“1”码对应的AMI码及HDB3码不一定相同。因信源代码中的“1”码对应的AMI码“1”、“-1”相间出现，而HDB3码中的“1”，“-1”不但与信源代码中的“1”码有关，而且还与信源代码中的“0”码有关。举例： 信源代码 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 AMI 1 0 0 0 0 -1 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 1 HDB3 1 0 0 0 1 -1 1 -1 0 0 -1 1 0 0 0 1 0 -1 2. 设代码为全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，给出AMI及HDB3码的代码和波形。 答： 信息代码 1 1 1 1 1 1 1 AMI 1 -1 1 -1 1-1 1 HDB3 1 -1 1 -1 1 -1 1 信息代码0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 AMI0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 HDB3 0 0 0 1-10 0 1-1 0 0 1 -1 信息代码0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 AMI0 1 -1 1 0 0 -1 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 HDB30 1 -1 1 0 0 -1 0 0 0-1 0 1 -1 1 0 0 1 -1 0 0 0 –1 0 3. 总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。 答： HDB3中不含有离散谱f S(f S在数值上等于码速率)成分。整流后变为一个占空比等于0.5的单极性归零码，其连0个数不超过3，频谱中含有较强的离散谱f S成分，故可通过窄带带通滤波器得到一个相位抖动较小的正弦信号，再经过整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信号。 实验八 帧同步信号恢复实验 一、实验目的 1. 掌握巴克码识别原理。 2. 掌握同步保护原理。 3. 掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态概念。 二、实验内容 1. 观察帧同步码无错误时帧同步器的维持态。 2. 观察帧同步码有一位错误时帧同步器的维持态和捕捉态。 3. 观察同步器的假同步现象和同步保护作用。 三、基本原理 （A ）原理说明 一、帧同步码插入方式及码型 1．集中插入（连贯插入） 在一帧开始的n 位集中插入n 比特帧同步码，PDH 中的A 律PCM 基群、二次群、三次、四次群，μ律PCM 二次群、三次群、四次群以及SDH 中各个等级的同步传输模块都采用集中插入式。 2．分散插入式（间隔插入式） n 比特帧同步码分散地插入到n 帧内，每帧插入1比持，μ律PCM 基群及△M 系统采用分散插入式。 分散插入式无国际标准，集中插入式有国际标准。 帧同步码出现的周期为帧周期的整数信，即在每N 帧（N≥1）的相同位置插入帧同步码。 3．帧同步码码型选择原则 （1）假同步概率小 （2）有尖锐的自相关特性，以减小漏同步概率 如A 律PCM 基群的帧同步码为001101，设“1”对应正电平1，“0”码对应负电平-1，则此帧同步码的自相关特性如下图所示 0 1 2 3 4 5 6 -6 -5 -4 -3 -2 -1 -1 -1 -1 -1 -5 -5 -5 -5 3 3 3 3 j 7 R(j) 二、帧同步码识别 介绍常用的集中插入帧同步码的识别方法。设帧同码为0011011，当帧同步 码全部进入移位寄存器时它的7个 输出端全为高电平，相加器3个输出端全为高电平，表示u i =1+2+4=7。 门限L 由3个输入电平决定，它们 的权值分别为1，2，4。 比较器的功能为? ??<≥=L u L u u i i o ,0,1据此可得以下波形： 三、识别器性能 设误码率为P e ，n 帧码位，L=n-m ，（即允许帧同步码错m 位），求漏识别概率P 1和假识别概率P 2以及同步识别时间t s 。 1．漏识别概率 正确识别概率为∑=--m n e e n P P C 0 )1(γγγ γ，故 ∑=--- =m n e e p P n P 0 1)1((1γ γ γγ，m=0时e nP P ≈1 门限L 越低，P e 越小，则漏识别概率越小。 2．假识别概率 n 位信码产生一个假识别信号的概率为n m n n P m C P -=-===∑202 20 2时γ γ 门限越高，帧码位数越多，则假识别概率越小。 3．同步识别时间t s P 1=P 2=0时，t s =NT s ，N 为一个同步帧中码元位数，T s 为码元宽度 一个同步帧中产生一个假识别信号概率为22)(NP P n N ≈-，故当P 1≠0、P 2≠0时 s s NT NP P t )1(21++= 分散插入帧同步码的同步识别时间为 s s T N t 2= L u 0 移位寄存器 PCM 码流 u 0 信号与系统综合设计实验项目 实 验 指 导 项目一 用MATLAB 验证时域抽样定理 目的： 通过MATLAB 编程实现对时域抽样定理的验证，加深抽样定理的理解。同时训练应用计算机分析问题的能力。 任务： 连续信号f(t)=cos(8*pi*t)+2*sin(40*pi*t)+cos(24*pi*t)，经过理想抽样后得到抽样信号fs(t)，通过理想低通滤波器后重构信号f(t)。 方法： 1、确定f(t)的最高频率fm 。对于无限带宽信号，确定最高频率fm 的方法：设其频谱的模降到10-5左右时的频率为fm 。 2、确定Nyquist 抽样间隔T N 。选定两个抽样时间：T S (精编)哈工大通信原理 实验报告 H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 通信原理 实验报告 课程名称：通信原理 院系：电子与信息工程学院 班级： 姓名： 学号： 指导教师：倪洁 实验时间：2015年12月 哈尔滨工业大学 实验二帧同步信号提取实验 一、实验目的 1.了解帧同步的提取过程。 2.了解同步保护原理。 3.掌握假同步，漏同步，捕捉动态和维持态的概念。 二、实验原理 时分复用通信系统，为了正确的传输信息，必须在信息码流中插入一定数量的帧同步码，帧同步码应具有良好的识别特性。本实验系统帧长为24比特，划分三个时隙，每个时隙长度8比特，在每帧的第一时隙的第2至第8码元插入七位巴克码作为同步吗。第9至24比特传输两路数据脉冲。帧结构为：X11100101010101011001100，首位为无定义位。 本实验模块由信号源，巴克码识别器和帧同步保护电路三部分构成，信号源提供时钟脉冲和数字基带脉冲，巴克码识别器包裹移位寄存器、相加器和判决器。其余部分完成同步保护功能。 三、实验内容 1.观察帧同步码无错误时帧同步器的维持状态。 2.观察帧同步码有一位错误时帧同步器的维持态和捕捉态 3.观察帧同步器假同步现象和同步保护器。 四、实验步骤 1.开关K301接 2.3脚。K302接1.2脚。 2.接通电源，按下按键K1，K2，K300，使电路工作。 3.观察同步器的同步状态 将信号源中的SW001，SW002，SW003设置为11110010,10101010,11001100（其中第2-8位为帧同步码），SW301设置为1110，示波器1通道接TP303,2通道接TP302，TP304,TP305,TP306,观察上述信号波形，使帧同步码（SW001的2-8位）措一位，重新做上述观察，此时除了TP303外，个点波形不变，说明同步状态仍在维持。 4.观察同步器的失步状态。 关闭电源，断开K302，在开电源（三个发光二极管全亮）。使帧同步码措一位后再将 实验十 载波同步提取实验 一、 实验目的 1、掌握用科斯塔斯（Costas ）环提取相干载波的原理与实现方法。 2、了解相干载波相位模糊现象的产生原因。 二、 实验内容 1、观察科斯塔斯环提取相干载波的过程。 2、观察科斯塔斯环提取的相干载波，并做分析。 三、 实验器材 1、信号源模块 一块 2、 ③号模块 一块 3、 ⑦号模块 一块 4、 60M 双踪示波器 一台 四、 实验原理 提取载波的方法一般分为两类：一类是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个（或多个）称为导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波，这类方法称为导频插入法；另一类就是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法。下面就重点介绍直接法的两种方法。 1、平方变换法和平方环法 设调制信号为()m t ，()m t 中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为 t t m t s c ωcos )()(= 接收端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到 t t m t m t t m t e c c ωω2cos )(2 12 )(cos )()(2 2 2 2 + = = 由式看出，虽然前面假设了()m t 中无直流分量，但2()m t 中却有直流分量，而()e t 表示式的第二项中包含有2ωc 频率的分量。若用一窄带滤波器将2ωc 频率分量滤出，再进行二分频，就获得所需的载波。根据这种分析所得出的平方变换法提取载波的方框图如图10-1所示。若调制信号()m t ＝±1，该抑制载波的双边带信号就成为二相移相信号，这时可得到下式，因而，用图10-1所示的方框图同样可以提取出载波。 t t t m t e c c ωω2cos 2 12 1]cos )([)(2 + = = 图10-1 平方变换提取载波 由于提取载波的方框图中用了一个二分频电路，故提取出的载波存在180°的相位模糊问题。对移相信号而言，解决这个问题的常用方法是采用相对移相。平方交换法提取载波方框图中的2c f 窄带滤波器若用锁相环代替，构成如图10-2所示的方框图，就称为平方环法提取载波。由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆性能，平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能。因此，平方环法提取载波应用较为广泛。 图10-2 平方环法提取载波滤波法及数字锁相环法位同步提取实验和帧同步提取实验教学文案
滤波法及数字锁相环法位同步提取实验 模拟锁相环实验 载波同步帧同步实验
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