实验九 HDB3编码与译码实验
一、实验前的准备
（1）预习本实验的相关内容，掌握BPSK调制与解调的原理；
（2）熟悉实验指导书附录B和附录C中实验箱面板分布及测试孔位置，定义本实验相关模块的跳线状态。
（3）实验前重点掌握的内容：
①了解软件无线电的基本概念；
②熟悉软件无线电BPSK调制与解调的原理；
③明确波形成形的原理
④明确载波提取的原理
⑤明确位定时提取原理
（4）思考题：
①软件无线电中的BPSK调制与解调方式与传统的FSK调制与解调方式有什
么不同？
②载波提取的常用方法有哪些？
③位定时提取的常用方法有哪些？
二、实验目的
（1）熟悉软件无线电BPSK调制和解调原理。
（2）掌握BPSK调制产生、传输和解调过程。
（3）掌握BPSK正交调制解调的基本原理和实现方法。
（4）了解数字基带波形时域形成的原理和方法。
（5）掌握BPSK眼图的正确测试方法，能通过观察接收眼图判断信号的传输质量。
（6）加深对BPSK调制、解调中现象和问题的理解。
（7）加深对载波提取和位同步提取概念的理解。
三、实验仪器
（1）ZH5001A通信系统原理实验箱一台
（2）20 MHz双踪示波器一台
四、基本原理
（一）BPSK调制
理论上二进制相移键控（BPSK）可以用幅度恒定，而其载波相位随着输入信号m（1、0码）而改变，通常这两个相位相差180°。如果每比特能量为E b，则传输的BPSK信号为：
)2cos(2)(c c b
b f T E t S θπ+=
其中 ???===1180
000m m c θ 绝对码、BPSK 已调信号、相对码、DBPSK 已调信号如图所示：
图4-1 数字调制信号和BPSK 已调信号
其功率谱为
图4-2 BPSK 已调信号频谱
功率谱特点：“1”、“0”等概率时，只有连续谱，属线性调制；
采用二进制码流直接载波信号进行调相，相位存在180°跳变，信号占居带宽大。上面这种调制方式在实际运用中会产生以下三方面的问题：
1.浪费宝贵的频带资源；
2.会产生邻道干扰，对系统的通信性能产生影响，在移动无线系统中, 要求在相邻信道内的带外幅射一般应比带内的信号功率谱要低40dB 到
80dB ；
3.如果该信号经过带宽受限信道会产生码间串扰（ISI ），影响本身通信信道的性能。
在实际通信系统中，通常采用Nyquist 波形成形技术，它具有以下三方面的优点：
1、 发送频谱在发端将受到限制，提高信道频带利用率，减少邻道干扰；
2、 在接收端采用相同的滤波技术，对BPSK 信号进行最佳接收；
3、 获得无码间串扰的信号传输；
实际中常用升余弦滤波器完成波形成形。升余弦滤波器的传递函数为：
???????+>+<<-+-+-≤≤=S S S S S RC T f T f T f T T f f H 2/)1(||02/)1(||2/)1()21|)|2(cos(1[212/)1(||01)(αααααπα
其中，α是滚降因子，取值范围为0到1。一般α=0.25~1时，随着α的增加，相邻符号间隔内的时间旁瓣减小，这意味着增加α可以减小位定时抖动的敏感度，但增加了占用的带宽。对于矩形脉冲BPSK 信号能量的90%在大约1.6R b 的带宽内，而对于α=0.5的升余统滤波器，所有能量则在1.5Rb 的带宽内。
升余弦滚降传递函数可以通过在发射机和接收机使用同样的滤波器来实现，其频响为开根号升余弦响应。根据最佳接收原理，这种响应特性的分配提供了最佳接收方案。
升余弦滤波器在频域上是有限的，那它在时域上的响应将是无限的，其是一个非因果冲激响应。为了在实际系统上可实现，一般将升余弦冲激响应进行截短，并进行时延使其成为因果响应。截短长度一般从中央最大点处向两边延长4个码元。由截短的升余响应而成形的调制基带信号，其频谱一般能很好地满足实际系统的使用要求。
为实现滤波器的响应，脉冲成形滤波器可以在基带实现，也可以设置在发射机的输出端。一般说来，在基带上脉冲成形滤波器用DSP 或FPGA 来实现，每个码元一般需采样4个样点，并考虑当前输出基带信号的样点值与８个码元有关，由于这个原因使用脉冲成形的数字通信系统经常在调制器中同一时刻存储了几个符号，然后
通过查询一个代表了存储符号离散时间波形来输出这几个符号（表的大小为210），
图4-3 BPSK 基带成形原理电路
成形之后的基带信号经D/A 变换之后，直接对载波进行调制。
在“通信原理综合实验系统”中，BPSK 的调制工作过程如下：首先输入数据进行Nyquist 滤波，滤波后的结果分别送入I 、Q 两路支路。因为I 、Q 两路信号一样，本振频率是一样的，相位相差180度, 所以经调制合路之后仍为BPSK 方式。
采用直接数据（非归零码）调制与成形信号调制的信号如图2-3所示： 归零码载波直接调制成形调制
Tb
图4-4 直接数据调制与成形信号调制的波形
载波相位模糊问题：在接收端采用相干解调时，恢复出来的载波与发送载波在
频率上是一样的，但相位存在两种关系：0０,180０。如果是0０，
则解调出来的数据与发送数据一样，否则，解调出来的数据将与发送数据反相。为了解决这一技术问题，在发端码字上采用了差分编码，经相干解调后再进行差分译码。
差分编码原理为：
)()1()(n b n a n a ⊕-=
实现框图如图2-4所示：
图4-5 差分编码示意图
（二） BPSK 解调
接收的BPSK 信号可以表示成： )2cos(2)()(θπ+=c b b f T E t a t R
BPSK 信号的相干解调原理框图如下：
图4-6 BPSK信号的差分相干解调原理图
为了对接收信号中的数据进行正确的解调，这要求在接收机端知道载波的相位和频率信息，同时还要在正确时间点对信号进行判决。这就是我们常说的载波恢复与位定时恢复。
载波恢复
对二相调相信号中的载波恢复有很多的方法，最常用的有平方变换法、判决反馈环等。
平方变换法如图所示：
图4-7 平方环载波恢复电路结构
接收端将接收信号进行平方变换，即将信号R（t）通过一个平方律器件后：
)222cos(212)(212)()]222cos(1[212)
()2(cos 2)
()(222222θπθπθπ++=++=+=c b b b b c b b c b b f T E t a T E t a f T E t a f T E t a t R
从上式看出：R （t ）经平方处理之后产生了直流分量，而在上式第二项中具有2f C 频率分量。若应用一个窄带滤波器将2f C 项滤出，再经二分频，便可得到所需的载波分量。
从上述电路中可以看出，由于二分频电路的存在，恢复出的载波信号
存在相位模糊。该方法的特点是载波恢复快，但由于带通滤波器的带宽一般不易做到很窄，因而该电路在低信噪比条件下性能较差。
为了提高所提取载波的质量，一般采用锁相环PLL 来实现。判决反馈环结构如图所示：
图4-8 BPSK 判决反馈环结构
判决反馈环鉴相器具有图所示的特性：
从图中可以看出，判决反馈环也具有00、１800两个相位平衡点，因而采用判决
反馈环存在相位模糊点。
在采用PLL 方式进行载波恢复时，PLL 环路对输入信号的幅度较为敏感，因而在实际使用中一般在前端还需加性能较好的AGC 电路。
在BPSK 解调器中，载波恢复的指标主要有：同步建立时间、保持时间、稳态相差、相位抖动等。
载波提取同步建立时间将影响BPSK 在正确解调时所需消耗的比特数，该指标一
般对突发工作（解调器是一个分帧一个分帧地接收并进行解调，而且在这些分帧之间载波信息与位定时信息之间没有任何关系）的解调器有要求，而对于连续工作的解调器该指标一般不作要求。
载波恢复电路的保持时间在不同场合要求不同，例如在无线衰落信道中，一旦接收载波出现短时的深衰落，要求接收机的恢复载波信号仍能跟踪一段时间。
本地恢复载波信号的稳态相位误差对解调性能存在影响，对于BPSK 接收信号为：
)2cos(2)
()(θπ+=c b
b f T E t a t R 而恢复的相干载波为)2cos(?++θπ
c f ，经相乘器、低通滤波后输出的信号为：
?=cos 212)()('b b T E t a t a
若提取的相干载波与输入载波没有相位差，即Δ=0，则解调输出的信号为212)
()('b b T E t a t a =；若存在相差Δ，则输出信号下降cos 2
Δ倍，即输出信噪比下
降cos 2Δ，其将影响信道的误码率性能，使误码增加。对BPSK 而言，在存在载波恢复稳态相差时信道误码率为： ]cos [210
?=
N E erfc P b e
为了提高BPSK 的解调性能，一般尽可能地减小稳态相差，在实际中一般要求其小于50。改善这方面的性能一般可通过提高路环路的开环增益、减少环路时延。当然在提高环路增益的同时，对环路的带宽可能产生影响。
环路的相位抖动是指环路输出的载波在某一载波相位点按一定分布随机摆动,其摆动的方差对解调性能有很大的影响：一方面其与稳态相差一样对BPSK 解调器的误码率产生影响；另一方面还使环路产生一定的跳周率（按工程经验，在门限信噪比条件时跳周一般要求小于每二小时一次）。
采用PLL 环路进行载波恢复具有环路带宽可控。一般而言，环路带宽越宽，载波恢复时间越短，输出载波相位抖动越大，环路越容易出现跳周（所谓跳周是指环路从一个相位平衡点跳向相邻的平衡点，从而使解调数据出现倒相或其它的错误规律）；反之亦然。因而，可根据实际需要，调整环路带宽的大小。
位定时
对于接收的BPSK 信号，与本地相干载波相乘并经匹配滤波之后，在什么时刻对该信号进行抽样、判决，这一功能主要由位定时来实现。
解调器输出的基带信号如图4-10 所示，抽样时钟B 偏离信号能量的最大点,使信噪比下降。由于位定时存在相位差，使误码率有所增加。而抽样时钟A 在信号最大点处进行抽样，保证了输出信号具有最大的信噪比性能，从而也使误码率较小。
在刚接收到BPSK 信号之后，位定时一般不处于正确的抽样位置，必须采用一定的算法对抽样点进行调整，这个过程称为位定时恢复。常用的
位定时恢复有：滤波法、数字锁相环等。本实验采用锁相环法。
A
B
图4-10 BPSK的位最佳判决时刻
（1）滤波法
在不归零的随机二进制脉冲序列功率谱中没有位同步信号的离散分量，所以不能直接从中提取位同步，若将不归零脉冲变为归零二进制脉冲序列，则变换后的信号中出现了码元信号的频率分量，然后再采用窄带滤波器提取、移相后形成位定时脉冲。图4-11就是滤波法提取位同步的原理方框图。
图4-11 采用滤波法恢复BPSK的位定时结构框图另外一种波形变换的方法是对带限信号进行包络检波。这种方法常用于数字微波的中继通信系统中，图4-12是频带受限的二相相移信号2PSK的位同步提取过程。由于频带受限，在相邻码元相位突变点附近会产生幅度的“凹陷”，经包络检波后，可以用窄带滤波器提取位同步信号。
图4-12 采用检波恢复BPSK位定时结构框图
（2）锁相环法
以四倍码元速率抽样为例：信号取样如图2-13所示。S（n-2）、S（n+2）为调整后的最佳样点，S（n）为码元中间点。
首先位定时误差的提取时刻为其基带信号存在过零点，即如图4-13中的情况所示。位定时误差的大小按下式进行计算：
S
=n
-
n
n
e
n
S
S
-
(
2
)]
)2
(
)
(+
(
)[
b
图4-13 位定时误差提取示意图
如果
)
(
n
e
b，则位定时抽样脉冲应向前调整；反之应向后调整。这个调整过
程主要是通过调整分频计数器进行的。
须注意的是，一般在实际应用中还须对位定时的误差信号进行滤波（位定时环路滤波），这样可提高环路的抗噪声性能。
（三）、眼图
利用眼图可方便直观地估计系统的性能。
对眼图的测试方法如下：输入信号选择随机数字信号，示波器的同步输入通道接收码元的时钟信号，用示波器的另一通道接在系统接收滤波器的输出端（例如I 支路），然后调整示波器的水平扫描周期（或扫描频率），使其与接收码元的周期同步。这时就可以在荧光屏上看到显示的图型很像人的眼睛，所以称为眼图。在这个图形上，可以观察到码间串扰和噪声干扰的影响，从而估计出系统性能的优劣程度。
图4-14 BPSK眼图的测试
一般而言，眼皮越厚，则噪声与ISI越严重，系统的误码率越高。
（三）、抽样判决点波形
抽样判决点波形可以较好地反映最终输出性能的好坏。一般的抽样判决点波形如图所示。抽样判决点波形上下两线聚集越好，则系统性能越好，反之越差。
图4-15 BPSK的抽样判决点波形
在通信原理实验平台中BPSK的DSP解调方法如下：
1,A/D采样速率为4倍的码元速率，即每个码元采样4个样点。2,采样之后，进行平方根Nyquist匹配滤波。3,将匹配滤波之后的样点进行样点抽取，每两个样点抽取一个采样点。即每个码元采样2个点送入后续电路进行处理。4,将每个码元2个点进行位定时处理，根据误差信号对位定时进行调整。TPMZ07测量点为最终恢复的位定时时钟。5,再将位定时处理之后的最佳样点送入后续处理（即又进行了2:1的样点抽取）。6,根据最佳样点值进行载波鉴相处理，鉴相输出在测量点TPN03可以观察到。鉴相后的结果送PLL环路滤波，控制VCXO。最终使本地载波与输入信号的载波达到同频、同相（也可能存在180度相差）。7,位定时与载波恢复之后，进行判决处理，判决前信号可在测量点观察到。
五、实验内容
实验前准备：首先将菜单调制方式设置成“BPSK传输系统”；用示波器测量TPMZ07测试点的信号，如果有脉冲波形，说明实验系统已正常工作；如果没有脉冲波形，则需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。
（一）BPSK调制
1.BPSK基带信号眼图观测
通过菜单选择不激活“匹配滤波”方式（未打勾），此时基带信号频谱成形滤波器全部放在发送端。选择输入m序列，以发送时钟（TPM01）作同步，观测发送信号眼图（TPi03）的波形。成型滤波器使用升余弦响应，ɑ=0.4。判断信号观察的效果。
2. I路和Q路调制信号的相平面（矢量图）信号观察
测量I支路（TPi03）和Q支路信号（TPi04）李沙育（x-y）波形时，应将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察TPi03和TPi04的合成矢量图，其相位矢量图应为0、π两种相位。通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量；结合BPSK 调制器原理分析测试结果。
3.BPSK调制信号0/π相位测量
选择输入调制数据为0／1码。用示波器的一路观察调制输出波形（TPK03），并选用该信号作为示波器的同步信号；示波器的一路连接到调制参考载波上（TPK06/或TPK07），以此信号作为观测的参考信号。仔细调整示波器同步，观察和验证调制载波在数据变化点发生相位0/π翻转。
4. BPSK调制信号包络观察
BPSK调制为非恒包络调制，调制载波信号包络具有明显的过零点。通过本测量
让学生熟悉BPSK调制信号的包落特征。测量前将模拟锁相环模块内的跳线开关KP02设置在TEST位置（右端）。
（1）选择0/1码调制输入数据，观测调制载波输出测试点TPK03的信号波形。
调整示波器同步，注意观测调制载波的包落变化与基带信号（TPi03）的相
互关系。画下测量波形。
（2）用特殊码序列重复上一步实验，并从载波的包络上判断特列码序列。画下测量波形。
（二）BPSK解调
1.接收端解调器眼图信号观测
（1）首先用中频电缆连结KO02和JL02，建立中频自环（自发自收）。测量解调器I支路眼图信号测试点TPJ05（在A/D模块内）波形，观测时用发时
钟TPM01作同步。将接收端与发射端眼图信号TPI03进行比较，观测接收眼
图信号有何变化（有噪声）。
（2）观测正交Q支路眼图信号测试点TPJ06（在A/D模块内）波形，比较与TPJ05测试波形有什么不同？根据电路原理图，分析解释其原因。
2. 解调器失锁时的眼图信号观测
将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在2_3位置（开环），使环路失锁。观测失锁时的解调器眼图信号TPJ05，熟悉BPSK调制器失锁时的眼图信号（未张开）。观测失锁时正交支路解调器眼图信号TPJ06波形。
3.接收端I路和Q路解调信号的相平面（矢量图）波形观察
测量I支路（TPJ05）和Q支路信号（TPJ06）李沙育（x-y）波形时，应将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察TPJ05和TPJ06的合成矢量图。在解调器锁定时，其相位矢量图应为0、π两种相位。通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量；结合BPSK解调器原理分析测试结果。
4.解调器失锁时I路和Q路解调信号的相平面（矢量图）波形观察
将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在2_3位置（右端），使环路失锁。观测接收端失锁时I路和Q路的合成矢量图。掌
握解调器时I路和Q路解调信号的相平面（矢量图）波形的变化，分析测量结果。
5.解调器判决前抽样点信号观察
选择输入测试数据为m序列，用示波器观察测试模块内抽样判决点（TPN04）的工作波形（示波器时基设定在2～5ms）。
6.解调器失锁时抽样判决点信号观察
将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在2_3位置，使环路失锁。用示波器观察测试模块内抽样判决点TPN04信号波形，观测时示波器时基设定在2～5ms。熟悉解调器失锁时的抽样判决点信号波形。
7.差分编码信号观测
通信原理实验箱仅对“外部数据输入”方式输入数据提供差分编码功能。外部数据可以来自误码仪产生或汉明编码模块产生的m序列输出数据。当使用汉明编码模块产生的m序列输出数据时，将汉明编码模块中的信号工作跳线器开关SWC01中的H_EN和ADPCM开关去除，将输入信号跳线开关KC01设置在m序列输出口DT_M上（右端）；将汉明译码模块中汉明译码使能开关KW03设置在OFF状态（右端），输
入信号和时钟开关KW01、KW02设置在来自信道CH位置（左端）。
通过菜单选择发送数据为“外部数据输入”方式。将汉明编码模块中的信号工作跳线器开关SWC01中M_SEL2跳线器插入，产生7位周期m序列。用示波器同时观察DSP+FPGA模块内发送数据信号TPM02和差分编码输出数据TPM03，分析两信号间的编码关系。记录测量结果。
8.解调数据观察
（1）在上述设置跳线开关基础上，用示波器同时观察DSP+FPGA模块内接收数据信号TPM04和发送数据信号TPM02，比较两数据信号进行是否相同一致（正常差分译码）。测量发送与接收数据信号的传输延时，记录测量结果。
（2）在“外部数据输入”方式下，重复按选择菜单的确认按键，让解调器重新锁定（存在相位模糊度，会使解调数据反向），观测解调器差分译码电路是否正确译码。
9.解调器相干载波观测
首先建立中频自环，通过菜单选择输入测试数据为“特殊码序列”或“m序列”。
（1）用双踪示波器同时测量发端调制载波（TPK07）和收端恢复相干载波（TPLZ07），并以TPK07作为示波器的同步信号。在环路正常锁定时，观测收发载波信号的相关关系。
将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在2_3位置（开环），使环路失锁。重复上述测量步骤，观测在解调器失锁时收发载波信号的相关关系。
（2）将解调器相干载波锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在1_2位置（闭环），让解调器锁定（如无法锁定，可按选择菜单上的确认键，让解调器重新同步锁定）。断开中频连接电缆，观测在无输入信号情况下，解调器载波是否与发端同步。记录测量结果。
10.解调器相干载波相位模糊度观测
首先建立中频自环，通过菜单选择输入测试数据为“特殊码序列”或“m序列”。用双踪示波器同时测量发端调制载波（TPK07）和收端恢复相干载波（TPLZ07），并以TPK07作为示波器的同步信号。反复的断开和接回中频自环电缆，观测两载波失步后再同步时之间的相位关系。
11.解调器相干载波相位模糊度对解调数据的影响观测
首先建立中频自环，通过菜单选择发送数据为“特殊码序列”方式。用双踪示波器同时比较接收数据信号眼图（TPJ05）和发送数据信号眼图（TPi03），并以TPi03作为示波器的同步信号。不断的断开和接回中频自环电缆，观测收发眼图信号。（在“特殊码序列”方式下，重复按选择菜单的确认按键，让解调器重新锁定。）分析接收时眼图信号的电平极性发生反转的原因。
12.解调器位定时恢复信号调整锁定过程观察
TPMZ07为DSP调整之后的最佳抽样时刻，它与TPM01（发端时钟）具有明确的相位关系。
（1）选择输入测试数据为m序列，用示波器同时观察TPM01（观察时以它作同步）、TPMZ07（收端最佳判决时刻）之间的相位关系。
（2）不断按确认键（此时仅对DSP位定时环路初始化），观察TPMZ07的调整过程。
（3）断开S002接收中频接头，在没有接收信号的情况下重复该步实验，并解释原因。
13.解调器位定时信号相位抖动观测
示波器以发送时钟TPM01信号为同步，在不同的测试码型下观测接收时钟TPMZ07的相位抖动情况。将各项测试结果作比较分析是否符合理论？
六、实验结论分析
（一）BPSK调制
1、BPSK调制基带信号眼图测试
（1）通过菜单选择不激活“匹配滤波”方式，此时基带信号频谱成型滤波器全部放在发送端。选择输入信号为m序列，以发送时钟TPM01做同步，测试TPi03波形。TPi03就是发送信号眼图波形。此时测试得到波形选用的是滚降系数α=0.4的升余弦波成形滤波器。
2、同相I支路和正交Q支路调制信号相平面矢量图测试
观察测量I支路TPi03和Q支路信号TPi04李沙育波形时，应将示波器设置在（x-y）方式，可从相平面上观察TPi03和TPi04的合成矢量图。通过菜单选择不同的输入码型，观察并记录测试结果。
M序列：
特殊码序列：
0/1码：
全0码：
全1码：
通信原理实验报告
作者: 日期:
通信原理实验报告 实验名称：实验一—数字基带传输系统的—MATLAB方真 实验二模拟信号幅度调制仿真实验班级：10通信工程三班_________ 学号：2010550920 ________________ 姓名：彭龙龙______________
指导老师：王仕果______________
实验一数字基带传输系统的MATLA仿真 一、实验目的 1、熟悉和掌握常用的用于通信原理时域仿真分析的MATLAB函数； 2、掌握连续时间和离散时间信号的MATLAB产生； 3、牢固掌握冲激函数和阶跃函数等函数的概念，掌握卷积表达式及其物理意义，掌握卷积的计算方法、卷积的基本性质； 4、掌握利用MATLAB计算卷积的编程方法，并利用所编写的MATLAB程序验证卷积的常用基本性质； 5、掌握MATLAB描述通信系统中不同波形的常用方法及有关函数，并学会利用MATLAB求解系统功率谱，绘制相应曲线。 基本要求：掌握用MATLAB描述连续时间信号和离散时间信号的方法，能够编写 MATLAB程序，实现各种常用信号的MATLA实现，并且以图形的方式再现各种信号的波形。 二、实验内容 1、编写MATLAB程序产生离散随机信号 2、编写MATLAB程序生成连续时间信号 3、编写MATLAB程序实现常见特殊信号 三、实验原理 从通信的角度来看，通信的过程就是消息的交换和传递的过程。而从数学的角度来看，信息从一地传送到另一地的整个过程或者各个环节不外乎是一些码或信号的交换过程。例如信源压缩编码、纠错编码、AMI编码、扰码等属于码层次上的变换，而基带成形、滤波、调 制等则是信号层坎上的处理。码的变换是易于用软件来仿真的。要仿真信号的变换，必须解 决信号与信号系统在软件中表示的问题。 3.1信号及系统在计算机中的表示 3.1.1时域取样及频域取样 一般来说，任意信号s(t)是定义在时间区间(-R, +R)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( -R, + R)这样一个时间段。 为此将把s(t)按区间T, T截短为 2 2 S T(t)，再对S T(t)按时间间隔△ t均匀取样，得到取样 点数为: 仿真时用这个样值集合来表示信号 T Nt t s(t)。显然△ t反映了仿真系统对信号波形的分辨 率， (3-1) △ t越小则仿真的精确度越高。据通信原理所学，信号被取样以后，对应的频谱时频率的周期函数，其重复周期是—。如果信号的最高频率为f H，那么必须有f H W 丄才能保证不发 t 2 t 生频域混叠失真。设 1 B s 2 t 则称B s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△ (3-2) t,那么不能用
实验一常用信号的表示 【实验目的】 掌握使用MATLAB的信号工具箱来表示常用信号的方法。 【实验环境】 装有MATLAB6.5或以上版本的PC机。 【实验内容】 1. 周期性方波信号square 调用格式：x=square(t,duty) 功能：产生一个周期为2π、幅度为1 ±的周期性方波信号。其中duty表示占空比，即在信号的一个周期中正值所占的百分比。 例1：产生频率为40Hz，占空比分别为25%、50%、75%的周期性方波。如图1-1所示。 clear; % 清空工作空间内的变量 td=1/100000; t=0:td:1; x1=square(2*pi*40*t,25); x2=square(2*pi*40*t,50); x3=square(2*pi*40*t,75); % 信号函数的调用subplot(311); % 设置3行1列的作图区，并在第1区作图plot(t,x1); title('占空比25%'); axis([0 0.2 -1.5 1.5]); % 限定坐标轴的范围 subplot(312); plot(t,x2); title('占空比50%'); axis([0 0.2 -1.5 1.5]); subplot(313); plot(t,x3); title('占空比75%'); axis([0 0.2 -1.5 1.5]);
图1-1 周期性方波 2. 非周期性矩形脉冲信号rectpuls 调用格式：x=rectpuls(t,width) 功能：产生一个幅度为1、宽度为width、以t=0为中心左右对称的矩形波信号。该函数横坐标范围同向量t决定，其矩形波形是以t=0为中心向左右各展开width/2的范围。Width 的默认值为1。 例2：生成幅度为2，宽度T=4、中心在t=0的矩形波x(t)以及x(t-T/2)。如图1-2所示。 t=-4:0.0001:4; T=4; % 设置信号宽度 x1=2*rectpuls(t,T); % 信号函数调用 subplot(121); plot(t,x1); title('x(t)'); axis([-4 6 0 2.2]); x2=2*rectpuls(t-T/2,T); % 信号函数调用
通信原理 实验报告 课程名称：通信原理 实验三：二进制数字信号调制仿真实验实验四：模拟信号数字传输仿真实验姓名： 学号： 班级： 2012年12 月
实验三二进制数字信号调制仿真实验 一、实验目的 1.加深对数字调制的原理与实现方法； 2.掌握OOK、2FSK、2PSK功率谱密度函数的求法； 3.掌握OOK、2FSK、2PSK功率谱密度函数的特点及其比较； 4.进一步掌握MATLAB中M文件的调试、子函数的定义和调用方法。 二、实验内容 1. 复习二进制数字信号幅度调制的原理 2. 编写MATLAB程序实现OOK调制； 3. 编写MATLAB程序实现2FSK调制； 4. 编写MATLAB程序实现2PSK调制； 5. 编写MATLAB程序实现数字调制信号功率谱函数的求解。 三、实验原理 在数字通信系统中，需要将输入的数字序列映射为信号波形在信道中传输，此时信源输出数字序列，经过信号映射后成为适于信道传输的数字调制信号。数字序列中每个数字产生的时间间隔称为码元间隔，单位时间内产生的符号数称为符号速率，它反映了数字符号产生的快慢程度。由于数字符号是按码元间隔不断产生的，经过将数字符号一一映射为响应的信号波形后，就形成了数字调制信号。根据映射后信号的频谱特性，可以分为基带信号和频带信号。 通常基带信号指信号的频谱为低通型，而频带信号的频谱为带通型。 调制信号为二进制数字基带信号时，对应的调制称为二进制调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率和相位只有两种变化状态。相应的调制方式有二进制振幅键控(OOK/2ASK)、二进制频移键控(2FSK)和二进制相移键控(2PSK)。 下面分别介绍以上三种调制方法的原理，及其MATLAB实现： 本实验研究的基带信号是二进制数字信号，所以应该首先设计MATLAB程序生成二进制数字序列。根据实验一的实践和第一部分的介绍，可以很容易的得到二进制数字序列生成的MATLAB程序。 假定要设计程序产生一组长度为500的二进制单极性不归零信号，以之作为后续调制的信源，并求出它的功率谱密度，以方便后面对已调信号频域特性和基带信号频域特性的比较。整个过程可用如下程序段实现： %定义相关参数 clear all; close all; A=1 fc=2; %2Hz; N_sample=8; N=500； %码元数 Ts=1; %1 Baud/s dt=Ts/fc/N_sample; %波形采样间隔 t=0:dt:N*Ts-dt; Lt=length(t);
通信原理 实验一 实 验 报 告 实验日期： 学院： 班级： 学号： 姓名： 指导老师：
实验一数字基带传输系统的MA TLAB仿真 一、实验目的 1、熟悉和掌握常用的用于通信原理时域仿真分析的MATLAB函数； 2、掌握连续时间和离散时间信号的MATLAB产生； 3、牢固掌握冲激函数和阶跃函数等函数的概念，掌握卷积表达式及其物理意义，掌握 卷积的计算方法、卷积的基本性质； 4、掌握利用MATLAB计算卷积的编程方法，并利用所编写的MA TLAB程序验证卷积的 常用基本性质； 5、掌握MATLAB描述通信系统中不同波形的常用方法及有关函数，并学会利用 MATLAB求解系统功率谱，绘制相应曲线。 基本要求：掌握用MATLAB描述连续时间信号和离散时间信号的方法，能够编写 MATLAB程序，实现各种常用信号的MA TLAB实现，并且以图形的方式再现各种信号的波形。 二、实验内容 1、编写MATLAB 程序产生离散随机信号 2、编写MATLAB 程序生成连续时间信号 3、编写MATLAB 程序实现常见特殊信号 三、实验原理 从通信的角度来看，通信的过程就是消息的交换和传递的过程。而从数学的角度来看， 信息从一地传送到另一地的整个过程或者各个环节不外乎是一些码或信号的交换过程。例如 信源压缩编码、纠错编码、AMI编码、扰码等属于码层次上的变换，而基带成形、滤波、调 制等则是信号层次上的处理。码的变换是易于用软件来仿真的。要仿真信号的变换，必须解 决信号与信号系统在软件中表示的问题。 四、实验步骤 （1）分析程序program1_1 每条指令的作用，运行该程序，将结果保存，贴在下面的空白 处。然后修改程序，将dt 改为0.2，并执行修改后的程序，保存图形，看看所得图形的效果 怎样。 dt=0.01 时的信号波形 Sinusoidal signal x(t) -2-1.5-1-0.500.51 1.52 Time t (sec) dt=0.2 时的信号波形
实验一信号源实验 一、实验目的 1、了解通信系统的一般模型及信源在整个通信系统中的作用。 2、掌握信号源模块的使用方法。 二、实验内容 1、对应液晶屏显示，观测DDS信源输出波形。 2、观测各路数字信源输出。 3、观测正弦点频信源输出。 4、模拟语音信源耳机接听话筒语音信号。 三、实验仪器 1、信号源模块一块 2、20M双踪示波器一台 四、实验原理 信号源模块大致分为DDS信源、数字信源、正弦点频信源和模拟语音信源几部分。 1、DDS信源 DDS直接数字频率合成信源输出波形种类、频率、幅度及方波B占空比均可通过“DDS信源按键”调节（具体的操作方法见“实验步骤”），并对应液晶屏显示波形信息。 正弦波输出频率范围为1Hz～200KHz，幅度范围为200mV～4V。 三角波输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V。 锯齿波输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V。 方波A输出频率范围为1Hz～50KHz，幅度范围为200mV～4V，占空比50％不变。 方波B输出频率范围为1Hz～20KHz，幅度范围为200mV～4V，占空比以5％步进可调。 输出波形如下图1-1所示。
正弦波：1Hz-200KHz 三角波：1Hz－20KHz 锯齿波：1Hz－20KHz 方波A：1Hz－50KHz(占空比50％) 方波B：1Hz－20KHz（占空比0％－100％可调） 图1-1 DDS信源信号波形 2、数字信源 （1）数字时钟信号 24.576M：钟振输出时钟信号，频率为24.576MHz。 2048K：类似方波的时钟信号输出点，频率为2048 KHz。64K：方波时钟信号输出点，频率为64 KHz。 32K：方波时钟信号输出点，频率为32KHz。 8K：方波时钟信号输出点，频率为8KHz。 输出时钟如下图1-2所示。
通信原理实验报告 一．实验目的 熟悉掌握MATLAB软件的应用，学会对一个连续信号的频谱进行仿真，熟悉sigexpand(x2,ts2/ts1)函数的意义和应用，完成抽样信号对原始信号的恢复。 二．实验内容 设低通信号x（t）=cos(4pi*t)+1.5sin(6pi*t)+0.5cos(20pi*t); (1)画出该低通信号的波形 (2)画出抽样频率为fs=10Hz（亚采样）、20Hz（临界采样）、50Hz（过采样）的抽样序列 (3)抽样序列恢复出原始信号 (4)三种抽样频率下，分别分析对比模拟信号、离散采样信号、恢复信号的时域波形的差异。 原始信号与恢复信号的时域波形之差有何特点？有什么样的发现和结论？ (5)三种抽样频率下，分别分析对比模拟信号、离散采样信号、恢复信号的频域特性的差异。 原始信号与恢复信号的频域波形之差有何特点？有什么样的发现和结论？ 实验程序及输出结果 clear; close all; dt=0.05; t=-2:dt:2 x=cos(4*pi*t)+1.5*sin(6*pi*t)+0.5*cos(20*pi*t); N=length(t); Y=fft(x)/N*2; fs=1/dt; df=fs/(N-1); f=(0:N-1)*df; subplot(2,1,1) plot(t,x) title('抽样时域波形') xlabel('t') grid; subplot(2,1,2) plot(f,abs(Y)); title('抽样频域信号 |Y|'); xlabel('f'); grid;
定义sigexpand函数 function[out]=sigexpand(d,M) N=length(d); out=zeros(M,N); out(1,:)=d; out=reshape(out,1,M*N); 频域时域分析fs=10Hz clear; close all; dt=0.1; t0=-2:0.01:2 t=-2:dt:2 ts1=0.01 x0=cos(4*pi*t0)+1.5*sin(6*pi*t0)+0.5*cos(20*pi*t0); x=cos(4*pi*t)+1.5*sin(6*pi*t)+0.5*cos(20*pi*t); B=length(t0); Y2=fft(x0)/B*2; fs2=1/0.01; df2=fs2/(B-1); f2=(0:B-1)*df2; N=length(t); Y=fft(x)/N*2;
通信原理 实验报告 实验名称：实验一码型变换实验 姓名：xxxx 专业班级：电信xxxxx班 学号：xxxxxxxxxxxxx 中南大学物理与电子学院 X2013年下学期 xx月xx号
码型变换实验: 一、实验目的 1、了解几种常用的数字基带信号。 2、掌握常用数字基带传输码型的编码规则。 3、掌握常用CPLD实现码型变换的方法。 二、实验内容 1、观察NRZ码、RZ码、AMI码HDB3码CMI 码BPH码的波形。 2、观察全0码或者全1码时各码型的波形。 3、观察HDB3码、AMI码的正负极性波形。 4、观察RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、 BPH码经过码型反变换后的输出波形。5、自行设计码型变换电路，下载并观察波 形。 三、实验器材 1、信号源模块 2、编码、译码模块 3、20M双示踪示波器 4、连接线 四、实验结果分析 1、CMI、RZ、BPH码遍解码电路观测
信号源： S1:01110010 S2:01010101 S3:00110011 CMI码： DOUT1波形：1110010 NRZ-OUT输出波形：01010101001100110111 RZ码： DOUT1：11001101
NRZ-OUT输出波形：001100110111001001 DOUT1：10111001001010101
NRZ-OUT输出波形：010110010110011 2、AMI、HDB3码编解码电路观测 S1：01110010 S2：00011000 S3：01000011 AMI码： DOUT1：
DOUT2： AMI-OUT：101001100100110111010011001
通信原理课程设计报告
一. 2DPSK基本原理 1.2DPSK信号原理 2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。 图1.1 2DPSK信号 在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。 定义?Φ为本码元初相与前一码元初相之差，假设： ?Φ=0→数字信息“0”； ?Φ=π→数字信息“1”。 则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下： 数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1
DPSK信号相位：0 π π 0 π π 0 π 0 0 π 或：π 0 0 π 0 0 π 0 π π 0 2. 2DPSK信号的调制原理 一般来说，2DPSK信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK 信号的的模拟调制法框图如图1.2.1所示，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。 图1.2.1 模拟调制法 2DPSK信号的的键控调制法框图如图1.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0”时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi。 图1.2.2 键控法调制原理图 码变换相乘 载波 s(t)e o(t)
通信原理 实 验 报 告
实验一 数字基带信号实验(AMI/HDB3) 一、 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 二、 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/AMI 码中提取位同步信号的波形 3、用示波器观察HDB 3、AMI 译码输出波形 三、 基本原理 本实验使用数字信源模块（EL-TS-M6）、AMI/HDB 3编译码模块（EL-TS-M6）。 BS S5S4S3S2S1 BS-OUT NRZ-OUT CLK 并 行 码 产 生 器 八选一 八选一八选一分 频 器 三选一 NRZ 抽 样 晶振 FS 倒相器 图1-1 数字信源方框图 010×0111××××××××× ×××××××数据2 数据1 帧同步码 无定义位 图1-2 帧结构 四、实验步骤 1、 熟悉信源模块和HDB3/AMI 编译码模块的工作原理。 2、 插上模块（EL-TS-M6），打开电源。用示波器观察数字信源模块上的各种信号波形。 用FS 作为示波器的外同步信号，进行下列观察： （1） 示波器的两个通道探头分别接NRZ-OUT 和BS-OUT ，对照发光二极管的发光状态，判断数字信源单元是否已正常工作（1码对应的发光管亮，0码对应的发光管熄）；
实 验 报 告 实验名称：PAM编译码器系统 姓名： 学号： 日期： 一．实验名称：PAM编译码器系统 二、实验仪器 1、J H5001通信原理综合实验系统一台 2、20MHz双踪示波器一台
3、函数信号发生器一台 三、实验目的 1、验证抽样定理 2、观察了解PAM信号形成的过程 3、了解混迭效应形成的原因 四、实验内容 准备工作：将交换模块内的抽样时钟模式开关KQ02设置在NH位置（右端），将测试信号选择开关KQ01设置在外部测试信号输入2_3位置（右端）。 1.近似自然抽样脉冲序列测量 （1）首先将输入信号选择开关K701设置在T（测试状态）位置，将低通滤波器选择开关K702设置在F（滤波位置），为便于观测，调整函数信号发生器正弦波输出频率为200～1000Hz、输出电平为2Vp-p的测试信号送入信号测试端口J005和J006（地）。 （2）用示波器同时观测正弦波输入信号（J005）和抽样脉冲序列信号（TP703），观测时以TP703做同步。调整示波器同步电平和微调调整函数信号发生器输出频率，使抽样序列与输入测试信号基本同步。测量抽样脉冲序列信号与正弦波输入信号的对应关系。 2.重建信号观测 TP704为重建信号输出测试点。保持测试信号不变，用示波器同时观测重建信号输出测试点和正弦波输入信号，观测时以J005输入信号做同步。 3.平顶抽样脉冲序列测量 将交换模块内的抽样时钟模式开关KQ02设置在H位置（左端）。 方法同1测量，请同学自拟测量方案。记录测量波形，与自然抽样测量结果做比较。 4.平顶抽样重建信号观测 将交换模块内的抽样时钟模式开关KQ02设置在H位置（左端）。 方法同2测量，请同学自拟测量方案。记录测量波形，与自然抽样测量结果对比分析平顶抽样的测试结果。 5.信号混迭观测 （1）当输入信号频率高于4KHz（1/2抽样频率）时，重建信号将出现混迭效应。观测时，将跳线开关K702设置在NF（无输入滤波器）位置。调整函数信号发生器正
实验一、PCM编译码实验 实验步骤 1. 准备工作：加电后，将交换模块中的跳线开关KQ01置于左端PCM编码位置，此时MC145540工作在PCM编码状态。 2. PCM串行接口时序观察 （1）输出时钟和帧同步时隙信号观测：用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和输出时钟信号（TP503），观测时以TP504做同步。分析和掌握PCM编码抽样时钟信号与输出时钟的对应关系（同步沿、脉冲宽度等）。 （2）抽样时钟信号与PCM编码数据测量：用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以TP504做同步。分析和掌握PCM编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。 3. PCM编码器 （1）方法一： （A）准备：将跳线开关K501设置在测试位置，跳线开关K001置于右端选择外部信号,用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005和J006（地）。 （B）用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以TP504做同步。分析和掌握PCM编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。分析为什么采用一般的示波器不能进行有效的观察。 （2）方法二： （A）准备：将输入信号选择开关K501设置在测试位置，将交换模块内测试信号选择开关K001设置在内部测试信号（左端）。此时由该模块产生一个1KHz的测试信号，送入PCM编码器。（B）用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以内部测试信号（TP501）做同步（注意：需三通道观察）。分析和掌握PCM编码输出数据与帧同步时隙信号、发送时钟的对应关系。 4. PCM译码器 （1）准备：跳线开关K501设置在测试位置、K504设置在正常位置，K001置于右端选择外部信号。此时将PCM输出编码数据直接送入本地译码器，构成自环。用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005和J006（地）。 （2） PCM译码器输出模拟信号观测：用示波器同时观测解码器输出信号端（TP506）和编码器输入信号端口（TP501），观测信号时以TP501做同步。定性的观测解码信号与输入信号的关系：质量、电平、延时。 5. PCM频率响应测量：将测试信号电平固定在2Vp-p，调整测试信号频率，定性的观测解码恢复出的模拟信号电平。观测输出信号信电平相对变化随输入信号频率变化的相对关系。
通信原理实验报告 实验一抽样定理 实验二 CVSD编译码系统实验 实验一抽样定理 一、实验目的 所谓抽样。就是对时间连续的信号隔一定的时间间隔T 抽取一个瞬时幅度值（样值），即x(t)*s(t)=x(t)s(t)。在一个频带限制在（0，f h）内的时间连续信号f（t），如果以小于等于1/(2 f h)的时间间隔对它进行抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。 抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地还原信号。这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。 二、功能模块介绍 1.DDS 信号源：位于实验箱的左侧 （1）它可以提供正弦波、三角波等信号，通过连接P03 测试点至PAM 脉冲调幅模块的32P010 作为脉冲幅度调制器的调制信号x(t)。抽样脉冲信号则是通过P09 测试点连至PAM 脉冲调幅模块。 （2）按下复合式按键旋钮SS01，可切换不同的信号输出状态，例如D04D03D02D01=0010 对应的是输出正弦波，每种LED 状态对应一种信号输出，具体实验板上可见。 （3）旋转复合式按键旋钮SS01，可步进式调节输出信号的频率，顺时针旋转频率每步增加100Hz,逆时针减小100Hz。 （4）调节调幅旋钮W01，可改变P03 输出的各种信号幅度。 2.抽样脉冲形成电路模块 它提供有限高度，不同宽度和频率的抽样脉冲序列，可通过P09 测试点连线送到PAM 脉冲调幅模块32P02，作为脉冲幅度调制器的抽样脉冲s(t)。P09 测试点可用于抽样脉冲的连接和测量。该模块提供的抽样脉冲频率可通过旋转SS01 进行调节，占空比为50%。 3.PAM 脉冲调幅模块 它采用模拟开关CD4066 实现脉冲幅度调制。抽样脉冲序列为高电平时，模拟开关导通，有调制信号输出；抽样脉冲序列为低电平，模拟开关断开，无信号输出。因此，本模块实现的是自然抽样。在32TP01 测试点可以测量到已调信号波形。 调制信号和抽样脉冲都需要外接连线输入。已调信号经过PAM 模拟信道（模拟实际信道的惰性）的传输，从32P03 铆孔输出，可能会产生波形失真。PAM 模拟信道电路示意图如下图所示，32W01（R1）电位器可改变模拟信道的传输特性。
通信原理软件实验报告 学院：信息与通信工程学院 班级： 一、通信原理Matlab仿真实验 实验八 一、实验内容 假设基带信号为m(t)=sin(2000*pi*t)+2cos(1000*pi*t),载波频率为20kHz，请仿真出AM、DSB-SC、SSB信号，观察已调信号的波形和频谱。 二、实验原理 1、具有离散大载波的双边带幅度调制信号AM 该幅度调制是由DSB-SC AM信号加上离散的大载波分量得到，其表达式及时间波形图为： 应当注意的是，m(t)的绝对值必须小于等于1，否则会出现下图的过调制： AM信号的频谱特性如下图所示： 由图可以发现，AM信号的频谱是双边带抑制载波调幅信号的频谱加上离散的大载波分量。 2、双边带抑制载波调幅（DSB—SC AM）信号的产生 双边带抑制载波调幅信号s(t)是利用均值为0的模拟基带信号m(t)和正弦载波 c(t)相乘得到，如图所示： m(t)和正弦载波s(t)的信号波形如图所示：
若调制信号m(t)是确定的，其相应的傅立叶频谱为M(f)，载波信号c(t)的傅立叶频谱是C(f),调制信号s(t)的傅立叶频谱S(f)由M(f)和C(f)相卷积得到，因此经过调制之后，基带信号的频谱被搬移到了载频fc处，若模拟基带信号带宽为W，则调制信号带宽为2W，并且频谱中不含有离散的载频分量，只是由于模拟基带信号的频谱成分中不含离散的直流分量。 3、单边带条幅SSB信号 双边带抑制载波调幅信号要求信道带宽B=2W, 其中W是模拟基带信号带宽。从信息论关点开看，此双边带是有剩余度的，因而只要利用双边带中的任一边带来传输，仍能在接收机解调出原基带信号，这样可减少传送已调信号的信道带宽。 单边带条幅SSB AM信号的其表达式： 或 其频谱图为： 三、仿真设计 1、流程图：
部分响应系统 一、实验目的 1．通过实验掌握第一类部分响应系统的原理及实现方法； 2．掌握基带信号眼图的概念及绘制方法。 二、实验原理 1.部分响应系统 为了提高系统的频带利用率，减小定时误差带来的码间干扰，升余弦传输特性在这两者的选择是有矛盾的。理想低通传输特性可以有最高的频带利用率 2=s η，但拖尾的波动比较大，衰减也比较慢。若能改善这种情况，并保留系统 的带宽等于奈奎斯特带宽，就能在保证一定的传输质量前提下显著地提高传输速率。这是有实际意义的，特别是在高速大容量传输系统中。部分响应传输系统就具有这样的特点。 部分响应传输系统是通过对理想低通滤波器冲激响应的线性加权组合，来控制整个传输系统冲激响应拖尾的波动幅度和衰减。当然，这样做会引入很强的码间干扰，但这种码间干扰是可控制的，是已知的，因此很容易从接收信号的抽样值中减去。由于这种组合并不影响系统的传输带宽，因此频带利用率高。 第一类部分响应系统是在相邻的两个码元间引入码间干扰。由于理想低通系统的传递函数为 其冲激响应为s s T t T t t h //sin )(ππ= ，如果用)(t h 以及)(t h 的时延s T 的波形作为系统的 冲激响应，那么它的系统带宽肯定限制在??? ? ? ?-s s T T 21,21，也就是说，系统的频带利用率为2bit/Hz 。 接着来看系统的冲激响应函数)(t g ： s s s s s s s T t T t T t T T t c T t c T t h t h t g /11 sin )(sin sin )()()(-= ?? ????-+=-+=ππππ s T f 21 ||< 其他 ???=0 )(s T f H
通信原理实验报告 实验名称：数字信号的基带传输 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、仿真环境 SystemView 仿真软件 三、实验原理 （1）数字基带传输系统的基本结构 它主要由信道信号形成器、信道、接收滤滤器和抽样判决器组成。为了保证系统可靠有序地工作，还应有同步系统。 1.信道信号形成器 把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的。 2.信道 是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会进入噪声。 3.接收滤波器 滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 4.抽样判决器 在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。而用来抽样的位定时脉冲则依靠同步提取电路从接收信号中提取。 (2) 奈奎斯特第一准则 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， 因为信息完全恢复携带在抽样点幅度上。 奈奎斯特准则要求在波形成形输入到接收端的滤波器输出的整个 传送过程传递函数满足： 令k′=j -k ， 并考虑到k′也为整数，可用k 表示： 在实际应用中，理想低通滤波器是不可能实现的，升余弦滤波器 是在实际中满足无码间干扰传输的充要条件，已获得广泛应用的滤波 器。 升余弦滤波器满足的传递函数为： ???=+-0)(1])[(0或其它常数t T k j h b k j k j ≠=???=+0 1)(0t kT h b 00≠=k k
通信原理实验报告 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
学院 实验报告 课程名称： 姓名： 学号： 班级： 指导教师： 2017年6月1日
目录 实验网络和实验板简介 (3) 实验1 数字基带信号与 AMI/HDB3编译码 (4) 1.1 实验目的 (4) 1.2 基本原理 (4) 1.3 实验步骤及实验结果 (5) 1.4 实验思考题 (10) 实验2 数字调制 (12) 2.1 实验目的 (12) 2.2 实验原理 (12) 2.3 实验步骤及实验结果 (12) 2.4 实验思考题 (14) 实验3 模拟锁相环与载波同步 (15) 3.1 实验目的 (15) 3.2 实验原理 (15) 3.3 实验步骤及实验结果 (15) 3.4 实验思考题 (18) 实验4 数字解调与眼图 (18) 4.1 实验目的 (18) 4.2 实验原理 (18) 4.3 实验步骤及实验结果 (19) 4. 2FSK解调实验 (21) 4.4 实验思考题 (22) 实验5 数字锁相环与位同步 (22) 5.1 实验目的 (22) 5.2 实验原理 (22) 5.3 实验步骤及实验结果 (23) 5.4 实验思考题 (24) 实验6 帧同步 (25) 6.1 实验目的 (25) 6.2 实验原理 (25) 6.3 实验步骤及实验结果 (26) 6.4 实验思考题 (28) 实验 7 时分复用数字基带通信系统 (28) 7.1 实验目的 (28) 7.2 实验原理 (29) 7.3 实验步骤及实验结果 (30) 7.4 实验思考题 (31) 实验 8 时分复用 2DPSK、2FSK 通信系统 (31) 8.1 实验目的 (31) 8.2 实验原理 (32) 8.3 实验步骤及实验结果 (32) 8.4 实验思考题 (33)
《通信原理软件》实验报告专业通信工程 班级 2011211118 姓名朱博文 学号 2011210511 报告日期 2013.12.20
基础实验： 第一次实验 实验二时域仿真精度分析 一、实验目的 1. 了解时域取样对仿真精度的影响 2. 学会提高仿真精度的方法 二、实验原理 一般来说，任意信号s(t)是定义在时间区间上的连续函数，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这样一个时间段。为此将把s(t)截短，按时间间隔均匀取样，仿真时用这个样值集合来表示信号 s(t)。△t反映了仿真系统对信号波形的分辨率，△t越小则仿真的精确度越高。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，才能保证不发生频域混叠失真，这是奈奎斯特抽样定理。设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，那么不能用此仿真程序来研究带宽大于的信号或系统。换句话说，就是当系统带宽一定的情况下，信号的采样频率最小不得小于2*f，如此便可以保证信号的不失真，在此基础上时域采样频率越高，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，如果需要观察时域波形的某些特性，那么采样点数越多，可得到越真实的时域信
号。 三、实验内容 1、方案思路： 通过改变取点频率观察示波器显示信号的变化 2、程序及其注释说明： 3、仿真波形及频谱图： Period=0.01 Period=0.3 4、实验结果分析： 以上两图区别在于示波器取点频率不同，第二幅图取点频率低于第一幅图，导致示波器在画图时第二幅图不如第一幅图平滑。 四、思考题 1.两幅图中第一幅图比第二幅图更加平滑，因为第一幅图中取样点数更 多 2.改为0.5后显示为一条直线，因为取点处函数值均为0 实验三频域仿真精度分析 一、实验目的
1，必做题目 1.1无线信道特性分析 1.1.1实验目的 1)了解无线信道各种衰落特性； 2)掌握各种描述无线信道特性参数的物理意义； 3)利用MATLAB中的仿真工具模拟无线信道的衰落特性。 1.1.2实验内容 1)基于simulink搭建一个QPSK发送链路，QPSK调制信号经过了瑞利衰落 信道，观察信号经过衰落前后的星座图，观察信道特性。仿真参数：信 源比特速率为500kbps，多径相对时延为[0 4e-06 8e-06 1.2e-05]秒， 相对平均功率为[0 -3 -6 -9]dB，最大多普勒频移为200Hz。例如信道 设置如下图所示：
1.1.3实验作业 1)根据信道参数，计算信道相干带宽和相干时间。 fm=200; t=[0 4e-06 8e-06 1.2e-05]; p=[10^0 10^-0.3 10^-0.6 10^-0.9]; t2=t.^2; E1=sum(p.*t2)/sum(p); E2=sum(p.*t)/sum(p); rms=sqrt(E1-E2.^2); B=1/(2*pi*rms) T=1/fm 2)设置较长的仿真时间（例如10秒），运行链路，在运行过程中，观察并 分析瑞利信道输出的信道特征图（观察Impulse Response(IR)、 Frequency Response(FR)、IR Waterfall、Doppler Spectrum、Scattering Function）。（配合截图来分析） Impulse Response(IR)
从冲击响应可以看出，该信道有四条不同时延的路径。多径信道产生随机衰落，信道冲击响应幅值随机起伏变化。可以看出，该信道的冲激响应是多路冲激响应函数的叠加，产生严重的码间干扰。 Frequency Response(FR) 频率响应特性图不再是平坦的，体现出了多径信道的频率选择性衰落。
电子科技大学 通信抗干扰技术国家级重点实验室 实验报告 课程名称移动通信原理 实验内容无线信道特性分析； BPSK/QPSK通信链路搭建与误码性能分析； SIMO系统性能仿真分析 课程教师胡苏 成员姓名成员学号成员分工 独立完成必做题第二题，参与选做题SIMO仿 真中的最大比值合并模型设计 参与选做题SIMO仿真中的 等增益合并模型设计 独立完成必做题第一题 参与选做题SIMO仿真中的 选择合并模型设计
1，必做题目 1.1无线信道特性分析 1.1.1实验目的 1)了解无线信道各种衰落特性； 2)掌握各种描述无线信道特性参数的物理意义； 3)利用MATLAB中的仿真工具模拟无线信道的衰落特性。 1.1.2实验内容 1)基于simulink搭建一个QPSK发送链路，QPSK调制信号经过了瑞利衰 落信道，观察信号经过衰落前后的星座图，观察信道特性。仿真参数：信源比特速率为500kbps，多径相对时延为[0 4e-06 8e-06 1.2e-05]秒，相对平均功率为[0 -3 -6 -9]dB，最大多普勒频移为200Hz。例如信道设置如下图所示：
1.1.3实验仿真 (1)实验框图 （2）图表及说明 图一：Before Rayleigh Fading1 #上图为QPSK相位图，由图可以看出2比特码元有四种。
图二：After Rayleigh Fading #从上图可以看出，信号通过瑞利信道后，满足瑞利分布，相位和幅度发生随机变化，所以图三中的相位不是集中在四点，而是在四个点附近随机分布。 图三：Impulse Response #从冲激响应的图可以看出相位在时间上发生了偏移。
信息与通信工程学院通信原理硬件实验报告 指导教师：** 实验日期：2019-5-8
目录 必做： 实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-SC AM）实验二：具有离散大载波的双边带调幅 实验三：调频（FM） 实验六：眼图 实验七：采样、判决 实验八：二进制通断键控（OOK） 实验十二：低通信号的采样与重建 选作： 实验九：二进制移频键控（2FSK） 实验十一：信号星座
实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-SC AM） 一、实验目的 1、了解DSB-SC AM信号的产生以及相干解调的原理和实现方法。 2、了解DSB-SC AM信号波形以及振幅频谱特点,并掌握其测量方法。 3、了解在发送DSB-SC AM信号加导频分量的条件下,收端用锁相环提取载波的原理及其实现方法。 4、掌握锁相环的同步带和捕捉带的测量方法,掌握锁相环提取载波的调试方法。 二、实验原理 DSB-SC AM信号的产生及相干解调原理 图2.2.1表示 DSB-SC AM信号的产生及相干解调原理框图。
将均值为零的模拟基带信号m(t)与正弦载波c(t)相乘得到 DSB-SC AM信号,其频谱不包含离散的载波分量。DSB-SC AM信号的解调只能采用相干解调。为了能在接收端获取载波,一种方法是在发送端加导频,如图2.2.1所示。收端可用锁相环来提取导频信号作为恢复载波。此锁相环必须是窄带锁相,仅用来跟踪导频信号。 在锁相环锁定时,VCO输出信号sin(2πft+ψ)与输入的导频信号 cos2πft的频率相同,但二者的相位差为(ψ+90°),其中ψ很小。锁相环中乘法器(相当于鉴相器)的两个输入信号分别为发来的信号s(t)(已调信号加导频)与锁相环中VCO的输出信号,二者相乘得到 锁相环中的LPF带宽窄，能通过分量，滤除m(t)的频率分量及四倍频载频分量。 因为ψ很小，所以sinψ≈ψ的输出亏以负反馈的方式控制VCO，使其保持在锁定状态。锁定后的VCO输出信号经90°移相后，以作为相干解调的恢复载波，它与输人的导频信号同频，几乎同相。 相干解调是将发来的信号s(t)与恢复载波相乘，再经过低通滤波后输出模拟基带信号 经过低通滤波可以滤除四倍载频分量。而是直流分量，可通过隔直流电路滤除，于是输出为。 三、电路 DSB-SC AM信号的产生原理图如下图2.2.2
验 报 告 告 实验名称：PAM编译码器系统 姓名：________________ 学号：____________ 日期：__________ .实验名称：PAM编译码器系统
、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 3、函数信号发生器 三、实验目的 1、验证抽样定理 2、观察了解PAMI信号形成的过程 3、了解混迭效应形成的原因 四、实验内容 准备工作：将交换模块内的抽样时钟模式开关KQ02设置在NH位置（右端），将测试信号选择开关KQ01设置在外部测试信号输入2_3位置（右端）。 1. 近似自然抽样脉冲序列测量 （1）首先将输入信号选择开关K701设置在T （测试状态）位置，将低通滤波器选择开关 K702设置在F （滤波位置），为便于观测，调整函数信号发生器正弦波输出频率为200? 1000Hz、输出电平为2Vp-p的测试信号送入信号测试端口J005和J006 （地）。 （2）用示波器同时观测正弦波输入信号（J005）和抽样脉冲序列信号（TP703）,观测时以TP703做同步。调整示波器同步电平和微调调整函数信号发生器输出频率，使抽样序 列与输入测试信号基本同步。测量抽样脉冲序列信号与正弦波输入信号的对应关系。 2. 重建信号观测 TP704为重建信号输出测试点。保持测试信号不变，用示波器同时观测重建信号输出测试点和正弦波输入信号，观测时以J005 输入信号做同步。 3. 平顶抽样脉冲序列测量 将交换模块内的抽样时钟模式开关KQ02设置在H位置（左端）。 方法同 1 测量，请同学自拟测量方案。记录测量波形，与自然抽样测量结果做比较。 4. 平顶抽样重建信号观测 将交换模块内的抽样时钟模式开关KQ02设置在H位置（左端）。 方法同 2 测量，请同学自拟测量方案。记录测量波形，与自然抽样测量结果对比分析平顶抽样的测试结果。