数字信号光纤传输实验
实验目的
1.了解数字信号光纤通讯的基本原理
2.熟悉半导体光源器件电光特性及其测试方法
3.掌握数字信号光纤传输系统的检测及调试技术
实验仪器
1.DOF—D型数字信号光纤传输技术实验仪；
2.计算机；
3.双迹示波器|
实验原理
一、概述
图1中表示了一个目前实用的光纤通讯系统的结构框图（图中仅画出一个方向的信道），该系统由以下几部分组成：光信号发送器、传输光缆、光信号接收器和收、发端的电端机。
图1光纤通讯系统的结构框图
以上光纤通讯结构框图对模拟信号和数字信号传输系统均适用。对模拟信号系统而言，由电端机（发）送来的是话音或图象信号，要求光源器件应具有线性度良好的电光特性，对于数字信号传输系统，光源器件的非线性对系统性能影响不大。光纤通讯系统中常用的光源器件主要是半导体发光二极管LED（发光中心波长
0.86μm）和半导体激光器LD（波长1.3--1.5μm）。前者具有线性度良好的电光特性，适用于模拟信号光纤传输系统或传输码率不高的小容量的数字光纤通讯系统；后者出光功率较大，波谱窄，发光中心波长能与光纤信道理论上的“零色散”所要求的波长匹配，故常用于以单模光纤作为信道的高速系统中。
光纤通讯系统中所用的光纤信道分多模光纤和单模光纤两种。多模光纤主要用于模拟信号传输系统或传输距离不太远、数码率不高的数字信号光纤传输系统中；单模光纤用于高速的光纤通讯系统中。有关以上两类光纤的结构、性能的详细论述见参考文献[1]。
光纤通讯系统中常用的光电探测器件，主要有PIN光电二极管和雪崩光电二极管。PIN光电二极管与普通的PN结光电二极管相比，不同之处就在于在普通光电二极管P层和N层之间有一层低掺杂的N型半导体，且尺寸较宽、掺杂浓度很低以致可把该层近似为本征半导体，故用“I”表示。在结构上的以上改进就使得PIN结构的光电二极管具有较宽的耗尽区和较小的结电容，从而提高了它的光电转换效率和对高速码率数字信号的快速响
应能力。由硅材料制做的PIN光电二极管响应波谱为0.5—1.0μm范围，中心响应波长为0.9μm，这与光纤的一个低损耗波长对应。
雪崩光电二极管APD在结构上使它所用的偏压能够达到较
高的值，在这一高反压作用下，使APD内形成一个高电场区，当光信号照射在APD上，光子激发出电子—空穴对之后，受高电场区内的电场加速，可以碰撞出二次电子—空穴对，使光电流倍增，提高了器件的灵敏度，以利于信号的远距离传输。有关光纤通讯中采用的上述电光和光电器件的结构、工作原理及性能的详细论述见参考文献[2]。
二、实验系统的硬件结构及工作原理
为了使非通讯专业的理工科学生能在综合物理实验中学习
到有关数字信号光纤通讯的基本原理，我们在《数字信号光纤传输实验》中着重于对光信号的发送、接收和再生；数字信号的并串/串并转换；模拟信号的AD/DA转换以及误码现象和原因等问题加以论述。
1、实验系统的硬件结构
为以上目的开发的数字信号光纤传输实验系统的基本结构如图2所示，它包括了以下几个主要部分：
图2数字信号光纤传输实验系统的基本结构1）．光讯号发送部分；
2）．传输光纤；
3）．光讯号的光电转换和再生部分；
4）．计算机；
5）．模数/数模转换及数字信号的并串/串并转换接口电路；
6）．时钟系统；
7）．模拟信号源。
其中光讯号发送部分采用中心波长为0.85μm的半导体发光二极管（LED）作光源器件，传输光纤采用芯径50μm，包层125μm的多模光纤、光讯号接收部分采用硅光电二极管（SPD）作光电检测元件、计算机接口采用ADC0809和DAC0832集成电路完成A/D和D/A转换；用8251集成芯片按异步方式进行数字信号的并串/串并转换。
以上器件和集成电路工作原理及性能的详细说明见文献[3、4] 2、基本工作原理
实验系统传输的数字信号可以是ASCII字符的2进制代码，也可是语音信号（模拟量）经ADC0809集成芯片实行A/D转换后的数字信号。对于ASCII字符的2进制代码经RS—232串口由计算机送至电端机，再经电端机内的8251芯片的数据发送端（TxD）送至光端机光源器件（LED）的数字信号调制电路输入端，进行数字信号的电光变换。从LED出光口发出的数字式光信号经ST 标准接插件藕合到传输光纤中。在传输光纤的出光端，数字式光信号经光电二极管（SPD）和再生电路变换成数字式电信号后，由实验系统的RxD端送至电端机,再经电端机内的8251芯片把接收到的ASCII字符2进制代码的电信号经RS—232串口送回计算机，并在计算机屏幕上显示出相应的字符。对于语音信号，放大后送至电端机，用ADC0809进行A/D转换所形成的数字信号由DDK-20连接电缆再送至光端机TxD端，对LED进行电光调制。然后经过ASCII字符同样的传输过程在实验系统RxD端行成的数字信号再由DDK-20连接电缆送至电端机，进行D/A转换，形成的模拟信号经滤波、放大后再由音箱输出。以上过程均在配套软件提供的程序控制下由计算机和电端机中的单片机完成。
3．数字信号的电光转换
LED的驱动和调制电路如图3示，它的输入信号是来自电端机数据发送端（TxD）。由于电端机数据发送端在数字信号传输系统空闲时始终保持高电平状态，为了增加发光二极管LED 的使用寿命，在传输系统处于空闲状态下应使它无电流流过，为此，在其驱动调制电路输入端设臵了一个由IC1组成的反相器。因此，LED发光，表示电信号的“0”码，无光则表示电信号“1”码。BG1集电极电路中的电阻R C起限流作用；W1 是调节LED工作电流的电位器。
图3 LED的驱动和调制电路图4数字信号的光电转换及再生4．数字信号的光电转换及再生
由传输光纤输出的数字式光信号在接收端经过硅光电二极
管SPD和再生电路（如图4示）把光信号变换成数字式电信号，再由实验系统的RxD端输出。图4示电路的工作原理如下：
当数字传输系统处于空闲状态时，传输光纤中无光，硅光电二极管无光电流流过，这时只要R C和R b2的阻值适当，晶体管BG2就有足够大的基极电流I b注入，使BG2处于深度饱和状态，因此它的集电极和发射极之间的电压极低，既使经过后面放大电路的放大也能使反相器IC2的输出电压维持在高电平状态，以满足实验系统数据接收端RxD在空闭状态时应为高电平的要求。当系统进行数据传输时，对于电端机中8251芯片为异步传输工作方式情形，所传数据流的结构是由起始位（S）、被传数据（D0～D7）和终止位（E）等共10位码元组成。第一位是起始位，为低电平，最后一位是终止位，为高电平。当传输“0”码元时，发送端的LED发光，光电二极管有光电流I3流过，它是从SPD的负极流向正极，这对BG2的基极电流具拉电流作用，能使BG2的基极电流I b减小。由于SPD结电容、其出脚联接线的线间电容以及BG2基——射极间杂散电容的存在（在图4中用C a表示以上三种电容的总效应），使得BG2基极电流的这一减小过程不是突变的，而是按某一时间常数的指数规律变化。随着BG2基极电流的减小，BG2逐渐脱离深度饱和状态，向浅饱和状态和放大区过渡，其集电极—发射极间的电压V ce也开始按指数规律逐渐上升，由于后面的放大器放大倍数很高，故还未等到V ce上升到其渐近值，放大器输出电压就达到能使反相器IC2状态翻转的电压值，这时IC2输出端（即8251A的数据接收端RxD）为低电平。在下一个“1”码元到来时，接收端的SPD无光电流，BG2的基极电流I b又按指数规律逐渐增加，因而使BG2原本按指数规律上升的V ce在达到
某一值时就停止上升，并在以后按指数规律下降。V ce下降到某一值后，IC2由低电平翻转成高电平。调节W1使LED的工作电流（即改变LED发光时的光强）与SPD无光照射时BG2饱和深度之间具有适当的配匹，既使在被传输的数据流中“1”码和“0”码随机组合的情况下，也能使光电检测和再生电路输出的数字信号的码元宽度（即持续时间）与发送端所发送的数字信号的码元宽度相等，或相差在无误码判决所允许的范围内。
5．数字信号的码值判决、误码现象
数字信号传至实验系统的“RxD”端后还不能算信号传输过程的结束。此后，尚需在接收时钟（RxC）下降沿时刻对再生波形每位码元的码值进行“0”、“1”判别。若在判别时刻检测到再生波形的电平为高电平，赋予的码值为“1”，反之为“0”。若判别结果所形成的二进制代码与发送的字符代码一致，表明码值判别结果正确。根据正确结果所形成的二进制代码从计算机字符库调出的字符就会与发送端发送的字符一致；若判别结果所形成的二进制代码与发送端发送的字符代码不一致，从计算机屏幕上显示的字符就与发送端发送的字符不一样。这表明实验系统在信号传输过程中有误码产生。产生误码的原因有以下两
种：
（1）．数据接收端（RxD）的“1”码元高电平持续时间过长或过短，即接收端波形还未达到再生状态；
（2）．既使实验系统数据接收端波形达到了再生状态，由于接收端再生波形相对发送端的发送波形具有一定延迟，而本实验系统发送时钟TxC和接收时钟RxC又是由同一时钟系统供给（在实际的数字通信系统中RxC是用复杂的技术从接收端获得的再生
信号中提取），当这一延迟超过接收时钟无误码判别所许可的范围时就会产生误码。再生波形相对发送端发送波形的延迟又与LED的工作电流（即发光强度）有关。
所以，若在接收端虽有再生波形但仍有误码现象出现的情况下，调节W1使LED导通时工作电流为另一值后`，再调节W2可使ＲｘＤ端波形相对发送端波形的延迟达到无误码的再生状态。
三、实验仪器本实验系统使用的仪器主要有光端机、电
端机、光纤信道和计算机（详情见使用说明书）。光端机前、后面板布局如图5.示、图6示；电端机前、后面板布局如图7.示、图8示
图5 光端机前面布局
.
C1－电源插座；C2－音箱插孔；C3－连接电端机的DDK-20
电缆插座；Ｃ４—语音信号输入
实验内容
1．传输系统发送时钟TxC周期的测定
把双迹示波器CH1通道接到光端机前面板L3和L2插孔、扫描时间分度值选为2μs、调节同步旋钮使荧光屏上出现一稳定的波形后，观测并记录其周期值。
图7电端机前面板布局
C1:电源插座; C2:与计算机RS—232串口联接的九针插座;
C3: 连接光端机的DDK-20电缆插座
图8.电端机后面板布局
2．半导体发光二极管（LED）电光特性的测定
（1）．首先断开图9中插孔L1、插孔L2间的连线，SPD切换开关K2拨至左侧，观测并记录光端机前面板光功率计的示值。以此示值作为光功率计的零点．
（2）．接通图9中插孔L1、插孔L2间的连线，反时钟方向调节W1，使光端机前面板的mA表为一最小整数值，然后，顺时钟方向调节W1，使mA表读数慢慢增加，每增加2mA读取一次光功率计的示值，并列表记录。根据实验读数，以电流为横坐标、光功率计读数（扣除零点后）为纵坐标绘制LED的电光特性。
3．时钟信号的电光／光电转换及再生调节
按图10接线。调节W1使mA表指示的LED在时钟信号调制状态下的平均工作电流为适当值（比如，10—20mA）后，保持W1的调节位臵不变。观察示波器荧光屏上是否有时钟信号波形出现。若无，并示波器荧光屏上显示出一条代表低电平的直线，就需沿顺时钟方向慢慢调节W2，直到示波器荧光屏上出现占空比为50%的时钟信号为止；若示波器荧光屏上显示出一条代表高电平的直线，就需沿反时钟方向慢慢调节W2实现时钟信号的再生调节。
4．ASCII字符代码的光纤传输实验
（1）．实验系统发送功能的检测
在图10示连线的基础上，断开L3插孔和L1插孔间的连线，把双迹示波器CH1通道改接至L1插孔（TxD端）和L2插孔（GND 端）。然后按图11示方式连接好实验系统。启动计算机、运行配套软件后计算机屏幕上将出现图12示的界面。点击“串口设臵”按钮，计算机屏幕上将换成图13示界面。根据电端机与计算机的连接情况，串口号选择COM1或 COM2；波特率选择B9600。再点击“确定”按钮，待计算机屏幕再一次出现图12示的界面后，点击“数字传输”按钮。计算机屏幕上将出现图14示界面。把光标移至“请输入十进制数”的窗口中，从键盘输入想要传输的ASCII字符的十进制数代码（比如，字符U、Z和7…等等，它们相应的十进制数代码分别为85、90和55…等等），再点击“发送”按钮，界面的“本地回显”栏将显示出该代码的ASCII 字符。观察示波器荧光屏上显示的波形的数码结构是否与被发送的ASCII字符的二进制代码一致。若一致，表示实验系统的发送功能正常；若示波器荧光屏上观察不到这一波形，按电端机的“Reset”按钮后，用以上方式重新发送。
图11实验系统的连接
图12
（2）．实验系统数字信号的电光／光电转换及再生调节
在以上实验连线的基础上，把双迹示波器CH2通道接至光端机前面板的L6插孔（RxD端）和L7插孔（GND端），调节W1使LED的平均工作电流为1mA以上。然后保持W1的这一调节位臵不变，调节W2，直到双迹示波器CH2通道出现码元宽度和
图13
数码结构均与CH1通道波形一样的再生波形为止。
（3）．码值判别、误码及实验系统无误码状态的调节
完成了上一步调节之后，虽然光端机的“RxD”端出现了与发送端波形一样的再生波形，但还不能算数字信号传输过程的结束。此后，尚需在接收时钟（RxC）下降沿时刻对再生波形每位码元的码值进行“0”、“1”判别。若在判别时刻检测到再生波形的电平为高电平，赋予的码值为“1”，反之为“0”。若判别结果所形成的二进制代码与发送端发送的字符代码一致，表明码值判别结果正确。根据正确结果所形成的二进制代码从计算机字符库调出的字符（显示在图14示的界面接收窗口中）就会与“本地显示”栏中出现的字符一致，这才能表明字符信号传输过程完全无误。根据示波器扫描时间分度值和扫描时间微调旋钮处于校准状态下字符代码的波形，计算实验系统在此传输情况下的传输率（bite/S）。
若判别结果所形成的二进制代码与发送端发送的字符代码不一致，从计算机字符库调出的字符就与图14示的界面“本地显示”栏中出现的字符就不一样。这表明实验系统在传输过程中有误码产生。此时，应调节W1使LED导通时工作电流为另一值后`，再调节W2使ＲｘＤ端波形达到再生状态…如此反复几次调节直到实验系统无误码状态出现为止。点击图14示界面中的“停止”按钮，重复以上操作可进行传输其它字符代码的实验
图14
5．语音信号的光纤传输实验
在保持以上实验连线不变的基础，点击图14示界面中的“退出”按钮，计算机
图15
屏幕再次回到图12示界面，然后点击“声音传输”按钮，计算机屏幕就将显示图15示界面。点击“开始”按钮，实验系统就进入声音传输状态。在此情况下，由于每次传输的数字信号代码不一样，故在示波器荧光屏看不到有一稳定波形出现。但每次传输数字信号的起始位都是低电平。所以，调节示波器的同步旋钮可清楚观察到它在荧光屏上的位臵。两个相邻起始位间隔的时间就是实验系统模／数转换过程的采样周期，该周期的倒数值就是采样频率。根据采样定理，对于语音信号采样频率应大于8000次/每秒。
用示波器观测实验系统在传输语音信号时模／数转换过程的采样周期、计算相应的采样频率、用采样定理评估本实验系统传输语音信号时的性能。
音频信号光纤传输技术实验 预习要求 通过预习应理解以下几个问题： 1．音频信号光纤传输系统由那几个部分组成、主要器件（LED 、SPD 和光纤）的工作原理； 2．LED 调制、驱动电路工作原理 3．LED 偏置电流和调制信号的幅度应如何选择、； 4．测量SPD 光电流的I-V 变换电路的工作原理。 实验目的 1．熟悉半导体电光/光电器件基本性能及主要特性的测试方法； 2．了解音频信号光纤传输系统的结构及各主要部件的选配原则； 3．掌握半导体电光和光电器件在模拟信号光纤传输系统中的应用技术； 4．学习音频信号光纤传输系统的调试技术。 实验原理 一．系统的组成 音频信号光纤传输系统的原理图如图8-1-1所示。它主要包括由LED （光源）及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光—电转换、I —V 变换及功放电路组成的光信号接收器三个部分。光源器件LED 的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μｍ、1.3μｍ或1.5μｍ附近。本实验采用中心波长0.85μｍ的GaAs 半导体发光二极管作光源、峰值响应波长为0.8～0.9μｍ的硅光二极管SPD 作光电检测元件。为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带
宽度能够覆盖被传信号的频谱范围。对于音频信号，其频谱在20Hz ～20KHz 的范围内。光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的频率特性。 二、光纤的结构及传光原理 衡量光纤信道性能好坏有两个重要指标：一是看它传输信息的距离有多远，二是看它单位时间内携带信息的容量有多大。前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于光纤的频率特性。目前光纤的损耗容易做到每公里零点几dB 水平。光纤的损耗与工作波长有关，所以在工作波长的选用上，应尽量选用低损耗的工作波长。光纤通讯最早是用短波长0.85μｍ，近来发展到能用1.3～1.55μｍ范围的波长，在这一波长范围内光纤不仅损耗低，而且“色散”也小。 光纤的频率特性主要决定于光纤的模式性质。光纤按其模式性质通常可以分成单模光纤和多模光纤。无论单模或多模光纤，其结构均由纤芯和包层两部分组成。纤芯的折射率较包层折射率大。对于单模光纤，纤芯直径只有5～10μｍ，在一定条件下，只允许一种电磁场形态的光波在纤芯内传播。多模光纤的纤芯直径为50μｍ或62.5μｍ，允许多种电磁场形态的光波传播。以上两种光纤的包层直径均为125μｍ。按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤，对于阶跃型光纤，在纤芯和包层中折射率均为常图8-1-1 音频信号光纤传输系统原理图 数，但纤芯折射率n 1略大于包层折射率n 2。所以对于阶跃型多模光纤，可用几何光学的全反射理论解释它的导光原理。在渐变型光纤中，纤芯折射率随离开光纤轴线距离的增加而逐渐减小，直到在纤芯—包层界面处减到某一值后，在包层
实验一 离散时间信号分析 班级 信息131班 学号 201312030103 姓名 陈娇 日期 一、实验目的 掌握两个序列的相加、相乘、移位、反褶、卷积等基本运算。 二、实验原理 1．序列的基本概念 离散时间信号在数学上可用时间序列)}({n x 来表示，其中)(n x 代表序列的第n 个数字，n 代表时间的序列，n 的取值范围为+∞<<∞-n 的整数，n 取其它值)(n x 没有意义。离散时间信号可以是由模拟信号通过采样得到，例如对模拟信号)(t x a 进行等间隔采样，采样间隔为T ，得到)}({nT x a 一个有序的数字序列就是离散时间信号，简称序列。 2．常用序列 常用序列有：单位脉冲序列（单位抽样）） （n δ、单位阶跃序列)(n u 、矩形序列)(n R N 、实指数序列、复指数序列、正弦型序列等。 3．序列的基本运算 序列的运算包括移位、反褶、和、积、标乘、累加、差分运算等。 4．序列的卷积运算 ∑∞ -∞==-= m n h n x m n h m x n y )(*)()()()( 上式的运算关系称为卷积运算，式中代表两个序列卷积运算。两个序列的卷积是一个序列与另一个序列反褶后逐次移位乘积之和，故称为离散卷积，也称两序列的线性卷积。其计算的过程包括以下4个步骤。 （1）反褶：先将)(n x 和)(n h 的变量n 换成m ，变成)(m x 和)(m h ，再将)(m h 以纵轴为对称轴反褶成)(m h -。
（2）移位：将)(m h -移位n ，得)(m n h -。当n 为正数时，右移n 位；当n 为负数时，左移n 位。 （3）相乘：将)(m n h -和)(m x 的对应点值相乘。 （4）求和：将以上所有对应点的乘积累加起来，即得)(n y 。 三、主要实验仪器及材料 微型计算机、Matlab6.5 教学版、TC 编程环境。 四、实验内容 （1）用Matlab 或C 语言编制两个序列的相加、相乘、移位、反褶、卷积等的程序； （2）画出两个序列运算以后的图形； （3）对结果进行分析； （4）完成实验报告。 五、实验结果 六、实验总结
一、实验目的 1. 通过本次实验回忆并熟悉MATLAB这个软件。 2. 通过本次实验学会如何利用MATLAB进行序列的简单运算。 3. 通过本次实验深刻理解理论课上的数字信号处理的一个常见方法——对时刻n的样本附近的一些样本求平均，产生所需的输出信号。 3. 通过振幅调制信号的产生来理解载波信号与调制信号之间的关系。 二、实验内容 1. 编写程序在MATLAB中实现从被加性噪声污染的信号中移除噪声的算法，本次试验采用三点滑动平均算法，可直接输入程序P1.5。 2. 通过运行程序得出的结果回答习题Q1.31-Q1.33的问题，加深对算法思想的理解。 3. 编写程序在MATLAB中实现振幅调制信号产生的算法，可直接输入程序P1.6。 4. 通过运行程序得出的结果回答习题Q1.34-Q1.35的问题，加深对算法思想的理解。 三、主要算法与程序 1. 三点滑动平均算法的核心程序： %程序P1.5 %通过平均的信号平滑 clf; R=51; d=0.8*(rand(R,1)-0.5);%产生随噪声 m=0:R-1; s=2*m.*(0.9.^m);%产生为污染的信号 x=s+d';%产生被噪音污染的信号 subplot(2,1,1); plot(m,d','r-',m,s,'g--',m,x,'b-.');
xlabel('时间序号n');ylabel('振幅'); legend('d[n]','s[n]','x[n]'); x1=[0 0 x];x2=[0 x 0];x3=[x 0 0]; y=(x1+x2+x3)/3; subplot(2,1,2); plot(m,y(2:R+1),'r-',m,s,'g--'); legend('y[n]','s[n]'); xlabel('时间序号n');ylabel('振幅'); 2. 振幅调制信号的产生核心程序：（由于要几个结果，因此利用subplot函数画图） %程序P1.6 %振幅调制信号的产生 n=0:100; m=0.1;fH=0.1;fL=0.01; m1=0.3;fH1=0.3;fL1=0.03; xH=sin(2*pi*fH*n); xL=sin(2*pi*fL*n); y=(1+m*xL).*xH; xH1=sin(2*pi*fH1*n); xL1=sin(2*pi*fL1*n); y1=(1+m1*xL).*xH; y2=(1+m*xL).*xH1; y3=(1+m*xL1).*xH; subplot(2,2,1); stem(n,y); grid; xlabel('时间序号n');ylabel('振幅');title('m=0.1;fH=0.1;fL=0.01;'); subplot(2,2,2); stem(n,y1); grid; xlabel('时间序号n');ylabel('振幅');title('m=0.3;fH=0.1;fL=0.01;'); subplot(2,2,3); stem(n,y2); grid; xlabel('时间序号n');ylabel('振幅');title('m=0.3;fH=0.3;fL=0.01;'); subplot(2,2,4); stem(n,y3); grid;
光纤通信大作业 1.选择一个你认为合适的方案 供选方案：NRZ、RZ调制格式，直接调制或者外调制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择你认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。 答：选择NRZ调制格式，直接调制，APD管，low pass gauss filter。选择这个方案的理由是：为了使得整个系统得到最好的信噪比，并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下： 选择NRZ调制格式，因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性，调制和调解结构简单，在10G和一部分40G系统中得到广泛应用，一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式，通过色散管理和终端可调色散补偿技术，NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。 选择直接调制，因为直接强度调制是用信号直接调制激光器的驱动电流，使其输出功率随信号变化.这种方式设备相对简单，研究较早，现已成熟并商品化.外调制则常用于要求较高的通信系统。 选择APD管，因为由书上的P264页的图8.3可知，PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信，当系统通信数据速率为10G时，PIN灵敏度管不适于应用，我们优选ADP管。 选择low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器），因为low pass rectangular filter（低通矩形响应滤波器）是理想的低通滤波器的模型，在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器）采用时域法测量有效带宽，具有直观、简便的优点，而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。 实验过程： 本次实验中，由NRZ调制格式、直接调制、APD管和low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1）.根据实验要求，连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态，必须在系统外围增加监测及显示装置，将系统运行结果显示出来，便于观察和分析。因此，在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件，可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态和运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示：
实验一 离散傅里叶变换（DFT ）对确定信号进行谱分析 一．实验目的 1．加深对DFT 算法原理和基本性质的理解。 2．熟悉DFT 算法和原理的编程方法。 3．学习用DFT 对信号进行谱分析的方法，了解可能出现的误差及其原因，以便在实际中正确利用。 二．实验原理 一个连续信号)(t x a 的频谱可以用其傅里叶变换表示，即 dt e t x j X t j a a Ω-∞ ∞ -? = Ω)()( 若对)(t x a 进行理想采样可得采样序列 )(|)()(nT x t x n x a nT t a === 对)(n x 进行DTFT ，可得其频谱为： ∑∞ -∞ =-= n n j j e n x e X ωω )()( 其中数字频率ω与模拟频率Ω的关系为： s f T Ω = Ω=ω )(n x 的DFT 为∑∞ -∞ =-= n nk N j e n x k X π 2)()( 若)(t x a 是限带信号，且在满足采样定理的条件下，)(ω j e X 是)(Ωj X a 的周期延拓， )(k X 是)(ωj e X 在单位圆上的等间隔采样值，即k N j e X k X πωω2| )()(= =。 为在计算机上分析计算方便，常用)(k X 来近似)(ω j e X ，这样对于长度为N 的有限 长序列（无限长序列也可用有限长序列来逼近），便可通过DFT 求其离散频谱。 三．实验内容 1．用DFT 对下列序列进行谱分析。 （1）)()04.0sin(3)(100n R n n x π=
1 （2）]0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1[)(=n x 2．为了说明高密度频谱和高分辨率频谱之间的区别，考察序列 )52.0cos()48.0cos()(n n n x ππ+= （1）当0≤n ≤10时，确定并画出x(n)的离散傅里叶变换。 （2）当0≤n ≤100时，确定并画出x(n)的离散傅里叶变换。 四．实验结果 1. （1） （2）
音频信号光纤传输技术实验 [目的要求] 1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能。 2.了解音频信号光纤传输的结构。 3.学习分析集成运放电路的基本方法。 4.了解音频信号在光纤通信的基本结构和原理 [仪器设备] 1.ZY120FCom13BG3型光纤通信原理实验箱。 2.20MHz双踪模拟示波器。 3.FC/PC-FC/PC 单模光跳线 4.数字万用表。 5.850nm光发端机和光收端机 6.连接导线 7.电话机 [实验原理] 一．半导体发光二极管结构、工作原理、特性及驱动、调制电路光纤通讯系统中，对光源器件在发光波长、电光效率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求。所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯任务，目前在以上各个方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管（LED）、半导体激光二极管（LD），本实验采用LED作光源器件。 图 1 半导体发光二极管及工作原理 光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图所示的N-P-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由GaAs（砷化镓）p型半导体材料组成，称有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由GaAlAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异结。在图（1）中，有源层与左侧的N层之间形成的是p-N 异质结，而与右侧P层之间形成的是p-P异质结，故这种结构又称N-p-P双异质结构。当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p-P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层与空穴复合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子：
光纤通信大作业 1、选择一个您认为合适的方案 供选方案:NRZ、RZ调制格式,直接调制或者外调制,APD管或者PIN管,low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择您认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。 答:选择NRZ调制格式,直接调制,APD管,low pass gauss filter。选择这个方案的理由就是:为了使得整个系统得到最好的信噪比,并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下: 选择NRZ调制格式,因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性,调制与调解结构简单,在10G与一部分40G系统中得到广泛应用,一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式,通过色散管理与终端可调色散补偿技术,NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。 选择直接调制,因为直接强度调制就是用信号直接调制激光器的驱动电流,使其输出功率随信号变化、这种方式设备相对简单,研究较早,现已成熟并商品化、外调制则常用于要求较高的通信系统。 选择APD管,因为由书上的P264页的图8、3可知,PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信,当系统通信数据速率为10G时,PIN灵敏度管不适于应用,我们优选ADP管。 选择low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器),因为low pass rectangular filter(低通矩形响应滤波器)就是理想的低通滤波器的模型,在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中,如此理想的特性就是无法实现的,所有的设计只不过就是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器)采用时域法测量有效带宽,具有直观、简便的优点,而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。 实验过程: 本次实验中,由NRZ调制格式、直接调制、APD管与low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1)、根据实验要求,连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态,必须在系统外围增加监测及显示装置,将系统运行结果显示出来,便于观察与分析。因此,在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件,可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态与运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示: 完整的光纤通信系统
数字信号处理实验答案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
实验一熟悉Matlab环境 一、实验目的 1.熟悉MATLAB的主要操作命令。 2.学会简单的矩阵输入和数据读写。 3.掌握简单的绘图命令。 4.用MATLAB编程并学会创建函数。 5.观察离散系统的频率响应。 二、实验内容 认真阅读本章附录，在MATLAB环境下重新做一遍附录中的例子，体会各条命令的含义。在熟悉了MATLAB基本命令的基础上，完成以下实验。 上机实验内容： （1）数组的加、减、乘、除和乘方运算。输入A=[1 2 3 4]，B=[3 4 5 6]，求C=A+B，D=A-B，E=A.*B，F=A./B，G=A.^B并用stem语句画出A、B、C、D、E、F、G。 clear all; a=[1 2 3 4]; b=[3 4 5 6]; c=a+b; d=a-b; e=a.*b; f=a./b; g=a.^b; n=1:4; subplot(4,2,1);stem(n,a); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('A'); subplot(4,2,2);stem(n,b); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('B'); subplot(4,2,3);stem(n,c); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('C'); subplot(4,2,4);stem(n,d); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('D'); subplot(4,2,5);stem(n,e); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('E'); subplot(4,2,6);stem(n,f); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('F'); subplot(4,2,7);stem(n,g); xlabel('n');xlim([0 5]);ylabel('G'); （2）用MATLAB实现下列序列： a) x(n)= 0≤n≤15 b) x(n)=e+3j)n 0≤n≤15 c) x(n)=3cosπn+π)+2sinπn+π) 0≤n≤15 d) 将c)中的x(n)扩展为以16为周期的函数x(n)=x(n+16),绘出四个周期。
实验三 离散付里叶变换（DFT ） 一、实验目的： 1． 掌握离散付里叶级数 2． 掌握DFT 变换。 3． 掌握DFT 特性。 4． 掌握利用DFT 计算线性卷积。 5． 掌握快速付里叶变换(FFT)。 二、实验原理： 1．离散付里叶级数（DFS ） )(~n x 为周期序列，其频率为基本频率（N /2π ）的倍数（或谐波）。其离散付叶级 数（DFS ）为：；∑ -=-±== 1 2,,1,0,)(~)(~N n kn N j k e n x k X π IDFS 为：∑ -== 1 2)(~ 1)(~N k kn N j e k X N n x π 2．离散付里叶变换（DFT ） )(n x 为长度N 的有限长序列，其DFT 为：21 1()()N j kn N k x n X k e N π--== ∑ IDFT 为：21 ()(),0,1,N j kn N n X k x n e k π-== =±∑ 3.DFT 的特性： （1） 线性性：)]([)]([)]()([2121n x bDFT n x aDFT n bx n ax DFT +=+ （2） 循环折叠（圆周对称）性：?? ? -≤≤-==-1 1) (0) 0())((N n n N x n x n x N （3） 共轭性: N k X n x DFT ))(()]([* *-= （4） 实序列的对称性（圆周共轭对称性）：N k X k X ))(()(* -= （5） 序列的圆周移位：N m n x m n x ))(()(~ -=-
（6） 频域中的圆周移位：)())(()]([|ln k R l k X n x W DFT N N N -=- （7） 时域循环卷积：)()()]()([2121k X k X n x n x DFT =? （8） 频域循环卷积（乘法性）：)()(1)]()([2121k X k X N n x n x DFT ?= （9） 帕塞瓦尔（Parseval ）定理：∑ ∑ -=-== = 1 2 1 2 ) (1)(N k N n x k X N n x E 4.用DFT 计算线性卷积: 设)(1n x 为1N 点序列，)(2n x 为2N 点序列，)(3n x 为)(1n x 和)(2n x 的线性卷积，其为121-+N N 点序列，)(4n x 为)(1n x 和)(2n x 的圆卷积，其长度为 N ，当121-+=N N N 时，)()(43n x n x =。实际中，采用分段卷积法，即重 叠保留法和重叠相加法。需要对数据流进行分块处理，这时直接采用DFT 计算线性卷积会产生一些问题，而应该将)(n x 通过重复前M-1个取样进行分块，这样可得到正确结果。 5.快速付里叶变换（FFT ）： 掌握基2-时域抽取FFT(DIT-FFT)和基2-频域抽取FFT(DIF-FFT)。MATLAB 提供fft 函数来计算x 的DFT 。fft 函数是用机器语言写的，采用混合基法，其调用形式为：),(N x fft X =。如N 为2的幂，则得到高速的基2-FFT 算法；若N 不是2的乘方，则将N 分解成质数，得到较慢的混合基FFT 算法；最后，若N 为质数，则fft 函数采用的是原始的DFT 算法。 三、实验步骤： 1.离散付里叶级数（DFS ） （1）自已动手:编写实现离散付里叶级数和逆离散付里叶级数的函数。 （2）已知周期性序列如下所示：}3,2,1,0,3,2,1,0,3,2,1,0{)(~ ↑ =n x 求其离散付里叶级数。 2.离散付里叶变换（DFT ） (1) 编写实现DFT 和IDFT 的函数。 (2) 已知)(n x 是一个六点序列，如下所示： ?? ?≤≤=e ls e n n x 0 501 )( 要求计算该序列的离散时间的付里叶变换和离散付里叶变换，并绘出它们的幅度和相
音频信号光纤传输实验 摘要: 实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量，得出了在合适的偏置电流下，其具有线性。验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。 Abstracf The experimental transmission through the LED-fiber components of the electro-optical properties Measuring obtained at the right bias current, with its linear. Verification of the silicon photodiode fiber can transmit a radio-signal output into with the current proportional to the light. 一.前言: 1.实验的历史地位: 光纤自20世纪60年代问世以来，其在远距离信息传输方面的应用得到了突飞猛进的发展，以光纤作为信息传输介质的“光纤通信”技术，是世界新技术革命的重要标志，也是未来信息社会各种信息网的主要传输工具。随着光纤通信技术的发展,一个以微电子技术,激光技术,计算机技术呵现代通信技术为基础的超高速宽带信息网将使远程教育.远程医疗.电子商务.智能居住小区越来越普及.光纤通信以其诸多优点将成为现代通信的主流,未来信息社会的一项基础技术和主要手段. 2.实验目的 了解音频信号光纤传输系统的结构 熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法 了解音频信号光纤传输系统的调试技能 3.待解决的几个主要问题: 声音是一种低频信号，你可能有这样的经历，当你说话的声音较低时，只有你旁边的人可以听见你的声音，要让声音传的远些你必须大声喊。这说明了低频信号的传播受周围环境的影响很大，传播的范围有限。为了解决上述的问题，在通信技术中一般是使用一个高频信号作为载波利用被传输的信号（如音频信号）对载波进行调制。当信号到达传输地点时需要对信号进行解调，也就是将高频载波滤掉，最终得到被传输的音频信号。随着通信容量的增加和信息传递速度的加快，上述传播过程的缺陷也暴露了出来，主要为以下几点： 1信号间的干扰； 2 对接手端和发射端阻抗匹配要求较高； 3 传播速度受到一定的限制。 专家们一致认为解决上述问题的关键是利用光作为信号的载体，也就是所说的光纤通信。本实验的目的就是去了解光纤传输系统的结构，以及半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。 二. 实验介绍 1.实验原理
数字信号光纤通信技术实验的报告 预习要求 通过预习应理解以下几个问题： 1．数字信号光纤传输系统的基本结构及工作过程； 2．衡量数字通信系统有那两个指标？； 3．数字通信系统中误码是怎样产生的？； 4．为什么高速传输系统总是与宽带信道对应？； 5．引起光纤中码元加宽有那些因素？； 6．本实验系统数字信号光-电/电-光转换电路的工作原理； 7．为什么在数字信号通信系统中要对被传的数据进行编码和解码？； 8．时钟提取电路的工作原理。 目的要求 1.了解数字信号光纤通信技术的基本原理 2.掌握数字信号光纤通信技术实验系统的检测及调试技术 实验原理 一、数字信号光纤通信的基本原理 数字信号光纤通信的基本原理如图8-2-1示（图中仅画出一个方向的信道）。工作的基本过程如下：语音信号经模/数转换成8位二进制数码送至信号发送电路，加上起始位（低电平）和终止位（高电平）后,在发时钟TxC的作用下以串行方式从数据发送电路输出。此时输出的数码称为数据码，其码元结构是随机的。为了克服这些随机数据码出现长0或长1码元时,使接收端数字信号的时钟信息下降给时钟提取带来的困难，在对数据码进行电/光转换之前还需按一定规则进行编码，使传送至接收端的数字信号中的长1或长0码元个数在规定数目内。由编码电路输出的信号称为线路码信号。线路码数字信号在接收端经过光/电转换后形成的数字电信号一方面送到解码电路进行解码,与此同时也被送至一个高Q值的RLC谐振选频电路进行时钟提取. RLC谐振选频电路的谐振频率设计在线路码的时钟频率处。由时钟提取电路输出的时钟信号作为收时钟RxC,其作用有两个：1.为解码电路对接收端的线路码进行解码时提供时钟信号；2.为数字信号接收电路对由解码电路输出的再生数据码进行码值判别时提供时钟信号。接收端收到的最终数字信号，经过数/模转换恢复成原来的语音信号。 图8-2-1 数字信号光纤通信系统的结构框图 在单极性不归零码的数字信号表示中,用高电平表示1码元，低电平表示0码元。码元持续时间（亦称码元宽度）与发时钟TxC的周期相同。为了增大通信系统的传输容量，就要求提高收、发时钟的频率。发时钟频率愈高码元宽度愈窄。 由于光纤信道的带宽有限,数字信号经过光纤信道传输到接收端后，其码元宽度要加宽。加宽程度由光纤信道的频率特性和传输距离决定。单模光纤频带宽，多模光纤频带窄。因为按光波导理论[1]分析:光纤是一种圆柱形介质波导，光在其中传播时实际上是一群满足麦克斯韦方程和纤芯—包层界面处边界条件的电磁波，每个这样的电磁波称为一个模式。光纤中允许存在的模式的数量与纤芯半径和数字孔径有关。纤芯半径和数字孔径愈大，光纤中参与光信号传输的模式也愈多，这种光纤称为多模光纤（芯径50或62.5μm）。多模光纤中每个模式沿光纤轴线方向的传播速度都不相同。因此，在光纤信道的输入端同时激励起多个模式时，每个模式携带的光功率到达光纤信道终点的时间也不一样，从而引起了数字信号码元的加宽。码元加
实验三：离散LSI 系统的频域分析 一、实验内容 2、求以下各序列的z 变换： 12030() ()sin() ()sin()n an x n na x n n x n e n ωω-=== 程序清单如下： syms w0 n z a; x1=n*a^n;X1=ztrans(x1) x2=sin(w0*n);X2=ztrans(x2) x3= exp(-a*n)*sin(w0*n);X3=ztrans(x3) 程序运行结果如下： X1 =z/(a*(z/a - 1)^2) X2 =(z*sin(w0))/(z^2 - 2*cos(w0)*z + 1) X3 =(z*exp(a)*sin(w0))/(exp(2*a)*z^2 - 2*exp(a)*cos(w0)*z + 1) 3、求下列函数的逆z 变换 0 312342 1 1() () () ()() 1j z z z z X z X z X z X z z a z a z e z ω---= = = = ---- 程序清单如下： syms w0 n z a; X1=z/(z-a);x1=iztrans(X1) X2= z/(a-z)^2;x2=iztrans(X2) X3=z/ z-exp(j*w0);x3=iztrans(X3) X4=(1-z^-3)/(1-z^-1);x4=iztrans(X4) 程序运行结果如下： x1 =a^n x2 =n*a^n/a 课程名称 数字信号 实验成绩 指导教师 实 验 报 告 院系 信息工程学院 班级 学号 姓名 日期
x3 =charfcn[0](n)-iztrans(exp(i*w0),w0,n) x4 =charfcn[2](n)+charfcn[1](n)+charfcn[0](n) 4、求一下系统函数所描述的离散系统的零极点分布图，并判断系统的稳定性 （1） (0.3)()(1)(1) z z H z z j z j -= +-++ z1=[0,0.3]';p1=[-1+j,-1-j]';k=1; [b1,a1]=zp2tf(z1,p1,k); subplot(1,2,1);zplane(z1,p1); title('极点在单位圆外); subplot(1,2,2);impz(b1,a1,20); 由图可见:当极点位于单位圆内，系统的单位序列响应随着频率的增大而收敛；当极点位于单位圆上，系统的单位序列响应为等幅振荡；当极点位于单位圆外，系统的单位序列响应随着频率的增大而发散。由此可知系统为不稳定系统。 -1 -0.5 00.51 -2 -1.5-1-0.500.511.5 2Real Part I m a g i n a r y P a r t 极点在单位圆外 n (samples) A m p l i t u d e Impulse Response
TKGT-1型音信号传输仪器 评 价 报 告 学院：工业制造学院 专业：测控技术与仪器 班级：2010级2班 报告人：邱兆芳 学号：201010114201
光纤音频信号传输技术实验 1．引言 随着Internet网络时代的到来，人们对数据通讯的带宽、速度的要求越来越高，光纤通讯具有频带宽、高速、不受电磁干扰影响等一系列优点，正在得到不断发展和应用。通过使用THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪做音频信号光纤传输实验，让学生熟悉了解信号光纤传输的基本原理。同时学生可以了解光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则，初步认识光发送器件LED的电光特性及使用方法，光检测器件光电二极管的光电特性及使用方法，基本的信号调制与解调方法，完成光纤通讯原理基本实验。 光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式，由发送电端机将待传送的模拟信号转换成数字信号，再由发送光端机将电信号转换成相应的光信号，并将它送入光纤中传输至接收端。接收光端机将传来的光信号转换成相应的电信号并进行放大，然后通过接收电端机恢复成原来的模拟信号。 光纤广泛应用于各种工业控制、分布式数据采集等场合，特别适合电力系统自动化、交通控制等部门。 通过本实验的学习，在了解光导纤维的基本结构和光在其中传播规律的基础上，要建立起光导纤维的数值孔径、光纤色散、光纤损耗、集光本领等基本概念。 [实验目的] 1．学习音频信号光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则。 2．熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。 3．训练如何在音频光纤传输系统中获得较好信号传输质量。 [实验仪器] THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪，函数信号发生器，双踪示波器。 [实验原理] 光纤传输系统如图1所示，一般由三部分组成：光信号发送端；用于传送光信号的光纤；光信号接收端。光信号发送端的功能是将待传输的电信号经电光转换器件转换为光信号，目前，发送端电光转换器件一般采用发光二极管或半导体激光管。发光二极管的输出光功率较小，信号调制速率相对低，但价格便宜，其输出光功率与驱动电流在一定范围内基本上呈线性关系，比较适宜于短距离、低速、模拟信号的传输；激光二极管输出功率大，信号调制速率高，但价格较高，适宜于远距离、高速、数字信号的传输。光纤的功能是将发送端光信号以尽可能小的衰减和失真传送到光信号接收端，目前光纤一般采用在近红外波段0.84μm、1.31μm、1.55μm有良好透过率的多模或单模石英光纤。光信号接收端的功能是将光信号经光电转换器件还原为相应的电信号，光电转换器件一般采用半导体光电二极管或雪崩光电二极管。组成光纤传输系统光源的发光波长必须与传输光纤呈现低损耗窗口的波段、光电检测器件的峰值响应波段匹配。本实验发送端电光转换器件采用中心发光波长为0.84μm的高亮度近红外半导体发光二极管，传输光纤采用多模石英光纤，接收端光电转换器件采用峰值响应波长为0.8～0.9μm的硅光电二极管。下面对各部分作进一步介绍。
数字信号处理实验四 第一题结果： （1）没有增加过渡点 源码如下： N = 15; H = [1 1 1 0.5 zeros(1,7) 0.5 1 1 1]; %确定抽样点的幅度大小 %H(3,13) = 0.75;H(5,11) = 0.25; %设置过渡点 k = 0:N-1; A = exp(-j*pi*k*(N-1)/N); %抽样点相位大小 HK = H.*A; %求抽样点的H(k) hn = ifft(HK,N); %求出FIR的单位冲激响应h(n) freqz(hn,1,256); %画出幅频相频曲线figure(2); stem(real(hn),'.'); %绘制单位冲激响应的实部 line([0,35],[0,0]);xlabel('n');ylabel('Real(h(n))'); 单位脉冲响应曲线 幅频和相频特性曲线
（2）增加过渡点 源码如下： N = 15; H = [1 1 1 0.5 zeros(1,7) 0.5 1 1 1]; %确定抽样点的幅度大小 H(3) = 0.75;H(13) = 0.75;H(5) = 0.25;H(11) = 0.25; %设置过渡点 k = 0:N-1; A = exp(-j*pi*k*(N-1)/N); %抽样点相位大小 HK = H.*A; %求抽样点的H(k) hn = ifft(HK,N); %求出FIR的单位冲激响应h(n) freqz(hn,1,256); %画出幅频相频曲线figure(2); stem(real(hn),'.'); %绘制单位冲激响应的实部 line([0,35],[0,0]);xlabel('n');ylabel('Real(h(n))'); 单位脉冲响应曲线 幅频和相频特性曲线 第二题结果：
音频信号光纤传输技术实验 实验目的 1．熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法 2．了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则 3．学习分析集成运放电路的基本方法 4．训练音频信号光纤传输系统的调试技术 实验仪器 YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪（由四川大学物理系研制）； 音频信号发生器； 示波器； 数字万用表 实验原理 一．系统的组成 图（1）给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图，它主要包括由LED及其调制、驱动电 路组成的光信号发送器、传输光纤和由光电转换、I—V变换及功放电路组成的光信号接收器三个部分。光源器件L ED的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μｍ、1.3μｍ或1.5μｍ附近，本实验采用中心波长0.85μｍ附近的GaAs半导体发光二极管作光源、峰值响应波长为0.8～0.9μｍ的硅光二极管（SPD）作光电检测元件。为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带宽度能够覆盖被传信号的频谱范围，对于语音信号，其频谱在300～3400Hz的范围内。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。 此电路的工作原理如下： 音频信号经IC1放大电路传到LED调制电路。W2调节发光管LED工作（偏置）电流，音频电流调制此工作电流，并经LED转换成音频调制的光信号，经光纤传至光电二极管SPD 再复原成原始音频电流信号，经由IC2构成的I—V变换电路转换成电压信号，最后通过功率放大电路输出声音功率信号，推动扬声器发出声音。这样就完成了音频信号通过光纤的传输过程。 二、半导体发光二极管的驱动、调制电路
物理与电子信息工程学院 实验报告 实验课程名称：数字信号处理 实验名称：用FFT对信号作频谱分析班级：1012341 姓名：严娅 学号：101234153 成绩：_______ 实验时间：2012年12月6日
一、实验目的 学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便正确应用FFT。 二、实验原理 用FFT对信号作频谱分析是学习数字信号处理的重要内容。经常需要进行谱分析的信号是模拟信号和时域离散信号。对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D和分析误差。频谱分辨率直接和FFT的变换区间N有关，因为FFT能够实现的频率分辨率是N/ 2π，因此要求D 2π。可以根据此式选择FFT的变换区间N。误差主要来自于/ N≤ 用FFT作频谱分析时，得到的是离散谱，而信号（周期信号除外）是连续谱，只有当N较大时离散谱的包络才能逼近于连续谱，因此N要适当选择大一些。 周期信号的频谱是离散谱，只有用整数倍周期的长度作FFT，得到的离散谱才能代表周期信号的频谱。如果不知道信号周期，可以尽量选择信号的观察时间长一些。 对模拟信号进行谱分析时，首先要按照采样定理将其变成时域离散信号。如果是模拟周期信号，也应该选取整数倍周期的长度，经过采样后形成周期序列，按照周期序列的谱分析进行。 三、实验步骤及内容 （1）对以下序列进行谱分析。
?????≤≤-≤≤-=?? ???≤≤-≤≤+==其它n n n n n n x 其它n n n n n n x n R n x ,074, 330,4)(,074, 830, 1)() ()(3241 这些都是时域离散非周期信号，选择FFT 的变换区间N 为8和16 两种情况进行频谱分析。分别打印其幅频特性曲线。并进行对比、分析和讨论。 （2）对以下周期序列进行谱分析。 4()cos 4x n n π= 5()cos(/4)cos(/8)x n n n ππ=+ 这些是时域离散周期信号，选择FFT 的变换区间N 为8和16 两种情况分别对以上序列进行频谱分析。分别打印其幅频特性曲线。并进行对比、分析和讨论。 （3）对模拟周期信号进行谱分析 6()cos8cos16cos20x t t t t πππ=++ 这是时域连续周期信号，选择采样频率Hz F s 64=，变换区间N=16,32,64 三种情况进行谱分析。分别打印其幅频特性，并进行分析和讨论。 四、实验程序清单 %第10章实验3程序exp3.m % 用FFT 对信号作频谱分析
实验报告 实验名称：FIR数字滤波器设计及应用 课程名称____数字信号处理________ 院系部:电气与电子工程专业班级：信息1002 学生姓名：王萌学号: 11012000219同组人:实验台号: 指导教师：范杰清成绩： 实验日期: 华北电力大学
一、实验目的 加深理解 FIR 数字滤波器的时域特性和频域特性，掌握FIR 数字 滤波器的设计原理与设计方法，以及FIR 数字滤波器的应用。 二、 实验原理 FIR 数字滤波器可以设计成具有线性相位，在数据通信、图像处理、 语音信号处理等实际应用领域得到广泛应用。 M 阶FIR 数字滤波器的系统函数为： FIR 数字滤波器的单位脉冲响应h [k ]是长度为M +1的有限长因果序列。当满足对称条件时，该FIR 数字滤波器具有线性相位。FIR 数字滤波器设计方法主要有窗口法、频率取样法及优化设计法。 MATLAB 中提供的常用FIR 数字滤波器设计函数有： fir1 窗函数法设计FIR 数字滤波器（低通、高通、带通、 带阻、多频带滤波器） fir2 频率取样法设计FIR 数字滤波器：任意频率响应 firls FIR 数字滤波器设计：指定频率响应 firrcos 升余弦型 FIR 数字滤波器设计 intfilt 内插FIR 数字滤波器设计 kaiserord 凯塞(Kaiser)窗函数设计法的阶数估计 firpm Parks-McClellan 算法实现FIR 数字滤波器优化设计 firpmord Parks-McClellan 数字滤波器的阶数选择 cremez 复系数非线性相位FIR 等波纹滤波器设计 1、 窗口法设计FIR 数字滤波器 fir1函数可以很容易地实现FIR 数字滤波器窗口法设计。 可设计低通、高通、带通、带阻滤波器、多频带滤波器。 k M k z k h z H -=∑=][)(0