北理工通信电路与系统软件实验

实验4 LTI 系统的频域分析一、 实验目的1. 加深对LTI 系统频率响应基本概念的掌握和理解2. 学习和掌握LTI 系统频率特性的分析方法二、 实验原理1. 连续时间系统的频率响应系统的频率响应定义为系统单位冲激响应h(t)的傅里叶变换，即()()j H h e d ωτωττ+∞--∞=⎰若LTI 连续时间系统的单位冲激响应为h(t)，输入信号为x(t)，根据系统的时域分析可知系统的零状态响应为(t)x(t)h(t)y =*，对等式两边分别求傅里叶变换，根据时域卷积定理可以得到()X()H()Y ωωω=。

因此，系统的频率响应还可以由系统的零状态响应和输入的傅里叶变换之比得到H()Y()/X()ωωω=。

H()ω反映了LTI 连续时间系统对不同频率信号的响应特性，是系统内在固有的特性，与外部激励无关。

H()ω又可以表示为()H()=|H()|e j θωωω，其中|H()|ω称为系统的幅度响应，()θω称为系统的相位响应。

当虚指数信号e j t ω作用于LTI 系统时，系统的零状态响应y(t)仍为同频率的虚指数信号，即y(t)=e H()j t ωω。

对于由下述微分方程描述的LTI 连续时间系统(n)(m)0(t)(t)NMn m n m a y b x ===∑∑，其频率响应H(j )ω可以表示为有理多项式11101110(j )(j )...j ()()()(j )(j )...j M M M M N N N N b b b b Y H X a a a a ωωωωωωωωω----++++==++++ MATLAB 的信号处理工具箱提供了专门的函数freqs ，用来分析连续时间系统的频率响应，该函数有下列几种调用格式：[h,w]=freqs(b,a) 计算默认频率范围内200个频率点上的频率响应的取样值，这200个频率点记录在w 中。

h=freqs(b,a,w) b 、a 分别为表示H(j )ω的有理多项式中分子和分母多项式的系数向量，w 为频率取样点，返回值h 就是频率响应在频率取样点上的数值向量。

实验八：一、实验目的假设基带信号为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、实验模型基带信号m(t)可以分成两个信号的叠加，分别记为m1(t),m2(t)。

借助公式s DSB-SC=m(t)cos(2*pi*fc*t),S AM=(1+m(t))cos(2*pi*fc*t),s SSB=m(t)cos(2*pi*fc*t)+H[m(t)]sin(2*pi*fc*t)分别仿真出m1(t)和m2(t)的信号波形，然后叠加便可以得到m(t)的波形和频谱三、仿真设计设计程序时先确定采样点、采样频率，然后分别表示出m1(t)和m2(t)的表达式，然后表示出后面仿真SSB信号所需要的两个信号的希尔伯特变换表达式。

其中表示希尔伯特变换时，采用的方法是先表示出频域的形式MH1和MH2，然后再傅里叶反变换得出对应的mh1和mh2。

对应代码如下：m1=sin(2*pi*fm1*t);M1=t2f(m1,fs);MH1=-j*sign(f).*M1;mh1=real(f2t(MH1,fs));m2(t)信号做相同的处理。

处理完信号后，就利用上述的三个公式，表示出AM、DSB-SC和SSB信号s1、s2和s3和其对应傅里叶变换得到其频谱S1 、S2、S3。

为了方便实验结果的观察与对比，将这三组图处理在一张图内，利用的函数是subplot。

四、实验结果五、分析讨论由实验结果可见，AM与DSB-SC相比，频谱多了一个离散的大载波直流分量，而且DSB-SC信号波形会有相位翻转的现象出现；而DSB-SC和SSB相比，SSB信号的频谱是DSB-SC的一个边带，本实验中采用的上边带滤波。

可见实验结果与理论结果是相一致的。

六、思考题1.如何仿真VSB系统？答：将残留边带滤波器用M文件实现，然后当做函数使用，在程序中调用。

实验二 二进制键控系统分析(一) 相干接收2ASK 系统分析1. 相干接收2ASK 系统分析相干接收2ASK 系统组成如下图所示:图1 2ASK 系统组成原理图2. 上机操作步骤在SystemView 系统窗下创建仿真系统, 首先设置时间窗, 运行时间: 0-0.3秒, 采样速率: 10000Hz 。

组成系统组成如下图。

参数如元件参数便笺所示。

3. 分析内容要求1) 在系统窗下创建仿真系统, 观察指定分析点的波形、功率谱及谱零点带宽；改变元件设置参数, 观察仿真结果：如果PN 码改为双极性码（Amp=1v,Offset=0v ）, 能产生2ASK 信号吗？此时产生的是什么数字调制信号？改变高斯噪声强度, 观察解调波形变化, 体会噪声对数据传输质量的影响；4. 实验结果与分析(1) 调制信号为PN 码信道二进制 基带信号噪 声滤波 采样判决载 波 载 波 {}{}a)各分析点波形b)功率谱分析: 由功率谱可以看出, 基带信号能量主要在低频段, 而2ASK调制信号的能量则位于载频的3KHz左右, 符合信号经过乘法器线性搬移的结果。

同时, 谱零点带宽约为200Hz, 也符合码元速率的两倍。

(2)调制信号为双极性码（Amp=1v,Offset=0v）a)各分析点波形b)功率谱分析: 由PN码变为双极性码之后, 调制波形不再是2ASK, 而是BPSK, 两者功率谱密度规律基本一致, 谱零点带宽也均为200Hz左右。

(3)改变高斯噪声强度（Std Dev=1v）分析: 将高斯噪声标准差提高到1V, 发现输出信号与输入信号之间已有明显差别, 发生了较为严重的误码。

可见信道噪声越大, 误码率越高。

（二） 2FSK 系统分析1. 2FSK 系统组成以话带调制解调器中CCITT V.23建议规定的2FSK 标准为例, 该标准为: 码速率1200bit/s ；f0=1300Hz 及f1=2100Hz 。

要求创建符合CCITT V.23建议的2FSK 仿真系统, 调制采用“载波调频法”产生CP-2FSK 信号, 解调采用“锁相鉴频法”。

反相求和电路输出瞬态分析实验目的1.熟悉集成运算放大器打一般使用方法，了解主要性能指标参数的意义。

熟悉集成运算放大器打一般使用方法，了解主要性能指标参数的意义。

2.通过电路设计与调试，进一步掌握放大器的性能指标和测量方法。

通过电路设计与调试，进一步掌握放大器的性能指标和测量方法。

3.根据技术指标要求，计算并选择电路和元器件。

根据技术指标要求，计算并选择电路和元器件。

实验1.1 加法运算电路加法运算电路实验步骤：1、 原理图的编辑：在Sources 库中的POWER_SOURCES 中调用AC_POWER 和接地符；和接地符；在Basic 库中的RESISTOR 和CAPACITOR 中分别调用电阻和电容；中分别调用电阻和电容；在Analog 库中的ANALOG_VIRTUAL 中调用OPAMP_3T_VIRTUAL;将所调用的器件按照图1中的结构进行连线，并且设置相关值；中的结构进行连线，并且设置相关值；2、 分析设置：瞬态分析（瞬态分析（AC Analysis AC Analysis）：频率分析（频率分析（Transient Analysis Transient Analysis ）：要求观察）：要求观察1hz 到100MegHz 的节点Vout 幅频响应曲线，幅频响应曲线，Sweep type Sweep type 为Decade Decade，，Number of Points per decade 为1010，，Verital scale 为Linear Linear；分别保存幅度相位特性曲线。

；分别保存幅度相位特性曲线。

2积分放大电路积分放大电路2.1电路原理图（电路原理图（multisim multisim 下呈现）下呈现）瞬态分析2.2瞬态分析进行瞬态分析，结果如下图：对积分放大电路输入电压V1和输出电压V2进行瞬态分析，结果如下图：分析2.3 AC分析分析，得到幅频特性曲线和相频特性曲线如下图：对积分电路输出信号进行AC分析，得到幅频特性曲线和相频特性曲线如下图：。

实验2 LTI 系统的时域分析一、 实验目的1. 掌握利用MATLAB 对系统进行时域分析的方法2. 掌握连续时间系统零状态响应、冲激响应和阶跃响应的求解方法3. 掌握求解离散时间系统响应、单位抽样响应的方法4. 加深对卷积积分和卷积和的理解。

掌握利用计算机进行卷积积分和卷积和计算的方法二、 实验原理与方法1. 连续时间系统时域分析的MATLAB 实现 1） 连续时间系统的MA TLAB 表示LTI 连续系统通常可以由系统微分方程描述，设描述系统的微分方程为：(N)(N 1)(N)(M 1)1010a (t)a (t)...a (t)b (t)b (t)...b (t)N N M M y y y x x x ----++=++则在MA TLAB里，可以建立系统模型如下：10b [b ,b ,...,b ]M M -=;10a=[a ,a ,...,a ]N N -;sys tf (b,a)=;其中，tf 是用于创建系统模型的函数，向量a 与b 的元素是以微分方程求导的降幂次序来排列的，如果有缺项，应用0补齐。

2） 连续时间系统的零状态响应零状态响应指系统的初始状态为零，仅由输入信号所引起的响应。

MATLAB 提供了一个用于求解零状态响应的函数lsim ，其调用格式如下：(sys,x,t)lsim 绘出输入信号及响应的波形，x 和t 表示输入信号数值向量及其时间向量。

(sys,x,t)y lsim =这种调用格式不会绘出波形，而是返回响应的数值向量。

3） 连续时间系统的冲激响应与阶跃响应MATLAB 中函数impulse 来求指定时间范围内，由模型sys 描述的连续时间系统的单位冲激响应。

2. 离散时间系统时域分析的MATLAB 实现 1） 离散时间系统的MA TLAB 表示LTI 离散时间系统通常可以由系统差分方程描述，设描述系统的差分方程为：0101a (n)a (n 1)...a (n M)b x(n)b x(n 1)...b x(n )N M y y y N +-+-=+-+-则在MATLAB中，可以用如下向量来表示这个系统：01b [b ,b ,...,b ]M =；01a [a ,a ,...,a ]N =；2） 离散时间系统对任意输入的响应MATLAB 提供了求LTI 离散系统响应的专用函数filter ，该函数用于求取由差分方程所描述的离散时间系统在指定时间范围内对输入序列所产生的响应，该函数基本调用格式为(b,a,x)y filter =其中，x 为输入序列，y 为输出序列，输出序列y 对应的时间区间与x 对应的时间区间相同。

实验1 利用DFT 分析信号频谱一、实验目的1、加深对DFT 原理的理解。

2、应用DFT 分析信号的频谱。

3、深刻理解利用DFT 分析信号频谱的原理，分析实现过程中出现的现象及解决方法。

二、实验设备与环境计算机、MATLAB 软件环境。

三、实验基础理论1.DFT 与DTFT 的关系：有限长序列的离散时间傅里叶变换(e )j X ω 在频率区间(02)ωπ≤≤ 的N 个等间隔分布的点2(0k N 1)kk N πω=≤≤-上的N 个取样值可以有下式表示：2120(e )|(n)e(k)(0k N 1)N jkn j Nkk NX x X πωπω--====≤≤-∑由上式可知，序列(n)x 的N 点DFT (k)X ,实际上就是(n)x 序列的DTFT 在N 个等间隔频率点2(0k N 1)kk N πω=≤≤-上样本(k)X 。

2.利用DFT 求DTFT方法1：由(k)X 恢复出(e )j X ω的方法如下：由流程知：11(e )(n)e[(k)W]e N j j nkn j nNn n k X x X Nωωω∞∞----=-∞=-∞===∑∑∑继续整理可得到：12()(k)()Ni k kx e X N ωπφω==-∑其中(x)φ为内插函数：sin()2()sin()2N N ωφωω=方法2：实际在MATLAB 计算中，上述插值运算不见得是最好的办法。

由于DFT 是DTFT 的取样值，其相邻两个频率样本点的间距为2N π，所以如果我们增加数据的长度N ，使得到的DFT 谱线就更加精细，其包络就越接近DTFT 的结果，这样就可以利用DFT 计算DTFT 。

如果没有更多的数据，可以通过补零来增加数据长度。

3.利用DFT 分析连续信号的频谱采用计算机分析连续时间信号的频谱，第一步就是把连续信号离散化，这里需要进行两个操作：一是采样，二是截断。

对于连续时间非周期信号(t)a x ,按采样间隔T 进行采样，阶段长度M ，那么：1(j )(t)e(nT)e M j tj nTa a a n X x dt T x -∞-Ω-Ω-∞=Ω==∑⎰对(j )a X Ω 进行N 点频域采样，得到：2120(j )|(nT)e(k)M jkn Na a M kn NTX T x TX ππ--Ω==Ω==∑采用上述方法计算信号(t)a x 的频谱需要注意如下三个问题：（1）频谱混叠；（2）栅栏效应和频谱分辨率； （3）频谱泄露。

【问题1】已知：二进制信源概率场0121x x X P P ⎛⎫= ⎪-⎝⎭，用Matlab 画出其信源熵H(x)随概率P改变的曲线（0 < P < 1），从曲线中可得到什么结论？解：根据题意可算出信源熵H x =P ∙log 21P + 1−P ∙log 2 11−P通过matlab 绘制其与概率P 的函数关系如下：观察曲线可知，信源熵H(x)关于P=0.5对称分布，且概率P 越接近0.5，信源熵越大。

当概率P 为0或1时，信源熵为0。

可见，概率越接近0.5，说明其不确定性越大，那么他的信息量(信源熵)也越大；反之，概率越远离0.5，其不确定性越小，他的信息量(信源熵)也越小【问题2】按照反馈理论，正反馈环的回归比[]()()()e e A B j j T AB A B T ϕωϕωϕω+===，自激振荡后应严格满足总相角()0ϕω=或2π的整倍数。

这种振荡器在稳幅振荡后的振荡频率取决于什么因素？振荡频率能严格地等于LC 回路的谐振频率吗？为什么？解：（1）取决于放大器的相频特性和反馈网络的相频特性，振荡频率f g 要使放大器的相移φA f 与反馈网络的相移φB f 满足：φA f g =−φB f g ，以满足稳幅振荡的相角条件。

（2）不能严格的等于回路谐振频率。

大多时候，由于晶体管相移φA f 很小，工程上往往将其忽略（φA f ≈0），这时取φB f g =0，而由于在谐振频率f o 下，反馈网络相移φB f o =0，故此时稳幅振荡频率f g 近似等于LC 回路谐振频率f o 。

但是严格来讲，晶体管内有电容存在，其相移φA f ≠0，因此f g 与f o 并不相等。

【问题3】针对基于分立元件构建的LC 正弦波振荡器，请归纳其直流等效电路和交流等效电路（有些教材称为简化交流等效电路）各自的等效原则。

解：直流等效电路：电容开路，电感短路。

交流等效电路：1）所有电源无效（电压源短路，即接地；电流源开路）2）耦合电容（C 较大）短路，回路电容保留3）射频扼流圈（L 较大）开路，回路电感保留4）所有偏置电阻和负载电阻视为开路【问题4】已知：右图电路中单向导电的检波二极管D 导通电阻为D R ，求出该电路的电压传递函数为：11()(1)()()(1)o D L i L D L U s R sR C K s U s R R sR C +==++ 试问：借助拉氏变换求解该电路的传递函数正确吗？指出具体问题所在。

北理工通信电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握通信电路的基本原理，包括放大器、滤波器、振荡器等组成部分的功能及工作原理。

2. 学会分析通信系统的信号传输特性，包括频率响应、幅频特性等。

3. 掌握通信电路的仿真与设计方法，能运用相关软件（如Multisim、Protel 等）进行简单通信电路的搭建与测试。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识解决实际通信电路问题的能力，能对给定通信电路进行设计与优化。

2. 提高学生的实验操作能力，通过实际动手搭建与测试，培养学生的实践技能。

3. 培养学生团队协作和沟通能力，能在小组合作中发挥个人优势，共同完成通信电路设计任务。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对通信电路的兴趣，培养其探索精神和创新意识。

2. 培养学生严谨、务实的科学态度，注重实验数据的真实性，遵循实验操作规范。

3. 引导学生关注通信技术在现代社会中的应用，认识到通信技术对国家经济、社会发展的重要意义，增强学生的社会责任感和使命感。

本课程针对北理工通信工程专业高年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，明确以上课程目标，旨在帮助学生将所学知识应用于实际通信电路设计，提高学生的实践能力、创新能力和团队协作能力，为我国通信领域培养高素质的专业人才。

二、教学内容本章节教学内容以北理工通信工程专业教材《通信电路》为基础，主要包括以下部分：1. 通信电路基本原理：讲解放大器、滤波器、振荡器等通信电路的基本原理及功能，对应教材第1章至第3章内容。

2. 通信系统信号传输特性：分析频率响应、幅频特性等信号传输特性，对应教材第4章内容。

3. 通信电路设计与仿真：教授通信电路设计方法，运用Multisim、Protel等软件进行电路仿真与设计，对应教材第5章内容。

4. 通信电路实验操作：实际操作搭建与测试通信电路，培养学生实践能力，对应教材第6章内容。

教学内容安排如下：第1周：通信电路基本原理（1）第2周：通信电路基本原理（2）第3周：通信系统信号传输特性第4周：通信电路设计与仿真（1）第5周：通信电路设计与仿真（2）第6周：通信电路实验操作教学进度根据以上安排进行，确保学生充分掌握各部分内容，为课程目标的实现奠定基础。

北理工微机原理实验3实验三串行通信一、实验目的1、了解串行通信的基本原理。

2、掌握串行接口芯片8251 的工作原理和编程方法。

2、掌握串行接口芯片8250 的工作原理和编程方法。

3、掌握对串行接口芯片的初始化编程；学会串行通信半双工和全双工的编程技巧。

二、实验内容及步骤1、利用PC 机系统的串行通信接口实现与实验系统的双机通信，PC 机的串行通信接口的端口地址为3F8H，并画出三线连接，七线连线通信接口的连线图，接口为标准RS�D�D232（25 芯）插座。

图1 七线连线通信接口的连线图2、按图1连接好电路，其中8254计数器用于产生8251 的发送和接收时钟，TXD 和RXD 连在九针接口处。

3、接线。

CLK0 /8254 接 1M时钟CLK /8251 接 1M时钟（系统已连接，不用连接） GATE0/8254 接 +5V 0UT0 /8254 接 TX/RXCLK /8251 CS /8254 接 Y0 /IO 地址CS /8251 接 Y7 /IO 地址RXD /8251 接 TXD /九针接口TXD /8251 接 RXD /九针接口4、8254 计数器的计数初值=时钟频率/(波特率×波特率因子)，这里的时钟频率接1MHz，波特率若选1200，波特率因子若选16，则计数器初值为52。

5、设串行通信的波特率为 1200、偶校验、数据位为7 位、一位停止位，利用查询方式实现单工通信。

要求发送方将任一文件传送到收方，收方收到后将源程序写入磁盘。

分别编写收方和发方的通信程序。

6、上述参数不变，用中断方式实现半双工通信，编写程序。

7、PC 机寄存器的端口地址如下表所示。

PC 机寄存器的端口地址 PC 机寄存器的端口地址 I/O 端口 IN/OUT 3F8* OUT 3F8* IN 3F8** OUT 3F9** OUT 3F9* OUT 3FB OUT 3FA IN 3FC OUT 3FD IN 3FE IN * 线路控制寄存器第七位 DLAB=0 ** 线路控制寄存器第七位 DLAB=1波特率和除数因子对照表因子值波特率波特率单位 HZ 单位 HZ MSB LSB 50 09 00 1800 75 06 00 2000 110 04 17 2400 134.5 03 59 3600 150 03 00 4800 600 00 C0 9600 1200 00 60 寄存器名称发送保持寄存器接收数据寄存器波特率因子（LSB）波特率因子 (MSB) 中断允许寄存器线路控制寄存器中断标志寄存器 MODEM 控制寄存器线路状态寄存器 MODEM 状态寄存器因子值 MSB 00 00 00 00 00 00 LSB 40 3A 30 20 18 0C 三、程序实现对于整个程序的实现，可以分为几个步骤。

竭诚为您提供优质文档/双击可除通信原理实验报告北理工篇一：通信原理实验报告通信原理实验报告三、实验目的1、掌握Agilent公司mso6012A混合信号数字示波器的使用。

2、熟悉各种波形的参数测量和存取方法以及文件格式。

3、了解nwpu-804mZh通信实验箱的结构与信号源模块的工作原理。

4、掌握信号源模块的使用方法。

四、实验原理：1、打开实验箱，向右平移拆卸箱盖。

2、nwpu-804mZh通信原理实验箱的规格为“9u115x166+5±12”，结构为9单元可拆卸模块式，每个单元pcb板尺寸为115x166mm，4枚供电触点可提供+5V和±12V三路直流电源，每个单元由1枚触点和两个固定螺栓完成接地。

3、信号源模块的模拟信号源部分方框图：工作原理：正弦波、方波、锯齿波、三角波一个周期的点数据被以不同的地址存入波形数据存储器中，单片机根据波形选择开关和频率调节器送入的信息，一方面发出控制信号给cpLD调制cpLD中分频器的分频比，并将分频后的频率通过驱动数码管显示出来，另一方面通过控制cpLD使其输出与波形选择及分频比输出的频率相对应的地址信号到波形数据存储器中，然后输出的波形的数字信号依次通过D/A 转换器、滤波器、放大器得到所需要的模拟信号。

4、信号源模块的数字信号源部分方框图：工作原理：数字部分为实验箱提供以2m为基频分频比1～9999的bs、2bs、Fs信号及24位的nRZ码，并提供1m、256K、64K、32K、8K的方波信号。

信号源数字部分信号是直接由cpLD分频得到的。

1、首先将24m的有源晶振三分频得到8m的时钟信号。

2、然后通过可预置的分频电路（分频比1～9999），由于经可预置分频器出来的信号是窄脉冲，因此通过D触发器二分频将其变为占空比是50％的信号，因此从cpLD得到的bs信号频率是以2m为基频进行1～9999分频。

3、bs信号经过一个24分频的电路得到一个窄脉冲即是Fs信号。

实验8 调制与解调（设计型实验）一、实验目的1） 加深理解信号调制和解调的基本原理2） 从时域和频域分析信号幅度调制和解调的过程 3） 掌握幅度调制和解调的实现方法 二、实验原理与方法 1. 调制与解调在通信系统中，信号传输之前通常需要在发送端将信号进行调制，转换成为适合传输的信号，在接收端则需要进行解调，将信号还原成原来的信息。

在实际应用中，有多种调制方法，最常用的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制、频率调制和相位调制3种方式，其中幅度调制（AM ）属于线性调制，这里重点介绍AM 调制的基本原理。

正弦幅度调制和解调的原理框图如下：x(t)为调制信号，cos(w 0t)为载波，g(t)为已调信号。

调制信号与载波信号相乘可以得到已调信号，即g(t)=x(t)* cos(w 0t) 载波频谱为00()()()P ωπδωωπδωω=-++ 有频域卷积定理g(t)=x(t)* cos(w 0t)的频谱为0011G()[X()P()][X()()]22X ωωωωωωωπ=*=-++ 在调制过程中信号的所有信息X(w)均被保留了下来，，只是被移到了较高的频率上。

为使G()ω中两个非零部分不重叠，应满足0m ωω>。

解调过程中，将g(t)乘以本振信号cos(w 0t)得r(t)，本振信号的频率与调制过程中载波信号频率相同，这种方法称为同步解调。

200011(t)g(t)cos(t)(t)cos (t)(t)(t)cos(2t)22r x x x ωωω=*==+ 从频域上看，根据频域卷积定理可以求出(t)g(t)p(t)r =的频谱为00()[X(2)]/4X()/2[X(2)]/4R ωωωωωω=-+++将r(t)通过一定的低通滤波器滤除频率为02ω的分量，则可恢复出原始信号。

已调信号g(t)=x(t)* cos(w 0t)的频谱只含上下边带成分，抑制了载波分量，称为抑制载波双边带（DSB-SC ）调幅；而具有s(t)=[A+x(t)]cos(w 0t)形式的已调信号频谱中包含载波和上下边带，称为双边带（DSB ）调幅2. 低通滤波器的MATLAB 实现解调过程中需要使用低通滤波器恢复原始信号，MATLAB 和Simulink 都提供了强大功能用于滤波器的设计。

(2023)304编号北京理工大学信号与系统实验报告5连续时间系统的复频域分析(一)关于北京理工大学信号与系统实验报告5实验编号(2023)304实验名称信号与系统实验报告5：连续时间系统的复频域分析实验目的通过本实验，掌握连续时间系统的复频域分析的基本原理和方法，熟练掌握求解复频域中系统的幅度谱和相位谱的方法，提高对系统频域特性的认识。

实验内容实验内容主要分为以下几部分：1.实验仪器和元件的使用2.连续时间系统的频域分析方法3.MATLAB工具箱的应用实验过程1.使用示波器、函数发生器等实验仪器，搭建连续时间系统。

2.将系统的输入信号和输出信号从时域表示转换为复频域表示。

3.根据复频域表示求解系统的幅度谱和相位谱。

4.使用MATLAB工具箱验证实验结果。

5.分析实验结果，总结连续时间系统的频域特性。

实验结论通过本实验，我们了解了连续时间系统的复频域分析方法，熟悉了求解幅度谱和相位谱的步骤，并通过实验验证了所学内容的正确性。

同时，我们也认识到了连续时间系统在频域中的特性和应用范围。

实验感受本实验对我们的信号与系统学习提供了重要的实践环节，让我们更加深入地理解了信号与系统的频域分析方法，并对自己的专业兴趣产生了更深刻的认识。

同时，实验过程中我们也体验到了探索和解决问题的乐趣，收获了宝贵的经验。

实验注意事项1.实验中的电路连接应符合要求，注意仪器的使用和安全操作。

2.合理调整示波器、函数发生器等参数，以确保实验效果。

3.对于MATLAB工具箱的使用应具备一定的基础。

4.实验报告应准确记录实验过程中的操作、数据和可视化结果。

实验改进方向1.加强理论基础知识的学习，深入了解系统的频域特性。

2.进一步利用MATLAB及其他工具箱进行系统的分析和模拟，提高实验的精度和可靠性。

3.可尝试采用不同的连续时间系统进行分析和比较，从而更好地认识连续时间系统的特性。

实验意义通过本实验，我们对信号与系统的频域分析方法和连续时间系统的特性有了更深入的了解和认识。

信号处理与分析课程设计训练报告---------- ECG信号高频噪声消除学号：姓名：指导老师：张新峰完成日期：2016年6月5日绪论本实验是信号处理相关方法在心电图ECG（electocardiogram）信号处理中的一个具体应用。

通过心电图进行疾病诊断是心血管疾病诊断的一种重要方法。

该方法可靠简便，在临床中应用很广泛。

近年来给予数字信号处理和模式识别的ECG信号自动分析成为一个研究这点。

ECG信号在采集过程中收到工频信号、肌电信号以及基线漂移等干扰，由此带来的噪声对自动分析的结果影响很大。

因此在对ECG信号分析之前，必须进行噪声消除研究。

本实验内容给定ECG信号，合理设计滤波器，消除高频噪声的影响。

一、实验内容心电信号是微弱低频人体生理电信号，通常频率在0.05~100Hz，幅值不超过4mv，通过安装在皮肤表面的电极来获取。

由于人体是一个复杂的生命系统，存在50H 工频干扰及基线漂移等其他生理电信号的干扰。

噪声可能会影响到医生的临床诊断，因此，需对心电信号进行滤波，即必须做好前端数据采集的软硬件设计以保证心电数据的可靠和准确。

（本次实验的心电数据是老师提供，为txt文档）传统医疗设备分别采用50Hz 带阻滤波器和RC 高通滤波器滤除工频干扰和基线漂移。

但带阻滤波器电路复杂，其特性对元器件的精度敏感，而基线漂移本质上是一种缓慢变化的低频信号，采用RC 滤波器很难将高通滤波器的过渡带做得十分陡峭，基线漂移补偿效果不理想。

因此，模拟方法往往不太容易获得很好的特性。

在本实验中，我们以C语言为基础，来实现高频噪声的消除。

二、实验原理1. 低通巴特沃兹模拟滤波器的实现1）概述巴特沃兹滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。

在振幅的对数对角频率的波得图上，从某一边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐步减少，趋向负无穷大。

一阶巴特沃兹滤波器的衰减率为每倍频6分贝，每十倍频20分贝。

北理工通信电路软件实验报告一The following text is amended on 12 November 2020.实验1数字通信系统仿真分析分析内容构造一个简单示意性基带传输系统。

以双极性PN码发生器来模拟一个数据信源，码速率为100bit/s，低通型信道噪声为加性高斯噪声(标准差=。

要求：1.观测接收输入和滤波输出的时域波形；2.观测接收滤波器输出的眼图。

分析目的掌握观察系统时域波形，重点学习和掌握观察眼图的操作方法。

系统组成及原理简单的基带传输系统原理框图如下所示，该系统并不是无码间干扰设计的，为使基带信号能量更集中，形成滤波器采用高斯滤波器。

②采样频率：Sample Rate:10000Hz。

第二步：调用图符块创建如下图所示的仿真分析系统：其中各元件参数如“图符参数便笺”所示。

Token1为高斯脉冲形成滤波器；Token3为高斯噪声发生器，设标准偏差Std Deviation=，均值Mean=0v；Token4为模拟低通滤波器，它来自操作库中的“LinearSys”图符按钮，在设置参数时，将出现一个设置对话框，在“Design”栏中单击Analog按钮，进一步点击“Filter PassBand”栏中Lowpass按钮，选择Butterworth型滤波器，设置滤波器极点数目： Poles=5，设置滤波器截止频率：LoCuttoff=200Hz。

第三步：单击运行按钮，运算结束后按“分析窗”按钮，进入分析窗后，单击“绘制新图”按钮，则Sink9-Sink12限时活动窗口分别显示出“PN码输出”、“信道输入”、“信道输出”和“判决比较输出”时域波形。

第四步：观察信源PN码和波形形成输出的功率谱。

在分析窗下，单击信宿计算器按钮，在出现的“System Sink Calculator”对话框中单击Spectrum按钮，分别得到Sink9和Sink10的功率谱窗口后，可将这两个功率谱合成在同一个窗口中进行对比，具体操作为：在“System Sink Calculator”对话框中单击Operators按钮和Overlay Plots按钮，在右侧窗口内按住左键选中w4和w5两个信息条，单击OK按钮即可显示出对比功率谱。

实验3 信号的频域分析一、 实验目的1. 深入理解信号频谱的概念，掌握信号的频域分析方法。

2. 观察典型周期信号和非周期信号的频谱，掌握其频谱特性。

二、 实验原理1. 连续周期信号的频谱分析如果周期信号满足Dirichlet 条件，就可以展开为傅里叶级数的形式，即0()jk tkk x t c eω+∞=-∞=∑ ， 001()e jk t k T c x t dt T ω-=⎰式中，0T 表示基波周期，002/T ωπ=为基波周期，0()T ⎰表示任一个基波周期内的积分。

上述两式定义为周期信号复指数形式的傅里叶级数，系数Ck 称为(t)x 的傅里叶级数。

周期信号的傅里叶级数还可以由三角函数的线性组合来表示，即其中第一式中同频率的正弦项和余弦项可以合并，从而得到三角函数形式的傅里叶级数，即其中可见，任何满足Dirichlet 条件的周期信号都可以表示成一组谐波关系的复指数函数或三角函数的叠加。

一般来说周期信号表示为傅里叶级数时需要无限多项才能完全逼近原信号，但是在实际应用中经常采用有限项级数来替代，所选项数越多就越逼近原信号。

2. 连续非周期信号的频谱分析对于非周期连续时间信号，信号的傅里叶变换和傅里叶逆变换定义为,上述两式把信号的时域特性和频域特性联系起来，确定了非周期信号(t)x 和频谱()X ω之间的关系。

采用MATLAB 可以方便的求取非周期连续时间信号的傅里叶变换。

1）符号运算法MATLAB 的符号数学工具箱提供了直接求解傅里叶变换和反变换的函数，fourier 函数和ifourier 函数，基本调用格式为，默认的时域变量为t ，频域变量为ω。

2）数值积分法除了采用符号运算的方法外，我们还可以利用MATLAB 的quad 函数，采用数值积分的方法来进行连续信号的频谱分析。

quad 函数是一个用来计算数值积分的函数。

利用quad 函数可以计算非周期连续时间信号的频谱。

quad 函数的一般调用格式为：y = quad(fun,a,b)，y = quad(fun,a,b,TOL,TRACE,p 1,p2,…)其中fun 是指定被积函数，可以采用inline 命令来创建，也可以通过传递函数句柄的形式来制定，a 、b 表示定积分的下限和上限，TOL 表示允许的相对或绝对积分误差，TRACE 表示以被积函数的点绘图形式来跟踪该函数的返回值，如果TOL 和TRACE 为空矩阵，则使用缺省值，“p1，p2，…”标识被积函数除时间t 之外所需的其他额外输入参数。