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VPI 光纤通信仿真实验指导书2014‐ 4‐ 20目录实验一光传输系统的组成 (2)实验二LD的光谱与噪声特性 (10)实验三LD调制特性 (12)实验四MZM工作原理 (14)实验五ASK信号调制 (16)实验六PSK信号 (18)实验七光纤的损耗与色散 (20)实验八光纤的非线性效应 (23)实验九光纤中的受激散射 (25)实验十光接收机 (28)实验十一误码率与接收机灵敏度 (31)实验十二相干光接收机 (33)实验十三信号的损伤与补偿算法 (38)实验十四无源光网络的组成 (41)实验十五掺铒光纤放大器 (43)实验十六前向纠错码 (45)1实验一光传输系统的组成1.实验目的●熟悉VPI TransmissionMaker仿真软件的基本操作●了解光纤通信系统的组成，各个部分的作用和基本特性。
2.仿真模块与系统仿真模块包括Tx_OOK（内部包含LaserCW、ModulatorDiffMz_DSM、PRBS、CoderDriver_OOK）、Signal Analyzer、FiberNLS和Rx_OOK等模块，仿真系统如图所示：图一、光发射机的组成（包含光信号分析仪）图二、光通信系统的组成（包含了信号分析仪）3. 实验内容与步骤3.1 搭建上述系统搭建光发射机的具体步骤如下：● 从 Resources 资源列表库中选择 TC Modules >Optical2Source>LaserCW.vtms，将 LaserCW.vtms 拖拉到工作区主界面中。
●选择TC Modules >Optical Modulators >ModulatorDiffMz_DSM.vtms，将ModulatorDiffMz_DSM.vtms拖到工作区主界面下。
注意：一般情况下，VPI 软件默认设置下，器件的端口之间的连接不会自动连接，需要手动对应的连接起来。
当然可以设置为自动连接：选择工具栏中的Macros下拉列表下的Link Components。
通信系统仿真实习任务书开课学院（章）2013年10 月8日
要求每个设计题目最多不超过10人选作。
请各班班长协调统计每人设计题目。
课程设计报告书要求：
撰写课程设计报告书是课程设计的一个重要内容，每位学生必须按要求认真撰写课程设计报告书，未完成课程设计报告书的学生不得参加课程设计的考核和成绩评定。
课程设计报告书按照封面、正文、课程设计成绩评定表的次序装订成册，
报告书的封面由学生按学院统一格式打印，课程设计任务书由指导教师发给学生，正文由学生完成。
课程设计报告书的正文一般包括课程设计目的和任务的描述、设计任务分析、具体设计过程的描述、设计方案的确定、系统实施、结论等几方面，或按照指导教师提供的提纲进行写作。
学生应独立完成各自设计报告书的写作（每人一份），即使同组学生在设计过程中经过讨论得到的共同设计结果也应独立表述。
报告书的格式应统一规范，按照学院统一的课程设计格式要求用A4纸打印。
打印时的页边距为：上、下：2.54mm,左：3mm，右：2.5mm。
行距为单倍行距，其它具体要求请参见《附件1：课程设计报告书格式》
在学生完成课程设计报告书后，指导教师应对每个学生的报告书进行认真细致的审阅，对报告书内容的正确性、真实性、是否类同以及报告书的格式、结构条理等进行重点的审查，对不符合要求的应要求学生进行修改。
在学生最终通过审阅的报告书上，必须有责任指导教师的签名、批阅评语和成绩。
上机时间及地点：
9、10周
周一，下午6-9节，123；
周二，上午1-4节，123；
周三，上午1-2,123
3-4,139。
封面作者：Pan Hongliang仅供个人学习《通信系统仿真技术》实验报告实验一：SystemView操作环境的认识与操作1.实验题目：SystemView操作环境的认识与操作2.实验内容：正弦信号（频率为学号后两位，幅度为（1+学号后两位*0.1）、平方分析、及其谱分析；并讨论定时窗口的设计对仿真结果的影响。
3.实验原理：在设计窗口中单击系统定时快捷功能按钮，根据仿真结果设定相关参数。
采样点数=（终止时间-起止时间）×〔采样率〕+1正玄信号S(t)=cos(wt)其平方P（t）=cos(wt)*cos(wt)=[cos(2wt)+1]/2P(t)频率是S(t)的二倍4.实验仿真：实验结论：SystemView是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。
实验二：学习系统参数的设定与图符的操作实验题目：学习系统参数的设定与图符的操作实验内容：将一正弦信号（频率为学号后两位，幅度为（1+学号后两位*0.1）V）与高斯信号相加后观察输出波形及其频谱，由小到大改变高斯噪声的功率，重新观察输出波形及其频谱。
实验原理：高斯信号就是信号的各种幅值出现的机会满足高斯分布的信号。
当高斯信号不存在是正玄信号不失真，随着高斯信号的增加正玄信号的失真会越来越大。
实验仿真：实验结论：恒参信道的干扰信号常用高斯白噪声信号来等效。
而无线信道是一种时变的衰落信道，其衰落特性主要表现为具有多普勒功率谱特性的快衰落和具有阴影效应的慢衰落。
实验三：接收计算器的使用及滤波器的设计实验题目：接收计算器的使用及滤波器的设计实验内容：1、正弦信号（频率为学号后两位，幅度为（1+学号后两位*0.1）V）、及其平方分析窗口的接收计算器的使用；（实现3个以上运算功能）。
2、单位冲激响应仿真、增益响应分析。
通信系统的计算机仿真设计指导书一、课程设计的目的和任务本次课程设计是根据“通信工程专业培养计划”要求而制定的。
通信系统的计算机仿真设计课程设计是通信工程专业的学生在学完通信工程专业基础课、通信工程专业主干课及科学计算与仿真专业课后进行的综合性课程设计。
其目的在于使学生在课程设计过程中能够理论联系实际，在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识面，为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。
课程设计的任务是：（1）掌握一般通信系统设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法；掌握用计算机仿真通信系统的方法。
（2）训练学生网络设计能力。
（3）训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程设计的能力。
二、教学要求由于是通信系统的计算机仿真设计课程设计，因此设计的内容应该围绕主干专业课程，如：通信原理、程控交换技术、传输设备，通信网等。
课程设计要求的主要步骤有：1、明确所选课题的设计目的和任务，对设计课题进行具体分析，充分了解系统的性能、指标、内容等。
2、进行方案选择。
根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成系统的功能设计。
从多个方案中选择出设计合理、可靠、满足要求的一个方案。
并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出一个完整框图。
3、原理设计；4、调试阶段；5、图纸绘制及说明书编制。
本次课程设计在校内完成，主要方式是以理论设计为主，有条件可以进行实验或计算机仿真。
三、设计内容（1）QPSK通信系统的性能分析与matlab仿真（2）BPSK通信系统的性能分析与matlab仿真（3）8FSK通信系统的性能分析与MATLAB仿真（4）2FSK通信系统的性能分析与MATLAB仿真（5）2ASK通信系统的性能分析与MATLAB仿真。
（6）4ASK通信系统的性能分析与MATLAB仿真。
设计内容介绍：PSK、ASK、FSK是数字调制信号的几种基本信号方式。
通信系统实验报告——基于SystemView的仿真实验班级：学号：姓名：时间：目录实验一、模拟调制系统设计分析 -------------------------3一、实验内容-------------------------------------------3二、实验要求-------------------------------------------3三、实验原理-------------------------------------------3四、实验步骤与结果-------------------------------------4五、实验心得------------------------------------------10 实验二、模拟信号的数字传输系统设计分析------------11一、实验内容------------------------------------------11二、实验要求------------------------------------------11三、实验原理------------------------------------------11四、实验步骤与结果------------------------------------12五、实验心得------------------------------------------16 实验三、数字载波通信系统设计分析------------------17一、实验内容------------------------------------------17二、实验要求------------------------------------------17三、实验原理------------------------------------------17四、实验步骤与结果------------------------------------18五、实验心得------------------------------------------27实验一：模拟调制系统设计分析一、实验内容振幅调制系统（常规AM ）二、实验要求1、 根据设计要求应用软件搭建模拟调制、解调（相干）系统；2、 运行系统观察各点波形并分析频谱；3、 改变参数研究其抗噪特性。
通信系统仿真〔MATLAB〕-----实验指导书邮电大学光电工程学院2015年3月目录实验一MATLAB语言概述1-MATLAB安装、根本入门... ... . (2)实验二MATLAB语言概述2-MATLAB的工作环境............ . . (3)实验三MATLAB语法根底1—变量和数组 (4)实验四MATLAB语法根底2—矩阵和关系、逻辑运算 (6)实验五MATLAB语法根底3- MATLAB绘图 (9)实验六MATLAB语法根底4--MATLAB程序设计 (16)实验七MATLAB在电子信息课程中的应用 (19)实验八MATLAB与数学建模 (37)实验九(补充) MATLAB图形用户界面〔GUI〕的设计..... ..... .. (49)提示：Matlab是练出来的，而不是看出来的！实验一MATLAB初步〔安装、根本入门〕一、实验目的1、熟悉MATLAB开发环境；2、在Demos的引导下初识MATLAB。
二、实验根本知识1、初识MATLAB环境2、掌握MATLAB的Demos的应用三、实验容学习使用MATLAB的Demos，在Demos的引导下完成:1、MATLAB的数值计算；2、MATLAB的符号计算；3、MATLAB的二维、三维及四维绘图、特殊图形的绘制，图形的标准、修饰；4、Simulink的使用初步：利用完成正弦图形的仿真。
四、答复以下问题1、与其他计算机语言相比拟，MATLAB语言突出的特点是什么？2、安装MATLAB时，在选择组件窗口中哪些局部必须勾选，没有勾选的局部以后如何补安装？3、什么是工具箱？典型的工具箱有哪些？4、MATLAB系统由那些局部组成？实验二MATLAB的工作环境一、实验目的1、熟悉MATLAB工作环境二、实验根本知识1、熟悉MATLAB环境:MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器文件和搜索路径浏览器。
2、掌握MATLAB常用命令：clc,clear,help,lookfor,who等命令三、实验容1、学习使用help命令，例如在命令窗口输入help eye，然后根据帮助说明，学习使用指令eye〔其它不会用的指令，依照此方法类推〕2、学习使用clc、clear，观察mand window、mand history和workspace等窗口的变化结果。
VPI上机实验指导书-学⽣.pdfVPI 光纤通信仿真实验指导书2014‐ 4‐ 20⽬录实验⼀光传输系统的组成 (2)实验⼆LD的光谱与噪声特性 (10)实验三LD调制特性 (12)实验四MZM⼯作原理 (14)实验五ASK信号调制 (16)实验六PSK信号 (18)实验七光纤的损耗与⾊散 (20)实验⼋光纤的⾮线性效应 (23)实验九光纤中的受激散射 (25)实验⼗光接收机 (28)实验⼗⼀误码率与接收机灵敏度 (31)实验⼗⼆相⼲光接收机 (33)实验⼗三信号的损伤与补偿算法 (38)实验⼗四⽆源光⽹络的组成 (41)实验⼗五掺铒光纤放⼤器 (43)实验⼗六前向纠错码 (45)1实验⼀光传输系统的组成1.实验⽬的●熟悉VPI TransmissionMaker仿真软件的基本操作●了解光纤通信系统的组成，各个部分的作⽤和基本特性。
2.仿真模块与系统仿真模块包括Tx_OOK（内部包含LaserCW、ModulatorDiffMz_DSM、PRBS、CoderDriver_OOK）、Signal Analyzer、FiberNLS和Rx_OOK等模块，仿真系统如图所⽰：图⼀、光发射机的组成（包含光信号分析仪）图⼆、光通信系统的组成（包含了信号分析仪）3. 实验内容与步骤3.1 搭建上述系统搭建光发射机的具体步骤如下：●从 Resources 资源列表库中选择 TC Modules >Optical2Source>LaserCW.vtms，将 LaserCW.vtms 拖拉到⼯作区主界⾯中。
●选择TC Modules >Optical Modulators >ModulatorDiffMz_DSM.vtms，将ModulatorDiffMz_DSM.vtms拖到⼯作区主界⾯下。
注意：⼀般情况下，VPI 软件默认设置下，器件的端⼝之间的连接不会⾃动连接，需要⼿动对应的连接起来。
实验一图符库的使用一、实验目的1、了解SystemVue图符库的分类；2、掌握SystemVue各个功能库常用图符的功能及其使用方法。
二、实验内容按照实例使用图符构建简单的通信系统，并了解每个图符的功能。
三、基本原理SystemVue的图符库功能十分丰富，一共分为以下几个大类1.基本库SystemView的基本库包括信源库、算子库、函数库、信号接收器库等，它为该系统仿真提供了最基本的工具。
（信源库）：SystemView为我们提供了16种信号源，可以用它来产生任意信号（算子库）功能强大的算子库多达31种算子，可以满足您所有运算的要求（函数库）32种函数尽显函数库的强大库容！（信号接收器库）12种信号接收方式任你挑选，要做任何分析都难不倒它2.扩展功能库扩展功能库提供可选择的能够增加核心库功能的用于特殊应用的库。
它允许通信、DSP、射频/模拟和逻辑应用。
（通信库）：包含有大量的通信系统模块的通信库，是快速设计和仿真现代通信系统的有力工具。
这些模块从纠错编码、调制解调、到各种信道模型一应俱全。
（DSP库）：DSP库能够在你将要运行DSP芯片上仿真DSP系统。
该库支持大多DSP芯片的算法模式。
例如乘法器、加法器、除法器和反相器的图标代表真正的DSP算法操作符。
还包括高级处理工具：混合的Radix FFT、FIR和IIR滤波器以及块传输等。
（逻辑运算库）：逻辑运算自然离不开逻辑库了，它包括象与非门这样的通用器件的图标、74系列器件功能图标及用户自己的图标等。
（射频/模拟库）：射频/模拟库支持用于射频设计的关键的电子组件，例如：混合器、放大器和功率分配器等。
3.扩展用户库扩展的用户库包括有扩展通信库2、IS95/CDMA、数字视频广播DVB等。
通信库2: 扩展的通信库2主要对原来的通信库加了时分复用、OFDM调制解调、QAM编码与调制解调、卷积码收缩编解码、GOLD码以及各种衰落信道等功能。
4.5版中，通信库2已被合并到基本通信库中。
通信系统仿真上机实验指导书指导教师：刘健2013年10月最终报告内容：根据提供的例子，学习通信系统仿真基本知识，搭建包含：随机数生成、调制、编码、AWGN信道、解码、解调、差错统计等模块的通信系统仿真M文件或是Simulink仿真模型，最终得出评估通信系统性能的SNR/BER曲线、频谱利用率等曲线。
目录目录 (1)设计一随机信号分析 (4)设计二模拟信号的数字化 (8)设计三数字基带传输系统 (14)设计四模拟线性调制解调系统 (18)设计五2FSK调制解调系统 (26)设计六2PSK和2DPSK调制解调系统 (32)设计七数字通信系统的抗噪性能分析 (37)设计八载波同步 (43)设计九信道编码和译码 (46)参考文献 (50)设计一 随机信号分析一、设计目的1． 利用MATLAB 产生各种随机信号。
2． 利用MATLAB 计算随机信号的自相关函数和功率谱密度。
3． 掌握随机信号的自相关函数与功率谱密度的关系及其推导。
二、设计原理1．随机信号的产生在MA TLAB 中，提供了大量的随机数发生函数，其中rand 和randn 是两类核心函数，rand 函数产生在[0，1]区间服从均匀分布的随机信号；randn 函数产生服从均值为0，方差为1的高斯分布的随机信号。
其它类型的随机信号可以通过这两类随机信号变换而得到。
(1) rand 函数 格式：X=rand(N)X=rand(M,N) (2) randn 函数 格式：X=randn(N)X=randn(M,N) 2． 随机信号的自相关函数在MA TLAB 中，xcorr 函数用于估计随机序列的自相关函数，其调用格式如下： (1) c=xcorr(x)可计算出矢量x 的自相关函数，矢量x 表示序列)(n x 。
(2) c=xcorr(x,'option')中的option 可用来指定相关选项：·当option=biased 时，xcorr 函数可计算自相关函数的有偏估计，即∑--=+=11)(m N n n mn x x xNm R·当option=unbiased 时，xcorr 函数可计算自相关函数的无偏估计，即∑--=+-=11)(m N n n mn x x xmN m R·当option=coeff 时，xcorr 函数对序列进行归一化处理，使零滞后的自相关函数为1.0，即0=m 的自相关函数值归一化为1。
·当option=none 时，即为缺省情况，不做归一化处理。
3． 随机信号的功率谱密度随机信号)(t ξ的自相关函数与其功率谱密度之间互为傅立叶变换关系。
即⎰∞∞--=ττωωτξd e R P j )()(⎰∞∞-=ωωπτωτξd e P R j )(21)(【例1-1】在（-1/2，1/2）内产生一均匀分布的随机数N=1000的离散时间序列，计算该序列的自相关，定义为M m X X m N m R m n mN n n x ,...,1,0,1)(1=-=+-=∑ M m X X m N m n Nmn n ---=-=+=∑,...,2,1,1同时，用计算)(m R x 的离散傅里叶变换（DFT ）求序列{n x }的功率谱。
DFT 定义为[]()()∑-=+-=MMm M fm j xx e m Rm R DFT 122)()(π解 产生序列{n x }，计算自相关和功率谱[])(m R DFT x 的MATLAB 源程序在下面给出。
应该值得注意的是，自相关函数和功率谱都呈现出显著的波动，因此有必要在几次实现上对样本的自相关求平均。
本程序在随机过程的10次实现上采用平均自相关得到自相关函数和功率谱。
源程序如下：echo on N=1000; M=50; t=0:1:50; s=-0.5:0.02:0.5; Rx_av=zeros(1,M+1); Sx_av=zeros(1,M+1);for j=1:10; % 取10次实现的整体平均 X=rand(1,N)-1/2; % X 在 -1/2 和 1/2之间取值 Rx=Rx_est(X,M); % 本次实现的自相关函数 Sx=fftshift(abs(fft(Rx))); % 本次实现的功率谱密度 Rx_av=Rx_av+Rx; % 自相关函数之和Sx_av=Sx_av+Sx; % 功率谱密度之和end;Rx_av=Rx_av/10; % 自相关函数的整体平均Sx_av=Sx_av/10; % 功率谱密度的整体平均subplot(2,1,1);plot(t,Rx_av)xlabel( '(a) 自相关函数' );subplot(2,1,2);plot(s,Sx_av)xlabel( '(b) 功率谱密度' );%-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- function [Rx]=Rx_est(X,M)% 估计随机序列X的自相关函数% 计算出Rx(0),Rx(1),...,Rx(M)% Rx(m)代表实际中的Rx(m-1).N=length(X);Rx=zeros(1,M+1);for m=1:M+1for n=1:N-m+1Rx(m)=Rx(m)+X(n)*X(n+m-1);end;Rx(m)=Rx(m)/(N-m+1);end;程序运行结果如图1.1所示。
图1.1 例1-1的运行结果三、设计内容1．已知瑞利分布随机信号的概率密度函数为⎪⎩⎪⎨⎧<≥-=0 x 00 )2exp()(222x x x x f σσ 用randn 函数产生22=σ的瑞利分布随机变量。
提示：两个独立分布、均值为0、方差为2σ的高斯随机变量的平方和开根号所得的随机变量服从功率为22σ的瑞利分布。
2．产生均值为0，方差为1的高斯随机信号，长度为0.5s ，计算该信号的自相关函数，并绘制高斯信号及自相关函数的图形。
提示：计算机只能产生各种离散信号序列，对于模拟连续信号，本质上都是产生信号的采样序列。
只要采样频率足够高，模拟就可以非常准确。
在这里，假定信号的采样频率1000=s f Hz 。
3．在（-1，1）内产生一均匀分布的随机数N=500的离散时间序列，计算该序列的自相关函数和功率谱密度，并绘制图形。
4．一个带限随机过程)(t X 的功率谱为02()0N f B P f f B ⎧≤⎪=⎨>⎪⎩ 计算它的自相关函数，并绘制自相关函数与功率谱密度的图形。
提示：)(t X 的自相关函数)2(2)(020τπτπB BSa N df e N R ftj BBx ==⎰-。
设计二 模拟信号的数字化一、设计目的1．掌握脉冲编码调制的基本原理。
2．理解均匀PCM 与非均匀PCM 。
3．利用MATLAB 对抽样值进行A 律13折线编码。
二、设计原理在模拟信号数字化方式中，出现最早且应用最广泛的是脉冲编码调制，即PCM 编码，它经过抽样（时间离散化）、量化（幅值离散化）和编码（多电平转换为二电平）3个步骤，将一个时间和幅值都连续变换的模拟信号变成二进制数字信号。
1．抽样抽样是将模拟信号在时间上离散化。
对于低通型信号，当抽样频率H s f f 2≥时，属于正常抽样，不会发生频谱混叠；当H s f f 2<时，属于欠抽样，已抽样信号频谱发生混叠。
下面通过举例来看如何利用MATLAB 分析已抽样信号的频谱。
【例2-1】有一信号)200(50)(2t Sa t m =，当抽样频率1s f =100Hz 时，绘出原始信号和抽样后信号的波形及其频谱。
解 由题意可知，原始信号的最高频率≈H f 64Hz ，因此用1s f =100Hz 抽样时，会发生频谱混叠，MA TLAB 实现的源程序如下：cleart0=10; % 定义时间长度 ts=0.001; % 抽样周期 ts1=0.01; % 欠抽样周期 fs=1/ts;fs1=1/ts1; % 抽样频率 df=0.5; % 定义频率分辨力 t=[-t0/2:ts:t0/2]; % 定义时间序列 x=sin(200*t); % 定义信号序列 m=x./(200*t);w=t0/(2*ts)+1; % 确定t=0的点m(w)=1; % 确定t=0的点对应的信号值为1 m=m.*m; m=50.*m;[M,mn,dfy]=fftseq(m,ts,df); % 傅里叶变换 M=M/fs;f=[0:dfy:dfy*length(mn)-dfy]-fs/2; % 定义频率序列% 欠抽样过程t1=[-t0/2:ts1:t0/2]; % 定义抽样时间序列x1=sin(200*t1); % 计算对应抽样序列的信号序列m1=x1./(200*t1); % 计算Sa函数序列w1=t0/(2*ts1)+1; % 由于除0产生了错误值，计算该值的标号m1(w1)=1; % 将错误值修正m1=m1.*m1;m1=50.*m1;[M1,mn1,df1]=fftseq(m1,ts1,df); % 对已抽样信号进行傅里叶变换M1=M1/fs1;% 将一个周期的图像扩展到多个周期N1=[M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1];f1=[-7*df1*length(mn1):df1:6*df1*length(mn1)-df1]-fs1/2;% 绘图subplot(2,2,1)plot(t,m)axis([-0.15,0.15,-1,50]);xlabel('(a) 原始信号的时域波形');subplot(2,2,2)plot(f,abs(fftshift(M)));axis([-500,500,0,1]);xlabel('(b) 原始信号的频谱');subplot(2,2,3)stem(t1,m1)axis([-0.15,0.15,-1,50]);xlabel('(c) 欠抽样信号的时域波形');subplot(2,2,4)plot(f1,abs(fftshift(N1)));axis([-500,500,0,1]);xlabel('(d) 欠抽样信号的频谱');%----------------------------------------------------------------------------------------------------------- function [M,m,df]=fftseq(m,ts,df)fs=1/ts;if nargin==2 % 判断输入参数的个数是否符合要求 n1=0; elsen1=fs/df; % 根据参数个数决定是否使用频率缩放 endn2=length(m);n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2))); M=fft(m,n); % 进行离散傅里叶变换 m=[m,zeros(1,n-n2)]; df=fs/n;程序运行结果如图2.1所示。
