通信原理实验报告书
题目：实验一
专业：信息安全
姓名：
学号：
时间：2014-12-13
通信原理实验报告（实验一）
实验名称：数字基带信号
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、HDB3码的编码规则。
3、掌握从HDB3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HDB3（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（HDB3）、整流后的AMI码及整流后的HDB3码。
2、用示波器观察从HDB3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HDB3、AMI译码输出波形。
三.实验步骤
本实验使用数字信源单元和HDB3编译码单元。
1、熟悉数字信源单元和HDB3编译码单元的工作原理。接好电源线，打开电源开关。
2、用示波器观察数字信源单元上的各种信号波形。
用信源单元的FS作为示波器的外同步信号，示波器探头的地端接在实验板任何位置的GND点均可，进行下列观察：
（1）示波器的两个通道探头分别接信源单元的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）；
（2）用开关K1产生代码×1110010（×为任意代码，1110010为7位帧同步码），K2、K3产生任意信息代码，观察本实验给定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和NRZ码特点。
3、用示波器观察HDB3编译单元的各种波形。
仍用信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号。
（1）示波器的两个探头CH1和CH2分别接信源单元的NRZ-OUT和HDB3单元的AMI-HDB3，将信源单元的K1、K2、K3每一位都置1，观察全1码对应的AMI码（开关K4置于左方AMI端）波形和HDB3码（开关K4置于右方HDB3端）波形。再将K1、K2、K3置为全0，观察全0码对应的AMI码和HDB3码。观察时应注意AMI、HDB3码的码元都是占空比为0.5的双极性归零矩形脉冲。编码输出AMI-HDB3比信源输入NRZ-OUT延迟了4个码元。
（2）将K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000态，观察并记录对应的AMI
码和HDB3码。
（3）将K1、K2、K3置于任意状态，K4先置左方（AMI）端再置右方（HDB3）端，CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的DET、BPF、BS-R和NRZ ，观察这些信号波形。观察时应注意：
?HDB3单元的NRZ信号（译码输出）滞后于信源模块的NRZ-OUT信号（编码输入）8个码元。
? DET是占空比等于0.5的单极性归零码。
? BPF信号是一个幅度和周期都不恒定的准正弦信号，BS-R是一个周期基本恒定（等于一个码元周期）的TTL电平信号。
?信源代码连0个数越多，越难于从AMI码中提取位同步信号（或者说要求带通滤波的Q值越高，因而越难于实现），而HDB3码则不存在这种问题。本实验中若24位信源代码中连零很多时，则难以从AMI码中得到一个符合要求的稳定的位同步信号，因此不能完成正确的译码（由于分离参数的影响，各实验系统的现象可能略有不同。一般将信源代码置成只有1个“1”码的状态来观察译码输出）。若24位信源代码全为“0”码，则更不可能从AMI 信号（亦是全0信号）得到正确的位同步信号。
四.实验过程及结果：
按指导书所示步骤连接好仪器，将所有灯泡开关关掉，得到示波器所示图像即为全零码的AMI码，将开关k4置于右端，得到的即为全零码的HDB3码，如图：
全零AMI码
全零HDB3码同理，将灯泡开关全部调至灯亮，得到的即为全一码：
AMI/HDB3码
随后自己选择一组数据进行调试，选择数据为0111 0110 0000 1100 0000 ，根据AMI码和HDB3码的原理先分别画出码形图如下图：
再在试验箱中进行调试，得到波形如下（由于编码输出AMI-HDB3比信源输入NRZ-OUT延迟了4个码元，示波器上AMI,HDB3码形应与虚线框中一致）：
AMI码
HDB3码与自己得出的码形相符，试验成功。
五.实验报告要求
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？
答：不归零码是当“1”出现时电平翻转，当“0”出现时电平不翻转。数据1和0的区别不是电平高低，而是电平是否转换。而归零码在出现”0”时会出现零电位。
（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？为什么？
答：不一定相同，因为HDB3码中要考虑到零转化成的1码。
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：全1、全0码如上图所示，0111 0010 0000 1100 0010 0000的波形如下：
AMI码
HDB3码
3. 总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。
答：一般将AMI或HDB3码数字信号进行整流处理，得到占空比为0.5的单极性归零码。这种信号的功率谱也在图2中给出。由于整流后的AMI，HDB3码中含有离散谱fs，故可用一选频网络得到频率为fs的正弦波，经整形、限幅、放大处理后即可得到位同步信号。
4. 试根据占空比为0.5的单极性归零码的功率谱密度公式说明为什么信息代码中的连0码越长，越难于从AMI码中提取位同步信号，而HDB3码则不存在此问题。
答：将HDB3码整流得到的占空比为 0.5 的单极性归零码中连“0”个数最多为 3 ，而将 AMI 码整流后得到的占空比为 0.5 的单极性归零码中连“0”个数与信息代码中连“0”个数相同。所以信息代码中连“0”码越长，AMI 码对应的单极性归零码中“1”码出现概率越小，fS离散谱强度越小，越难于提取位同步信号。而 HDB3码对应的单极性归零码中“1”码出现的概率大，fS离散谱强度大，于提取位同步信号
六.实验总结
通过本次试验，我学会了通信实验中一些基本仪器的操作使用方法，也巩固了课堂上所学习的知识。在仪器操作上，示波器的调节是一个难点，在诸多按键和旋钮中我们需要一一尝试直到最后调节出想要的波形，在这些尝试中我也渐渐掌握了旋钮各自的作用，学会如何熟练地调节。在不断对波形的识别和辨认中训练了将原码转化为AMI码和HDB3码的方法，并能通过转换后的波形还原出原码。
20090401310074 实验一数字基带信号 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、HDB3码的编码规则。 3、掌握从HDB3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HDB3（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（HDB3）、整流后的AMI 码及整流后的HDB3 码。 2、用示波器观察从HDB3 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HDB3、AMI 译码输出波形。 三、基本原理 本实验使用数字信源模块和HDB3 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，电原理图见附录一。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。 图 1-1 数字信源方框图 图 2-2 帧结构
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、数据1、数据2相对应；发光二极管：左起分 别与一帧中的24位代码相对应 ?八选一 U5、U6、U7：8位数据选择器4512 ?三选一 U8：8位数据选择器4512 ?倒相器 U20：非门74HC04 ?抽样 U9：D触发器74HC74 下面对分频器，八选一及三选一等单元作进一步说明。 （1）分频器 4161进行13分频，输出信号频率为341kHz。74161是一个4位二进制加计数器，预置在3状态。 74193完成÷2、÷4、÷8、÷16运算，输出BS、S1、S2、S3等4个信号。BS 为位同步信号，频率为170.5kHz。S1、S2、S3为3个选通信号，频率分别为BS信号频率的1/2、1/4和1/8。74193是一个4位二进制加/减计数器，当CPD= PL =1、MR=0时，可在Q0、Q1、Q2及Q3端分别输出上述4个信号。 40160是一个二一十进制加计数器，预置在7状态，完成÷3运算，在Q0和Q1端分别输出选通信号S4、S5，这两个信号的频率相等、等于S3信号频率的1/3。 分频器输出的S1、S2、S3、S4、S5等5个信号的波形如图1-4（a）和1-4（b）所示。 图 1-4 分频器输出信号波形 （2）八选一 采用8路数据选择器4512，它内含了8路传输数据开关、地址译码器和三态驱动器，其真值表如表1-1所示。U5、U6和U7的地址信号输入端A、B、C并连在一起并分别接S1、S2、S3信号，它们的8个数据信号输入端x0 ~ x7分别K1、K2、K3输出的8个并行信号连接。由表1-1可以分析出U5、U6、U7输出信号都是码速率为
数字信号处理》 实验报告 年级：2011 级班级：信通 4 班姓名：朱明贵学号： 111100443 老师：李娟 福州大学 2013 年11 月
实验一快速傅里叶变换(FFT)及其应用 一、实验目的 1. 在理论学习的基础上，通过本实验，加深对FFT的理解，熟悉MATLAB^的有关函数。 2. 熟悉应用FFT对典型信号进行频谱分析的方法。 3. 了解应用FFT进行信号频谱分析过程中可能出现的问题，以便在实际中正确应用FFT。 4. 熟悉应用FFT实现两个序列的线性卷积和相关的方法。 二、实验类型 演示型 三、实验仪器 装有MATLA爵言的计算机 四、实验原理 在各种信号序列中，有限长序列信号处理占有很重要地位，对有限长序列，我们可以 使用离散Fouier变换(DFT)。这一变换不但可以很好的反映序列的频谱特性，而且易于用快速算法在计算机上实现，当序列x(n)的长度为N时，它的DFT定义为： JV-1 $生 反变换为： 如-器冃吋 科— 有限长序列的DFT是其Z变换在单位圆上的等距采样，或者说是序列Fourier变换的等 距采样，因此可以用于序列的谱分析。 FFT并不是与DFT不同的另一种变换，而是为了减少DFT运算次数的一种快速算法。它 是对变换式进行一次次分解，使其成为若干小点数的组合，从而减少运算量。常用的FFT 是以2为基数的，其长度A - o它的效率高，程序简单，使用非常方便，当要变换的 序列长度不等于2的整数次方时，为了使用以2为基数的FFT，可以用末位补零的方法，使其长度延长至2的整数次方。 (一)在运用DFT进行频谱分析的过程中可能的产生三种误差 1 .混叠 序列的频谱是被采样信号频谱的周期延拓，当采样速率不满足Nyquist定理时，就会 发生频谱混叠，使得采样后的信号序列频谱不能真实的反映原信号的频谱。避免混叠现象的 唯一方法是保证采样速率足够高，使频谱混叠现象不致出现，即在确定采样频率之前，必须
实验报告 姓名：李鹏博实验名称：数字调制解调 学号：2011300704 课程名称：数字信号处理 班级：03041102 实验室名称：航海西楼303 组号： 1 实验日期：2014.06.27 一、实验目的、要求 掌握掌握数字调制以及对应解调方法的原理。 掌握数字调制解调方法的计算机编程实现方法，即软件实现。 二、实验原理 二进制数字频率调制(2FSK) 二进制数字频率调制，简称频移键控2FSK，是利用二进制数字基带信号控制载波的频率，进行频谱变换的过程。在发送端，由基带信号控制载波，用不同频率的载波振荡信号来传输数字信号“1”和“0”；接收端则根据不同频率的载波信号，将其还原成相应的数字基带信号。 PSK调制 在PSK调制时载波的相位随调制信号状态不同而改变。如果两个频率相同的载波同时开始振荡这两个频率同时达到正最大值同时达到零值同时达到负最大值此时它们就处于“同相”状态如果一个达到正最大值时另一个达到负最大值则称为“反相”。把信号振荡一次一周作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期两个波的相位差180度也就是反相。当传输数字信号时“1”码控制发0度相位“0”码控制发180度相位。 三、实验环境 PC机，Windows2000，office2000，Matlab6.5以上版本软件。 四、实验内容、步骤 实验内容 已知消息信号为一个长度为8的二进制序列；载波频率为 800 c f Hz ，采样频率为 4KHz。编程实现一种调制、传输、滤波和解调过程。 实验步骤 根据参数产生消息信号s和载波信号。调用函数randint生成随机序列。 编程实现调制过程。调用函数y=fskmod(s,M，FREQ_SEP,NSAMP)完成频率调制，y=pskmod(s,M) 完成相位调制，或者。调用函数modulate完成信号调制。 编程实现信号的传输过程。产生白噪声noise，并将其加到调制信号序列。或者调用函
数字基带信号实验 一、实验目的： 学会利用MATLAB软件对数字基带信号的仿真。通过实验提高学生实际动手 能力和编程能力，为日后从事通信工作奠定良好的基础。 二、实验内容：利用MATLAB软件编写数字基带信号程序，进一步加强对数字基 带信号的理解。 (1)单极性不归零数字基带信号 (2)双极性不归零数字基带信号 (3)单极性归零数字基带信号 (4)双极性归零数字基带信号 三、程序 (1) 单极性不归零数字基带信号程序 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if(x(i)==1) for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; M=max(y); m=min(y); subplot(1,1,1) plot(t,y);grid on; axis([0,i,m-0.1,M+0.1]); title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1'); (2) 双极性不归零数字基带信号 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if(x(i)==1) for j=1:t0
y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=-1; end end end y=[y,x(i)]; M=max(y); m=min(y); subplot(1,1,1) plot(t,y);grid on; axis([0,i,m-0.1,M+0.1]); title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1'); (3)单极性归零数字基带信号 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if(x(i)==1) for j=1:t0/2 y((2*i-2)*t0/2+j)=1; y((2*i-1)*t0/2+j)=0; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; M=max(y); m=min(y); subplot(1,1,1) plot(t,y);grid on; axis([0,i,m-0.1,M+0.1]); title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1') (4)双极性归零数字基带信号 function y=zhou(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x);
实验一 MATLAB 仿真软件的基本操作命令和使用方法 实验容 1、帮助命令 使用 help 命令，查找 sqrt （开方）函数的使用方法； 2、MATLAB 命令窗口 （1）在MATLAB 命令窗口直接输入命令行计算3 1)5.0sin(21+=πy 的值； （2）求多项式 p(x) = x3 + 2x+ 4的根； 3、矩阵运算 （1）矩阵的乘法 已知 A=[1 2;3 4]， B=[5 5;7 8]，求 A^2*B
（2）矩阵的行列式 已知A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]，求A （3）矩阵的转置及共轭转置 已知A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]，求A' 已知B=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i], 求B.' , B' （4）特征值、特征向量、特征多项式 已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ，求矩阵A的特征值、特征向量、特征多项式；
（5）使用冒号选出指定元素 已知：A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]；求A 中第3 列前2 个元素；A 中所有列第2，3 行的元素； 4、Matlab 基本编程方法 （1）编写命令文件：计算1+2+…+n<2000 时的最大n 值；
（2）编写函数文件：分别用for 和while 循环结构编写程序，求 2 的0 到15 次幂的和。
5、MATLAB基本绘图命令 （1）绘制余弦曲线 y=cos(t)，t∈[0，2π]
（2）在同一坐标系中绘制余弦曲线 y=cos(t-0.25)和正弦曲线 y=sin(t-0.5)， t∈[0，2π] （3）绘制[0，4π]区间上的 x1=10sint 曲线，并要求： （a）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号； （b）坐标轴控制：显示围、刻度线、比例、网络线 （c）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本； >> clear;
实验六 数字基带信号的眼图实验 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理，掌握基带升余弦滚降系统的实现方法； 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响，并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下，不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度； 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示，要获得良好的基带传输系统，就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑，s T 为基带信号的码元周期，则经过 基带传输系统后的输出码元为 ()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ +∞ -∞ = ? （3-1） 理论上要达到无码间干扰，依照奈奎斯特第一准则，基带传输系统在时域应满足： 10()0,s k h kT k =?=? ? ， 为其他整数 (3-2) 频域应满足： ()0,s s T T H πωωω? ≤ ?=? ?? ，其他 (3-3)
图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下，所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现，而且时域波形的拖尾衰减太慢，因此在得不到严格 定时时，码间干扰就可能较大。在一般情况下，只要满足： 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ??????? ∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑，采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤??? ??? ?-? =≤≤?? ?+>? ?? (3-5) 这里α称为滚降系数，01α≤≤。 所对应的其冲激响应为： ()222sin cos()()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (3-6) 此时频带利用率降为2/(1)Baud/Hz α+，这同样是在抽样值无失真条件下，所能达到的最 高频率利用率。换言之，若输入码元速率' 1/s s R T >，则该基带传输系统输出码元会产生码
实 验 报 告 学生姓名： 学 号： 指导教师： 一、实验室名称：数字信号处理实验室 二、实验项目名称：多种离散时间信号的产生 三、实验原理： 1、基本离散时间信号 利用MATLAB 强大的数值处理工具来实现信号的分析和处理，首先就是要学会应用MATLAB 函数来构成信号。常见的基本信号可以简要归纳如下： （1）．单位采样序列 ???=0 1 )(n δ ≠=n n 在MATLAB 中可以利用zeros()函数实现。 ; 1)1(); ,1(==x N zeros x 如果)(n δ在时间轴上延迟了k 个单位，得到)(k n -δ即： ???=-0 1 )(k n δ ≠=n k n （2）．单位阶跃序列 ???=0 1 )(n u 00<≥n n 在MATLAB 中可以利用ones()函数实现。 );,1(N ones x = （3）．正弦序列
)2sin()(?π+=fn A n x 采用MATLAB 的实现方法，如： ) ***2sin(*1 :0?+=-=n f pi A x N n （4）．实指数序列 n a A n x ?=)( 其中，A 、a 为实数。采用MATLAB 的实现方法，如： n a x N n .^1 :0=-= （5）．复指数序列 n j e A n x )(0)(ωσ+?= 采用MATLAB 的实现方法，如： ) *)*exp((*1 :00n j A x N n ωσ+=-= 为了画出复数信号x [n ]，必须要分别画出实部和虚部，或者幅值和相角。 MATLAB 函数real 、imag 、abs 和angle 可以逐次计算出一个复数向量的这些函数。 2、基本数字调制信号 （1）．二进制振幅键控（2ASK ） 最简单的数字调制技术是振幅键控（ASK ），即二进制信息信号直接调制模拟载波的振幅。二进制幅度键控信号的时域表达式： ∑-=n c s n ASK t nT t g a t S ωcos )]([)( 其中，a n 为要调制的二进制信号，g (t)是单极性脉冲信号的时间波形，Ts 表示调制的信号间隔。典型波形如下：
目录 实验1 离散时间信号的频域分析-----------------------2 实验2 FFT算法与应用-------------------------------7 实验3 IIR数字滤波器的设计------------------------12 实验4 FIR数字滤波器的设计------------------------17
实验1 离散时间信号的频域分析 一．实验目的 信号的频域分析是信号处理中一种有效的工具。在离散信号的时域分析中，通常将信号表示成单位采样序列δ（n ）的线性组合，而在频域中，将信号表示成复变量e n j ω-或 e n N j π2-的线性组合。通过这样的表示，可以将时域的离散序 列映射到频域以便于进一步的处理。 在本实验中，将学习利用MATLAB 计算离散时间信号的DTFT 和DFT,并加深对其相互关系的理解。 二、实验原理 (1)DTFT 和DFT 的定义及其相互关系。序列x(n)DTFT 定义为()jw X e = ()n x n e ∞ =∞ ∑ω jn -它是关于自变量ω的复函数，且是以2π为周期的连续函数。 ()jw X e 可以表示为()()()jw jw jw re im X e X e jX e =+,其中，()jw re X e 和()jw im X e 分别是 ()jw X e 实部和虚部；还可以表示为 ()jw X e =()|()|jw j w X e e θ，其中， |()|jw X e 和{} ()arg ()j w X e ωθ=分别是()jw X e 的幅度函数和相位函数；它们都是ω的实函数，也是以2π为周期的周期函数。 序列()x n 的N 点DFT 定义为2211 ()()()()N N j k j kn kn N N N N n X k X e x n e x n W π π ---==== ∑∑，()X k 是周期为N 的序列。()j X e ω与()X k 的关系：()X k 是对()j X e ω）在一个周期 中的谱的等间隔N 点采样，即 2k |()()|jw w N X k X e π = = ，而()j X e ω 可以通过对()X k 内插获得，即
基带传输系统实验报告 一、 实验目的 1、 提高独立学习的能力； 2、 培养发现问题、解决问题和分析问题的能力； 3、 学习matlab 的使用； 4、 掌握基带数字传输系统的仿真方法； 5、 熟悉基带传输系统的基本结构； 6、 掌握带限信道的仿真以及性能分析； 7、 通过观察眼图和星座图判断信号的传输质量。 二、 实验原理 在数字通信中，有些场合可以不经载波调制和解调过程而直接传输基带信号，这种直接传输基带信号的系统称为基带传输系统。 基带传输系统方框图如下： 基带脉冲输入 噪声 基带传输系统模型如下： 信道信号 形成器 信道 接收 滤波器 抽样 判决器 同步 提取 基带脉冲
各方框的功能如下： （1）信道信号形成器（发送滤波器）：产生适合于信道传输的基带信号波形。因为其输入一般是经过码型编码器产生的传输码，相应的基本波形通常是矩形脉 冲，其频谱很宽，不利于传输。发送滤波器用于压缩输入信号频带，把传输 码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。 （2）信道：是基带信号传输的媒介，通常为有限信道，如双绞线、同轴电缆等。信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。另 外信道还会引入噪声n（t），一般认为它是均值为零的高斯白噪声。 （3）接收滤波器：接受信号，尽可能滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，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。 （5）定时脉冲和同步提取：用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取。 三、实验内容 1采用窗函数法和频率抽样法设计线性相位的升余弦滚讲的基带系统(不调用滤波器设计函数,自己编写程序) 设滤波器长度为N=31，时域抽样频率错误!未找到引用源。o为4 /Ts，滚降系数分别取为0.1、0.5、1， （1）如果采用非匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统，计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性，计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。 （2）如果采用匹配滤波器形式设计升余弦滚降的基带系统，计算并画出此发送滤波器的时域波形和频率特性，计算第一零点带宽和第一旁瓣衰减。 （1）非匹配滤波器 窗函数法： 子函数程序： function[Hf,hn,Hw,w]=umfw(N,Ts,a)
数字基带传输系统仿真实验 一、系统框图 一个数字通信系统的模型可由下图表示: 信源信道数字信源编码器调制器编码器 数字信源噪声信道 信道数字信源信宿译码器解调器译码器 数字信宿编码信道 数字通信系统模型 从消息传输角度看，该系统包括两个重要的变换，即消息与数字基带信号之间的变换;数字基带信号与信道传输信号之间的变换。 在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。称为基带传输系统。与之对应，把包括了载波调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统。无论是基带传输还是频带传输，基带信号处理是必须的组成部分。因此掌握数字基带传输的基本理论十分重要，它在数字通信系统中具有普遍意义。 二、编程原理 1. 带限信道的基带系统模型(连续域分析) X(t) y(t) {}a, 输入符号序列―― l L,1
dtatlT()(),,,T, 发送信号―― ――比特周期，二进制,lbbl,0 码元周期 ,jft2,, 发送滤波器―― G(),或Gf()或gtGfedf()(), TT,TT,, , 发送滤波器输出―― L,1 xtdtgtatlTgt()()*()()*(),,,,,TlbTl,0 L,1 =()agtlT,,lTsl,0 , 信道输出信号或接收滤波器输入信号 (信道特性为1) ytxtnt()()(),， ,jft2,G(),Gf()gtGfedf()(),, 接收滤波器―― 或或 RR,RR,, , 接收滤波器的输出信号 rtytgtdtgtgtntgt()()*()()*()*()()*(),,，RTRR ,1L ()(),,，agtlTnt,lbR,0l ,jft2,gtGfCfGfedf()()()(), 其中 ,TR,, (画出眼图) lTlL,,, 01, 如果位同步理想，则抽样时刻为 b rlTlL() 01,,,, 抽样点数值为 (画出星座图) b ,{}a, 判决为 l 2. 升余弦滚降滤波器 (1),,,Tf,||,s,T2s, ,TT1(1)(1),,，，，,,,,ss Hfff()1cos(||),||,，,,,,,,TTT2222，，,ss,
单极性不归零 function y=snrz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1 for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; plot(t,y); title('1 0 1 1 0 0 1 0'); grid on; axis([0,i,-0.1,1.1]); 单极性归零 function y=srz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1 for j=1:t0/2 y((2*i-2)*to/2+j)=1; y((2*i-1)*t0/2+j)=0; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=0; end end end y=[y,x(i)]; plot(t,y); grid on; axis([0,i,-0.1,1.1]);
x=[10101010] srz(x) 蒙特卡罗 EbN0dB=0:0.5:10; N0=10.^(-EbN0dB/10); sigma=sqrt(N0/2); %理论计算误码率 pb=0.5*erfc(sqrt(1./N0)); %仿真误码率 for n=1:length(EbN0dB) %产生等概率信源 a=sign(randn(1,100000)); %离散等效接收模型 rk=a+sigma(n)*randn(1,100000); dec_a=sign(rk);%判决 %计算误码率 ber(n)=sum(abs(a-dec_a)/2)/length(a); end semilogy(EbN0dB,pb); hold; semilogy(EbN0dB,ber,'rd-'); legend('理论值','仿真结果'); xlabel('Eb/N0(dB)'); ylabel('pb'); 双极性不归零 function y=shuangsnrz(x) t0=200; t=0:1/t0:length(x); for i=1:length(x) if x(i)==1 for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=1; end else for j=1:t0 y((i-1)*t0+j)=-1; end end end y=[y,x(i)];
实验四 离散时间信号的DTFT 一、实验目的 １. 运用MA TLAB 计算离散时间系统的频率响应。 ２. 运用MA TLAB 验证离散时间傅立叶变换的性质。 二、实验原理 （一）、计算离散时间系统的DTFT 已知一个离散时间系统∑∑==-= -N k k N k k k n x b k n y a 00)()(，可以用MA TLAB 函数frequz 非常方便地在给定的L 个离散频率点l ωω=处进行计算。由于)(ωj e H 是ω的连续函数，需要 尽可能大地选取L 的值（因为严格说，在MA TLAB 中不使用symbolic 工具箱是不能分析模拟信号的，但是当采样时间间隔充分小的时候，可产生平滑的图形），以使得命令plot 产生的图形和真实离散时间傅立叶变换的图形尽可能一致。在MA TLAB 中，freqz 计算出序列{M b b b ,,,10 }和{N a a a ,,,10 }的L 点离散傅立叶变换，然后对其离散傅立叶变换值相除 得到L l e H l j ,,2,1),( =ω。为了更加方便快速地运算，应将L 的值选为2的幂，如256或 者512。 例3.1 运用MA TLAB 画出以下系统的频率响应。 y(n)-0.6y(n-1)=2x(n)+x(n-1) 程序： clf; w=-4*pi:8*pi/511:4*pi; num=[2 1];den=[1 -0.6]; h=freqz(num,den,w); subplot(2,1,1) plot(w/pi,real(h));grid title(‘H(e^{j\omega}的实部’)) xlabel(‘\omega/ \pi ’); ylabel(‘振幅’)； subplot(2,1,1) plot(w/pi,imag(h));grid title(‘H(e^{j\omega}的虚部’)) xlabel(‘\omega/ \pi ’); ylabel(‘振幅’)； （二）、离散时间傅立叶变换DTFT 的性质。 1．时移与频移 设 )]([)(n x FT e X j =ω, 那么
实验报告 姓名： 学号：1101200227 班级：信息1002 学校：华北电力大学 科目：数字信号处理 实验二时域抽样与频域抽样 一、实验目的 加深理解连续时间信号的离散化过程中的数学概念和物理概念，掌握时域抽样定理的基本内容。掌握由抽样序列重建原连续信号的基本原理与实现方法，理解其工程概念。加深理解频谱离散化过程中的数学概念和物理概念，掌握频域抽样定理的基本内容。 二、实验原理 时域抽样定理给出了连续信号抽样过程中信号不失真的约束条件：对于基带信号，信号抽样频率f sam 大于等于2倍的信号最高频率f m ，即f sam ≥ 2f m 。 时域抽样是把连续信号x (t )变成适于数字系统处理的离散信号x [k ] ；信号重建是将离散信号x [k ]转换为连续时间信号x (t )。 1. 信号的时域抽样 若x [k ]=x (kT )|t =kT ，则信号x (t )与x [k ]的频谱之间存在： 其中：x (t )的频谱为X (j w )，x [k ]的频谱为X (e j W ) 可见，信号时域抽样导致信号频谱的周期化。 2. 信号的频域抽样 非周期离散序列x [k ]的频谱X (e j W )是以2p 为周期的连续函数。频域抽样是将X (e j W )离散化以便于数值计算。 频域抽样与时域抽样形成对偶关系。在[0,2p]内对X (e j W ) 进行N 点均匀抽样，引起时域序列x [k ]以N 点为周期进行周期延拓。 频域抽样定理给出了频域抽样过程中时域不发生混叠的约束条件：若序列x [k ]的长度L ，则 应有N ≥L 。 三、实验内容 1.利用MATLAB 实现对信号的抽样。 t0 = 0:0.001:0.1; x0 =cos(2*pi*20*t0); plot(t0,x0,'r') hold on %信号最高频率f m 为20 Hz, %按100 Hz 抽样得到序列。 Fs = 100; t=0:1/Fs:0.1; )e (j ΩX ( ) ∑∞-∞=-= n n X T )(j 1sam ωω∑ ∞-∞=+= n nN k x k x ][][~
数字信号处理实验报告 实验一：用 FFT 做谱分析 一、 实验目的 1、进一步加深 DFT 算法原理和基本性质的理解。 2、熟悉 FFT 算法原理和 FFT 子程序的应用。 3、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，以便在实际中正确应用 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2π/N ≤D 。可以根据此时选择FFT 的变换区间N 。误差主要来自于用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。 对模拟信号的频谱时，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、实验内容和步骤 对以下典型信号进行谱分析： ?? ? ??≤≤-≤≤-=?? ? ??≤≤-≤≤+==其它n n n n n n x 其它n n n n n n x n R n x ,07 4, 330,4)(, 07 4, 830,1)() ()(3241 4() cos 4 x n n π = 5()cos(/4)cos(/8)x n n n ππ=+ 6() cos8cos16cos20x t t t t πππ=++
实 验 报 告 学生姓名： 学 号： 指导教师： 一、实验室名称：数字信号处理实验室 二、实验项目名称：多种离散时间信号的产生 三、实验原理： 1、基本离散时间信号 利用MATLAB 强大的数值处理工具来实现信号的分析和处理，首先就是要学会应用MATLAB 函数来构成信号。常见的基本信号可以简要归纳如下： （1）．单位采样序列 ? ??=01)(n δ 00 ≠=n n 在MATLAB 中可以利用zeros()函数实现。 ; 1)1();,1(==x N zeros x 如果)(n δ在时间轴上延迟了k 个单位，得到)(k n -δ即：
???=-0 1)(k n δ ≠=n k n （2）．单位阶跃序列 ? ??=01)(n u 00 <≥n n 在MATLAB 中可以利用ones()函数实现。 );,1(N ones x = （3）．正弦序列 )2sin()(?π+=fn A n x 采用MATLAB 的实现方法，如： ) ***2sin(*1 :0?+=-=n f pi A x N n （4）．实指数序列 n a A n x ?=)( 其中，A 、a 为实数。采用MATLAB 的实现方法，如： n a x N n .^1:0=-= （5）．复指数序列 n j e A n x )(0)(ωσ+?= 采用MATLAB 的实现方法，如： ) *)*exp((*1 :00n j A x N n ωσ+=-= 为了画出复数信号x [n ]，必须要分别画出实部和虚部，或者幅值和相角。MATLAB 函数real 、imag 、abs 和angle 可以逐次计算出一个复数向量的这些函数。
北京科技大学 《信号系统与信号处理综合实验》实验 报告 学号：__________ 姓名：_____________________ 专业：____________ 年月日
目录： 1实验一CCS使用实验 2实验二、SEED-DTK6446 Linux开发环境搭建3实验三、Linux平台实验 4二、音频采集回放实验 5三、视频采集回放实验 6OSD图像叠加实验 7图像边缘检测实验
课程实验目的 1．数字信号处理是一门理论与实践并重的课程，在学习理论知识的同时再配合经典DSP实验，可以加深对数字信号处理软、硬件的理解与掌握。 2．接触并了解SEED-DTK6446实验箱，学会通过Linux操作平台，利用SEED-DTK6446实验箱完成一些经典的实验历程，加深对数字信号处理的了解。 3. 学习并掌握SEED-DTK6446 CCS开发环境的搭建，建立好所有编译测试环境，为下面的实验做好准备工作。 实验一 CCS使用实验 一、实验目的 1.熟悉CCS3.3集成开发环境，掌握工程的生成方法； 2.熟悉SEED-DTK6446实验环境； 3. 学习用标准C 语言编制程序； 4.掌握CCS3.3集成开发环境的调试方法； 二、实验内容 1.DSP源文件的建立； 2.DSP程序工程文件的建立； 3. 学习使用CCS3.3集成开发工具的调试工具。 三、实验步骤 1.创建源文件：选择File →New →Source File 命令；打开配套光盘\03. Examples of program\01.SEEE-DTK6446 CCS Examples\examples\3.1.1 math。 2.创建工程文件：点击Project-->New,创建新工程；点击Project选择add files to project，添加源程序math.c。 3. 设置编译与连接选项：点击Project选择Build Opitions； 4. 工程编译与调试：点击Project →Build all，对工程进行编译；点击File →load program，在弹出的对话框中载入debug 文件夹下的.out可执行文件；点击debug →Go Main回到C程序的入口；运行程序并观察输出结果。 四．实验要求：
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
数字信号处理实验八 调制解调系统的实现 一、实验目的: （1）深刻理解滤波器的设计指标及根据指标进行数字滤波器设计的过程（2）了解滤波器在通信系统中的应用 二、实验步骤: 1.通过SYSTEMVIEW软件设计与仿真工具，设计一个FIR数字带通滤波器，预先给定截止频率和在截止频率上的幅度值，通过软件设计完后，确认滤波器的阶数和系统函数，画出该滤波器的频率响应曲线，进行技术指标的验证。 建立一个两载波幅度调制与解调的通信系统，将该滤波器作为两个载波分别解调的关键部件，验证其带通的频率特性的有效性。系统框图如下： 规划整个系统，确定系统的采样频率、观测时间、细化并设计整个系统，仿真调整并不断改进达到正确调制、正确滤波、正确解调的目的。（参考文件
zhan3.svu） （1）检查滤波器的波特图，看是否达到预定要求； （2）检查幅度调制的波形以及相加后的信号的波形与频谱是否正常； （3）检查解调后的的基带信号是否正常，分析波形变形的原因和解决措施；（4）实验中必须体现带通滤波器的物理意义和在实际中的应用价值。 2.熟悉matlab中的仿真系统； 3.将1.中设计的SYSTEMVIEW（如zhan3.svu）系统移植到matlab中的仿真环境中，使其达到相同的效果； 4.或者不用仿真环境，编写程序实现该系统，并验证调制解调前后的信号是否一致。 实验总共提供三个单元的时间（6节课）给学生，由学生自行学习和自行设计与移植 三、系统设计 本系统是基于matlab的simulink仿真软件设计的基带信号调制与解调的系统，利用matlab自带的数字信号仿真模块构成其原理框图并通过设置载波、带通滤波器以及低通滤波器等把基带信号经过载波调制后再经乘法器、带通滤波器和低通滤波器等电路系统能解调出基带信号。 1、实验原理框图
实验一信号、系统及系统响应 1、实验目的 认真复习采样理论、离散信号与系统、线性卷积、序列的z 变换及性质等有关内容；掌握离散时间序列的产生与基本运算，理解离散时间系统的时域特性与差分方程的求解方法，掌握离散信号的绘图方法； 熟悉序列的z 变换及性质，理解理想采样前后信号频谱的变化。 2、实验内容 a. 产生长度为500 的在[0,1]之间均匀分布的随机序列，产生长度为500 的均值为0 单位方差的高斯分布序列。 clc y1=rand(500); x1=linspace(0,1,100); yn=hist(y1,x1); yn=yn/length(y1); bar(x1,yn); title('[0,1]均匀分布'); figure; y2=randn(1,500); ymin=min(y2); ymax=max(y2); x2=linspace(ymin,ymax,100); ym=hist(y2,x2); ym=ym/length(y2); bar(x2,ym); title('[0,1]高斯分布');
b. 线性时不变系统单位脉冲响应为h(n)=(0.9)n u(n)，当系统输入为x(n)=R10(n)时，求系统的零状态响应，并绘制波形图。 function [x,n]=stepseq(n0,ns,ne) n=[ns:ne]; x=[(n-n0)>=0]; function [y,ny]=conv_m(x,nx,h,nh) ny1=nx(1)+nh(1); ny2=nx(length(x))+nh(length(h)); ny=[ny1:ny2]; y=conv(x,h); h=((0.9).^n).*stepseq(0,-5,50); subplot(3,1,1); stem(n,x,'filled'); axis([-5,50,0,2]); ylabel('X(n)'); subplot(3,1,2); stem(n,h,'filled');
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