通信原理大型实验课程设计实验报告

通信原理⼤型实验课程设计实验报告
通信原理⼤型实验课程设计实验报告
实验⼀基于A律⼗三折和u律⼗五折的PCM编解码
设计要求：
1、掌握Matlab的使⽤，掌握Simulink中建⽴通信模型的⽅法。

2、了解PCM编码的原理及在Simulink中的具体实现模块。

3、掌握如何观察⽰波器，来分析仿真模型的误差
实验内容：
1、设计⼀个A律13折线近似的PCM编解码器模型，能够对取值在[-1;1] 内的归⼀化信号样值进⾏编码。

建⽴PCM串⾏传输模型，并在传输信道中加⼊指定错误概率的随机误码。

在解码端信道输出的码流经过串并转换后送⼊PCM解码，之后输出解码结果并显⽰波形。

仿真采样率必须是仿真模型中最⾼信号速率的整数倍，这⾥模型中信道传输速率最⾼，为64kbps，故设置仿真步进为1/64000 秒。

信道错误⽐特率设为0.01，以观察信道误码对PCM传输的影响。

仿真结果波形如图所⽰，传输信号为幅度是1，频率是200Hz正弦波，解码输出存在延迟。

2、设信道是⽆噪的。

压缩扩张⽅式为u 律的，参数u=255 。

试研究输⼊信号电平与PCM量化信噪⽐之间的关系。

以正弦波作为测试信号。

PCM解码输出信号与原信号相减得出量化噪声信号，采⽤⽅差统计模块统计输出量化噪声以及原信号的功率，计算出信噪⽐。

其中参数mu设置为255。

实验结果：
1、PCM编解码的原理
将模拟信号的抽样量化值变换成为代码称为脉冲编码调制（PCM）
2、A律编码⽅式的原理
⾮均匀量化等价为对输⼊信号进⾏动态范围压缩后再进⾏均匀量化。

PCM编码模块：
PCM解码模块：
仿真模型：
主要参数设置：“Saturation”作为限幅器，将输⼊信号幅度值限制在PCM编码的定义范围内[-1,1]；“Relay”模块的门限设置为0；零阶保持器采样时间间隔为1秒，量化器模
块“Quantizer”的量化间隔为1。

可见，发送信号为常数18.6时，零阶保持器每隔1秒钟采样⼀次，量化器将采样输出结果进⾏四舍五⼊量化，得到整数值19，“Integer to Bit Converter”模块的转换⽐特数设置为8，进⾏8⽐特转换。

Look-Up Table”查表模块可以实现对13段折线近似的压缩扩张计算的建模，其中，压缩模块的输⼊值向量设置为[-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1] 输出值向量设置为[-1:1/8:1]
⽰波器结果：
3、U律编码⽅式的原理
同A律⼀样也是⾮均匀量化。

PCM编码器：
PCM解码器：
仿真模型：
主要参数设置：参数mu设置为255；压缩模块的输⼊值向量设置为[-1:1/8:1]输出值向量设置为[-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1]⽰波器结果：
实验⼆模拟通信系统的建模仿真
⼀、设计要求：
试对中波调幅⼴播传输系统进⾏仿真，模型参数指标参照实际系统设置。

1.基带信号：⾳频，最⼤幅度为1。

基带测试信号频率在100Hz到6000Hz内可调。

2.载波：给定幅度的正弦波，为简单起见初相位设为0，频率为550KHz到1605KHz可调。

3.接收机选频滤波器带宽为12KHz，中⼼频率为1000KHz。

4.在信道中加⼊噪声。

当调制度为0.3时，设计接收机选频滤波器输出信噪⽐为20dB，要求计
算信道中应该加⼊噪声的⽅差，并能够测量接收机选频滤波器实际输出信噪⽐。

⼆、实验内容：
1、以第⼀题为传输模型，在不同输⼊信噪⽐条件下仿真测量包络检波解调和同步相⼲解调对调
幅波的解调输出信噪⽐，观察包络检波解调的门限效应。

2、为了得出解调性能曲线，编写Matlab脚本程序，在若⼲信道信噪⽐条件下并执⾏仿真并记录
结果，最后绘出性能曲线。

三、实验要求及结果：
仿真模型：
参数设置：零阶保持器采样时间间隔、噪声源采样时间间隔均设置为6.23e-8；基带信号为幅度是0.3的1000hz正弦波，载波为幅度是1的1MHz的正弦波。

⽤Random Number模型产⽣零均值⽅差等于3.4945的噪声样值序列，并⽤加法器实现AWGN信道；带通滤波器⽤Analog Filter Design模块实现，可设置为2阶带通的，带通为2*pi*(1e6-6e3)~ 2*pi*
(1e6+6e3)。

⽰波器结果：
调幅的包络检波和相⼲解调性能仿真⽐较：
⼦模块：
参数设置：两个带通滤波器参数相同，其中⼼频率为1000Hz，带宽为200Hz；两个带阻滤波器参数相同，其中⼼频率为1000Hz，带宽为200Hz；Workspace模块设置将仿真结果送⼊⼯作空间，变量名为SNR_out，含有2个元素，即两个解调输出信号的检测信噪⽐。

仿真模型：
参数设置：Saturation模块的上下门限分别设置为inf和0.
⽰波器结果：
SNR_in_dB=-10:2:30;
SNR_in=10.^(SNR_in_dB./10);%信道噪⽐
m_a=0.3;%调制度
P=0.5+(m_a^2)/4;%信号功率
for k=1:length(SNR_in)
sigma2=P/SNR_in(k);%计算信道噪声⽅差并送
⼊仿真模型
sim('ii.mdl');%执⾏仿真
SNRdemod(k,:)=SNR_out;%记录仿真结果
end
plot(SNR_in_dB,SNRdemod);
xlabel('输⼊信噪⽐db');
ylabel('解调输出信噪⽐');
legend('包络检波','相⼲解调');
实验三数字信号载波传输系统的设计与仿真
⼀、实验原理：
⼆、实验内容：
⼀、根据2ASK调制信号产⽣的原理，进⾏2ASK调制信号的⽣成，同时对⽣成的信号进⾏解调观察原始数字信号和解调之后信号的波形。

1、所采⽤的正弦载波是幅度为2，频率为4Hz，采样周期为0.002的信号。

2、伯努利⼆进制随机数产⽣器参数设置默认
3、带通滤波器参数：带通范围为2-7HZ设置依据：载波频率为4HZ，⽽基带号带宽为1HZ，考虑到滤波器的边沿缓降，故设置为2-7HZ。

4、低通滤波器参数设置：截⽌频率为1HZ（设置依据：⼆进制序列的带宽为1HZ，
故取1HZ。

）
5、信道参数设置：信噪⽐分别设为90、60、30
⼆、根据2ASK调制信号产⽣的原理，进⾏2FSK调制信号的⽣成，同时对⽣成的信号进⾏解调观察原始数字信号和解调之后信号的波形，使两者波形尽量接近⼀致。

1、正弦载波1是幅度为2，频率为5Hz；正弦载波2是幅度为2，频率为25Hz
2、信道参数设置：信噪⽐分别设为90、60、30
3、相关带通滤波器的参数设置情况与2ASK类似，低通滤波器参数设置情况与2ASK⼤体⼀样
2ASK调制与解调仿真模型:
参数设置：正弦载波是幅度为2，频率为4Hz，采样周期为0.002的信号。

带通滤波器参数：带通范围为2-7HZ；低通滤波器参数设置：截⽌频率为1HZ；信道参数设置：信噪⽐分别设为90、60、30；
量化器参数设置为：[0.5][0 1]
⽰波器显⽰结果:
2FSK调制与解调
⽰波器显⽰结果：
三、根据2ASK调制信号产⽣的原理，进⾏2PSK调制信号的⽣成，同时对⽣成的信号进⾏解调观察原始数字信号和解调之后信号的波形，使两者波形尽量接近⼀致。

1、正弦载波1是幅度为2，频率为5Hz；正弦载波2是幅度为-2，频率为5Hz
2、信道参数设置：信噪⽐分别设为90、60、30
3、相关带通滤波器的参数设置情况与2FSK类似，低通滤波器参数设置情况与2FSK⼤体⼀样
⽰波器显⽰结果：
四、⽤现有的SIMULINK仿真模块仿真2FSK、2PSK、2DPSK的调制与解调传输系统。

1、随机信号（Random Interger）的采样时间为1/10000s，
2、调制器频率间隔（Frequency separation）为24000HZ，每符号采样数（sample per symbol）为2，其误码率为0，现要求仿真以下信道下，使其误码率越⼩越好，分别加⼊以下信道
（1）加⼊⾼斯⽩噪声信道：信噪⽐分别为30、60、90 （2）加⼊多径瑞利衰弱信道
3、完成2PSK和2DPSK的调制与解调，要求相位偏移为pi,信道采⽤多径瑞利衰弱信道，随机信号（Random Interger）的采样时间为1/10000s。

2FSK模块调制与解调:
⽰波器显⽰结果：
2PSK和2DPSK的调制与解调
⽰波器显⽰结果：
五、进⾏多进制数字调制与解调：8PSK调制与解调、16AQM调制与解调
1、进制数（M-ary number）此处设置为8进制，采样时间设置为1/1000
2、随机整数0到7转换为3⽐特⼆进制组后送⼊8PSK基带调制器
3、信道中加⼊⾼斯噪声⽅差为0.02----0.5之间看其相应误码率情况，
并写出分析结果
4、数据映射⽅式（constellation ordering ）设置可以为普通⼆进制(bit)⽅式或格雷码（Gray）⽅式，⽐较采⽤这两种⽅式的性能
5、相对横轴的⾓度偏移量为pi/8
6、输出类型（output type）为⼆进制（bit），若输出类型改为⼗进制（integer），模型将如何修改。

7、进⾏16QAM调制与解调，采样时间设置为1/1000，信道中加⼊⾼斯噪声⽅差为0.02，
8PSK传输系统测试模型:
⽰波器显⽰结果：
⽅差为0.1
Bit
Gray
分析：⼆进制码和格雷码的显⽰结果，同样的点集中的位置不同。

⽅差为0.3
分析：⽅差为0.1时误码率为0.05154，⽅差为0.3时误码率为0.1887，⽅差越⼤误码率也越⼤。

输出类型改为⼗进制:
⽰波器显⽰结果：
QAM传输模型仿真:
⽰波器显⽰结果：
16-PSK传输模型仿真:
分析：在同样的⽅差下QAM 产的误码率⽐16-PSK 产⽣的误码率⼩实验⼼得体会:
经过本次通信原理课程设计的学习让我受益菲浅。

在通信原理实验课即将结束之时，我对在这两周来的学习进⾏了总结，总结这⼀周来的收获与不⾜。

取之长、补之短，在今后的学习和⼯作中有所受⽤。

⼀、让我养成了课后复习的好习惯。

经过这⼀周，让我深深的懂得课后复习的重要。

只有在课前进⾏了认真的预习，才能在课上更好的学习，收获的更多、掌握的更多。

⼆、培养了我的动⼿能⼒。

“实验就是为了让你动⼿做，去探索⼀些你未知的或是你尚不是深刻理解的东西。

”每个步骤我都亲⾃去做，不放弃每次锻炼的机会。

经过这两周，让我的动⼿能⼒有了明显的提⾼。

三、让我在探索中求得真知。

对于⼀个知识尚浅、探索能⼒还不够的⼈来说，这些探索也⾮⼀件易事。

通信原理实验都是⼀些经典的给⼈类带来了难以想象的便利与财富。

对于这些实验，我在探索中学习、在模仿中理解、在实践中掌握。

通信原理实验让我慢慢开始“摸着⽯头过河”。

学习就是为了能⾃我学习，这正是实验课的核⼼，它让我在探索、⾃我学习中获得知识。

四、教会了我处理数据的能⼒。

实验就有数据，有数据就得处理，这些数据处理的是否得当将直接影响你的实验成功与否。

经过这⼀周，我学会了图像法等处理数据的⽅法，让我对其它课程的学习也是得⼼应⼿。

经过这⼀周的通信原理实验课的学习，让我收获多多。

但在这中间，我也发现了我存在的很多不⾜。

我的动⼿能⼒还不够强，当有些实验需要很强的动⼿能⼒时我还不能从容应对；我的探索⽅式还有待改善，当⾯对⼀些复杂的实验时我还不能很快很好的完成；我的数据处理能⼒还得提⾼，当眼前摆着⼀⼤堆复杂数据时我处理的⽅式及能⼒还不⾜，不能⽤最佳的处理⼿段使实验误差减⼩到最⼩程度
总之，通信原理课程设计让我收获颇丰，同时也让我发现了⾃⾝的不⾜。

在实验课上学得的，我将发挥到其它中去，也将在今后的学习和⼯作中不断提⾼、完善；在此间发现的不⾜，我将努⼒改善，通过学习、实践等⽅式不断提⾼。