《通信原理》随课实验—学习指导书

0.01
五、思考题 1、AM和DSB信号的功率谱的区别是什么？ 2、采用相干解调时，接收端的本地载波与发送载波同频不同相时，对解调性能 有何影响？ 六、提示： 1、 Matlab只能处理离散值，所以调制信号、载波、已调信号和解调信号都是用 离散序列表示的。 2、 载波信号频率fc应是调制信号频率fm五倍以上，否则解调时对低通滤波器的 要求太高。 3、 抽样频率fs应大于整个调制解调过程中出现的最高频率(为2fc+fm)的两倍， 但 为了使最后绘出的曲线较平滑，又不使对低通滤波器的要求过高，建议选择 抽样频率为载波频率的8～10倍。 4、 注意调制解调时的乘法为点乘：.*。 5、 低通滤波器用下面的函数实现：B=fir1(16,wc/pi) 16－滤波器阶数；wc－截止频率(数字域)；wc=1.5*2*pi*fm/fs；
8
fm：模拟截止频率(Hz)；fs：抽样频率(Hz) 该函数的返回值B即为FIR型LPF的系统函数的系数。 6、 用函数filter(B,1,x)实现对输入信号x进行滤波的功能，B是FIR滤波器的系统函 数的系数。 7、 采用FFT求信号频谱时，函数为fft(x, N)；x：时域信号；N：FFT的点数； 然后绘制图形，横坐标为[0:N-1]/N*fs，纵坐标为abs(fft(x,N))。 8、 绘制LBF的频率响应时，先求出其频率响应， 函数为：[h,w]=freqz(B, 1, N)； h：频率响应；w：数字角频率；B：LBF的系统函数的系数；N：频率响应的 点数；然后绘制图形，横坐标为w*fs/(2*pi)，纵坐标为20*log10(abs(h))。 9、 绘图窗口控制命令 figure(n)：新建一个绘图窗口，窗口序号为n，并激活该窗口；若已存在序号 为n的绘图窗口，则激活该窗口。 subplot(m,n,p)：将绘图窗口分割成m×n个子窗口，并在其中的第p个子窗口 中绘图。
四、仿真步骤和结果 1、 AM、DSB、SSB调制信号的时域波形和频谱图
假设基带信号 m(t ) cos 2 pi f m t ，载波 c(t ) cos 2 pi fc t ，fm=1kHz，
fc=10kHz。绘制基带信号、载波信号和已调信号的时域波形及其频谱。 1） 进行AM调制， s AM (t ) 1 m(t ) c(t ) 2） 进行DSB调制， sAM (t ) m(t ) c(t )
2）非均匀量化
A 律对数压缩特性具有如下关系，在国际标准中取 A=87.6。
1 Ax , 0≤ x≤ A 1 ln A y 1 1 ln Ax , ≤ x ≤1 1 ln A A
4.3 8 4.3 9
2、A 律 13 折线编码和译码方法。段落码可以参考如下的逐次反馈编码方法，也可以参照下 面的表格直接编码。 1）段落码的逐次反馈编码方法
采样样值和8级均匀量化后的样值 1 0.5 0 -0.5 -1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t(s) 量化误差 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 0.6 0.7 0.8 0.9 1
输入信号 采样样值 量化后样值
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5 t(s)
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1 1 ˆ (t ) cQ (t ) ， 3） 进行SSB调制， sSSB (t ) m(t ) c(t ) m m 2 2
ˆ (t ) sin 2 pi f m t 。 其中 cQ (t ) sin 2 pi f c t ， m
5
调制信号
400 200 0
400 200 0
0
5
10 f (kHz)
15
20
0
5
10 f (kHz)
15
20
SSB已调信号，上边带频谱
SSB已调信号，下边带频谱
400 200 0
400 200 0
0
5
10 f (kHz)
15
20
0
5
10 f (kHz)
15
20
2、 DSB信号的相干解调 将 DSB 已调信号与相干载波相乘; 设计低通滤波器， 将乘法器输出中的高频成分 滤除，得到解调信号，比较解调信号和原始的基带信号；
A律压缩后的信号 1 0 -1 0 0.1 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 t(s) A律压缩信号样值和 8级量化后的样值 0.3 0.4 0.9 1
解调乘法器输出信号频谱
200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
f (kHz) 解调器输出信号频谱
200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 f (kHz) 14 16 18 20 22
解调器输出信号
0.5 0 -0.5 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 t(s)
11
输入信号和量化信号 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t(s) 0.6 0.7 0.8 0.9 1
2）以32Hz的抽样频率对x(t)进行抽样，并进行8级均匀量化。绘出正弦波波形(用plot函数)、 样值图，量化后的样值图、量化误差图(后三个用stem函数)。
《通信原理》随课实验 学习指导
编制单位：通信学院通信工程系 编制人：通信原理课程组
1
前 言
一、实验课程的目的
《通信原理》随课实验通过 MATLAB 仿真工具来完成通信系统的完整设计并 验证其性能， 以帮助学生加深对通信原理中基本概念的理解，同时培养学生基本 的仿真能力和通过仿真研究通信理论的基本能力。
1 0.5 0 -0.5 -1 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 t(s)
载波
0.006
0.007
0.008
0.009
0.01
1 0.5 0 -0.5 -1 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 t(s) 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01
9
实验二
一、
1、 2、
信源编码和信道编码
教学目的：
理解A律13折线的编码方法。 理解量化级数、量化方法与量化信噪比的关系。理解非均匀量化的优点。
二、 理论基础 1、均匀量化和非均匀量化
1）均匀量化：把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。当输入信号为正弦 信号是，量化信噪比表示为
S N q 6.02n 1.76 (dB) dB
7
0.006
0.007
0.008
0.009
0.01
3、本地载波非相干时的DSB解调 假定相位偏移分别为
pi pi pi pi , , , ，绘制解调信号的波形. 8 4 3 2
解调器输出信号，解调载波相差/4
解调器输出信号，解调载波相差/8
0.5
0.5
0
0
-0.5
0
0.002 0.004 0.006 0.008 t(s)
0.01
-0.5
0
0.002 0.004 0.006 0.008 t (s)
解调器输出信号，解调载波相差/2
0.01
解调器输出信号，解调载波相差/3
0.5
0.5
0
0
-0.5
0
0.002 0.004 0.006 0.008 t (s)
0.01
-0.5
0
0.002 0.004 0.006 0.008 t (s)
0.01
2 0 -2 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 t(s) 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01
6
调制信号频谱
载波信号频谱
400 200 0
400 200 0
0
5
10 f (kHz)
15
20
0
5
10
f (kHz)
15
20
DSB已调信号频谱
AM已调信号频谱
二、实验课前的准备工作 1.预习好学习指导书， 明确实验目的及要求， 弄清仿真原理， 了解仿真步骤和注意事项， 做到对仿真实验有一个概略性的认识。 2.准备好实验指导书及对应的参考教材、纸张等，可以自带电脑。 三、遵守实验室的规章制度 1.实验前必须了解实验设备、仪器的性能及使用操作规程，否则不得操作。 2.严格按照规定，精心操作设备、仪器，如有损坏，按规定处理。 3.实验室内与本实验无关的仪器设备，一律不得动用。 4.在实验室内严守纪律，不得高声喧哗，保持室内整洁安静。 5.实验完毕后，用过的仪器设备均应放回原处，并整理清洁，经教师同意后方可离开。 四、实验报告要求 实验报告是对实验过程进行描述、对实验仿真步骤、实验数据和仿真图形进行整理、分 析并得出一定结论的书面文件。 学生在实验后必须按照要求， 整理仿真思路、 绘制仿真曲线、 分析实验结果，并撰写实验报告，完成学习指导书的思考题。 为了写好实验报告，应注意以下几点： 1.课堂完成的仿真记录应经实验指导教师过目签字。 课堂未完成内容应在课后完成， 并 反映在实验报告上。 2.实验报告的封面和内页应采用规定的模板，打印为纸质文档上交授课教师。 3.报告中应包含仿真内容、仿真图形、仿真分析和思考题。 4.实验报告应在实验完毕后，由课代表统一汇集交给老师。 《通信原理》课程群 2017 年 1 月
量化信噪比(dB)
50 40 30 20 10 0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
信号衰减 (dB)
2、A律压缩量化 1) 对信号 x(t ) cos 2 pi t 按A律进行压缩，然后以32Hz的抽样频率进行抽样，再进行8
13
级均匀量化。压扩参数A=87.6。绘出压缩前后的信号波形图(用plot函数)、样值图、量化后 的样值图(后两个用stem函数)。
3）以2000Hz对x(t)进行采样，改变量化级数，分别仿真得到编码位数为2～8位时的量化信噪 比，绘出量化信噪比随编码位数变化的曲线。另外绘出理论的量化信噪比曲线进行比较。
12
均匀量化信噪比随编码位数变化 50 仿真值 45 40 理论值
量化信噪比(dB)
35 30 25 20 15 10
2
3
4
2
3
目 录
实验一 实验二 实验三 实验四 模拟调制系统的仿真设计 信源编码和信道编码的仿真设计 数字信号基带传输的仿真设计 数字信号频带传输的仿真设计
附录: 1、 《通信原理》随课实验简介 2、 MATLAB 仿真的简单介绍
4
实验一
一、教学目的：
模拟调制系统的仿真设计
1、掌握模拟调制系统的调制和解调原理； 2、理解相干解调。 二、仿真内容： 1、画出AM、DSB、SSB调制信号的时域波形和频谱图。 2、完成DSB信号的调制和相干解调。 3、完成DSB信号本地载波同频不同相时的解调。 三、DS格 段落码 C 2 C 3 C 4 电平范围 000 0~16 001 16~32 010 32~64 011 64~128 100 128~256 101 256~512 110 512~1024 111 1024~2048
4） 段内码可以采用 floor 函数来得到。 三、 仿真内容 1、对抽样信号进行均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化 误差和量化信噪比。 2、对抽样信号进行A律压缩、均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真 获得量化误差和量化信噪比。 3、限失真信源编码：采用A律13折线编码 四、 仿真步骤 1、均匀量化 1) 产生一个周期的正弦波 x(t ) cos 2 pi t ，以1000Hz频率进行采样，并进行8级均匀 量化，用plot函数在同一张图上绘出原信号和量化后的信号。
DSB已调信号
2 0 -2 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 t (s) 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01
AM已调信号
2 0 -2 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 t(s)
调制信号
0.006
0.007
0.008
0.009
5 编码位数
6
7
8
4)在编码位数为8和12时采用均匀量化， 在输入信号衰减为0～50 dB时，以均匀间隔5 dB仿真 得到均匀量化的量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。注意，输入信号减小 时，量化范围不变；抽样频率为2000 Hz。
量化信噪比随信号衰减的变化情况
80 70 60
均匀量化 (8 bits) 均匀量化 (12 bits)