通信原理实验

实验一MATLAB程序设计与仿真一实验目的1、在理论学习的基础上，通过实验学会Matlab软件的基本用法。2、运用Matlab程序进行编程实现基本波形的输出。3、通过自我拓展练习，进一步熟悉Matlab软件的用法。二实验仪器计算机，Matlab仿真软件；三实验要求1、掌握Matlab软件的基本用法2、运用Matlab程序进行编程实现基本波形的输出。四实验原理1.单位脉冲序列它与模拟信号中的单位冲激信号δ（ｔ）类似，但δ（ｔ）在ｔ＝0处的值为∞，只是其积分（面积）为１，是不可实现的数学极限，并非任何现实的信号。而离散时间系统中的δ（ｎ）在ｎ＝0处值为１，δ（ｎ）是可实现的。2．单位阶跃序列ｕ（ｎ）单位阶跃序列ｕ（ｎ）定义为它类似于模拟信号中的单位阶跃信号ｕ（ｔ），但在ｎ＝0处有确定的取值ｕ（0）＝１。3正弦波正弦型函数解析式：y=Asin(ωx+φ)+b各常数值对函数图像的影响：φ：决定波形与X轴位置关系或横向移动距离（左加右减）ω：决定周期（最小正周期T=2π/∣ω∣）A：决定峰值（即纵向拉伸压缩的倍数）4矩形波方波是一种非正弦曲线的波形，通常会与电子和讯号处理时出现。理想方波只有“高”和“低”这两个值。电流或电压的波形为矩形的信号即为矩形波信号，高电平在一个波形周期内占有的时间比值称为占空比，占空比为50%的矩形波称之为方波。方波有低电平为零与为负之分，必要时，可加以说明“低电平为零”、“低电平为负”。五实验内容和步骤1.单位脉冲序列n=0:49;x=zeros(1,50);x(2)=1;closeall;stem(n,x);title('单位采用信号序列')2．单位阶跃序列ｕ(n)n=0:49;x=ones(1,50);closeall;stem(n,x);title('单位采用信号序列')3正弦波a=0:0.01:10;y=sin(a.*pi);plot(a,y);4矩形波t=linspace(0,10.*pi,100);y=square(t);plot(t,y);axis([010*pi-1.51.5]);gridon;5三角波六、实验报告与分析按照实验报告规范完成实验报告，其主要内容与要求包括：1、基本框架完整；2、对所记录的实验数据的整理、分析与相应的结论；3、实验过程中与实验技术相关的心得与体会；4、完成实验讲义后面的思考题；5、实验报告完成后，按照从上到下实验报告、实验记录、预习报告的顺序装订，下次实验时呈交给老师。MATLAB仿真：1、单位脉冲序列2、单位阶跃序列3、正弦波4、矩形波5、三角波6、课外拓展实验二信道与噪声仿真一实验目的1、在理论学习的基础上，通过实验学会Matlab软件的基本用法。2、运用Matlab程序进行编程实现噪声的仿真3、通过自我拓展练习，进一步熟悉Matlab软件的用法。二实验仪器计算机，Matlab仿真软件；三实验要求1、掌握Matlab软件的基本用法2、运用Matlab程序进行编程实现基本波形的输出。四实验原理1.正弦波信号、方波、三角波和白噪声正弦（sine），数学术语，在直角三角形中，任意一锐角∠A的对边与斜边的比叫做∠A的正弦，记作sinA（由英语sine一词简写得来），即sinA=∠A的对边/斜边。方波是一种非正弦曲线的波形，通常会与电子和讯号处理时出现。理想方波只有“高”和“低”这两个值。电流或电压的波形为矩形的信号即为矩形波信号，高电平在一个波形周期内占有的时间比值称为占空比，占空比为50%的矩形波称之为方波。方波有低电平为零与为负之分，必要时，可加以说明“低电平为零”、“低电平为负”。三角波(TriangularWave)也称锯齿波，是指主要用在CRT作显示器件的扫描电路中的波形。如示波器,显像管,显示器等.CRT是由许多点组成的.要形成光栅就要有电子束轰击这些发光点.扫描电路分水平和垂直扫描两种.可以一行或一帧的对CRT进行扫描.电子束从第一行或帧的一端开始扫到另一端,马上返回扫第二行或第二帧.......三角波的特点是电压渐渐增大突然降到零.正好适合用于扫描电路中.白噪声序列，是指白噪声过程的样本实称，简称白噪声。随机变量X（t）（t=1，2，3……），如果是由一个不相关的随机变量的序列构成的，即对于所有S不等于T，随机变量Xt和Xs的协方差为零，则称其为纯随机过程。对于一个纯随机过程来说，若其期望为0，方差为常数，则称之为白噪声过程。如果一个噪声，它的瞬时值服从高斯分布，而它的功率谱密度又是均匀分布的，则称它为高斯白噪声。五实验内容和步骤n=0:10000;m=sin(pi*0.001*n);y=0.2*randn(1,10001);k=m+y;subplot(3,1,1)plot(y);Y=fft(y,20481);Pyy=Y.*conj(Y)/20480;f=(0:20480)/20480;subplot(3,1,2)plot(f,Pyy(1:20481));subplot(3,1,3)plot(hist(y,30));图一高斯白噪声1信号，2功率谱，3强度分布正弦波加弱噪声1信号，2功率谱，3强度分布正弦波加噪声1信号，2功率谱，3强度分布，4滤波后结果方波加噪声1信号，2功率谱，3强度分布，4滤波后结果三角波加噪声1信号，2功率谱，3强度分布，4滤波后结果六、实验报告与分析按照实验报告规范完成实验报告，其主要内容与要求包括：1、基本框架完整；2、对所记录的实验数据的整理、分析与相应的结论；3、实验过程中与实验技术相关的心得与体会；4、完成实验讲义后面的思考题；5、实验报告完成后，按照从上到下实验报告、实验记录、预习报告的顺序装订，下次实验时呈交给老师。MATLAB仿真：一、高斯白噪声二、正弦波加弱噪声三、正弦波加噪声四、方波加噪声五、三角波加噪声实验三模拟调制解调（AM）仿真实验一、实验目的1、掌握用MATLAB的Simulink实现全载波调幅（AM）调制和解调的方法。2、研究已调波与调制信号以及载波信号的关系。3、熟悉MATLAB的Simulink的用法。二、实验内容1、模拟调制实验仿真AM2、模拟解调实验仿真AM三、实验的原理AM调制四、实验调制解调模型的建立五、参数的设置模块名称参数名称参数取值Sinewave1(调制信号)Frequency5Sinewave2(调制载波)Frequency100解调载波Frequency100Constant(A0)Constantvalue2AnalogfilterdesignDesignmethodbutterworthFiltertypelowpassFilterorder7Passbandedgefrequency48六、实验数据DSB模块名称参数名称参数取值SinewaveFrequency5Sinewave1Frequency60Sinewave2Frequency60AnalogfilterdesignDesignmethodbutterworthFiltertypelowpassFilterorder7Passbandedgefrequency45MATLAB仿真：实验四基于MATLAB/Simulink的ASK频带传输系统仿真与性能分析实验目的通过设计基于MATLAB/Simulink的ASK频带传输系统仿真与性能分析，让我深入理解和掌握二进制数字调制通信系统的各个关键环节，包括调制、解调、滤波、传输、噪声对通信质量的影响等。在数字信号处理实验课的基础上更加深入的掌握数字滤波器的设计原理及实现方法。使学生对系统各关键点的信号波形及频谱有深刻的认识。在进行了专业基础课和《通信原理》课程教学的基础上，设计或分析一个简单的通信系统，有助于加深对通信系统原理及组成的理解。设计平台MATLAB是美国MathWorks公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件，是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。它集图示和精确计算于一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其他需要进行复杂数值计算的领域得到广泛应用。它不仅是一个在各类工程设计中便于使用的计算工具，而且也是一个在数学、数值分析和工程计算等课程教学中的优秀的教学工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各类工业应用中更有不俗的表现。MATLAB可以在几乎所有的PC机和大型计算机上运行，适用于Windows、UNIX等各种系统平台[1]。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink[2]。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。模型化图形输入是指Simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析[3]。2基本原理2.1Simulink工作环境（1）模型库在MATLAB命令窗口输入“Simulink”并回车，就可进入Simulink模型库单击或工具栏上的按钮也可进入。Simulik模块库按功能进行分为以下8类子库：Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。Simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构Simulink子模型库中包含了Continous、Discontinus等下一级模型库Continous模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。图2-1Simulink工具箱（2）设计仿真模型在MATLAB子窗口或Simulink模型库的菜单栏依次选择“File”|“New”|“Model”，即可生成空白仿真模型窗口图2-2新建仿真模型窗口（3）运行仿真两种方式分别是菜单方式和命令行方式，菜单方式：在菜单栏中依次选择Simulation|Start或在工具栏上单击。命令行方式：输入“sim”启动仿真进程比较这两种不同的运行方式：菜单方式的优点在于交互性，通过设置示波器或显示模块即可在仿真过程中观察输出信号。命令行方式启动模型后，不能观察仿真进程，但仍可通过显示模块观察输出，适用于批处理方式[4]。2.2二进制振幅键控原理（2ASK）数字幅度调制又称幅度键控（ASK），二进制幅度键控记作2ASK。2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。2ASK信号可表示为twtsteccos)()(0（2-1）式中，cw为载波角频率，s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列)()(bnnnTtgats（2-2）其中，g(t)是持续时间bT、