通信原理教程-使用MATLAB仿真与分析（第2版）讲义 -实验1、2 软件认识实验、单边带调制解调仿真设计实验

实验大纲开课学院：电气工程学院开课校区：犀浦开课实验（室）中心：电气工程实验中心课程名称：通信原理CourseName（英文名称）：Communicationprinciple课程代码：ELEC012112课程类别：专业基础课程性质：必修课程学分：3实验学分：0.5实验学时：16实验项目数：8（必开）适用学科专业:电子信息工程先修课程：信号与系统撰写人：向军 撰写日期：2024-8 审核人：一、实验简介本课程全面介绍模拟和数字通信的基本原理，使学生系统地掌握模拟和数字信息传输的基本原理、数字和模拟通信系统中采用的基本调制技术，掌握调制信号和各种已调信号的时域和频域分析方法，掌握模拟信号的数字化和数字基带传输技术，了解信息传输过程的主要技术问题及其分析方法，了解通信系统的主要技术指标及相关概念。通过课程实验，培养学生理论联系实际的能力，巩固和加深对理论知识的理解，掌握基本的通信理论和调制解调技术，训练通信和信息传输系统的分析和综合能力，培养分析和解决实际问题的能力以及协同合作的实践能力。二、实验教学任务及要求实验教学是以培养学生掌握基本实验技能、强化动手和解决问题的能力、树立科学严谨的思维与态度作为基本任务。学生应基于实验中心实验教学管理系统预习有关实验内容、认真参加实验并遵守实验室相关规定，要求学生认真完成每一个实验过程，熟悉MATLAB的功能和使用方法，掌握实验数据观测和分析的基本方法和技能。由指导教师讲清实验的基本要求及安全事项，由学生独立操作完成；每个实验小组1人，每个实验项目1讲（2节课）；熟悉MATLAB/Simulink的功能和使用方法；能结合理论教学内容建立仿真模型，并对基本的调制解调过程及其性能进行仿真分析；能准确完整观测实验数据，分析绘制相关波形和频谱；能独立整理分析实验数据，规范、清晰、完整地完成实验报告。三、考核方式实验成绩占课程总成绩20%，实验总评成绩由以下3部分组成：出勤及课堂表现（20%）：根据出勤和课堂讨论进行评定，满分20分，缺勤3次及以上计0分；实验报告（60%）：每项实验报告根据评分标准进行评定，共8次，最后取平均分，满分60分；期终测验（20%）：根据测验题目考察学生平时完成实验的情况，由测验评分标准评定，满分20分。四、实验教材/讲义教材/讲义名称编者出版社出版（编写）时间教材/讲义通信原理实用教程——使用MTALAB仿真与分析向军清华大学出版社2022.6教材五、实验内容安排和具体要求（一）教学内容及要求1.软件认识实验：（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

验证性

（5）必开/选开：

必做（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好MATLAB软件及相关工具箱1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：利用MATLAB相关图符搭建一个基本的锁相环路仿真模型，仿真运行后观察各点信号的时间波形和频谱。通过实验，了解MATLAB软件的基本用法，了解Simulink通信工具箱和DSP系统工具箱中的常用模块。2.单边带调制解调仿真设计实验：（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

综合性

（5）必开/选开：

必做（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好MATLAB软件及相关工具箱1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：根据滤波法实现单边带调制的原理，在Simulink中搭建单边带调制仿真及相干解调的仿真模型，观察调制和解调器各点信号的时间波形和频谱，并对单边带调制传输系统的抗噪声性能进行仿真分析。通过实验，掌握在MATLAB中搭建模拟幅度调制解调仿真模型的基本方法，能够熟练使用接收计算器观察和分析仿真结果。3.模拟调频传输系统仿真设计实验：（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

综合性

（5）必开/选开：

必做（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好MATLAB软件及相关工具箱1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：利用Simulink通信工具箱中的相关模块搭建仿真模型，观察FM信号的时间波形和带宽，并对FM信号的非相干解调过程进行仿真分析。通过实验，掌握MATLAB软件中搭建FM调制解调仿真模型的基本方法，熟悉模拟调幅和调频传输性能上的区别。4.均匀量化编译码仿真设计实验：（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

综合性

（5）必开/选开：必做（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好MATLAB软件及相关工具箱1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：搭建一个简单的数字化传输系统仿真模型，对抽样、均匀量化和线性编译码过程进行仿真。通过仿真运行，对实验波形和结果数据进行分析比较。5.PCM编译码仿真设计实验：（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

综合性

（5）必开/选开：

必做（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好MATLAB软件及相关工具箱1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：搭建低通抽样、A律13折线近似非均匀量化和非线性PCM编译码传输系统模型。通过对仿真波形观察和数据分析，熟悉PCM编译码传输的过程和特点。6.数字基带信号编译码仿真设计实验：（1）项目代码： （2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

综合性

（5）必开/选开：必做（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好MATLAB软件及相关工具箱1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：搭建仿真模型，产生任意占空比的单极性归零码和AMI码基带信号，并对其性能进行分析比较。通过实验，掌握常用的各种数字基带信号编译码规则及其特性。7.数字基带传输系统仿真及眼图观察实验：（1）项目代码：

（2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

综合性

（5）必开/选开：

必做（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好MATLAB软件及相关工具箱1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：通过实验仿真分析，了解数字基带传输系统的基本组成及传输过程；掌握码间串扰和噪声对数字基带传输的影响；学会用眼图分析和评价数字基带传输系统的性能。8.2DPSK调制解调仿真设计实验：（1）项目代码： （2）实验学时：

2.0

（3）每组人数：

1（4）项目类型：

综合性

（5）必开/选开：必做（6）设备名称及台套数：序号设备名称型号规格台套数1电脑安装好MATLAB软件及相关工具箱1（7）主要耗材：序号耗材名称型号规格备注1鼠标键盘等无1（8）实验内容简介：通过仿真模型的搭建和运行结果分析，熟悉DPSK传输的基本原理和特点，掌握各种基本的二进制数字调制解调原理和性能特点。（二）自学内容和要求1、实验前预习理论课程教材中的相关内容；2、预习实验讲义（课程教材中的相关章节），熟悉实验的目的、基本原理及实验步骤，了解实验报告需要完成的内容。实验1软件认识实验一、实验目的1.了解MATLAB的基本功能及用法。2.掌握MATLAB编程进行信号与系统仿真分析的基本方法。3.掌握Simulink模型仿真的基本步骤和方法。二、实验内容搭建如图1-1所示仿真模型，运行后观察分析各信号的时间波形和功率谱。图1-1实验1模型三、实验步骤1.实验预习（1）安装好MATLAB软件，并结合教材1.4节，了解MATLAB软件的基本功能和Simulink系统建模仿真的基本方法；（2）预习教材2.6节，熟悉Simulink中Scope（示波器）和SpectrumAnalyzer（谱分析仪）模块的基本使用和操作；（3）借助MATLAB帮助文档，了解Simulink基本模块的使用及参数设置；（4）在Simulink窗口中打开库浏览器，在其中搜索查找图1-1模型中的各模块，了解其所在的子库位置；（5）借助MATLAB帮助文档，了解图1-1中各模块的功能、使用方法及参数设置。2.进入Simulink模型编辑器窗口，搭建图1-1所示模型，其中各主要模块的参数设置如下：SineWave模块：产生幅度为1V、频率为100Hz的正弦波，采样间隔设为0.1ms;DigitalFilterDesign模块：最小阶巴特沃斯低通滤波器，通带和阻带截止频率分别为50Hz和60Hz，通带和阻带衰减分别为0.1dB和50dB。Relay模块：“开启点”和“关闭点”参数设为默认值eps。3.分别设置Relay模块打开和关闭时的输出为1和1、1和0、1和-1，由示波器观察3种情况下模型中各信号的时间波形，比较其区别。4.观察上述3种情况下x(t)和滤波器输出信号功率谱的区别。提示：在观察时间波形和功率谱时，必须结合理论知识对图形做适当缩放，以便观察期望的结论！5.根据功率谱分析验证步骤（5）中3种情况下的时间波形。四、实验报告1.时间波形分析对步骤3中3种情况下的时间波形进行分析2.功率谱分析对步骤4中各信号的功率谱进行分析，并据此验证对应的时间时间波形。3.实验收获和体会总结实验过程中的收获体会、培养的能力、达到的教学效果、……

实验2单边带调制解调仿真设计实验一、实验目的1.熟悉单边带调制解调的基本原理及性能。2.掌握利用Simulink模型实现单边带调制解调过程仿真的基本方法。3.掌握Simulink模型中信号和噪声功率及信噪比测量的基本方法。二、实验内容搭建如图2-1所示Simulink模型，实现任意基带信号的USB和LSB调制及解调过程仿真及解调器输入输出信噪比的测量。图2-1实验2模型三、实验步骤1.实验预习（1）复习DSB和SSB调制解调的基本原理及系统组成；（2）调试教材例3-14，观察分析运行结果。2.搭建图2-1所示模型，其中RandomIntegerGenerator模块产生速率为100baud的8进制随机整数，经过21阶巴特沃斯带通滤波后（阻带衰减80dB）得到频率范围为50~100Hz的模拟信号，作为基带信号。3.根据原理设计其中的调制和解调子系统，并根据实验内容中的数据，分析确定各模块的参数。4.运行模型，观察分析比较USB和LSB信号的时间波形和频谱，观察解调结果是否正确。5.参考教材例3-14，添加模块和子系统，实现USB解调输入输