通信原理教程-使用MATLAB仿真与分析（第2版）讲义- 实验3-8 模拟调频传输系统仿真设计实验-2DPSK调制解调仿真设计实验

实验3模拟调频传输系统仿真设计实验一、实验目的1.熟悉模拟调频及解调的基本原理及性能。2.掌握利用Simulink模型实现调频传输系统仿真和性能分析的基本方法。二、实验内容搭建如图3-1所示Simulink模型，实现FM信号特性分析及调制解调过程观察。模型中，RandomIntegerGenerator和带通滤波器产生随机基带信号，再利用FMModulatorPassband模块实现调制得到FM信号，利用FMDeodulatorPassband模块实现解调。图3-1实验3模型三、实验步骤1.实验预习（1）复习FM调制解调的基本原理；（2）预习教材3.6.3节，并借助MATLAB帮助文档，熟悉FMModulatorPassband和FMDeodulatorPassband模块的功能、用法及参数设置；（3）调试教材例3-16，了解基带调制和带通调制的基本概念。2.搭建图3-1所示模型，模型中各模块的参数按图3-2进行设置。3.根据上述参数设置，分析基带信号是什么信号，计算FM信号的调频指数和带宽。4.仿真运行，观察各信号的时间波形，并观察解调输出是否正确。5.观察基带信号和FM信号的频谱，注意将谱分析仪模块设置为观测RMS。6.由谱分析仪确定FM信号的带宽，并与理论计算结果（卡森公式）进行比较。图3-2各模块参数设置7.修改各模块的参数，观察分析FM信号的带宽变化：（1）RandomIntegerGenerator模块的Setsize参数修改为4；（2）带通滤波器的通带频率2和阻带频率2分别修改为400Hz和410Hz，同时注意调节Setsize参数，使得基带信号的最大幅度保持不变；（3）调制器模块的Frequencydeviation修改为400。四、实验报告1.FM时间波形和频谱分析对步骤4~6中的观测结果进行总结分析。2.模块参数对FM信号带宽的影响列表总结步骤7中观测到的FM信号带宽，并对观测结果进行理论分析，总结各模块参数对FM信号带宽的影响。3.实验收获和体会

实验4均匀量化编译码仿真设计实验一、实验目的1.熟悉模拟信号抽样量化编码过程的基本原理和性能。2.掌握利用Simulink模型实现模拟信号数字化过程的仿真及性能分析。二、实验内容搭建如图4-1所示Simulink模型，实现模拟信号的抽样量化编译码、译码和重构，并添加模块实现量化信噪比的测量。（a）顶层模型（b）抽样量化编码子系统（c）译码和重构子系统图4-1实验4模型三、实验步骤1.实验预习（1）复习模拟信号的抽样、量化和编码的基本概念及量化信噪比；（2）调试教材例4-10，熟悉其中的主要模块及其参数设置方法。2.搭建图4-1所示模型，其中各主要模块的参数设置如表4-1所示。3.设置适当的仿真运行时间，观察模拟信号各抽样时刻的幅度及对应的编码输出，观察重构输出波形是否有失真。表4-1模块参数设置模块参数功能及说明UniformRandomNumber最小值：-1最大值：1采样时间：0.01产生均匀分布的随机整数序列AnalogFilterDesignDesignmethod：ButterworthFiltertype：LowpassFilterorder：8Passbandedgefrequency：200*pi对整数序列滤波后得到均匀分布的随机模拟信号Zero-OrderHold采样时间：1e-3模拟信号的抽样UniformEncoderPeak：1Bits：4Outputtype：Unsignedinteger均匀量化编码UniformDecoderPeak：1Bits：4Outputtype：double均匀量化译码IntegertoBitConverter、BittoIntegerConverter每个整数的位数：4将输入值视为：Unsigned输出位顺序：MSB有限编码输出整数<->二进制编码BufferOuntputbuffersize：1并/串转换Buffer1Ountputbuffersize：4串/并转换4.参考教材例4-10，搭建量化信噪比测量子系统，实现上述模拟信号的抽样量化，并测量最大量化信噪比。5.修改模型中相关模块的参数，观测量化编码位数分别为6、8、12时的量化信噪比。6.观测不同编码位数时编码输出代码序列的码元速率。四、实验报告1.抽样量化编码过程仿真总结步骤3的观察结果，病症各信号时间波形进行分析。2.量化信噪比的测量列表总结步骤5的观测结果，并归纳总结量化信噪比与编码位数之间的关系。3.编码输出码元速率对步骤6的观测结果进行理论计算和分析验证。4.实验收获和体会

实验5PCM编译码仿真设计实验一、实验目的1.熟悉PCM编码的基本原理、A律13折线近似编译码方法。2.掌握实现A律13折线近似PCM编译码的程序编制方法。二、实验内容编制MATLAB程序，实现PCM编码和译码，观察和分析运行结果。下面对编写MATLAB程序的基本原理做一个简要介绍。PCM编码是针对A律压缩特性非均匀量化的一种折叠码编码，其基本过程是：先对抽样值进行A=87.5的A律压缩，再对其进行8位均匀量化折叠码编码。1.压缩特性编码之前，首先需要确定量化范围-M~+M，然后将抽样值相对于量化范围进行归一化，并根据归一化值进行A律压缩，再去归一化得到压缩后的抽样值电平。也可以将教材式（4-12）的压缩特性先去归一化，然后对抽样值直接进行压缩。压缩过程可以编写为一个MATLAB函数。2.均匀量化编码对抽样值的压缩输出进行8位均匀量化折叠码编码。对折叠码编码，应该对压缩输出取绝对值后进行7位均匀量化编码，得到段落码和段内码，再和极性码拼接得到8位编码。（1）7位均匀量化编码取绝对值后，压缩输出的电平位于0~+M范围内，将该范围等分为27个量化区间。均匀量化编码时，只需要确定压缩器输出位于哪个量化区间，量化区间的序号即为十进制形式的编码输出。（2）极性码根据原始抽样值的正负确定极性码p=0或1,。对十进制整数形式的编码，只需要再将其叠加上p´27=128即可。（3）二进制编码输出根据上述步骤得到的PCM编码为十进制整数，再调用MATLAB中的内置函数int2bit()即可转换为二进制代码序列，从而得到PCM编码。上述均匀量化编码过程可以编写为另外一个MATLAB函数。三、实验步骤1.实验预习（1）复习非均匀量化和PCM编译码的原理；（2）调试或分析教材例4-11，了解利用Simulink模型实现PCM编译码的基本方法。2.在主程序中设置量化范围M=4，并任意给定抽样值x。3.根据实验内容中介绍的原理，编写压缩特性实现函数，该函数的声明为：y=Acom(x,M)。在主程序中调用，并将运行结果与理论计算结果进行比较。4.根据实验内容中介绍的原理，编写均匀量化编码函数code=PCMCode(y,M)，在主程序中调用后验证编码结果。5.在量化范围内给定抽样值为任意的正负值，观察程序运行结果，并与教材上介绍的PCM手工编码结果进行比较。四、实验报告1.压缩特性实现函数对步骤3中编写的函数进行分析说明。2.均匀量化编码函数对步骤4中编写的函数进行分析说明。3.运行结果分析对步骤5中的运行结果和分析结论进行总结。4.实验收获和体会

实验6数字基带信号编译码仿真设计实验一、实验目的1.熟悉常用的数字基带信号编译码方法，各种码型基带信号的时域和频域特性。2.掌握利用MATLAB程序实现常用的数字基带信号编译码的基本方法。3.掌握利用MATLAB程序实现常用的数字基带信号频域特性观测的基本方法。二、实验内容参考下列代码，编制程序实现密勒码和CMI码的编译码，并观测其频域特性。N=200; %为计算功率谱，码元个数要足够多x=round(rand(1,N)); %产生随机原始代码序列man=ManchCode(x); %数字双相码编码%==============================================================%绘制时间波形%==============================================================N0=100;M=N*N0; %每个码元采样点数，总采样点数T=0.001;Ts=T/N0; %码元间隔,采样间隔t=0:Ts:N*T-Ts; %产生时间向量fori=1:N %对各信号波形进行采样 forj=1:N0 xs((i-1)*N0+j)=x(i); if(j<=(N0/2)) mans((i-1)*N0+j)=man(2*i-1); else mans((i-1)*N0+j)=man(2*i); end endendsubplot(211);plot(1000*t,zeros(1,length(t)),1000*t,xs);title('原始代码序列');gridon;axis([0,10,-0.1,1.1])subplot(212);plot(1000*t,zeros(1,length(t)),1000*t,mans);title('数字双相码');gridon;axis([0,10,-1.1,1.1])xlabel('t/ms')%==============================================================%求功率谱%==============================================================L=length(t);df=1/(L*Ts); %FFT点数，%频谱分辨率f=df*([0:L-1]-L/2); %频率向量，以便绘制频谱图F0=fftshift(fft(mans,L)/L); %求数字双相码基带信号的频谱figureplot(f,20*log10(abs(F0))) %绘制功率谱图axis([-2000,2000,-60,10]);gridon%==============================================================%数字双相码（曼彻斯特码）编码%每个原始代码转换得到2位曼彻斯特码%==============================================================functiony=ManchCode(x) N=length(x); y=zeros(1,2*N); fori=1:N if(x(i)==1) y(2*i-1)=1;y(2*i)=-1; %负跳变表示1码 else y(2*i-1)=-1;y(2*i)=1; %正跳变表示0码 end endend三、实验步骤1.实验预习（1）复习各种基带信号的编码规则及特点；（2）调试并分析上述程序的运行结果。2.编写函数y=MileCode(x)，y=CmiCode(x)，并在上述代码中调用，以实现密勒码和CMI码编码。3.补充程序代码，计算和绘制密勒码和CMI码基带信号的功率谱，并与数字双相码的功率谱图进行比较。四、实验报告1.数字基带信号的编码（1）对步骤2中的两个函数进行分析说明，注意灵活运用注释、程序流程图等表达方式。（2）对程序运行结果中，3种数字基带信号的时间波形进行分析说明。2.数字基带信号的功率谱（1）对步骤3中补充的部分程序代码进行介绍。（2）比较3种数字基带信号功率谱的特点。3.实验收获和体会

实验7数字基带传输系统仿真及眼图观察实验一、实验目的1.熟悉数字基带传输系统的基本组成及传输过程。2.掌握利用Simulink模型实现数字基带传输过程仿真和性能分析的基本方法。3.掌握码间串扰和噪声对数字基带传输的影响，了解眼图及其应用。二、实验内容假设码元速率为1kBd，搭建仿真模型，实现数字基带传输系统的仿真及眼图观察。图7-1实验7模型三、实验步骤1.实验预习（1）复习教材第5章，熟悉数字基带传输系统的基本组成和数字基带传输过程；（2）熟悉成形网络的基本组成，掌握升余弦滤波器的功能和特性；（3）调试教材例5-14和例5-14；（4）搭建图7-1所示仿真模型，熟悉其中主要模块的作用；（5）结合教材例5-14和例5-15，总结模型中各模块的主要参数设置及各参数之间的相互关系。2.设置模型中各模块的参数如表7-1所示。观察无码间干扰和信道噪声时各信号的时间波形和眼图，结合理论分析此时有无码间干扰。注意合理设置眼图模块的参数。3.观察升余弦滤波器的幅频特性和单位冲激响应，注意在滤波器可视化工具窗口中正确设置采样频率和分析参数。表7-1模块参数设置模块参数功能及说明BernoulliBinaryGeneratorSampletime：0.001s产生随机二进制代码序列UnipolartoBipolarConverterM-arynumber：2单-双极性转换RaisedCosineTransmitFilterFiltershape：NormalRollofffactor：1Filterspaninsymbol：10Outputsamplespersymbol：10升余弦发送滤波器AWGNChannelMode：SNRSNR：100dB信道（引入噪声）LowpassFilterFiltertype：FIRPassbandedgefrequency：1000Stopbandedgefrequency：1100Inputamplerate：1e4低通滤波器，模拟带宽有限的低通信道Zero-OrderHold采样时间：1e-3接收端抽样Realy开启点、关闭点：eps打开时的输出：1关闭时的输出：0接收端判决4.修改模型中低通滤波器的带宽分别为500Hz和300Hz（注意相应调节滤波器的Stopbandedgefrequency参数），观察有码间干扰时的眼图和时间波形，并进行分析。5.将低通滤波器的参数恢复为表7-1中的设置，设置信道模块的SNR分别为10dB和0dB，观察分析有信道噪声的强度对眼图和时间波形的影响。观察信道信噪比降低为多少时开始出现误码。四、实验报告1.数字基带传输过程观察总结步骤2中的运行结果，并对时间波形和眼图进行分析说明。2.升余弦滤波器的特性观察和分析总结步骤3中的观察结果，并据此对升余弦滤波器的特性进行分析。3.码间干扰和噪声的观察（1）总结步骤4的运行结果，分析码间干扰对时间波形和眼图的影响。（2）总结步骤5的运行结果，分析信道噪声对时间波形和眼图的影响。4.实验收获和体会

实验82DPSK调制解调仿真设计实验一、实验目的1.熟悉DPSK传输的基本原理