通信原理教程-使用MATLAB仿真與分析（第2版）講義- 實驗3-8 模擬調頻傳輸系統仿真設計實驗-2DPSK調制解調仿真設計實驗

實驗3模擬調頻傳輸系統仿真設計實驗一、實驗目的1.熟悉模擬調頻及解調的基本原理及性能。2.掌握利用Simulink模型實現調頻傳輸系統仿真和性能分析的基本方法。二、實驗內容搭建如圖3-1所示Simulink模型，實現FM信號特性分析及調制解調過程觀察。模型中，RandomIntegerGenerator和帶通濾波器產生隨機基帶信號，再利用FMModulatorPassband模塊實現調制得到FM信號，利用FMDeodulatorPassband模塊實現解調。圖3-1實驗3模型三、實驗步驟1.實驗預習（1）復習FM調制解調的基本原理；（2）預習教材3.6.3節，并借助MATLAB幫助文檔，熟悉FMModulatorPassband和FMDeodulatorPassband模塊的功能、用法及參數設置；（3）調試教材例3-16，了解基帶調制和帶通調制的基本概念。2.搭建圖3-1所示模型，模型中各模塊的參數按圖3-2進行設置。3.根據上述參數設置，分析基帶信號是什么信號，計算FM信號的調頻指數和帶寬。4.仿真運行，觀察各信號的時間波形，并觀察解調輸出是否正確。5.觀察基帶信號和FM信號的頻譜，注意將譜分析儀模塊設置為觀測RMS。6.由譜分析儀確定FM信號的帶寬，并與理論計算結果（卡森公式）進行比較。圖3-2各模塊參數設置7.修改各模塊的參數，觀察分析FM信號的帶寬變化：（1）RandomIntegerGenerator模塊的Setsize參數修改為4；（2）帶通濾波器的通帶頻率2和阻帶頻率2分別修改為400Hz和410Hz，同時注意調節Setsize參數，使得基帶信號的最大幅度保持不變；（3）調制器模塊的Frequencydeviation修改為400。四、實驗報告1.FM時間波形和頻譜分析對步驟4~6中的觀測結果進行總結分析。2.模塊參數對FM信號帶寬的影響列表總結步驟7中觀測到的FM信號帶寬，并對觀測結果進行理論分析，總結各模塊參數對FM信號帶寬的影響。3.實驗收獲和體會

實驗4均勻量化編譯碼仿真設計實驗一、實驗目的1.熟悉模擬信號抽樣量化編碼過程的基本原理和性能。2.掌握利用Simulink模型實現模擬信號數字化過程的仿真及性能分析。二、實驗內容搭建如圖4-1所示Simulink模型，實現模擬信號的抽樣量化編譯碼、譯碼和重構，并添加模塊實現量化信噪比的測量。（a）頂層模型（b）抽樣量化編碼子系統（c）譯碼和重構子系統圖4-1實驗4模型三、實驗步驟1.實驗預習（1）復習模擬信號的抽樣、量化和編碼的基本概念及量化信噪比；（2）調試教材例4-10，熟悉其中的主要模塊及其參數設置方法。2.搭建圖4-1所示模型，其中各主要模塊的參數設置如表4-1所示。3.設置適當的仿真運行時間，觀察模擬信號各抽樣時刻的幅度及對應的編碼輸出，觀察重構輸出波形是否有失真。表4-1模塊參數設置模塊參數功能及說明UniformRandomNumber最小值：-1最大值：1采樣時間：0.01產生均勻分布的隨機整數序列AnalogFilterDesignDesignmethod：ButterworthFiltertype：LowpassFilterorder：8Passbandedgefrequency：200*pi對整數序列濾波后得到均勻分布的隨機模擬信號Zero-OrderHold采樣時間：1e-3模擬信號的抽樣UniformEncoderPeak：1Bits：4Outputtype：Unsignedinteger均勻量化編碼UniformDecoderPeak：1Bits：4Outputtype：double均勻量化譯碼IntegertoBitConverter、BittoIntegerConverter每個整數的位數：4將輸入值視為：Unsigned輸出位順序：MSB有限編碼輸出整數<->二進制編碼BufferOuntputbuffersize：1并/串轉換Buffer1Ountputbuffersize：4串/并轉換4.參考教材例4-10，搭建量化信噪比測量子系統，實現上述模擬信號的抽樣量化，并測量最大量化信噪比。5.修改模型中相關模塊的參數，觀測量化編碼位數分別為6、8、12時的量化信噪比。6.觀測不同編碼位數時編碼輸出代碼序列的碼元速率。四、實驗報告1.抽樣量化編碼過程仿真總結步驟3的觀察結果，病癥各信號時間波形進行分析。2.量化信噪比的測量列表總結步驟5的觀測結果，并歸納總結量化信噪比與編碼位數之間的關系。3.編碼輸出碼元速率對步驟6的觀測結果進行理論計算和分析驗證。4.實驗收獲和體會

實驗5PCM編譯碼仿真設計實驗一、實驗目的1.熟悉PCM編碼的基本原理、A律13折線近似編譯碼方法。2.掌握實現A律13折線近似PCM編譯碼的程序編制方法。二、實驗內容編制MATLAB程序，實現PCM編碼和譯碼，觀察和分析運行結果。下面對編寫MATLAB程序的基本原理做一個簡要介紹。PCM編碼是針對A律壓縮特性非均勻量化的一種折疊碼編碼，其基本過程是：先對抽樣值進行A=87.5的A律壓縮，再對其進行8位均勻量化折疊碼編碼。1.壓縮特性編碼之前，首先需要確定量化范圍-M~+M，然后將抽樣值相對于量化范圍進行歸一化，并根據歸一化值進行A律壓縮，再去歸一化得到壓縮后的抽樣值電平。也可以將教材式（4-12）的壓縮特性先去歸一化，然后對抽樣值直接進行壓縮。壓縮過程可以編寫為一個MATLAB函數。2.均勻量化編碼對抽樣值的壓縮輸出進行8位均勻量化折疊碼編碼。對折疊碼編碼，應該對壓縮輸出取絕對值后進行7位均勻量化編碼，得到段落碼和段內碼，再和極性碼拼接得到8位編碼。（1）7位均勻量化編碼取絕對值后，壓縮輸出的電平位于0~+M范圍內，將該范圍等分為27個量化區間。均勻量化編碼時，只需要確定壓縮器輸出位于哪個量化區間，量化區間的序號即為十進制形式的編碼輸出。（2）極性碼根據原始抽樣值的正負確定極性碼p=0或1,。對十進制整數形式的編碼，只需要再將其疊加上p′27=128即可。（3）二進制編碼輸出根據上述步驟得到的PCM編碼為十進制整數，再調用MATLAB中的內置函數int2bit()即可轉換為二進制代碼序列，從而得到PCM編碼。上述均勻量化編碼過程可以編寫為另外一個MATLAB函數。三、實驗步驟1.實驗預習（1）復習非均勻量化和PCM編譯碼的原理；（2）調試或分析教材例4-11，了解利用Simulink模型實現PCM編譯碼的基本方法。2.在主程序中設置量化范圍M=4，并任意給定抽樣值x。3.根據實驗內容中介紹的原理，編寫壓縮特性實現函數，該函數的聲明為：y=Acom(x,M)。在主程序中調用，并將運行結果與理論計算結果進行比較。4.根據實驗內容中介紹的原理，編寫均勻量化編碼函數code=PCMCode(y,M)，在主程序中調用后驗證編碼結果。5.在量化范圍內給定抽樣值為任意的正負值，觀察程序運行結果，并與教材上介紹的PCM手工編碼結果進行比較。四、實驗報告1.壓縮特性實現函數對步驟3中編寫的函數進行分析說明。2.均勻量化編碼函數對步驟4中編寫的函數進行分析說明。3.運行結果分析對步驟5中的運行結果和分析結論進行總結。4.實驗收獲和體會

實驗6數字基帶信號編譯碼仿真設計實驗一、實驗目的1.熟悉常用的數字基帶信號編譯碼方法，各種碼型基帶信號的時域和頻域特性。2.掌握利用MATLAB程序實現常用的數字基帶信號編譯碼的基本方法。3.掌握利用MATLAB程序實現常用的數字基帶信號頻域特性觀測的基本方法。二、實驗內容參考下列代碼，編制程序實現密勒碼和CMI碼的編譯碼，并觀測其頻域特性。N=200; %為計算功率譜，碼元個數要足夠多x=round(rand(1,N)); %產生隨機原始代碼序列man=ManchCode(x); %數字雙相碼編碼%==============================================================%繪制時間波形%==============================================================N0=100;M=N*N0; %每個碼元采樣點數，總采樣點數T=0.001;Ts=T/N0; %碼元間隔,采樣間隔t=0:Ts:N*T-Ts; %產生時間向量fori=1:N %對各信號波形進行采樣 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('原始代碼序列');gridon;axis([0,10,-0.1,1.1])subplot(212);plot(1000*t,zeros(1,length(t)),1000*t,mans);title('數字雙相碼');gridon;axis([0,10,-1.1,1.1])xlabel('t/ms')%==============================================================%求功率譜%==============================================================L=length(t);df=1/(L*Ts); %FFT點數，%頻譜分辨率f=df*([0:L-1]-L/2); %頻率向量，以便繪制頻譜圖F0=fftshift(fft(mans,L)/L); %求數字雙相碼基帶信號的頻譜figureplot(f,20*log10(abs(F0))) %繪制功率譜圖axis([-2000,2000,-60,10]);gridon%==============================================================%數字雙相碼（曼徹斯特碼）編碼%每個原始代碼轉換得到2位曼徹斯特碼%==============================================================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; %負跳變表示1碼 else y(2*i-1)=-1;y(2*i)=1; %正跳變表示0碼 end endend三、實驗步驟1.實驗預習（1）復習各種基帶信號的編碼規則及特點；（2）調試并分析上述程序的運行結果。2.編寫函數y=MileCode(x)，y=CmiCode(x)，并在上述代碼中調用，以實現密勒碼和CMI碼編碼。3.補充程序代碼，計算和繪制密勒碼和CMI碼基帶信號的功率譜，并與數字雙相碼的功率譜圖進行比較。四、實驗報告1.數字基帶信號的編碼（1）對步驟2中的兩個函數進行分析說明，注意靈活運用注釋、程序流程圖等表達方式。（2）對程序運行結果中，3種數字基帶信號的時間波形進行分析說明。2.數字基帶信號的功率譜（1）對步驟3中補充的部分程序代碼進行介紹。（2）比較3種數字基帶信號功率譜的特點。3.實驗收獲和體會

實驗7數字基帶傳輸系統仿真及眼圖觀察實驗一、實驗目的1.熟悉數字基帶傳輸系統的基本組成及傳輸過程。2.掌握利用Simulink模型實現數字基帶傳輸過程仿真和性能分析的基本方法。3.掌握碼間串擾和噪聲對數字基帶傳輸的影響，了解眼圖及其應用。二、實驗內容假設碼元速率為1kBd，搭建仿真模型，實現數字基帶傳輸系統的仿真及眼圖觀察。圖7-1實驗7模型三、實驗步驟1.實驗預習（1）復習教材第5章，熟悉數字基帶傳輸系統的基本組成和數字基帶傳輸過程；（2）熟悉成形網絡的基本組成，掌握升余弦濾波器的功能和特性；（3）調試教材例5-14和例5-14；（4）搭建圖7-1所示仿真模型，熟悉其中主要模塊的作用；（5）結合教材例5-14和例5-15，總結模型中各模塊的主要參數設置及各參數之間的相互關系。2.設置模型中各模塊的參數如表7-1所示。觀察無碼間干擾和信道噪聲時各信號的時間波形和眼圖，結合理論分析此時有無碼間干擾。注意合理設置眼圖模塊的參數。3.觀察升余弦濾波器的幅頻特性和單位沖激響應，注意在濾波器可視化工具窗口中正確設置采樣頻率和分析參數。表7-1模塊參數設置模塊參數功能及說明BernoulliBinaryGeneratorSampletime：0.001s產生隨機二進制代碼序列UnipolartoBipolarConverterM-arynumber：2單-雙極性轉換RaisedCosineTransmitFilterFiltershape：NormalRollofffactor：1Filterspaninsymbol：10Outputsamplespersymbol：10升余弦發送濾波器AWGNChannelMode：SNRSNR：100dB信道（引入噪聲）LowpassFilterFiltertype：FIRPassbandedgefrequency：1000Stopbandedgefrequency：1100Inputamplerate：1e4低通濾波器，模擬帶寬有限的低通信道Zero-OrderHold采樣時間：1e-3接收端抽樣Realy開啟點、關閉點：eps打開時的輸出：1關閉時的輸出：0接收端判決4.修改模型中低通濾波器的帶寬分別為500Hz和300Hz（注意相應調節濾波器的Stopbandedgefrequency參數），觀察有碼間干擾時的眼圖和時間波形，并進行分析。5.將低通濾波器的參數恢復為表7-1中的設置，設置信道模塊的SNR分別為10dB和0dB，觀察分析有信道噪聲的強度對眼圖和時間波形的影響。觀察信道信噪比降低為多少時開始出現誤碼。四、實驗報告1.數字基帶傳輸過程觀察總結步驟2中的運行結果，并對時間波形和眼圖進行分析說明。2.升余弦濾波器的特性觀察和分析總結步驟3中的觀察結果，并據此對升余弦濾波器的特性進行分析。3.碼間干擾和噪聲的觀察（1）總結步驟4的運行結果，分析碼間干擾對時間波形和眼圖的影響。（2）總結步驟5的運行結果，分析信道噪聲對時間波形和眼圖的影響。4.實驗收獲和體會

實驗82DPSK調制解調仿真設計實驗一、實驗目的1.熟悉DPSK傳輸的基本原理