实验五+模拟信号的数字传输仿真
第6章-模拟信号数字化通信系统的建模仿真
第6章模拟信号数字化通信系统的建模仿真一、抽样定理实验用System view 建立一个低通抽样定理仿真电路,通过观察各个模块输出波形变化,理解低通抽样定理原理.。
电路构成如图所示：实验结果1.模拟信号2.抽样信号3.低通滤波器输出信号4.模拟信号功率谱5.抽样信号功率谱六.实验结果说明当抽样频率=100HZ(最小抽样速率)时,低通滤波器输出信号如图所示:由图可以看出,输出信号与模拟信号一致,没有发生畸形变.当抽样速率<100HZ时(例如f=80HZ),低通滤波器输出信号如图所示:由图可以看出,输出信号与模拟信号不一致,发生畸变.当抽样速率>100HZ时(例如F=200HZ),低通滤波器输出信号波形如图所示:由图可以看出,输出信号与模拟信号不一致,发生畸变.观察模拟信号与抽样信号的功率谱密度.由图可以看出,模拟信号功率谱密度在F=50HZ 处有一个冲击响应,而抽样信号的功率谱密度是模拟信号的功率谱密度在N倍抽样频率上的频谱搬移(N=0,1,2….),并且包络为sa(x)的函数.二、低通与带通抽样定理仿真与验证用System view 建立一个低通与带通抽样定理仿真电路,通过观察各个模块输出波形变化,理解低通与带通抽样定理原理.。
电路构成如图所示：其中，对于恒定频谱的冲激函数，通过低通滤波产生低通型信号，再进行低通抽样；通过带通滤波产生带通型信号，再进行带通滤波产生带通抽样，最后分别滤波重建原始信号。
仿真分析时，设低通滤波器的上限频率为10Hz，带通滤波器下限频率为100Hz、上限频率为120Hz，低通抽样频率选为30Hz；带通型信号上限频率fH = 6×20=120Hz（B=20Hz，n=6），带通抽样频率至少应取40Hz，现取60 Hz的带通抽样频率。
下图为四个“Real Time”图符块显示框中的波形：由以上个图及理论知识可知，低通信号波形和重建的低通信号波形是一样的，带通信号和重建带通信号的波形也是一样的低通信号抽样前信号的功率谱：低通信号抽样后信号的功率谱：低通信号重建信号的功率谱：由上图可知，低通抽样信号的功率谱包括了低通信号的功率，而且带宽很宽。
《通信系统仿真技术》实验报告
封面作者：Pan Hongliang仅供个人学习《通信系统仿真技术》实验报告实验一：SystemView操作环境的认识与操作1.实验题目：SystemView操作环境的认识与操作2.实验内容：正弦信号（频率为学号后两位，幅度为（1+学号后两位*0.1）、平方分析、及其谱分析；并讨论定时窗口的设计对仿真结果的影响。
3.实验原理：在设计窗口中单击系统定时快捷功能按钮，根据仿真结果设定相关参数。
采样点数=（终止时间-起止时间）×〔采样率〕+1正玄信号S(t)=cos(wt)其平方P（t）=cos(wt)*cos(wt)=[cos(2wt)+1]/2P(t)频率是S(t)的二倍4.实验仿真：实验结论：SystemView是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。
实验二：学习系统参数的设定与图符的操作实验题目：学习系统参数的设定与图符的操作实验内容：将一正弦信号（频率为学号后两位，幅度为（1+学号后两位*0.1）V）与高斯信号相加后观察输出波形及其频谱，由小到大改变高斯噪声的功率，重新观察输出波形及其频谱。
实验原理：高斯信号就是信号的各种幅值出现的机会满足高斯分布的信号。
当高斯信号不存在是正玄信号不失真，随着高斯信号的增加正玄信号的失真会越来越大。
实验仿真：实验结论：恒参信道的干扰信号常用高斯白噪声信号来等效。
而无线信道是一种时变的衰落信道，其衰落特性主要表现为具有多普勒功率谱特性的快衰落和具有阴影效应的慢衰落。
实验三：接收计算器的使用及滤波器的设计实验题目：接收计算器的使用及滤波器的设计实验内容：1、正弦信号（频率为学号后两位，幅度为（1+学号后两位*0.1）V）、及其平方分析窗口的接收计算器的使用；（实现3个以上运算功能）。
2、单位冲激响应仿真、增益响应分析。
交通运输matlab仿真实验指导书-附程序
《Matlab与通信仿真》实验指导书(下)通信基础教研室上课时间：学年第学期系部：班级：姓名：班内序号：指导教师：实验课程成绩：目录实验一MATLAB基础实验 (1)实验一成绩实验二绘图和确知信号分析实验 (8)实验二成绩实验三随机信号与数字基带实验 (15)实验三成绩实验四模拟调制实验 (24)实验四成绩实验五模拟信号数字传输实验（一） (32)实验五成绩实验六模拟信号数字传输实验（二） (41)实验六成绩实验七数字频带传输系统实验 (47)实验七成绩实验八通信系统仿真综合实验 (57)实验八成绩实验一 MATLAB 基础实验一、实验目的● 了解MATLAB 程序设计语言的基本特点，熟悉MATLAB 软件运行环境 ● 掌握创建、保存、打开m 文件及函数的方法● 掌握变量等有关概念，具备初步的将一般数学问题转化为对应的计算机模型并进行处理 的能力二、实验内容及步骤1.在Command Window 里面计算①(358)510++÷⨯；②sin(3)π③123456789A ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，789456123B ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，计算：,,\,/C A B D A B A C C B =⨯=+； ④3 1.247.5 6.6 3.15.4 3.4 6.1D ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，求1',,D D D -； ⑤12345678i i Z i i ++⎡⎤=⎢⎥++⎣⎦，输入复数矩阵；2.建立.m 文件，用for 循环语句生成10×10的矩阵A ：12102311101119⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦,将A 矩阵进行水平和垂直翻转得到矩阵B 和C 。
将A 矩阵的前5行，5列变成0并赋值给D 。
3.建立.m 文件，随机产生一个50×50的矩阵，元素值为从0到255，要求用0和255对该矩阵进行标记，元素值大于128的标记为255，元素值小于128的标记为0。
通信原理实验数字基带传输仿真实验
通信原理实验数字基带传输仿真实验本文记录的是一次通信原理实验，具体实验内容是数字基带传输仿真实验。
这个实验旨在让学生了解并掌握数字基带传输的基本原理、信号调制和调制解调的方法，并通过仿真实验加深对数字基带传输的理解。
实验步骤：第一步：实现数字基带信号的产生。
我们采用MATLAB编写代码来产生数字基带信号。
具体而言，我们可以选择产生脉冲振幅调制（PAM）、脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）等各种调制方式。
第二步：实现数字基带信号的传输。
我们可以通过MATLAB编写代码，将数字基带信号在传输媒介中进行仿真。
具体而言，我们可以选择传输介质为AWGN信道、多径信道等，通过加入信噪比、码元传输速率、波特率等参数来模拟不同的传输环境。
第三步：实现数字基带信号的调制。
我们采用调制器进行数字信号的调制。
常见的数字调制方式有AM调制、FM调制、PM调制等。
此处我们选择了二进制相移键控（BPSK）调制来进行数字基带信号的调制。
第四步：实现数字基带信号的解调。
我们采用解调器来实现数字基带信号的解调。
常见的数字解调方式有包络检测法、抑制互调法等。
此处我们选择了直接判决法来进行数字基带信号的解调。
第五步：实现数字基带信号的重构。
我们通过将数字基带信号解调后还原成原始信号进行数字信号的重构。
此处我们需要通过MATLAB代码将解调后的数字信号还原成原始信号，并绘制出波形图进行对比分析。
实验结果：通过对仿真实验的分析，我们得出了一些结论。
首先，不同的数字基带信号相对应不同的调制方式，比如我们可以选择PAM调制来实现计算机通讯中的以太网传输。
其次，数字基带信号的传输受到了多种因素的影响，包括信道的噪声、信噪比、码元传输速率、波特率等。
第三，数字基带信号的解调方式有很多种，我们需要根据传输环境的不同来选择最适宜的解调方式。
最后，数字基带信号的重构是一个非常重要的环节，它能够让我们了解数字基带信号在传输过程中所带来的信息损失和失真情况。
模拟信号的数字传输设计及仿真
第四章 模拟信号的数字传输设计及仿真4.1 模拟信号的数字传输模型及抽样定理4.1.1 模拟信号的数字传输模型通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统，如果我们在发送端的信息源中包括一个模/数转换装置，在接收端包含一个数/模转换装置，则可以在数字系统中传输模拟信号。
采用最早的和目前使用比较广泛的模/数转换方法是脉冲编码调制，即PCM （简称脉码调制)。
采用脉码调制的模拟信号数字传输系统如图4-1。
m(t) {k s } {k s } )(t m k图4.1 模拟信号数字传输系统4.1.2 抽样定理抽样定理是指一个频带限制在(0， H f ) 赫兹内的时间连续信号m(t)，如果在H f u 12/1 秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)可以所得到的抽样值完全确定。
抽样定理告诉我们，如果对某一个带宽有限的时间连续信号(模拟信号)进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能够准确地确定原信号。
这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输抽样定理得到的抽样值。
因此该定理就为模拟信号的数字传输提供了理论基础。
模拟信号进行抽样以后，其抽样值是随信号幅度连续变化的，即抽样值m(kT)可以取无穷多个可能值，如果用N 个二进制数字信号来代表该样值的大小，以便利用数字传输系统来传输该样值信息，那么N 个二进制数字信号只能同n M 2=个电平样值相对应，而不能同无穷多个电平样值相对应。
这样一来，抽样值必须被划分成M 个离散电平，此电平被称为量化电平。
利用预先给定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程被称为抽样。
抽样是把一个时间连续的信号变换成时间离散的信号，而量化则是将取值连续的抽样变成取值离散的抽样。
4.2 模拟信号的量化4.2.1 均匀量化把输入信号的取值区域按等距离分割的量化称为均匀量化。
均匀量化的每个量化区间的量化电平均取在个区间的中点。
量化间隔v ∆取决于输入信号的变化范围和量化电平数。
实验5 PCM编译码仿真实验
实验5 PCM编译码仿真实验5.1 实验目的1. 掌握PCM系统的工作原理。
2. 掌握由模拟信号转变为PCM信号的过程。
3. 掌握由PCM信号恢复模拟信号的过程。
5.2 实验原理将模拟信号变换成二进制信号的方法称为脉冲编码调制（PCM）。
在发送端，对输入的模拟信号进行抽样、量化和编码，编码后的PCM信号是一个二进制数字序列，其传输方式可以采用数字基带传输，也可以是对载波调制后的带通传输。
在接收端，PCM信号经译码后还原为量化值序列（含有误差），再经低通滤波器滤除高频分量，便可得到重建的模拟信号。
1、由模拟信号转变为PCM信号的过程过程及原理框图详见教材10.5节相关内容。
2、由PCM信号恢复模拟信号的过程过程及原理框图详见教材10.5节相关内容。
5.3 实验内容1、基本要求（1）搭建PCM编码和译码系统仿真模型（2）对信号源输出的模拟信号进行归一化处理（3）分别对单频和多频模拟信号进行PCM编码过程，观察信源归一化输出波形、抽样信号波形、压缩器输入波形、压缩器输出波形和量化输出波形，并记录相关实验数据，体会信号在数字化每一步过程中所产生的变化。
（注意：记录的波形要有整体和细节展示两部分）（4）分别对（3）中进行PCM编码过程得到的二进制数字信号进行PCM译码过程，观察译码输出和恢复出的模拟信号波形，并与信号源输出信号进行比较，记录相关实验数据。
2、提高部分（1）在基本要求部分的基础上，采用步进仿真的方法观察信号源任意输出信号的PCM 编码和译码过程，重点观察抽样脉冲值、PCM编码结果、相对应的编码波形、PCM译码结果，体会与理解PCM编码和译码的分解过程，并记录相关波形和实验数据。
（2）将基本要求部分的信源改为常数模块，在-2048至+2048范围内设定几组常数数值（要有正有负），分别对其归一化后，重复上述操作，观察并记录归一化后数值、PCM编码结果、PCM译码结果，并与根据理论课知识所编的PCM码进行对比，看两者是否完全一致，若不一致，分析原因。
通信原理(虚拟仿真实验)
实验五双极性不归零码一、实验目的1.掌握双极性不归零码的基本特征2.掌握双极性不归零码的波形及功率谱的测量方法3.学会用示波器和功率谱分析仪对信号进行分析二、实验仪器1.序列码产生器2.单极性不归零码编码器3.双极性不归零码编码器4.示波器5.功率谱分析仪三、实验原理双极性不归零码是用正电平和负电平分别表示二进制码１和０的码型，它与双极性归零码类似，但双极性非归零码的波形在整个码元持续期间电平保持不变．双极性非归零码的特点是：从统计平均来看，该码型信号在１和０的数目各占一半时无直流分量，并且接收时判决电平为０，容易设置并且稳定，因此抗干扰能力强．此外，可以在电缆等无接地的传输线上传输，因此双极性非归零码应用极广．双极性非归零码常用于低速数字通信．双极性码的主要缺点是：与单极性非归零码一样，不能直接从双极性非归零码中提取同步信号，并且１码和０码不等概时，仍有直流成分。
四、实验步骤1.按照图3.5-1 所示实验框图搭建实验环境。
2.设置参数：设置序列码产生器序列数N=128；观察其波形及功率谱。
3.调节序列数N 分别等于64.256，重复步骤2.图3.5-1 双极性不归零码实验框图实验五步骤2图N=128实验五步骤3图N=64N=256六、实验报告（1）分析双极性不归零码波形及功率谱。
（2）总结双极性不归零码的波形及功率谱的测量方法。
实验六一、实验目的1.掌握双极性归零码的基本特征2.掌握双极性归零码的波形及功率谱的测量方法3.学会用示波器和功率谱分析仪对信号进行分析二、实验仪器1.序列码产生器2.单极性不归零码编码器3.双极性归零码编码器4.示波器5.功率谱分析仪三、实验原理双极性归零码是二进制码0 和1 分别对应于正和负电平的波形的编码，在每个码之间都有间隙产生．这种码既具有双极性特性，又具有归零的特性．双极性归零码的特点是：接收端根据接收波形归于零电平就可以判决1 比特的信息已接收完毕，然后准备下一比特信息的接收，因此发送端不必按一定的周期发送信息．可以认为正负脉冲的前沿起了起动信号的作用，后沿起了终止信号的作用．因此可以经常保持正确的比特同步．即收发之间元需特别的定时，且各符号独立地构成起止方式，此方式也叫做自同步方式．由于这一特性，双极性归零码的应用十分广泛。
MATLAB通信系统仿真实验报告
MATLAB通信系统仿真实验报告实验一、MATLAB的基本使用与数学运算目的：学习MATLAB的基本操作，实现简单的数学运算程序。
内容：1-1 要求在闭区间[0，2π]上产生具有10个等间距采样点的一维数组。
试用两种不同的指令实现。
运行代码：x=[0:2*pi/9:2*pi]运行结果：1-2 用M文件建立大矩阵xx=[ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.92.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.93.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9]代码：x=[ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.92.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.93.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9]m_mat运行结果：1-3已知A=[5，6;7，8]，B=[9，10;11,12]，试用MATLAB分别计算A+B,A*B,A.*B,A^3，A.^3，A/B,A\B.代码：A=[5 6;7 8] B=[9 10;11 12] x1=A+B X2=A-B X3=A*B X4=A.*B X5=A^3 X6=A.^3 X7=A/B X8=A\B运行结果：1-4任意建立矩阵A，然后找出在[10,20]区间的元素位置。
程序代码及运行结果：代码：A=[12 52 22 14 17;11 10 24 03 0;55 23 15 86 5 ] c=A>=10&A<=20运行结果：1-5 总结：实验过程中，因为对软件太过生疏遇到了些许困难，不过最后通过查书与同学交流都解决了。
例如第二题中，将文件保存在了D盘，而导致频频出错，最后发现必须保存在MATLAB文件之下才可以。
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实验五模拟信号的数字传输仿真
一、实验目的
1、掌握PCM的编码原理。
2、掌握PCM编码信号的压缩与扩张的实现方式
二、实验内容
1、设计一个PCM调制系统的仿真模型
2、采用信号的压缩与扩张方式来提高信号的信噪比
三、基本原理
在现代通信系统中，以PCM（脉冲编码调制）为代表的编码调制技术被广泛地应用于模拟信号和数字传输中，所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号的抽样量化值变换成代码，其编码方式如下图所示：
PCM编码经过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。
为了便于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的整数次幂，这样可以将模拟信号量化为二进制编码形式。
其量化方式可分为两种：
均匀量化编码：
常用二进制编码，主要有自然二进码和折叠二进码两种。
非均匀量化编码：
常用13折线编码，它用8位折叠二进码来表示输入信号的抽样量化值，第一位表示量化值的极性，第二至第四位（段落码）的8种可能状态分别代表8个段落的起始电平，其它4位码（段内码）的16种状态用来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。
通常情况下，我们采用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化，就是在保持信号固有的动态范围的前提下，在量化前将小信号放大，而将大信号进行压缩。
采用信号压缩后，用8位编码就可以表示均匀量化11位编码是才能表示的动态范围，这样能有效地提高校信号编码时的信噪比。
四、实验步骤
在SystemVue系统仿真软件中，系统提供了A律和μ律两种标准的压缩气和扩张器，用户可以根据需要选取其中一种进行仿真实验。
1、设置一个均值为0，标准差为0.5的具有高斯分布的随机信号作为仿真用的模拟信号源。
2、在信号源的后方放置一个巴特沃思低通滤波器，设置其截止频率为10Hz，滤除高频分量。
3、在滤波器右侧放置一个A律13折线的压缩器（在通信库的Processors标签下），对信号进行压缩，并设定最大输入为1v。
4、放置一个模数转换器（在逻辑库下的Mix Signal中），对压缩的模拟信号进行抽样量化，并编码为数字信号，根据PCM的要求，设定编码位数为8位，输出真假值为1和0，阈值为0.5，最大最小输入为正负1.28v；并放置一个100Hz 的采样时钟信号对模拟信号进行抽样。
由此可得出8位编码的PCM信号。
5、放置一个数模转换器，将编码好的PCM信号重新还原为模拟信号。
数模转换器的参数设置与模数转换器基本相同
6、将模数转换器的8个数据位与数模转换器相对应的8个数据位相连，将数字信号送入数模转换器。
7、放置一个扩张器，接收从数模转换器产生的经过压缩的模拟信号，并对其进行扩张，还原为原始信号，参数的设置与压缩器基本相同。
最终的仿真系统如下图所示：
五、实验报告要求
画出仿真系统中各个接收器的波形。