通信原理大型实验文档格式.docx
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设信道是无噪的。
压缩扩张方式为的,参数u=255
。
试研究输入信号电平与PCM量化信噪比之间的关系。
以正弦波作为测试信号。
PCM解码输出信号与原信号相减得出量化噪声信号,采用方差统计模块统计输出量化噪声以及原信号的功率,计算出信噪比。
其中参数mu设置为255。
实验要求:
1、PCM编解码的原理,A律和u律编码方式的原理
2、Simulink仿真模型图,分析各个模块功能,与PCM编解码原理对应起来解释功能。
写出PCM编解码模块的主要参数设置。
3、示波器结果的误差比较分析,并附图因为存在量化误差,所以解调的时候出现差错。
三、实验原理:
1、编码原理:
(1)PCM编解码的原理:
PCM编码是一种用一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值,从而实现通信方式。
PCM实现主要包括三个步骤完成:
抽样、量化、编码。
分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。
(2)A律编码方式的原理:
如上图所示当A等于87.6时根据根据公式得到A律压缩曲线,图中横坐标和纵坐标都是归一化后的数值。
从图中可以看到,输出信号的幅度方位与输入信号相同。
当输入信号的幅度较小时,输出信号的变化幅度较大;
而当输入信号的幅度较大时,输出信号的变化则相对变小,这就是非均匀量化的特征,他能有效的降低量化噪声。
(3)u律编码方式的原理:
2、Simulink仿真模型图:
(1)A律十三折
a.PCM编码器
编码器以“Saturation”作为限幅器,将输入信号幅度值限制在PCM编码的定义范围内[-1,1],“Relay”模块的门限设置为0,其输出即可作为PCM编码输出的最高位---极性码。
样值取绝对值后,以实例所示的“Look-UpTable”查表模块进行13折线压缩,并用增益模块将样值范围放大到0到127内,然后用间距为1的“Quantizer”进行四舍五入取整,最后将整数编码为7bit二进制序列,作为PCM编码的低7位。
再将该模型封装为一个PCM编码子系统备用。
b.PCM解码器
解码器中首先分离并行数据中的最高位(极性码)和7位数据,然后将7bit数据转换为整数值,再进行归一化、扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。
再将该模型封装为一个PCM解码子系统备用。
c.A律十三折仿真模型
在上述做好的编码器和解码器基础上,建立PCM串行传输模型,并在传输信道中加入指定错误概率的随机误码。
模型中没有对PCM解码结果作低通滤波处理,但实际系统中PCM解码输出总是经过低通滤波后送入扬声器的。
参数设置说明:
其中设置零阶保持器采样时间间隔为1秒,量化器模块“Quantizer”的量化间隔为1。
可见,发送信号为常数18.6时,零阶保持器每隔1秒钟采样一次,量化器将采样输出结果进行四舍五入量化,得到整数值19,“IntegertoBitConverter”模块的转换比特数设置为8,进行8比特转换。
转换输出为比特序列00010011
,从“Display”模块显示出来。
经过并串转换后得出高速率的串行传输二进制数据流。
(2)u律十三折
压缩扩张方式为u
律的,参数u=255
3、示波器结果的误差比较分析。
实验二模拟通信系统的建模仿真
1、掌握Matlab的使用,掌握Simulink中建立模拟通信模型的方法。
2、了解模拟通信系统的建模仿真。
3、掌握如何观察示波器,来分析仿真模型的误差。
1、试对中波调幅广播传输系统进行仿真,模型参数指标参照实际系统设置。
(1)基带信号:
音频,最大幅度为1。
基带测试信号频率在100Hz到6000Hz内可调。
(2)载波:
给定幅度的正弦波,为简单起见初相位设为0,频率为550KHz到1605KHz可调。
(3)接收机选频滤波器带宽为12KHz,中心频率为1000KHz。
(4)在信道中加入噪声。
当调制度为0.3时,设计接收机选频滤波器输出信噪比为20dB,要求计算信道中应该加入噪声的方差,并能够测量接收机选频滤波器实际输出信噪比。
2、调幅的包络检波和相干解调性能仿真比较
(1)以第一题为传输模型,在不同输入信噪比条件下仿真测量包络检波解调和同步相干解调对调幅波的解调输出信噪比,观察包络检波解调的门限效应。
(2)为了得出解调性能曲线,编写Matlab脚本程序,在若干信道信噪比条件下并执行仿真并记录结果,最后绘出性能曲线。
1、模拟调幅系统的调制解调原理:
2、Simulink仿真模型图,分析各个模块功能,与模拟调幅的原理对应起来解释功能。
写出模拟调幅系统模块的主要参数设置。
3、示波器结果附图,并说明。
Matlab脚本文件输出图形附图并说明。
1、原理:
(1)在线性调制系列中,最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅,简称为调幅(AM)。
不但在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移,而在时域中已调波包络与调制信号波形呈线性关系。
幅度调制:
以调制信号去控制载波的幅度变化,如模拟调幅、脉冲调制(PAM)、幅移键控(ASK)。
(1)中波调幅广播传输系统仿真
接收通道滤波器用AnalogFilterDesign模块实现,可设置为2阶带通的。
为了能够测量输出信噪比,以参数完全相同的另外两个滤波器模块分别对纯信号和纯噪声滤波,最后利用统计模块计算输出信号功率和噪声功率,继而计算输出信噪比,通过Display显示。
基带信号:
载波:
接收机选频滤波器带宽为12KHz,中心频率为1000KHz。
在信道中加入噪声。
(2)调幅的包络检波和相干解调性能仿真比较
调幅信号通过AWGN信道后,分别送入包络检波器和同步相干解调器。
包络检波器由Saturation模块来模拟具有单向导通性能的检波二极管。
同步相干使用的载波是理想的,直接从发送端载波引入。
解调后的两路信号送到示波器显示,同时送入信噪比测试模块,即图中的子系统SNRDetection。
图中的子系统SNRDetection,输入的两路解调信号通过滤波器将信号和噪声近似分离。
分别计算信号和噪声分量的功率,进而计算信噪比。
再通过零阶保持模块将信号离散化,再由buffer模块和方差模块计算出信号和噪声的功率最后,由分贝转换模块dBConversion和Fcn函数模块计算出两解调器的输出信噪比。
计算输出Display显示的同时,也送入工作空间,以便能够编程作出两解调性能曲线,
Saturation模块的上下门限分别设置为inf和0。
两解调器后接低通滤波器相同,设置截止频率为6KHz的2阶低通滤波器。
两个带通滤波器参数相同,其中心频率为1000Hz,带宽为200Hz;
(Designmethod:
butterworth,Filtertype:
Bandpass,2阶)两个带阻滤波器参数相同,其中心频率为1000Hz,带宽为200Hz;
Bandstop,2阶)。
(3)Matlab脚本文件输出图形
实验三数字信号载波传输系统的设计与仿真
1、掌握Matlab的使用,掌握Simulink中建立数字信号载波传输系统模型的方法。
2、了解数字信号载波传输系统及在Simulink中的具体实现模块。
1、2ASK调制与解调
根据2ASK调制信号产生的原理,进行2ASK调制信号的生成,同时对生成的信号进行解调观察原始数字信号和解调之后信号的波形。
(1)所采用的正弦载波是幅度为2,频率为4Hz,采样周期为0.002的信号。
(2)伯努利二进制随机数产生器参数设置默认(3)带通滤波器参数:
带通范围为2-7HZ设置依据:
载波频率为4HZ,而基带号带宽为1HZ,考虑到滤波器的边沿缓降,故设置为2-7HZ。
(4)低通滤波器参数设置:
截止频率为1HZ(设置依据:
二进制序列的带宽为1HZ,故取1HZ。
)(5)信道参数设置:
信噪比分别设为90、60、30。
2、2FSK调制与解调
根据2ASK调制信号产生的原理,进行2FSK调制信号的生成,同时对生成的信号进行解调观察原始数字信号和解调之后信号的波形,使两者波形尽量接近一致。
(1)正弦载波1是幅度为2,频率为5Hz;
正弦载波2是幅度为2,频率为25Hz
(2)信道参数设置:
信噪比分别设为90、60、30(3)相关带通滤波器的参数设置情况与2ASK类似,低通滤波器参数设置情况与2ASK大体一样。
3、2PSK调制与解调
根据2ASK调制信号产生的原理,进行2PSK调制信号的生成,同时对生成的信号进行解调观察原始数字信号和解调之后信号的波形,使两者波形尽量接近一致。
正弦载波2是幅度为-2,频率为5Hz
(2)信道参数设置:
信噪比分别设为90、60、30
(3)相关带通滤波器的参数设置情况与2FSK类似,低通滤波器参数设置情况与2FSK大体一样。
1、掌握2ASK\2FSK\2PSK调制与相干解调原理
2、完成Simulink仿真模型图,分析各个模块功能。
写出调制解调系统模块的主要参数设置情况。
3、示波器结果附图,并说明;
并显示相关误码率。
4、2FSK、2PSK和2DPSK的调制与解调
用现有的SIMULINK仿真模块仿真2FSK、2PSK、2DPSK的调制与解调传输系统。
(1)随机信号(RandomInterger)的采样时间为1/10000s。
(2)调制器频率间隔(Frequencyseparation)为24000HZ,每符号采样数(samplepersymbol)为2,其误码率为0,现要求仿真以下信道下,使其误码率越小越好。
加入以下信道,高斯白噪声信道:
信噪比分别为30、60、90。
(3)完成2PSK和2DPSK的调制与解调,要求相位偏移为pi,信道采用多径瑞利衰弱信道,随机信号(RandomInterger)的采样时间为1/10000s。
1、完成Simulink仿真模型图,在不同信道下调制解调系统模块的主要参数设置情况,并对相关误码率情况进行分析。
掌握2ASK\2FSK\2PSK调制与相干解调原理
5、进行多进制数字调制与解调:
8PSK调制与解调、16AQM调制与解调
(1)进制数(M-arynumber)此处设置为8进制,采样时间设置为1/1000
(2)随机整数0到7转换为3比特二进制组后送入8PSK基带调制器(3)信道中加入高斯噪声方差0.02----0.5之间看其相应误码率情况,并写出分析结果。
(4)数据映射方式(constellationordering)设置可以为普通二进制(bit)方式或格雷码(Gray)方式,比较采用这两种方式的性能(5)相对横轴的角度偏移量为pi/8(6)输出类型(outputtype)为二进制(bit),若输出类型改为十进制(integer),模型将如何修改。
(7)进行16QAM调制与解调,采样时间设置为1/1000,信道中加入高斯噪声方差为0.02,
1、完成Simulink仿真模型图,在不同信道噪声方差下,写出误码率的分析情况。
2、在不同数据映射方式下,误码率的情况进行分析。
3、实现十进制数据类型的模型建模,并将信道输入与输出的星座图写入报告中,结合8PSK信号的原理解释星座图。
4、进行16QAM调制与解调,将相关星座图与16PSK调制与解调的星座图进行比较,分析其可靠性,即误码率情况。
(1)2ASK调制与相干解调原理:
一般来说,数字调制与模拟调制的基本原理相同,但是数字信号有离散取值饿特点。
因此有两种基本调制方法:
意识可以把数字信号当成特殊的模拟信号处理;
二是利用数字信号的离散取值特点通过开关监控载波,从而实现数字调制,称之为键控法。
振幅监控是利用载波的幅度变化来传递数字信息,而其频率和厨师香味保持不表。
在2ASK中载波的幅度有无分别对你更二进制信息“1”和“0”。
2ASK信号的产生方法有两种:
模拟调制法和键控法。
ASK借条也有两种方法,分别为非相干解调和非相干解调。
(2)Simulink仿真模型图:
正弦载波是幅度为2,频率为4Hz,采样周期为0.002的信号。
设置依据:
实际上载波的频率应该很高,但这里为了调制时便于波形的对比观察,故设为4HZ。
伯努利二进制随机数产生器参数设置默认带通滤波器参数:
低通滤波器参数设置:
截止频率为1HZ设置依据:
信道参数设置:
信噪比分别设为90、60、30量化器参数设置:
【0.5】,【0,1】。
(3)示波器结果附图:
(1)2FSK调制与相干解调原理:
FSK就是利用载波信号的频率变化来传递数字信息。
在2FSK中,载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点之间变化。
一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。
2FSK信号的产生方法主要有两种。
一种可以采用模拟调频电路来实现,另一种可以采用键控法来实现,即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通,使其在每个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一。
2FSK信号的常用解调方法是采用非相干解调和相干解调。
其解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调,然后进行判决。
这里的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小,可以不专门设置门限。
判决规则应与调制规则相呼应,调制时若规定“1”符号对应载波频率f1,则接收时上支路的样值较大,应判为“1”,反之则判为“0”。
所采用的正弦载波是幅度为2,频率为4Hz,采样周期为0.002的信号。
伯努利二进制随机数产生器参数设置默认。
带通滤波器参数:
)信道参数设置:
(1)2PSK调制与解调的原理:
2PSK信号的产生方法主要有两种,即相乘法和开关法。
2PSK信号的解调方法是相干解调。
由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的,所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。
度为2,频率为5Hz;
正弦载波2是幅度为-2,频率为5Hz;
;
道参数设置:
信噪比分别设为90、60、30;
相关带通滤波器的参数设置情况与2FSK类似,低通滤波器参数设置情况与2FSK大体一样。
(1)2FSK调制与解调
a.2FSK调制与解调的原理:
F一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。
b.Simulink仿真模型图:
已知SIMULINK的FSK在无信道存在条件下,随机信号(RandomInterger)的采样时间为1/10000s,调制器频率间隔(Frequencyseparation)为24000HZ,每符号采样数(samplepersymbol)为2其误码率为0,加入高斯白噪声信道:
信噪比分别为30、60、90。
c.示波器结果附图:
(2)2PSK调制与解调
a.Simulink仿真模型图:
已知SIMULINK的FSK在无信道存在条件下,随机信号(RandomInterger)的采样时间为1/10000s。
调制器频率间隔(Frequencyseparation)为24000HZ,每符号采样数(samplepersymbol)为2,其误码率为0,要求仿真以使其误码率越小越好。
加入高斯白噪声信道:
完成2PSK和2DPSK的调制与解调,要求相位偏移为pi,信道采用多径瑞利衰弱信道,随机信号(RandomInterger)的采样时间为1/10000s。
b.示波器结果附图:
(3)2DPSK调制与解调
a.2DPSK调制与解调的原理:
2DPSK调制原理方框图如下图:
2DPSK信号的解调,主要有两种方法,即相位比较法和相干解调法。
相干解调法原理方框图如下图:
5、8PSK调制与解调、16AQM调制与解调
(1)8SK调制与解调
a.Simulink仿真模型图:
进制数设置为8进制,采样时间设置为1/1000,随机整数0到7转换为3比特二进制组后送入8PSK基带调制器,信道中加入高斯噪声方差为0.02----0.5之间。
b.星座图:
格雷码示波器图:
二进制码示波器图:
比较采用普通2进制码和格雷码方式的性能,2进制误码率较大。
输出改成10进制:
b.星座图:
(2)6AQM调制与解调
采样时间设置为1/1000,信道中加入高斯噪声方差为0.02。
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- 通信 原理 大型 实验