通信原理 软件仿真实验指导书.docx

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通信原理软件仿真实验指导书

物理电子工程学院

通信原理实验指导书

实验一幅度调制（AM、DSB）

一、实验目的：

1、掌握AM、DSB基本原理；

2、掌握AM、DSB信号的产生方法和解调方法；

3、掌握AM、DSB信号的波形及频谱特点。

二、实验内容：

1、搭建AM、DSB调制、解调系统；

2、观察AM、DSB信号的波形和频谱；

3、幅度调制系统的抗噪声性能。

三、实验原理及模型

1、AM调制解调

（1）设计原理

幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使正弦载波的幅度随着调制信号而改变的调制方案，属于线性调制。

AM信号的时域表示式：

频谱：

调制器模型如图所示：

AM调制器模型

AM的时域波形和频谱如图所示：

时域频域

AM调制时、频域波形

AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。

它的带宽是基带信号带宽的2倍。

在波形上，调幅信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化，在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。

在解调时，根据AM调制的特性，既可以采用相干解调，也可以采用包络检波。

（2）Simulink建模

调制信号：

频率5HZ，振幅1，载波：

频率50HZ，振幅1，

相干解调模型

包络检波模型

2、DSB调制与解调

（1）设计原理

在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。

AM调制模型中将直流分量去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式——抑制载波双边带信号，即双边带信号（DSB）。

DSB信号的时域表示式

频谱：

DSB的时域波形和频谱如图所示：

时域频域

DSB调制时、频域波形

DSB的相干解调模型如图所示：

：

DSB调制器模型

与AM信号相比，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率时100%，DSB信号解调时需采用相干解调。

（2）simulink仿真

调制信号：

频率5HZ，振幅1，载波：

频率50HZ，振幅1，

实验二二进制振幅键控调制

一、实验目的：

1、掌握2ASK信号的产生方法和解调方法；

2、掌握2ASK信号的波形及频谱特点；

3、了解2ASK系统的抗噪声性能。

二、实验内容：

1、搭建2ASK调制系统；

2、观察2ASK信号的波形和频谱；

3*、2ASK系统的抗噪声性能。

三、知识要点和原理

2ASK调制就是用数字基带信号来控制键控期间的振幅，键控器件有两个信号输入端，数字基带信号为1或0时使两个不同信号分别输出，达到键控目的。

基本原理：

2ASK信号的一般表达式

其中，

若

则2ASK信号为“通-断键控（OOK）”信号：

波形为：

原理框图

2ASK信号的产生（模拟法和键控法）

2ASK信号的解调

（1）非相干解调

（2）相干解调

四、simulink仿真

ASK调制与解调

ASK框图（模拟相乘法、相干解调）

信源参数：

0码概率0.5采样时间1s

载波参数：

幅度1频率100rad/s

高斯白噪声参数：

均值0标准差0.001

BPF参数：

下限频率90rad/s上限频率110rad/s

LPF参数：

截止频率10rad/s

判决器参数：

门限0.25

ASK框图（模拟相乘法、包络检波解调）

信源参数：

0码概率0.5采样时间1s

载波参数：

幅度1频率100rad/s

高斯白噪声参数：

均值0标准差0.001

BPF参数：

下限频率90rad/s上限频率110rad/s

LPF参数：

截止频率10rad/s

判决器参数：

门限0.25

全波整流器参数：

下限0上限inf

实验三二进制频移键控调制

一、实验目的：

1、掌握2FSK信号的产生方法和解调方法；

2、掌握2FSK信号的波形及频谱特点；

3、了解2FSK系统的抗噪声性能。

二、实验内容：

1、搭建2FSK调制系统；

2、观察2FSK信号的波形和频谱；

3*、2FSK系统的抗噪声性能。

三、知识要点和原理

2FSK调制就是用数字基带信号来控制键控期间的频率，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。

键控器件有两个信号输入端，数字基带信号为1或0时使两个不同信号分别输出，达到键控目的。

基本原理：

2FSK信号的一般表达式

波形为：

原理框图

2FSK信号的产生框图

2ASK信号的解调框图

（1）非相干解调

（2）相干解调

四、simulink仿真

FSK框图（模拟相乘法、相干解调）

信源参数：

0码概率0.5采样时间1s

载波1参数：

幅度1频率100rad/s

载波2参数：

幅度1频率20rad/s

高斯白噪声参数：

均值0标准差0.001

BPF1参数：

下限频率95rad/s上限频率105rad/s

BPF2参数：

下限频率15rad/s上限频率25rad/s

LPF参数：

截止频率10rad/s

判决器参数：

门限0.25

比较器参数：

关系操作＞

FSK框图（模拟相乘法、包络检波解调）

信源参数：

0码概率0.5采样时间1s

载波1参数：

幅度1频率100rad/s

载波2参数：

幅度1频率20rad/s

高斯白噪声参数：

均值0标准差0.001

BPF1参数：

下限频率95rad/s上限频率105rad/s

BPF2参数：

下限频率15rad/s上限频率25rad/s

LPF参数：

截止频率10rad/s

判决器参数：

门限0.25

比较器参数：

关系操作＞

全波整流器参数：

下限0上限inf

实验四非均匀量化编码的Simulink仿真

一、实验目的

1．掌握非均匀量化编码工作原理；

2．掌握非均匀量化编码Simulink建模方法；

3．掌握非均匀量化编码Simulink仿真方法。

二、实验仪器

1．PC机一台

2．Matlab软件一套

三、实验原理

1、非均匀量化编码原理

非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。

对于信号取值小的区间，其量化间隔

也小；反之，量化间隔就大。

它与均匀量化相比，有两个突出的优点。

首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。

因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。

实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。

通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。

广泛采用的两种对数压缩律是

压缩律和A压缩律。

美国采用

压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律，因此，本实验模块采用的PCM编码方式也是A压缩律。

所谓A压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：

A律压扩特性是连续曲线，A值不同压扩特性亦不同，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。

实际中，往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。

这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路实现，本实验模块中所用到的PCM编码芯片W681512正是采用这种压扩特性来进行编码的。

图1示出了这种压扩特性。

图113折线

2、A律的Simulink仿真

Matlab的Simulink工具箱可以进行A律的Simulink仿真，其基本的建模方框图如下：

图2

四、Simulink仿真

1、建模模块

本实验中要用到的模块有：

Simulink/Source库下的SignalGenerator模块；Simulink/MathOperations库下的Gain模块；CommunicationsBlockset/SourceCoding库下的A-LawCompressor模块和A-LawExpander模块；Simulink/Discontinuities库下的Quantizer模块；Simulink/Sinks库下的Scope模块。

2、参数设置

（1）锯齿波的实验设置如下：

SignalGenerator模块的“WaveForm”选择“sawtooth”（如图3-a所示），Gain模块的“Gain”的值改为-1（如图3-b所示），其他模块为默认值。

图3-a图3-b

（2）方波的实验设置如下：

SignalGenerator模块的“WaveForm”选择“square”，其他模块的设置与锯齿波的一样。