通信原理大型实验课程设计实验报告文档格式.docx
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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
PCM编码子模块：
如图一
图一PCM编码模块
其中以“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。
可以将该模型中虚线所围部分封装为一个PCM编码子系统备用。
PCM解码子模块：
如图二
图二PCM解码模块
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。
A律十三折仿真模型：
如图三
图三A律PCM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。
主要参数设置：
1、运行环境Simulation，Stoptime：
0.01，Type：
Fixed-step,Solver:
orde5（Dormand-Prince）,Fixed-stepsize:
1/64000
2、“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。
3、量化器模块“Quantizer”的量化间隔为1。
4、“IntegertoBitConverter”模块的转换比特数设置为7，进行7比特转换。
5、Look-UpTable”查表模块可以实现对13段折线近似的压缩扩张计算的建模，编码的输入值向量设置为[0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1]输出值向量设置为[0:
1/8:
1]，解码向量值设置为[0:
1]，输出向量设置为[0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1]。
6、Zero-Order，Sampletime设置为1/8000.
示波器结果：
如图四
图四PCM串行传输仿真结果
由于在信道中加入了信道误码脉冲，所以导致解码输出的结果出现了失真。
（2）u律十三折
μ律PCM编码器：
图五
图五μ律PCM编码模块
μ律PCM解码器：
图六
图六μ律PCM解码模块
μ律十五折的PCM编解码仿真模型：
图七
图七μ律PCM仿真模型
设信道是无噪的。
主要参数设置同A律PCM模型。
运行结果：
如图八
图八PCM量化信噪比测试结果
随着输入信噪比的增大，解调输出的消噪比增大，但是相干解调与包络解调相比，包络解调在相同输入情况下输出信噪比要小。
运行程序清单如下
clear;
freq=1;
%输入正弦波频率
AdB=-60:
1:
0;
%输入电平（分贝）
A=10.^（AdB./20）;
formu=[0.001,255];
%均匀量化和非均匀量化情况
fork=1:
length（A）
sourceAmp=A（k）;
%信号电平赋值
sim（'
ch6example9.mdl'
）;
%启动仿真模型
SNR（k）=10*log10（SandN
（2）./SandN
（1））;
%计算量化信噪比
end
plot（AdB,SNR,'
o'
holdon;
drawnow;
%量化信噪比曲线
end
xlabel（'
输入信号电平dB'
ylabel（'
量化信噪比dB'
axis（[-600050]）;
%理论计算值
SNR_dB=6*8+1.76+20*log10（A）;
mu=255;
Q_dB=20*log10（mu/（log（1+mu）））-20*log10（1+mu*A）;
SNR_dB_mulaw=SNR_dB+Q_dB;
plot（AdB,SNR_dB,'
-'
AdB,SNR_dB_mulaw,'
--'
实验二模拟通信系统的建模仿真
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。
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。
三、实验要求及结果：
1、实验原理原理：
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：
图一中波调幅广播传输系统仿真模型
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。
参数设置：
零阶保持器采样时间间隔、噪声源采样时间间隔均设置为6.23e-8；
基带信号为幅度是0.3的1000hz正弦波，载波为幅度是1的1MHz的正弦波。
用RandomNumber模型产生零均值方差等于3.4945的噪声样值序列，并用加法器实现AWGN信道；
带通滤波器用AnalogFilterDesign模块实现，可设置为2阶带通的，带通为2*pi*（1e6-6e3）~2*pi*（1e6+6e3）。
图二
图中第一路信号没有加入噪声直接调幅，信号很完整，第二路加入了噪声导致了部分失真，但整体上还是比较完整的。
（2）调幅的包络检波和相干解调性能仿真比较
子模块：
图三
两个带通滤波器参数相同，其中心频率为1000Hz，带宽为200Hz；
两个带阻滤波器参数相同，其中心频率为1000Hz，带宽为200Hz；
Workspace模块设置将仿真结果送入工作空间，变量名为SNR_out，含有2个元素，即两个解调输出信号的检测信噪比。
仿真模型：
图四包络检波和相干解调性能仿真比较模型
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。
（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）
如图五。
图五信道噪声方差等于1时
Matlab脚本文件输出图形：
如图六
图六输入信噪比相同情况下两种解调方式的比较
运行程序清单：
SNR_in_dB=-10:
2:
30;
SNR_in=10.^（SNR_in_dB./10）;
m_a=0.3;
P=0.5+（m_a^2）/4;
fork=1:
length（SNR_in）
sigma2=P/SNR_in（k）;
sim（'
shiyansan.mdl'
SNRdemod（k,:
）=SNR_out;
plot（SNR_in_dB,SNRdemod）;
输入信噪比dB'
解调输出信噪比dB'
legend（'
包络检波'
'
相干解调'
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。
实验要求：
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。
三、实验原理：
1、2ASK调制与解调
（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）Simulink2ASK调制与解调仿真模型仿真模型:
图一2AS解调与调制仿真模型
正弦载波是幅度为2，频率为4Hz，采样周期为0.002的信号。
带通滤波器参数：
带通范围为2-7HZ；
低通滤波器参数设置：
截止频率为1HZ；
信道参数设置：
信噪比分别设为90、60、30；
量化器参数设置为：
[0.5][01]
（3）示波器显示结果:
图二左2ASK数字调制信号右2ASK数字信号解调信号
（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”。
（2）Simulink2FSK调制与解调仿真模型图：
图三2FSK调制与解调模型
参数设置说明：
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。
）信道参数设置：
（3）示波器显示结果：
图四左2FSK调制信号解调后的信号右2ASK调制信号经过滤波器后的信号
（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。
（2）Simulink仿真模型图：
如图五
图五2PSK调制与解调仿真模型
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：
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。
图六左2PSK调制波形与原始信号的比较右解调波形与调制后的比较
从图上可以看出2PSK调制时的两个载波信号的相位差180度最后得到的调制信号也是一个相位变化的波形。
实验四：
2FSK模块调制与解调
一、2FSK调制与解调
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，现要求仿真以下模型，使其误码率越小越好，分别加入以下信道，加入高斯白噪声信道：
信噪比分别为306090。
加入多径瑞利衰弱信道。
1、只加入高斯白噪声的Simulink仿真模型图：
图一只含有高斯白噪声的信道
示波器显示结果：
1、高斯白噪声和瑞利衰落的信道的Simulink仿真模型图：
含有高斯白噪声和瑞利衰落的仿真模型：
图四
实验五、比较BFSK调制信号在加性高斯白噪声和在多径瑞利衰落信道中的传输性能差异
1、信号在具有高斯白噪声信道中传输时的模型：
图一
高斯白噪声信道参数设置：
2、信号在具有高斯白噪声和多径瑞利衰落信道中传输时的模型：
3、仿真程序清单
x=0:
15;
%表示信噪比
y=x;
%表示信号的误比特率，它的长度与X相同
FrequencySeparation=24000;
%BFSK调制的频率间隔等于24KHz
BitRate=10000;
%信源产生信号的bit率等于10kbit/s
SimulationTime=10;
%仿真时间设置为10秒
SamplesPerSymbol=2;
%每个符号的抽样数等于2
Velocity=40;
%发送端和接收端的相对运动速度，单位是公里/小时
LightSpeed=3*10^8;
%光速，单位是米/秒
Frequency=825*10^6;
%载波频率Hz
WaveLength=LightSpeed/Frequency;
%计算载波的波长
Fd=Velocity*10^3/3600/WaveLength;
holdoff;
fori=1:
length（x）%信道的信噪比依次取X中的元素
SNR=x（i）;
bfsk1.mdl'
%运行仿真程序，得到的误比特率保存在工作区变量的BitErrorRate中
y（i）=mean（BitErrorRate1
（1））;
%计算BitErrorRate的均值作为本次仿真的误比特率
semilogy（x,y）;
%绘制x和y的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标
length（x）
bfsk2.mdl'
y（i）=mean（BitErrorRate2
（1））;
4、运行结果：
实验六：
8PSK传输系统测试模型
一、8PSK调制与解调
（1）Simulink仿真模型图：
图一8PSK调制与解调仿真模型
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。
数据映射方（constellationordering）设置可以为普通二进制（bit）方式或格雷码（Gray）方式，相对横轴的角度偏移量为pi/8，输出类型（outputtype）为二进制（bit）。
（2）星座图
无高斯噪声的时候：
图二无高斯噪声
高斯噪声方差为0.01时星座图：
图三高斯噪声方差为0.01
高斯噪声方差为0.02时星座图：
1图四高斯噪声方差为0.02
实验心得体会:
经过这的几次的课程设计，了解了Simulink通信仿真的原理以及应用，自己也动手建立了不同的模型和不同参数的信道进行了调制与解调的仿真，从书上的原理到了真实的仿真有助于知识的理解。
通过这次的通信原理的课程设计，让我收获多多。
但在这中间，我也发现了我存在的很多不足，理论知识掌握的不够扎实，以及对模型里的滤波器以及信道参数掌握的不够，还有待提高。
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