数据通信原理实验指导书

1、首先添加工具箱，然后运行语句。操作步骤：1 找到连个共享文件夹：comm2与gaotv52 复制该文件夹至c:program filesmatlabr2007atoolbox文件夹下3 打开matlab |文件|set path|add folder|找到comm2，然后保存退出。4 gaotv5同上实验中需注意：1 粘贴命令时注意前后是否发生变化；2所有的为提示符，不需输入，用matlab自带的3 注意标点不要用中文的4 记录实验结果，画在实验结果上（不要把图画在实验内容上），提示：一图一记录，否则后面的图会覆盖前面的图实验一 编码与译码一、实验学时：2学时二、实验类型：验证型三、实验仪器：

2、安装matlab软件的pc机一台四、实验目的：用matlab仿真技术实现信源编译码、差错控制编译码,并计算误码率。在这个实验中我们将观察到二进制信息是如何进行编码的。我们将主要了解：1目前用于数字通信的基带码型 2差错控制编译码五、实验内容：1常用基带码型（1） 使用matlab 函数wave_gen 来产生代表二进制序列的波形,函数wave_gen 的格式是：wave_gen(二进制码元,码型,rb)此处rb 是二进制码元速率,单位为比特/秒（bps）。产生如下的二进制序列： b = 1 0 1 0 1 1;使用rb=1000bps 的单极性不归零码产生代表b的波形且显示波形x，填写图1-1

3、： x = wave_gen(b ,unipolar_nrz,1000); waveplot(x)x = wave_gen(b ,unipolar_nrz,1000);运行如果出错，点击红色显示区域中wave_gen.m部分，然后将glable sampling_constrant删除，并在if(nargin=3)后，加入sampling_constrant=100;即可。（2）用如下码型重复步骤（1）（提示：可以键入“help wave_gen”来获取帮助），并做出相应的记录：a 双极性不归零码 b 单极性归零码c 双极性归零码 d 曼彻斯特码 (manchester)图1-1 单极性不归零

4、码图1-2双极性不归零码图1-4双极性归零码图1-3单极性归零码图1-5曼彻斯特码2差错控制编译码（1） 使用matlab 函数encode来对二进制序列进行差错控制编码, 函数encode的格式是：acode = encode(msg,n,k,linear/fmt,genmat) bcode = encode(msg,n,k,cyclic/fmt,genpoly) ccode = encode(msg,n,k,hamming/fmt,prim_poly)其中a用于产生线性分组码，b用于产生循环码，c用于产生hamming码，msg为待编码二进制序列，n为码字长度，k为分组msg长度，genm

5、at为生成矩阵，维数为k*n，genpoly为生成多项式,缺省情况下为cyclpoly(n,k)。其说明参见matlab帮助。（2）产生如下的二进制序列：b=1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1;使用rb=1000bps 的单极性不归零码产生代表b 的波形且显示波形，在图1-6中记录其波形： x = wave_gen(b,unipolar_nrz,1000); waveplot(x)（3）产生生成矩阵： genmat=1 0 0 0;0 1 0 0;0 0 1 0;0 0 0 1;0 1 0 1;0 1 1 0;0 1 1 1;（4）对b进行分组码编码： linear =encode

6、(b,7,4, linear/binary,genmat);使用rb=1000bps 的单极性不归零码产生代表linear的波形且显示波形，填写表1-1并在图1-7中记录波形： x = wave_gen(linear,unipolar_nrz,1000); waveplot(x)（5）对生成的线性码译码，并使用rb=1000bps 的单极性不归零码产生和显示译码后的波形，填写表1-1并在图1-8中记录波形： code=decode(linear,7,4,linear,genmat); x = wave_gen(code,unipolar_nrz,1000); waveplot(x)genmat

7、=1 0 0 1 0 1 1;0 1 0 1 1 1 0;0 0 1 0 1 1 1;（6）参考以上步骤验证循环码的编译码原理，并做出相应的实验记录。表1-1差错控制编译码b1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1线性分组码编码线性分组码译码循环码编码循环码译码图1-6 b波形图1-7 线性分组码编码后波形图1-8线性分组码译码后波形图1-9 循环码编码后波形图1-10 循环码译码后波形实验二 随机信道噪声仿真实验一、实验学时：2学时二、实验类型：验证型三、实验仪器：安装matlab软件的pc机一台四、实验目的：了解信道概念及常见的随机信道，用matlab仿真噪声信号，了解噪声的概念及对

8、信道的影响，用matlab仿真产生噪声信号，分析其数字特征、分布特性和功率谱密度。五、实验内容： 代表信道响应的 matlab 函数是channel,形式如下（提示：我们可以键入help channel 来获取channel 函数的帮助）:channel(输入,增益,噪声功率,带宽)（1）创建一个有10 个抽样值的二进制序列b 且用双极性不归零信号格式产生代表b 的波形,其中rb=1kbps。 b = binary(10); x = wave_gen(b,polar_nrz,1000);根据系统参数设置确定x 的传输带宽bt：bt = _hz.（2）考虑一个具有归一化增益和加性白高斯噪声(aw

9、gn)的基带数字传输信道(噪声功率为0.01w,信道带宽为4.9khz),在此信道上传输波形x,并显示输入和输出波形并记录在图2-1和图2-2中: y = channel( x,1,0.01,4900 ); subplot(211),waveplot(x); subplot(212),waveplot(y);根据显示的输出波形估计b:b = _把你的估计和原序列b比较。图2-1 输入波形图2-2 通过信道后的输出波形（3）信道噪声对传输波形的影响。逐渐地增加信道噪声功率，并保持信道带宽不变，观察信道输出的变化: subplot(212),waveplot( channel(x,1,sigma,

10、4900);% 注意修改sigma的值sigma 取0.1,0.5,1,2,5 等值，在下列图中记录其波形。在噪声功率为多少时，传输的信号将淹没在噪声之中?图2-3 sigm=0.1时的输出波形时图2-4 sigm=0.5时的输出波形图2-5 sigm=1时的输出波形图2-6 sigm=2时的输出波形图2-7 sigm=5时的输出波形（4）通过看信道输出的功率谱密度来观察增加信道噪声功率的影响: b = binary(1000); x = wave_gen(b,polar_nrz,1000); clf,subplot(121),psd(x),a = axis; subplot(122),psd

11、(channel(x,1,0.01,4900); axis(a),hold on psd(channel(x,1,1,4900); psd(channel(x,1,5,4900);分别在下图中记录功率谱密度波形图2-8 x功率谱密度图2-9 x通过sigm=0.01的信道后功率谱密度图2-10 x通过sigm=1,5的信道后功率谱密度（5）产生高斯白噪声信号，噪声功率为0dbw： awgn_noise=wgn(100000,1,0); plot(awgn_noise);（6）计算噪声信号awgn_noise的数字特征（均值、自相关函数、功率谱密度） mean(awgn_noise) %噪声信号

12、均值 acf(awgn_noise); psd(awgn_noise); 噪声信号awgn_noise均值为_，分别在图2-11和图2-12中记录噪声信号awgn_noise的自相关函数和功率谱密度波形。图2-11 awgn_noise的自相关函数波形 图2-12 awgn_noise的功率谱密度波形（7）计算awgn_noise概率密度函数，打印出该概率密度函数波形并记录在图2-13中： pdf(awgn_noise);图2-13 awgn_noise概率密度函数波形实验三 数字调制与解调一、实验学时：4学时二、实验类型：综合型三、实验仪器：安装matlab软件的pc机一台四、实验目的：用m

13、atlab仿真技术实现数字调制与解调、基带数字调制与解调。掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系；掌握用键控法产生2ask、2fsk、2dpsk信号的方法；了解2ask、2fsk、2dpsk信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。在该实验中你将对数字信号的频带传输进行研究，你可以学习到：1数字调制波形的产生；2相干和非相干（包络检测）接收机；3在强噪声下系统的性能分析。五、实验内容：1ask（振幅键控）的产生（1）产生初始5 比特信息为1 0 0 1 0的二进制序列: b = 1 0 0 1 0 binary(455)；（2）产生一载频为8khz 的ask 信号sa，a由序列b 得到单极性

14、不归零信号xu，b用xu 与振荡器产生的8khz 载波混频（相乘）,得到信号sa。 xu = wave_gen(b,unipolar_nrz,8000); sa = mixer(xu,osc(8000);（3）显示代表b 的初始5 比特信息的xu 和sa 的波形,并比较两种波形。 tt = 1:500; subplot(211),waveplot(xu(tt) subplot(212),waveplot(sa(tt)图3-1 xu(tt)波形图3-1 xu(tt)波形再把它们在频率范围020khz 内的功率谱密度显示出来,并分别记录在图3-3和图3-4 中。 fr = 0,20000; sub

15、plot(211),psd(xu,fr) subplot(212),psd(sa,fr)图3-3 xu(t)功率谱密度图3-4 sa(t)功率谱密度2fsk（频移键控）的产生（1）产生一相位连续的fsk 信号sf,其1 和0 载频分别为4khz 和8khz:a由序列b 得到双极性不归零基带信号xf；b用该双极性脉冲作为vco（压控振荡器）的输入,在该实验中vco的中心频率为6khz，频偏为2khz / v。xf = wave_gen(b,polar_nrz); sf = vco(xf);（2）显示0 t subplot(211),waveplot(xf(tt) subplot(212),wav

16、eplot(sf(tt)图3-6 xu(tt)波形图3-5 xu(tt)波形（3）显示fsk 信号的功率谱密度函数并记录在图3-7和图3-8中： clf fr = 0,20000; psd(sf,fr) psd(xf,fr)图3-7 xf(t)功率谱密度图3-8 sf(t)功率谱密度32dpsk信号的产生（）差分编码实现从绝对码到相对码的变换，matlab 中实现差分编码的函数是diff_enc,形式如下（提示：我们可以键入help diff_enc 来获取diff_enc 函数的帮助）:diff_enc(x, delay)其中，为待编码序列，delay为延迟，此函数实现的表达式为y(n)=x

17、(n) xor x(n- delay)。以rb=1000产生序列，并产生其波形： b = 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1; subplot(211), waveplot(wave_gen(b,polar_nrz);（）使用diff_enc函数进行差分编码，并产生其波形。延迟delay取默认值： xde = diff_enc(b); subplot(211), waveplot(wave_gen(xde,polar_nrz);把编码后的序列填入表-1中，比较差分编码后序列xde和编码前的序列的波形。（）差分译码实现从相对码到绝对码的变换，matlab 中实现差分编码的函数是diff_de

18、c,形式如下:diff_dec(x, delay)其中，为待译码序列，delay为延迟，此函数实现的表达式为y(n)=x(n) xor x(n+delay)。使用diff_dec对xde进行译码得到译码后的序列xdd，并产生其波形： xdd = diff_dec(xde);把译码后的序列填入表-1中，并比较差分译码后序列xdd和编码前的序列的波形。表-1 差分编译码序列序列值b1 0 0 1 0 0 0 1 0 1xdexdd（）采用2psk调制方式传输经过差分编码后的序列。4相干检测（1）对于ask和psk 信号的相干检测机如下图3-9所示:图3-9相干检测原理图为解调ask 信号sa,先要

19、将信号sa 与和sa 同频同相的本地载波相乘。显示出相乘器输出端初始5个码元周期内的波形,同时将其在频率范围fr 内的功率谱密度函数记录在图3-10中。 ya = mixer(sa,osc(8000); clf,subplot(211),waveplot(ya(tt) subplot(212),psd(ya,fr)图3-10 sa功率谱密度波形（2）将信号ya 作为匹配滤波器的输入,并在图3-11中记录0 t za = match(unipolar_nrz,ya); subplot(212),waveplot(za(tt)图3-11 za波形5非相干检测（1）非相干检测数字调制信号并不需要考虑

20、本地载波的同步问题。但是,在存在低信噪比的情况下,非相干检测与相干检测相比有着更高的误码率。考虑图3-12所示的非相干接收机。图3-12非相干接收机带通滤波器（bpf）的作用是削减带外干扰和噪声。若我们适当地选择bpf 的带宽,则bpf 引起的信号失真可以忽略。包络检波器包括一个检波器和一个lpf（低通滤波器）,其带宽为fo，带宽fo 的选择应满足：信号带宽 fo 载波频率（2）令matlab 函数envelope中所用的lpf 的带宽为4000khz。将ask 信号引入函数envelope 中,并将其输出信号与sa一并显示出来记录在图3-13和3-14中: ya = envelope(sa,

21、4000); clf,subplot(211),waveplot(sa(tt) subplot(212),waveplot(ya(tt)图3-13sa波形图3-14输出波形附录通信系统工具箱随机数字的产生binary . .随机二进制数值corr_seq . 一阶自回归过程exponent . 指数型分布随机变量gauss . .高斯型分布随机变量laplace . .拉普拉斯型分布随机变量uniform . . . 均匀型分布随机变量realize . . . 随相正弦随机过程speech . . . 随机话音信号概率分析cdf . . . 随机序列抽样的概率分布函数exp_cdf . .

22、. 指数型随机变量的概率分布函数exp_pdf . . . 指数型随机变量的概率密度函数gamma_pdf . . . 伽玛型随机变量的概率密度函数gaus_cdf . . . 高斯型随机变量的概率分布函数gus_pdf . . . 高斯型随机变量的概率密度函数lapl_cdf . . . 拉普拉斯型随机变量的概率分布函数lapl_pdf . . . 拉普拉斯型随机变量的概率密度函数meansq . . . . 均方功率pdf . . . 随机序列抽样的概率分布函数q_function . . . . q 函数rayl_cdf . . . 瑞利型随机变量的概率分布函数rayl_pdf . .

23、. 瑞利型随机变量的概率密度函数unif_cdf . . . 均匀型随机变量的概率分布函数unif_pdf . . . 均匀型随机变量的概率密度函数var. . . 随机变量概率论和随机过程实验dice . . . 随机实验比例图dart . . . . 投标游戏的图形描绘guess . . . 个人信息数据猜测integral . . . . 通过蒙特卡洛模拟实现函数积分new_born . . . 新生婴儿数的抽样函数person_data . . . . 个人记录的产生temperature . . . 一天温度值的抽样函数通用分析工具acf . . . . 自相关函数acf_plot

24、. . . . 自相关函数的显示error . . . . 集群自相关函数psd . . . . 功率谱密度函数psd_plot . . . 功率谱密度函数的显示量 化a2d . . . . 模/数转换d2a . . . . 数/模转换mu_inv . . . . m -律压缩mu_law . . . . m -律扩展quant_ch . . . . 量化特性quant_ef . . . . 量化效率quantize . . . . 均匀量化二进制码元处理bcd . . . . 二/十进制编码bin_enc . . . . 自然二进制源编码bin_dec . . . . 自然二进制源译码bin

25、2gray . . . 自然二进制码到格雷码的转换gray2bin . . . 格雷码到自然二进制码的转换bin2pol . . . 二进制码到双极性码的转换bin2bipo . . . 二进制码到多性码的转换diff_dec . . . . 差分译码diff_enc . . . . 差分编码invert . . . . 二进制序列1 码的实现par2ser . . . . 串并变换pol2bin . . . 双极性码到二进制码的转换ser2par . . . 并串变换xor . . . . 异或二进制信号形式manchester . . . 曼彻斯特脉冲rect_nrz . . . . 矩形不归零脉冲rect_rz . . . . 矩形归零脉冲triangle . .