北邮scilab-通信原理软件实验报告

第第#页了解产生SSB调制的基本原理；了解SCICOS中的超级模块；了解利用相干解调法解调幅度调制信号的方法。二、实验原理SSB调制SSBAM产生方法一：神 R ■熊 -⑴行⑺OBS5.I逋过边带灌膑黠声生的弱口调制信号SSB信号的产生可以通过光产生双边带抑制载波调幅信号(DSB-SC)•然后再将它通过边带流波器实现，如图5.43.由］D5JB愿C信号的特点是上下边带携带相同的信息.所以可以利用造波器游去一半带宽信号的方法无失真的传输信号.这种方法的关筵是利用功带滤波器"请见注释口SSBAM产生方法二：单边带调制信号表达式为：SSB解调用相干解调或同步解调来还原幅度调制信号。其解调框图如下：0十二倍频分M,0十二倍频分M,通过抿通漉波器.滤除载波的：倍频分量：由于通过稀相器所跳公最后得到：5±(0=Acm(f)cos3^；/)-4-^«C)sin2^.z)1 ] c写上(，)，8虱2忒H+色)=— +--47K(0sinf牝)%。)=!4切⑴如图5.45所示，载波应该提取自输入信号，通过平方环法或COSTAS环方法提取。由于这次实验是验证解调方法，假定已经获得了解调所用的载波的频率，所以直接使用调制端正弦波发生器产生的载波信号充当解调载波。三、实验步骤SSB调制（1）将正弦波发生器（sinusoidgenerator）、组合希尔伯特变换器（来自Scicom_signalprocess元件库）、组合移相器（来自Scicom_signalprocess元件库）、加法器模块、乘法器模块、触发时钟（CLOCK_c）、示波器模块（MScope）、和频谱示波器（FFT）模块下图连接。

四、实验结果(2)SSB调制：SSB解调过程按其解调原理可得解调示例系统如下图所示FiLeBiasrsiiPaletteEditVlpviSinnalsiteFonnatTools?MScopeanalogluwnasGlirtersinusoidgeneratorSSDModuiatorpbPhaseshinFortAEqualDelayFartsinusoidgenerator□0@实验结果：向后□.S-FiLeToolsEdit斯U 9SL5mrimn□.t□£1--US-41.B--H.b-斯U95?.5匚:可1Io2UJJ-wScilabGraphic(20027)频谱图：1口 $ 1口 1$ Hl 25 ZD 击 出 45Freq-(UN)五、思考题：SSB信号的特点是什么？答：只有上边带或者只有下边带，最窄的传输带宽，信道利用率最高。相比于DSB信号，SSB信号只用了一半的带宽就能反应出完整的原信号的信息，而如果基带m（t）是余弦信号，则SSB信号也是余弦信号，不能使用非相干解调的方法对其进行解调，其频谱也是一个冲激，而DSB信号的冲激为两个。实验步骤5的参数之间有什么关系？为什么？改变参数值，配合实验加以解释。答：希尔伯特变换的取样点数记为n，period参数为t，而进行一次希尔伯特变换计算的时间周期为T=n*t。如果T=NT1（T1则是输入信号周期），则希尔伯特变换的结果较为精确，步骤（5）中period为1/2048,取样点数为2048,所以T=1,而输入信号周期为0.2,所以T是其整数倍，所以这样取值结果较为精确。当希尔伯特变换的取样点数为2000时，即T不是输入信号周期的整数倍时，其频谱图为：

时域图为：时域图为：可以看出其调制结果发声明显的失真，原因使其希尔伯特变换不精确。附加实验一、实验目的：假设基带信号为m（t）=sin（2000兀t）+2cos（1000兀t）,载波频率为20kHz,仿真出ssb信号，观察已调信号的波形及频谱。二、实验代码：clearallexect2f.sci;execf2t.scclearallexect2f.sci;execf2t.sci;fs=800;//采样速率T=200;//截短时间N=T*fs;//采样点数dt=1/fs;//时域采样间隔t=[-T/2:dt:T/2-dt];//时域采样点df=1/T;//频域采样间隔f=[-fs/2:df:fs/2-df];//频域采样点数fm1=1;//待观测正弦波频率，单位KHz,下同fm2=0.5;//待观测余弦波频率fc=20;//载波频率//以上为初始化参数设置m1=sin((2*%pi)*fm1*t);//待观测正弦波部分M1=t2f(m1,fs);//傅里叶变换MH1=-%i*sign(f).*M1;//其傅里叶变换的希尔伯特变换mh1=real(f2t(MH1,fs));//其希尔伯特变换m2=2*cos((2*%pi)*fm2*t);//待观测余弦波部分M2=t2f(m2,fs);//傅里叶变换MH2=-%i*sign(f).*M2;//其傅里叶变换的希尔伯特变换mh2=real(f2t(MH2,fs));//其希尔伯特变换s3=(m1+m2).*cos((2*%pi)*fc*t)-(mh1+mh2).*sin((2*%pi)*fc*t);〃SSB信号时域表达式，以上边带为例S3=t2f(s3,fs);//SSB信号上边带频域表达式//以上是仿真计算部分//以下为绘图部分//SSB信号(以上边带为例)xset('window',5)plot(f,abs(S3))title('SSB信号频谱')xlabel('f')ylabel('S(f)')mtlb_axis([-25,25,0,max(abs(S3))])xset('window',6)plot(t,s3)title('SSB信号波形')xlabel('t')ylabel('s(t)')mtlb_axis([0,6,-3,3])三、实验结果:FileToolsSSB信号•FileToolsSSB信号•被联Edit反ScilabGraphic(6)实验十二 ASK调制与解调（模块）一、实验目的了解幅度键控（ASK）调制与解调的基本组成和原理。二、实验原理用数字基带信号去控制正弦型载波的幅度称为振幅键控。2ASK是指二进制振幅键控，又称OOK，它以单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启与关闭。其产生的框图如图5.81所示。图5.82为二进制信源信号和ASK调制信号的波形图。图5.83显示了其功率谱图。

四二网四二网00K信号的产生幄渊三、实验步骤在加性高斯白噪声信道条件下，OOK信号的解调方法有相干解调和非相干解调。两种解调方法的原理框图如下图。高新白麋击三、实验步骤在加性高斯白噪声信道条件下，OOK信号的解调方法有相干解调和非相干解调。两种解调方法的原理框图如下图。高新白麋击图5.85(X)K信号的非相『懈置带通母波器(1)调制信号的产生:sinusoidMScopeg^riE「日E「b\risryrandc-niganbrjiorFile：HiiEramPaletteEd.:1VievSinul^i€Format1口口Is?JUntitled原始信号序列图和产生的OOK信号图如下:（2）非相干解调模块图:解调过后的信号图为：

（3）相干解调模块图：解调过后的信号图如下：四、思考题（1）从频域和时域分析图5.88中rectifier、analoglowpassfilter两个模块的作用。答：rectifier模块和analoglowfilter模块合起来组成一个包络检波器，rectifier的作用是整流，使余弦信号的负半周期取绝对值变为正值，在频域相当于余弦信号的傅里叶变换冲激函数卷积上符号函数sgn（t）的傅里叶变换1/j*%pi*f，卷积过后冲激函数消失，原码的频域变到低频区域，再利用analoglowpassfilter的低通滤波作用滤掉高频部分，最后经过判决恢复成原码。（2）MASK调制解调模型如何构建？答：调制：首先把二进制幅度序列变为M进制幅度序列，再与余弦信号相乘得到MASK信号，解调时利用相干解调再使用ML准则进行判决。设计类实验二 线路码型HDB3编码（模块）一、实验目的（1）了解几种常用线路码型及其编码规则。（2）掌握HDB3码的编码原理及其SCILAB实现。（3）学会使用HDB3码编码模块及其调试。二、实验原理常用线路码型有：单极性非归零码、双极性非归零码、单极性归零码、双极性归零码、差分码、AMI码、HDB3码。HDB3码的编码规则如下：（1）先把消息代码变成AMI码，然后检查AMI码的连0串情况，当无3个以上连0时，则这时的AMI码就是HDB3码。（2）当出现4个或4个以上连0码时，则将每4个连0小段的第4个0变换成非0码。这个由0码改变来的非0码称为破坏符号，用符号V表示，而原来的二进制码元序列中所有的1码称为信码，用符号B表示。当信码序列中加入破坏符号以后，信码B与破坏符号V的正负必须满足如下两个条件：1、B码和V码各自都应始终保持极性交替变化的规律，以便确保编好的码中没有直流成分。2、V码必须与前一个码（信码B）同极性，以便和正常的AMI码区分开来，如果这个条件得不到满足，那么应该在四个连0码的第一个0码位置上加一个与V码同极性的补信码，用符号B表示，并将调整，使B码和B'码合起来保持条件1中信码极性交替变换的规律。三、实验步骤（1）二进制随机码的HDB3编码：、Untitledfreq_diY*DelaysMScopeHDB3EncoderbinaryrandomgeneratorflieIksiErsnPaletteIdiiYlctSirulateFornatT.d>:>1s? ■口〉（2）实验仿真波形如下：（3）原信号频谱图：(4)HDB3频谱图:四、思考题(1)观察HDB3码的频谱图，分析其与原码频谱的不同。答：通过观察可得，HDB3码的频谱图频率集中在中频部分,高频和低频分量很小，而原码频谱集中在低频部分。(2)HDB3码译码如何仿真实现？请给出SCICOS模块连接的工程图，以及相关波形图。(3)线路码在数字通信系统中起什么作用？除了HDB3码，还有哪些线路码？试列出各自优缺点以及适用的场合。答：在实际数字通信中，经常需要在数字通信设备之间通过同轴电缆或其他有线传输媒介来传输数字基带信号，由于在基带信道传输时，不同传输媒介具有不同的传输特性，所以需要使用不同的接口线路码型。除了HDB3码外还有AMI码，CMI码，数字双相码等线路码，其中AMI码其功率谱无离散的直流分量，低频和高频分量较小，能减小码间干扰，具有检错能力以及能提取出时钟，缺点是在连“0”时时钟提取困难。而HDB3码正好改善了AMI码的缺点，不会出现连“0”的情况，因此提取时钟简单。CMI码功率谱不仅含连续谱，还含有离散的时钟分量及其奇次谐波分量，无离散直流分量。数字分相码在收端利用简单的非线性变换后提取时钟方便。但是它所提取的时钟频率是符号速率的2倍，再由它分频得到的定时信号，必定存在相位的不确定问题。综合类实验一 数字基带系统的仿真一、实验目的(1)了解在理想限带及加性白高斯噪声信道条件下数字基带系统的基本原理和设计方法，完成在仿真平台上的系统搭建与仿真。(2)进一步熟悉SCICOS下的复杂系统设计。(3)运用工具库现有的通信工具模块搭建系统，利用其功能全面且封装性强的特点，针对数字基带系统进行横向功能分解，使系统设计更加精炼、准确。(4)深入学习数字基带系统核心传输节点的性能，并掌握眼图示波器的使用方法，观察接收滤波器输出的眼图和功率谱密度，判断系统传输的正确性和精准性，调试以达到最佳传输效果。二、实验原理若使得在接收端抽样时刻码间干扰为零，则系统的合成传递函数必须满足以下条件：GT(J)xC(/)xGR(J^X^(f)\e-^ \f\<W耳⑦+/(/)+/(/)=—2乃九\GT(/)\x\C(J)\x\GR(f)\=X^(f)\式中的%(/)、%(/)、%(7)分别是发送腐波器、信道及接收滤波器的相频特性，务是时间延迟，%=今+%+心，其中石、匕、%分别是发送、信道、接收滤波器引入的时延,W为升余弦滤波器的截止频率.在接收端抽样时刻无码间干扰条件下，引起误码的是加性噪声，此时，最佳接收的接收滤波器应匹配于所接收的确定信号।使接收端抽样忖刻的信噪比最大口设：限带信道是理想低通特性，并设信道不引入忖延“mc(/)=n[^)={»⑶的则接收到的确定信号的频谱仅取决与发送滤波器的特性，所以接收滤波器的应与发送滤波器共轭匹配，即：GKf}=/⑺…缶/31i为这样，在理想限带信道情况下，既要使接收端抽样时刻的抽样值无码间干扰，又要使得在抽样时刻抽样值的信噪比最大，则不条(f)=GTif)¥05A I2小.5(f)=户方…综上所述，数字PAM信号通过限带信道、并受到加性噪声干扰的情况下，在限带信道为理想低通条件下，最佳基带传输的发送及接收滤波的设计原则为：总的收发系统的传递函数要符合无码间干扰基带传输的升余弦特性；且又要考虑在抽样时刻信噪比最大的收、发滤波共轭匹配的条件。可得无码间干扰的条件下，其系统框图如图5.150：G(/) C(/)4O三、实验过程(1)编程实现模块连接图：IFillDitermttJ+l1+liitVi-wjiaBliil+FrailT在Diagram-Context中进行如下内容设置：functionX=t2f(x)H=fft(x);X=[H(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),H(mtlb_imp(1,N/2))]*dt;endfunctionfunctionx=f2t(X)S=[X(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),X(mtlb_inp(1,N/2))];x=ifft(S)/dt;endfunctiondt=0.01;L=32;M=16;N=L*MTs=L*dt;Rb=1/Ts;df=1/(N*dt);T=N*dt;Bs=N*df/2;alpha=0.5;t=linspace(-T/2,T/2,N);f=linspace(-Bs,Bs,N)+%eps;hr1=sin(%pi*t/Ts)./(%pi*t/Ts);hr2=cos(((alpha*%pi)*t)/Ts)./(1-(((2*alpha)*t)/Ts).A2);hr=hr1.*hr2;HR=abs(t2f(hr));GT=sqrt(HR);GR=GT;Sendingfilter超级模块中的Scifunc模块的代码：functionX=t2f(x)H=fft(x);X=[H(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),H(mtlb_imp(1,N/2))]*dt;endfunctionfunctionx=f2t(X)S=[X(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),X(mtlb_imp(1,N/2))];x=ifft(S)/dt;endfunctionu=u1’;S=t2f(u);S1=S.*GT;y=real(f2t(S1));y1=y’receivingfilter超级模块中的Scifunc模块的代码：functionX=t2f(x)H=fft(x);X=[H(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),H(mtlb_imp(1,N/2))]*dt;endfunctionfunctionx=f2t(X)S=[X(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1),N)),X(mtlb_imp(1,N/2))];x=ifft(S)/dt;endfunctionu=u1’;SR=t2f(u);SR1=SR.*GRy=real(f2t(SR1));y1=y’;眼图仿真结果：取样判决前的信号波形与恢复信号波形比较：（2）模块实现：在context中设置内容:

原信号与接收匹配滤波器的输出信号波形：原信号波形与恢复信号波形比较：滚降系数为R=0.5时的眼图FileToolsEdit向网二向恃IJEyediagru.Scops(20DL3)滚降系数为R=0.5时的频谱图:itsiae-4IH6-c<K「可।£iZE-CEL-ajrg-iE-reMiiii-dfep-ISSSe-LEBHz容LTooIeEdit网尸OICEl||freq网-婀JSpedruaAnalyzer(2D014)采样信号的功率谱图：四、思考题：（1）数字基带传输的一个重要指标是滤波器的滚降系数，联系实验中给出的实验原理，修改系统中的滚降系数R,画出相应接收的眼图和功率谱密度图，观测当前系统的带宽及眼图的清晰程度，分析R大小的变化对系统带宽和误码性能的响应。当R=1时的功率谱图：

当R=1时的眼图:当R=1时的波形图:Fl1nnIIn