无线实验指导书

实验目的通过本实验掌握m序列的产生方法、特性及应用。实验内容1、编写MATLAB程序生成并观察m序列，识别其特征。2、编写程序验证m序列的相关性质，要求至少验证一条性质。基本原理CDMA通信要求扩频序列具有良好的伪随机特性。由于随机噪声难以重复产生，而伪随机噪声便于重复产生，因而伪随机序列（PN序列）被广泛应用于扩频通信。目前应用最广的是m序列，它是由线性反馈移存器产生的周期最长的二进制数字序列。码分多址系统主要采用两种长度的m序列：一种是周期为的m序列，又称短PN序列；另一种是周期为的m序列，又称为长PN码序列。m序列主要有两个功能：①扩展调制信号的带宽到更大的传输带宽，即所谓的扩展频谱；②区分通过多址接入方式使用同一传输频带的不同用户的信号。1、产生原理图2-1给出了一个4阶移位寄存器序列生成器。图2-14阶移位寄存器序列生成器该序列生成器能够产生周期为15的0，1二值序列。设初始状态（a1,a2,a3,a4）=(1,0,0,0),则周期序列输出为：000111101011001。图2-2是反馈移存器生成的m序列状态图。图2-24阶m序列状态图第1时刻：a4=1,a3=0,a2=0,a1=0此时，a4⊕a1=1a4第2时刻：a4=1,a4a3=1,a3a4,a3,a2,a1=1,1,0,0,此时a4⊕a1=1第3时刻：a4=1,a4a3=1,a3a4,a3,a2,a1=1,1,1,0,其它时刻和此类似。最后如图2-1。（3）m序列的特点①平衡特性在m序列的一周期中，“1”的个数仅比“0”的个数多1，即“1”的个数为(N+1)/2，“0”的个数为例如，由4阶移位寄存器序列生成器产生的序列000111101011001中，“1”的个数为8，“0”的个数为7。②游程分布特性把一个序列中取值相同的那些连在一起的元素合称为一个“游程”。在一个游程中元素的个数称为游程长度。例如，同样是在000111101011001序列，共有000、1111、0、1、0、11、00和1共8个游程。其中，长度为4的游程有1个；长度为3的游程有1个；长度为2的游程有2个；长度为1的游程有4个。在m序列中，长度为1的游程占游程总数的1/2；长度为2的游程占游程总数的1/4；长度为3的游程占游程总数的1/8……。③延位相加特性一个m序列M1与其经任意次迟延移位产生的另一个不同序列M2进行模2相加，得到的仍是M1的某次迟延移位序列M3。即：M3=M1⊕M2例如，m=7的m序列M1=1110010，M2=0111001，1110010⊕0111001=1001011。而将M1向右移位5次即得到1001011序列。四、实验步骤（1）按照图2-1，设计4阶m序列产生方法。（2）编写MATLAB程序并上机调试，最后要求输出周期为15的m序列“000111101011001”。（3）编写程序验证m序列的相关性质，要求至少验证一条性质。（4）撰写实验报告。提示：MATLAB中的异或函数为xor(x,y)，表示变量x与变量y进行异或运算。实验三信道编码一、实验目的1、学习并理解信道编码的根本目的、技术要求等基本概念2.学会使用MATLAB实现奇偶监督码的检错模拟与分析二、基本原理1、分组码的结构将信息码分组，为每组信息码附加若干监督码的编码称为分组码。在分组码中，监督码元仅监督本码组中的信息码元。信息位和监督位的关系：举例如下信息位监督位晴000云011阴101雨1102、奇偶监督码最简单的分组码就是奇偶监督码。奇偶监督码分为奇数监督码和偶数监督码两种，两者的原理相同。在偶数监督码中，无论信息位多少，监督位只有1位，它使码组中“1”的数目为偶数，即满足下式条件： 式中a0为监督位，其他位为信息位。 这种编码能够检测奇数个错码。在接收端，按照上式求“模2和”，若计算结果为“1”就说明存在错码，结果为“0”就认为无错码。 奇数监督码与偶数监督码相似，只不过其码组中“1”的数目为奇数：且其检错能力与偶数监督码的一样。3、奇偶校验最常用的检错码就是校验码，它在原编码基础上增加一位奇偶校验位，使得整个编码的“码重”固定为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。其中“码重”即编码中“1”的个数。奇偶校验能发现奇数个错，而在计算机中发生一个差错的概率远大于两个差错，绝大多数是出现一个差错，这就使得奇偶校验具有很高的实用性；而因为奇校验不能产生全零的代码，故常用的为“偶校验”。4、奇偶校验的matlab实现：使用MATLAB编写程序，实现偶校验。源码的行列可以自由输入，随机生成0-1的矩阵即为源码，校验码则为附加的最后一列。三、实验内容1、输入任意行任意列的一个二进制序列，也即发送码组，再加上1位监督位，在接收端使用奇偶监督码中的偶数监督码进行检错。提示：m=input(‘请输入行：’);表示在命令窗口中输入m行。n=input(‘请输入列：’);表示在命令窗口中输入n列。randint(m,n)表示生成m行n列的一个随机的二进制序列。rem(x,y)表示求x除以y的余数。2、若发送码组为1100111，要求加上1位监督位，在接收端使用奇偶监督码中的偶数监督码进行检错。实验四基于Simulink的通信系统建模与仿真一、实验目的：1、通过利用matlabsimulink，熟悉matlabsimulink仿真工具。2、通过实验更好地掌握课本相关知识，熟悉2ASK的调制与解调。3、更好地了解通信原理的相关知识，磨练自己分析问题、查阅资料、巩固知识、创新等各方面能力。二、实验原理（调制、解调的原理框图及说明）1、Simulink的简介

Simulink是MATLAB其中的一种工具箱。在这个环境中，用户可以利用鼠标，完成面向框图系统仿真的全部过程。Simulink是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一。确切的说，Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。Simulink为用户提供了各种方框图，以进行建模，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速地得到仿真结果。它的主要特点在于：1、建模方便、快捷；2、易于进行模型分析；3、优越的仿真性能。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。Simulink模块库（或函数库）包含有Sinks（输出方式）、Sources（输入源）、Linear（线性环节）、Nonlinear（非线性环节）、Connection（连接与接口）和Extra（其他环节）等具有不同功能或函数运算的Simulink库模块（或库函数），而且每个子模型库中包含有相应的功能模块，用户还可以根据需要定制和创建自己的模块。用Simulink创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行仿真的批处理非常有用。采用Scope模块和其他的显示模块，可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果，若改变模块的参数并再次运行即可观察到相应的结果，这适用于因果关系的问题研究。仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和整理工具，MATLAB的所有工具及Simulink本身的应用工具箱都包含这些工具。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改模型。但是Simulink不能脱离MATLAB而独立工作。

2、ASK调制数字信号对载波振幅调制称为振幅键控即ASK（Amplitude－ShiftKeying）。ASK有两种实现方法：1.乘法器实现法2.键控法。乘法器实现法的输入是随机信息序列，经过基带信号形成器，产生波形序列，乘法器用来进行频谱搬移，相乘后的信号通过带通滤波器滤除高频谐波和低频干扰。键控法是产生ASK信号的另一种方法。二元制ASK又称为通断控制（OOK）。最典型的实现方法是用一个电键来控制载波振荡器的输出而获得。乘法器实现法框图键控法实现框图3、ASK解调ASK的解调有两种方法：1.包络检波法2.相干解调。同步解调也称相干解调，信号经过带通滤波器抑制来自信道的带外干扰，乘法器进行频谱反向搬移，以恢复基带信号。低通滤波器用来抑制相乘器产生的高次谐波干扰。由于AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故也可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。相干解调框图三、实验内容：（一）首先进入matlab，在命令窗口输入simulink，进入simulink界面。如下图：然后单击此窗口中的File菜单中的选项New中的Model命令，出现如下窗口：（二）然后使用Simulink中的工具，画出如下的ASK调制及解调的框图。（三）simulink中包括很多模块，比如积分模块，传递函数模块等，simulink功能非常强大。要想在simulink中建模，首先要建立一个空白页，然后将所需要的模块从模块库中拖入，然后对模块设置参数即可。完成框图后，再单击File菜单中的Save命令进行保存，保存的扩展名为.mdl文件。ASK调制与解调ASK框图(模拟相乘法、相干解调)参数说明：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0.001BPF参数：下限频率90rad/s上限频率110rad/sLPF参数：截止频率10rad/s判决器参数：门限0.25用到的一些模块在simulink工具箱中的位置为：1、贝努利二进制序列产生器(BernoulliBinaryGenerator):CommunicationsBlockset/CommSources/RandomDataSourcesCommunicationsBlockset表示通讯模块库2、乘法器（Product):Simulink/MathOperations3、加法器（Add):Simulink/MathOperations4、高斯噪声产生器：(GaussianNoiseGenerator):CommunicationsBlockset/CommSources/NoiseGenerators5、滤波器：SignalProcessingBlockset/Filtering/FilterDesigns/AnalogFilterDesign，可以设置滤波器Filtering表示滤波，FilterDesigns表示滤波器设计，AnalogFilter表示模拟滤波6、正弦波信号产生器（SineWave):Simulink/Sources/SineWave7、Constant:Simulink/CommonlyUsedBlocks/ConstantCommonlyUsedBlocks表示公用的模块8、UnitDelay:Simulink/CommonlyUsedBlocks/ConstantUnitDelay表示延迟单元9、Switch(开关):Simulink/CommonlyUsedBlocks/10、Scope(示波器):Simulink/CommonlyUsedBlocks/也可以在SimulinkLibraryBrower中搜索框中直接输入元件名称，即可搜索找到。从正弦波连两个元件，从Product1画箭头，画出的是红色虚线，最后再连上正弦波即可。双击switch，可在对话框中设置判决器门限。对于示波器(scope)，要双击示波器，出现下面的窗口。将示波器设为两个输入。再单击第二个按钮“Parameters”，出现下面的对话框。将Numberofaxes（坐标轴的数目）由1改为2即可，则将示波器的输入改为两个输入了。一个元件A要连接两个元件B和C时，首先连接第一个元件B，然后从第二个元件C处拖拉鼠标引出一个线来，再按住Ctrl键，可以连到第一个设备A上。例如，SineWave要连接两个乘法器，先连接好第一个乘法器Product。然后从第二个乘法器用鼠标拖出一个线，然后松开鼠标。如下图。再按住Ctrl键，继续向左拖拉鼠标，连到SineWave这个元件上。如下图。要复制一个元件，首先选中这个元件，再按住<Ctrl>键，拖动此元件，即可复制。（四）把上述框图画好后，进行保存，然后单击simulation(仿真)菜单中的start开始仿真。再双击元件scope(示波器)即可查看信源波形及解调信号波形。如下面图所示。四、仿真结果（截取Simulink仿真的实验数据，并对这些结论进行说明）ASK模拟相乘法调制相干解调波形（上：信源波形下：解调信号波形）由仿真结果可知，相比而言，ASK调制在解调时对于滤波器与噪声参数的设置最为敏感