通信原理实验报告

第一篇：通信原理实验报告

通信原理实验报告

中南大学

《通信原理》实验报告

姓 名 班 级 学 号

课程名称 指导教师

通信原理 董健

通信原理实验报告

目录

通信原理实验报告

实验一 数字基带信号

一、实验目的

1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。

2、掌握AMI、HDB3码的编码规则。

3、掌握从HDB3码信号中提取位同步信号的方法。

4、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。

5、了解HDB3（AMI）编译码集成电路CD22103。

二、实验内容

1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、传号交替反转码（AMI）、三阶高密度双极性码（HDB3）、整流后的AMI码及整流后的HDB3码。

2、用示波器观察从HDB3码中和从AMI码中提取位同步信号的电路中有关波形。、用示波器观察HDB3、AMI译码输出波形

三、实验步骤

1、熟悉数字信源单元和HDB3编译码单元的工作原理。接好电源线，打开电源开关。

2、用示波器观察数字信源单元上的各种信号波形。

用信源单元的FS作为示波器的外同步信号，示波器探头的地端接在实验板任何位置的GND点均可，进行下列观察：

（1）示波器的两个通道探头分别接信源单元的NRZ-OUT和BS-OUT，对照发光二极管的发光状态，判断数字信源单元是否已正常工作（1码对应的发光管亮，0码对应的发光管熄）；

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（2）用开关K1产生代码×1110010（×为任意代码，1110010为7位帧同步码），K2、K3产生任意信息代码，观察本实验给定的集中插入帧同步码时分复用信号帧结构，和NRZ码特点。

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3、用示波器观察HDB3编译单元的各种波形。仍用信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号。

（1）示波器的两个探头CH1和CH2分别接信源单元的NRZ-OUT和HDB3单元的AMI-HDB3，将信源单元的K1、K2、K3每一位都置1，观察全1码对应的AMI码（开关K4置于左方AMI端）波形和HDB3码（开关K4置于右方HDB3端）波形。再将K1、K2、K3置为全0，观察全0码对应的AMI码和HDB3码。观察时应注意AMI、HDB3码的码元都是占空比为0.5的双极性归零矩形脉冲。编码输出AMI-HDB3比信源输入NRZ-OUT延迟了4个码元。

全1码对应的AMI码

全1码对应的HDB3码

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全0码对应的AMI码

（2）将K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000态，观察并记录对应的AMI码

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和HDB3码。

AMI码

HDB3码

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（3）将K1、K2、K3置于任意状态，K4先置左方（AMI）端再置右方（HDB3）端，CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的DET、BPF、BS-R和NRZ，观察这些信号波形。

CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI单元的DET

CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的DET HDB3

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CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI单元的BPF

CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的BPF

CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI单元的BS-R

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CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的BS-R

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CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接AMI单元的NRZ

CH1接信源单元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3单元的NRZ

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四、根据实验现象回答

1.根据实验观察和纪录回答：

（1）不归零码和归零码的特点是什么？

不归零码特点：脉冲宽度τ 等于码元宽度Ts 归零码特点：τ ＜Ts（2）与信源代码中的“1”码相对应的AMI码及HDB3码是否一定相同？为什么？ 与信源代码中的“1”码对应的AMI 码及HDB3 码不一定相同。因信源代码中的 “1”码对应的AMI 码“1”、“-1”相间出现，而HDB3 码中的“1”，“-1”不但与信源代码中的“1”码有关，而且还与信源代码中的“0”码有关。

举例： 信源代码：

***001 AMI: 10000-110000-1000001 HDB3：10001-11-100-100010-1 2.总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。HDB3位同步信号

整流窄带带通滤波器整形移相

HDB3中不含有离散谱fS(fS在数值上等于码速率)成分。整流后变为一个占空比等于0.5的单极性归零码，其连0个数不超过3，频谱中含有较强的离散谱fS成分，故可 通过窄带带通滤波器得到一个相位抖动较小的正弦信号，再经过整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信号。

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实验二 数字调制

一、实验目的

1、掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系。

2、掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号的方法。

3、掌握相对码波形与2PSK信号波形之间的关系、绝对码波形与2DPSK信号波形之间的关系。

4、了解2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。

二、实验内容

1、用示波器观察绝对码波形、相对码波形。

2、用示波器观察2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK信号波形。

3、用频谱仪观察数字基带信号频谱及2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱。

三、实验步骤

本实验使用数字信源单元及数字调制单元。

1、熟悉数字调制单元的工作原理。接通电源，打开实验箱电源开关。将数字调制单元单刀双掷开关K7置于左方N（NRZ）端。

2、用数字信源单元的FS信号作为示波器的外同步信号，示波器CH1接信源单元的(NRZ-OUT)AK（即调制器的输入），CH2接数字调制单元的BK，信源单元的K1、K2、K3置于任意状态（非全0），观察AK、BK波形，总结绝对码至相对码变换规律以及从相对码至绝对码的变换规律 AK波形

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BK波形

3、示波器CH1接2DPSK，CH2分别接AK及BK，观察并总结2DPSK信号相位变化与绝对码的关系以及2DPSK信号相位变化与相对码的关系（此关系即是2PSK信号相位变化与信源代码的关系）。注意：2DPSK信号的幅度比较小，要调节示波器的幅度旋钮，而且信号本身幅度可能不一致，但这并不影响信息的正确传输。

CH1接2DPSK，CH2接AK

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CH1接2DPSK，CH2接BK

4、示波器CH1接AK、CH2依次接2FSK和2ASK；观察这两个信号与AK的关系（注意“1”码与“0”码对应的2FSK信号幅度可能不相等，这对传输信息是没有影响的）示波器CH1接AK、CH2接2FSK

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示波器CH1接AK、CH2接2ASK

四、实验总结

1、设绝对码为全

1、全0或1001 1010，求相对码。

2、设相对码为全

1、全0或1001 1010，求绝对码。

3、设信息代码为1001 1010，假定载频分别为码元速率的1倍和1.5倍，画出2DPSK及2PSK信号波形。

4、总结绝对码至相对码的变换规律、相对码至绝对码的变换规律并设计一个由相对码至绝对码的变换电路。

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实验三 模拟锁相环与载波同步

一、实验目的

1.掌握模拟锁相环的工作原理，以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。

2.掌握用平方环法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。

3.了解相干载波相位模糊现象产生的原因。

二、实验内容

1.观察模拟锁相环的锁定状态、失锁状态及捕捉过程。2.观察环路的捕捉带和同步带。

3.用平方环法从2DPSK信号中提取载波同步信号，观察相位模糊现象。

三、实验步骤

本实验使用数字信源单元、数字调制单元和载波同步单元。

1.熟悉载波同步单元的工作原理。接好电源线，打开实验箱电源开关。

2.检查要用到的数字信源单元和数字调制单元是否工作正常（用示波器观察信源NRZ-OUT(AK)和调制2DPSK信号有无，两者逻辑关系正确与否）。

3.用示波器观察载波同步模块锁相环的锁定状态、失锁状态，测量环路的同步带、捕捉带。

（1）观察锁定状态与失锁状态

打开电源后用示波器观察ud，若ud为直流，则调节载波同步模块上的可变电容C34，ud随C34减小而减小，随C34增大而增大（为什么？请思考），这说明环路处于锁定状态。用示波器同时观察调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT，可以看到两个信号频率相等。若有频率计则可分别测量CAR和CAR-OUT频率。在锁定状态下，向某一方向变化C34，可使ud由直流变为交流，CAR和CAR-OUT频率不再相等，环路由锁定状态变为失锁。

接通电源后ud也可能是差拍信号，表示环路已处于失锁状态。失锁时ud的最大值和最小值就是锁定状态下ud的变化范围（对应于环路的同步范围）。环路处于失锁状态时，CAR和CAR-OUT频率不相等。调节C34使ud的差拍频率降低，当频率降低到某一程度时ud会突然变成直流，环路由失锁状态变为锁定状态。

4.观察环路的捕捉过程

先使环路处于失锁定状态，慢慢调节C34，使环路刚刚进入锁定状态后，关闭电源开关，然后再打开电源，用示波器观察ud，可以发现ud由差拍信号变为直流的变化瞬态过程。ud的这种变化表示了环路的捕捉过程。

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5.观察相干载波相位模糊现象

使环路锁定，用示波器同时观察调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT信号，反复断开、接通电源可以发现这两个信号有时同相、有时反相。

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四、实验总结

1.总结锁相环锁定状态及失锁状态的特点。

答：模拟锁相环锁定的特点：输入信号频率与反馈信号的频率相等，鉴相器输出电压为直流。模拟锁相环失锁的特点：鉴相器输出电压为不对称的差拍电压。2.设K0=18 HZ/V，根据实验结果计算环路同步带ΔfH及捕捉带ΔfP。答：代入指导书“3式”计算得：v112v，则

fH186108Hz；v28v，则fp18472Hz

3.由公式nRCKdKo及6811n计算环路参数ωn和ζ，式中 Kd=6

2(R25R68)C114

-6 V/rad，Ko=2π×18 rad/s.v，R25=2×10，R68=5×10，C11=2.2×10F。（fn=ωn/2π应远小于码速率，ζ应大于0.5)。

答：nn2186.5fn17.6Hz远小于码速率 ；111rad4362(210510)2.21051032.2106170.5（波特）；1110.6

24.总结用平方环提取相干载波的原理及相位模糊现象产生的原因。

答：平方运算输出信号中有2fc离散谱，模拟环输出信号频率等于2fc，二分频，滤波后得到干扰波；2电路有两个初始状态，导致提取的相干载波有两种相反的相位状态 5.设VCO固有振荡频率f0 不变，环路输入信号频率可以改变，试拟订测量环路同步带及捕捉带的步骤。

答：环路处于锁定状态后，慢慢增大C34，使ud增大到锁定状态下的最大值ud1（此值不大于+12V）；

① ud增大到锁定状态下的最大值ud1值为： 4.8 V

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②

继续增大C34，ud变为交流（上宽下窄的周期信号）。③ 环路失锁。再反向调节减小C34，ud的频率逐渐变低，不对称程度越来越大。

④ 直至变为直流。记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud2；继续减小C34，使ud减小到锁定状态下的最小值ud3；

环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud2为：2.4 V ud减小到锁定状态下的最小值ud3为 ：1.6 V ⑤ 再继续减小C34，ud变为交流（下宽上窄的周期信号），环路再次失锁。然后反向增大C34，记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud4。环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为ud4的值为：4.4 V

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实验四 数字解调与眼图

一、实验目的

1.掌握2DPSK相干解调原理。

2.掌握2FSK过零检测解调原理。

二、实验内容

1.用示波器观察2DPSK相干解调器各点波形。

2.用示波器观察2FSK过零检测解调器各点波形。3．用示波器观察眼图。

三、实验步骤

1.复习前面实验的内容并熟悉2DPSK解调单元及2FSK解调单元的工作原理，接通实验箱电源。将数字调制单元单刀双掷开关K7置于左方NRZ端。

2.检查要用到的数字信源、数字调制及载波同步单元是否工作正常，保证载波同步单元处于同步态！

3.2DPSK解调实验

（1）将数字信源单元的BS-OUT用信号连线连接到2DPSK解调单元的BS-IN点,以信源单元的FS信号作为示波器外同步信号，将示波器的CH1接数字调制单元的BK，CH2（建议使用示波器探头的x10衰减档）接2DPSK解调单元的MU。MU与BK同相或反相，其波形应接近图4-3所示的理论波形。

（2）示波器的CH2接2DPSK解调单元的LPF，可看到LPF与MU同相。当一帧内BK中“1”码“0”码个数相同时，LPF的正、负极性信号电平与0电平对称，否则不对称

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（3）示波器的CH1接VC，调节电位器R39，保证VC处在0电平（当BK中“1”与“0”等概时LPF的中值即为0电平），此即为抽样判决器的最佳门限。

（4）观察数字调制单元的BK与2DPSK解调单元的MU、LPF、BK之间的关系，再观察数字信源单元中AK信号与2DPSK解调单元的MU、LPF、BK、AK-OUT信号之间的关系。BK与 2DPSK 的MU

BK与 2DPSK 的LPF

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BK与 2DPSK 的BK

AK与 2DPSK 的MU

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AK与 2DPSK 的LPF

AK与 2DPSK 的BK

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AK与 2DPSK 的AK-OUT

（6）将数字调制单元单刀双掷开关K7置于右方（M序列）端，此时数字调制器输入的基带信号是伪随机序列（本系统中是M序列）信号。用示波器观察2DPSK解调单元LPF点，即可看到无噪声状态下的眼图。

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4.2FSK解调实验

将数字调制单元单刀双掷开关K7还原置于左方NRZ端。将数字信源单元的BS-OUT用信号连线换接到2FSK解调单元的BS-IN点,示波器探头CH1接数字调制单元中的AK，CH2分别接2FSK解调单元中的FD、LPF、CM及AK-OUT，观察2FSK过零检测解调器的解调过程（注意：低通及整形2都有倒相作用）。LPF的波形应接近图4-4所示的理论波形。

AK与 2FSK的 FD

AK与 2FSK的 LPF

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AK与 2FSK的 AK-OUT

四、实验总结

1.设绝对码为1001101，根据实验观察得到的规律，画出如果相干载波频率等于码速率的1.5倍，在CAR-OUT与CAR同相、反相时2DPSK相干解调MU、LPF、BS、BK、AK波形示意图，总结2DPSK克服相位模糊现象的机理。

当相干载波为-cosωt时，MU、LPF及BK与载波为cosωt时的状态反相，但AK仍不变（第一位与BK的起始电平有关）。2DPSK系统之所能克服相位模糊现象，是因为在发端将绝对码变为了相对码，在收端又将相对码变为绝对码，载波相位模糊可 使解调出来的相对码有两种相反的状态，但它们对应的绝对码是相同的。

第二篇：通信原理实验报告

1，必做题目

1.1 无线信道特性分析 1.1.1 实验目的

1)了解无线信道各种衰落特性；

2)掌握各种描述无线信道特性参数的物理意义；

3)利用MATLAB中的仿真工具模拟无线信道的衰落特性。

1.1.2 实验内容

1)基于simulink搭建一个QPSK发送链路，QPSK调制信号经过了瑞利衰落信道，观察信号经过衰落前后的星座图，观察信道特性。仿真参数：信源比特速率为500kbps，多径相对时延为[0 4e-06 8e-06 1.2e-05]秒，相对平均功率为[0-3-6-9]dB，最大多普勒频移为200Hz。例如信道设置如下图所示：

移动通信系统

1.1.3 实验作业

1)根据信道参数，计算信道相干带宽和相干时间。

fm=200;t=[0 4e-06 8e-06 1.2e-05];p=[10^0 10^-0.3 10^-0.6 10^-0.9];t2=t.^2;E1=sum(p.*t2)/sum(p);E2=sum(p.*t)/sum(p);rms=sqrt(E1-E2.^2);B=1/(2*pi*rms)T=1/fm

2)设置较长的仿真时间（例如10秒），运行链路，在运行过程中，观察并分析瑞利信道输出的信道特征图（观察Impulse Response(IR)、Frequency Response(FR)、IR Waterfall、Doppler Spectrum、Scattering Function）。（配合截图来分析）Impulse Response(IR)

移动通信系统

从冲击响应可以看出，该信道有四条不同时延的路径。多径信道产生随机衰落，信道冲击响应幅值随机起伏变化。可以看出，该信道的冲激响应是多路冲激响应函数的叠加，产生严重的码间干扰。Frequency Response(FR)

频率响应特性图不再是平坦的，体现出了多径信道的频率选择性衰落。

移动通信系统

IR Waterfall

频率展宽后，信号的冲激响应不再平坦，是由于多径信道中不同信道的叠加影响

Doppler Spectrum

由于多普勒效应，接受信号的功率谱展宽扩展到fc-fm至fc+fm范围。

移动通信系统

3)观察并分析信号在经过瑞利衰落信道前后的星座图变化（截图并解释）。

前

标准的QPSK星座图，4个相位 后

移动通信系统

信号经过多径信道后，相位和幅值均发生了随机变化，信号不再分布在四个点附近，可以看出信号质量很差。说明多径信道对信号产生了巨大的干扰。PSK/QPSK通信链路搭建与误码性能分析

1.2BPSK/QPSK通信链路搭建与误码性能分析 1.2.1实验目的

掌握基于simulink的BPSK、QPSK典型通信系统的链路实现，仿真BPSK/QPSK信号在AWGN信道、单径瑞利衰落信道下的误码性能。

1.2.2实验作业

1)基于simulink搭建BPSK/QPSK通信链路，经过AWGN信道，接收端相干解调，仿真并绘出BPSK和QPSK信号在EbN0为0~10dB时（间隔：

移动通信系统

1dB）误码性能曲线。仿真参数：

a)仿真点数：106

b)信源比特速率：1Mbps。

Bpsk通信链路

QPSK通信链路

BPSK AWGN参数

移动通信系统

QPSK AWGN参数

用bertool画出BPSK信号的误码率曲线（0~10dB）

移动通信系统

由此可见BPSK和QPSK的在同一Eb/No时误比特率基本一样，这与理论分析一致

2)在1的基础上，信号先经过平坦（单径）瑞利衰落，再经过AWGN信道，假设接收端通过理想信道估计获得了信道衰落值（勾选衰落信道模块的“Complex path gain port”）。仿真并绘出BPSK和QPSK信号在EbN0为0~40dB时（间隔：5dB）误码性能曲线。信道仿真参数：最大多普勒频移为100Hz。

BPSK通信链路

移动通信系统

QPSK通信链路

瑞利单径信道参数

移动通信系统

QPSK AWGN参数

移动通信系统

BPSK AWGN参数

BPSK/QPSK 0-40db误码率曲线

BPSK和QPSK在同一Eb/No的误比特率基本一致，这和理论基本一致

移动通信系统

2、分组题目

2.1SIMO系统性能仿真分析 2.1.1实验目的

1.掌握基于simulink的单发多收（SIMO）16QAM仿真通信链路；

2.仿真SIMO 16QAM信号在单径瑞利衰落信道下，不同接收分集数、不同合并方式下的误比特率性能。

2.1.2实验内容

1.掌握单发多收的原理，利用分集技术，搭建单发多收通信系统框图。2.利用MATLAB中simulink所包含的通信系统模块搭建基于各种分集技术类型的单发多收通信链路。

3.比较分析不同接收分集数、不同合并方式下的误比特率性能。

2.1.3实验原理

移动信道的多径传播引起的瑞利衰落、时延扩展以及伴随接收机移动过程产生的多普勒频移使接收信号受到严重的衰落；阴影效应会使接收的信号过弱而造成信号的中断；信道存在噪声和干扰，也会使接收信号失真而造成误码。因此，在移动通信系统中需要采取一些数字信号处理技术来改善接收信号的质量。其中，多天线分集接收技术就是一个非常重要且常见的方法。

分集接收的基本思想就是把接收到的多个衰落独立的信号加以处理，合理地利用这些信号的能量来改善接收信号的质量。

分集技术总体来说分为两类，针对阴影衰落的宏观分集和针对微观衰落的微观分集。本实验主要注重微观分集。分集技术对信号的处理包含两个过程，首 先是要获得M个相互独立的多径信号分量，然后对它们进行处理以获得信噪比 的改善，这就是合并技术。合并方式共分为三种，选择合并、等增益合并和最大 比值合并。

选择合并是最简单的一种，在所接收的多路信号中，合并器选择信噪比最高的一路输出。最大比值合并会将所有路信号的能量和信息都利用上，会明显改善

移动通信系统

合并器输出的信噪比。基于这样的考虑，最大比值合并把各支路信号加权后合并。各路信号权值用数学方法得出。等增益合并性能上不及最大比值合并，但是却容易实现得多，其主要思想是将各路信号赋予相同权值相加。2.1.4 实验仿真 2.1.4.1实验框图

系统整体框图

移动通信系统

接收分集

二分集等增益合并

移动通信系统

三分集等增益合并

二分集选择合并

三分集选择合并

移动通信系统

二分集最大比值合并

三分集最大比值合并

2.1.4.2 仿真结果

从图中可以看到，通过等增益合并方式能够显著的减小误码率，并且随着Eb/N0 的增加而更好的显示出性能优越；相对比不同的分集数可看出，分集数的增加能 有效地减小误码率。

移动通信系统

由图可看到，三种合并方式都能显著地减小误码率，在分集数为二的情况下，效果最好的是最大比值合并，等增益次之，都优于选择合并；

2.1.5 实验结论

移动信道的多径传播引起的瑞利衰落、时延扩展以及伴随接收机移动过程产生的多普勒频移使接收信道受到严重的衰落，所以必须采取相应的抗衰落的措施来提高系统性能。在本次课程设计中，我们小组学习研究了对三种不同分集合并技术在改善系统性能方面的效果的课题实验。通过仿真实验得出的不同分集的误码率，分集技术能有效地减小误码率从而提高系统性能；而通过对误码率曲线的分析，可以看出：对于三种分集合并技术，等分集前提下，最大比值合并优于等增益合并优于选择合并；而对于同一合并技术，增加分集数能优化其性能。

2.2直接序列扩频系统性能分析

2.2.1实验目的

1）了解直接序列扩频系统的原理

2）基于simulink搭建直接序列扩频仿真通信链路，仿真分析在不同信道条件下的误比特率性能。

3）观察体会直接序列扩频对误码率的改善程度 2.2.2 实验内容

1)搭建基于simulink搭建直接序列扩频仿真通信链路，观察频谱和波形 2）仿真分析在不同信道条件下的误比特率性能。

移动通信系统

2.2.3实验原理

所谓直接序列扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而在接收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。

直扩系统的抗干扰能力是由接收机对干扰的抑制产生的，如果干扰信号的带宽与信息带宽相同（即窄带），此干扰信号经过发送机伪噪声码调制后将展宽为与发送信号相同的带宽，而其谱密度却降低了若干倍。相反，直扩信号经伪噪声码解扩后变成了窄带信息，从而使增益提高了若干倍。

实验原理框图

伯努利信源b(t)x(t)s(t)信道r(t)e(t)Tby(Tb)dt判决0y(t)c(t)cos(wct)c(t)cos(wct)

直接序列扩频通信系统

2.2.4实验仿真

直接序列扩频simulink仿真通信链路

a.伯努利序列参数和PN序列参数: 伯努利信源100bps

移动通信系统

PN序列2kbps

移动通信系统

b.扩频前后频谱变化: 扩频前频谱：

类似sinc函数的频谱

扩频后频谱：

频谱明显展宽 功率谱密度降低

移动通信系统

扩频调制后波形：

移动通信系统

解扩解调波形：

c.误比特率

AWGN信道（仿真点数1e6）

移动通信系统

BPSK理论误码率（-7到10dB的误比特率曲线)

通过两者对比，我们可以发现直接序列扩频通信系统对Eb/No的改善近似为13dB，这和理论分析出的值接近。

第三篇：通信原理实验报告

一、设计目的和意义1、2、3、熟练地掌握matlab在数字通信工程方面的应用。了解信号处理系统的设计方法和步骤。

理解2FSK调制解调的具体实现方法，加深对理论的理解，并实现2FSK的调制解调，画出各个阶段的波形。

4、5、学习信号调制与解调的相关知识。

通过编程、调试掌握matlab软件的一些应用，掌握2FSK调制解调的方法，激发学习和研究的兴趣；

二、设计原理

1．2FSK介绍：

数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制的频率。

2．2FSK调制原理

2FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一相载频w2的已调波形，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源w1、f2进行选择通。本次课程设计采用的是前面一种方法。如下原理图：

图2 调制原理框图 3．2FSK解调原理

2FSK的解调方式有两种:相干解调方式和非相干解调方式，本次课程设计采用的是相干解调方式。根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，相干解调先用两个分别对f1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可其原理如下：

图3 相干解调原理框图

三、详细设计步骤

本试验采用两种方式实现FSK的调制 方式一：

产生二进制随机的矩形基带信号，再对基带信号进行取反，得到反基带信号。分别用不同频率的载频对它们进行调制。2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2（与f1不同的另一载频）的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。

其表达式为：

e2FSK(t){Acos(1tn)Acos(2tn)

典型波形如下图所示。由图可见,2FSK信号可以看作两个不同载频的ASK信号的叠加。因此2FSK信号的时域表达式又可以写成：s2FSK(t)[ang(tnTs)]cos(1tn)[ang(tnTs)]cos(2tn)nn_

zak s1(t)1011001t s2(t)tcos(w1t+θn)tcos(w2t+φn)ts1(t)cos(w1t+θn)t s2(t)cos(w2t+φn)t2FSK信号t

图1 原理框图 方式一源代码与实验结果： clear all close all Fc=10;%载频

Fs=100;%系统采样频率 Fd=1;%码速率 N=Fs/Fd;df=10;M=2;i=10;%基带信号码元数 j=5000;a=round(rand(1,i));%产生随机序列 t=linspace(0,5,j);f1=10;%载波1频率 f2=5;%载波2频率 fm=i/5;%基带信号频率 B1=2*f1;%载波1带宽 B2=2*f2;%载波2带宽

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%产生基带信号 st1=t;for n=1:10 if a(n)<1;for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0;end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1;end end end st2=t;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%基带信号求反 for n=1:j;if st1(n)>=1;st2(n)=0;else st2(n)=1;end end;figure(1);subplot(411);plot(t,st1);title('基带信号');axis([0,5,-1,2]);subplot(412);plot(t,st2);title('基带信号反码');axis([0,5,-1,2]);%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%载波信号 s1=cos(2*pi*f1*t);s2=cos(2*pi*f2*t);subplot(413)plot(s1);title('载波信号1');subplot(414), plot(s2);title('载波信号2');%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%调制 F1=st1.*s1;%加入载波1 F2=st2.*s2;%加入载波2 figure(2);subplot(311);plot(t,F1);title('s1*st1');subplot(312);plot(t,F2);title('s2*st2');e_fsk=F1+F2;%合成调制信号 subplot(313);plot(t,e_fsk);%画出调制信号 title('2FSK信号')figure(3)title('加噪后的信号')xlabel('Time');ylabel('Amplitude');e_fsk=awgn(e_fsk,60);%对调制信号加入噪声 plot(t,e_fsk);

方式二：

直接用2FSK的调制与解调函数dmod与ddemod函数对信号进行调制与解调，用加噪函数awgn对已调信号进行加噪，再用求误码率函数symerr 和simbasebandex求出误码率和信噪比并画出其图像。方式二源代码与实验结果：

Fc=10;

%载频

Fs=100;

%系统采样频率

Fd=1;

%码速率

N=Fs/Fd;

df=10;

numSymb=25;%进行仿真的信息代码个数 M=2;

%进制数

SNRpBit=60;%信噪比

SNR=SNRpBit/log2(M);

seed=[12345 54321];

numPlot=25;

%产生25个二进制随机码

x=randsrc(numSymb,1,[0:M-1]);%产生25个二进制随机码

figure(1)

stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx');

title('二进制随机序列')

xlabel('Time');

ylabel('Amplitude');

y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df);%产生调制信号 numModPlot=numPlot*Fs;

t=[0:numModPlot-1]./Fs;

figure(2)

plot(t,y(1:length(t)),'b-');%画出调制信号 axis([min(t)max(t)-1.5 1.5]);

title('调制后的信号')

xlabel('Time');

ylabel('Amplitude');

randn('state',seed(2));

y=awgn(y,SNR-10*log10(0.5)-10*log10(N),'measured',[],'dB');%在已调信号中加入高斯白噪声

figure(3)

plot(t,y(1:length(t)),'b-');%画出经过信道的实际信号

axis([min(t)max(t)-1.5 1.5]);

title('加入高斯白噪声后的已调信号')

xlabel('Time');

ylabel('Amplitude');%相干解调

z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df);

%带输出波形的相干M元频移键控解调

figure(4)stem([0:numPlot-1],z1(1:numPlot),'ro')axis([0 numPlot-0.5 1.5]);title('相干解调后的信号')xlabel('Time');

ylabel('Amplitude');figure(5)

stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx');

hold on;

stem([0:numPlot-1],z1(1:numPlot),'ro');

hold off;

axis([0 numPlot-0.5 1.5]);

title('相干解调后的信号原序列比较')legend('原输入二进制随机序列','相干解调后的信号')

xlabel('Time');

ylabel('Amplitude');%误码率统计

[errorSym ratioSym]=symerr(x,z1);figure(6)

simbasebandex([0:1:5]);

title('相干解调后误码率统计')

实验总结：

第四篇：通信原理实验报告

通信原理实验报告

1、实验名称：

2、实验目的：

3、实验步骤：（详细记录你的实验过程）

例如：（1）安装MATLAB6.5软件；

（2）学习简单编程，画图plot（x,y）函数等

（3）进行抽样定理验证：首先确定余弦波形，设置其幅度？、频率？和相位？等参数，然后画出该波形；进一步，设置采样频率？。。画出抽样后序列；再改变余弦波形的参数和抽样频率的值，改为。。。，当抽样频率？>=余弦波形频率2倍时，怎么样？否则的话，怎么样。。

具体程序及图形见附录1（或者直接放在这里，写如下。）

（4）通过DSP软件验证抽样定理

该软件主要有什么功能，首先点“抽样”，选取各种参数：a, 矩形波，具体参数，出现图形

B，余弦波，具体参数，出现图形

然后点击“示例”中的。。。。。。具体参数，图形。。

4、思考题

5、实验心得

6、附录1

有附录1的话有这项，否则无。

第五篇：通信原理信号源实验报告

信号源实验实验报告(本实验包括 CPLD 可编程数字信号发生器实验与模拟信号源实验,共两个实验。)一、实验目的 1、熟悉各种时钟信号的特点及波形。

2、熟悉各种数字信号的特点及波形。

3、熟悉各种模拟信号的产生方法及其用途。

4、观察分析各种模拟信号波形的特点。

二、实验内容 1、熟悉 CPLD 可编程信号发生器各测量点波形。

2、测量并分析各测量点波形及数据。

3、学习CPLD 可编程器件的编程操作。

4、测量并分析各测量点波形及数据。

5、熟悉几种模拟信号的产生方法,了解信号的来源、变换过程与使用方法。

三、实验器材 1、信号源模块

一块 2、连接线

若干 3、20M 双踪示波器

一台 四、实验原理((一))D CPLD 可编程数字信号发生器实验实验原理

CPLD 可编程模块用来产生实验系统所需要的各种时钟信号与各种数字信号。它由 CPLD可编程器件 ALTERA 公司的 EPM240T100C5、下载接口电路与一块晶振组成。晶振 JZ1 用来产生系统内的 32、768MHz 主时钟。

1、CPLD 数字信号发生器 包含以下五部分: 1)时钟信号产生电路 将晶振产生的32、768MH Z 时钟送入CPLD内计数器进行分频,生成实验所需的时钟信号。通过拨码开关 S4 与 S5 来改变时钟频率。有两组时钟输出,输出点为“CLK1”与“CLK2”,S4

控制“CLK1”输出时钟的频率,S5 控制“CLK2”输出时钟的频率。

2)伪随机序列产生电路 通常产生伪随机序列的电路为一反馈移存器。它又可分为线性反馈移存器与非线性反馈移存器两类。由线性反馈移存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移存器序列,通常简称为 m 序列。

以 15 位 m 序列为例,说明 m 序列产生原理。

在图 1-1 中示出一个 4 级反馈移存器。若其初始状态为(0 1 2 3, , , a a a a)＝(1,1,1,1),则在移位一次时 1 a 与 0 a 模 2 相加产生新的输入41 1 0 a   ,新的状态变为(1 2 3 4, , , a a a a)＝(0,1,1,1),这样移位 15 次后又回到初始状态(1,1,1,1)。不难瞧出,若初始状态为全“0”,即“0,0,0,0”,则移位后得到的仍然为全“0”状态。这就意味着在这种反馈寄存器中应避免出现全“0”状态,不然移位寄存器的状态将不会改变。因为 4 级移存器共有 24 =16 种可能的不同状态。除全“0”状态外,剩下 15 种状态可用,即由任何 4 级反馈移存器产生的序列的周期最长为 15。

a 3 a 2 a 1 a 0+输出 图 1-1位 m 序列产生 信号源产生一个 15 位的 m 序列,由“PN”端口输出,可根据需要生成不同频率的伪随机码,码型为 1111,频率由 S4 控制,对应关系如表 1-2 所示。

3)帧同步信号产生电路 信号源产生 8K 帧同步信号,用作脉冲编码调制的帧同步输入,由“FS”输出。

4)NRZ 码复用电路以及码选信号产生电路 码选信号产生电路:主要用于 8 选 1 电路的码选信号;NRZ 码复用电路:将三路八位串行信号送入 CPLD,进行固定速率时分复用,复用输出一路 24 位 NRZ 码,输出端口为“NRZ”,码速率由拨码开关 S5 控制,对应关系见表 1-2。

5)终端接收解复用电路 将 NRZ 码(从“NRZIN”输入)、位同步时钟(从“BS”输入)与帧同步信号(从“FSIN”输入)送入 CPLD,进行解复用,将串行码转换为并行码,输出到终端光条(U6 与 U4)显示。

2、24 位 NRZ 码产生电路

本单元产生 NRZ 信号,信号速率根据输入时钟不同自行选择,帧结构如图 1-2 所示。帧长为 24 位,其中首位无定义(本实验系统将首位固定为 0),第 2 位到第 8 位就是帧同步码(7位巴克码 1110010),另外 16 位为 2 路数据信号,每路 8 位。此 NRZ 信号为集中插入帧同步码时分复用信号。光条(U1、U2 与 U3)对应位亮状态表示信号 1,灭状态表示信号 0。

× 1 1 1 0 0 1 0 × × × × × × × × × × × × × × × ×无定义位帧同步码 数据1 数据2 图 1-2 帧结构 1)并行码产生器 由手动拨码开关 S1、S2、S3 控制产生帧同步码与 16 路数据位,每组发光二极管的前八位对应 8 个数据位。拨码开关拨上为 1,拨下为 0。

2)八选一电路 采用 8 路数据选择器 74LS151,其管脚定义如图 1-3 所示。真值表如表 1-1 所示。

表 1-1 74LS151 真值表 C B A STR Y L L L L D0 L L H L D1 L H L L D2 L H H L D3 H L L L D4 H L H L D5 H H L L D6 H H H L D7 × × × H L 图 1-3

74LS151 管脚定义 74LS151 为互补输出的 8 选 1 数据选择器,数据选择端(地址端)为 C、B、A,按二进制译码,从 8 个输入数据 D0～D7 中选择一个需要的数据。STR 为选通端,低电平有效。

本信号源采用三组 8 选 1 电路,U12,U13,U15 的地址信号输入端 A、B、C 分别接 CPLD 输出的 74151_A、74151_B、74151_C 信号,它们的 8 个数据信号输入端 D0～D7 分别与 S1,S2,S3输出的 8 个并行信号相连。由表 1-1 可以分析出 U12,U13,U15 输出信号都就是以 8 位为周期的串行信号。

((二))模拟信号源实验 实验原理

模拟信号源电路用来产生实验所需的各种低频信号:同步正弦波信号、非同步信号与音乐信

号。

(一)同步信号源(同步正弦波发生器)1、功用 同步信号源用来产生与编码数字信号同步的 2KHz 正弦波信号,可用在 PAM 抽样定理、增量调制、PCM 编码实验,作为模拟输入信号。在没有数字存贮示波器的条件下,用它作为编码实验的输入信号,可在普通示波器上观察到稳定的编码数字信号波形。

2、电路原理 图 2-1 为同步正弦信号发生器的电路图。它由 2KHz 方波信号产生器(图中省略了)、同相放大器与低通滤波器三部分组成。

C25333321411U19ATL0841098U19CTL084R1920KC35472W1100K2K1TP32KC7104C19104C14104+12V-12VR76k8R106k8R96k8R1510kTH1TH 图 2-1

同步正弦波产生电路 2KHz 的方波信号由 CPLD 可编程器件 U8 内的逻辑电路通过编程产生。

“2K 同步正弦波”为其测量点。U19A 及周边的电阻组成一个的同相放大电路,起到隔离与放大作用,。U19C 及周边的阻容网络组成一个截止频率为 2K 的二阶低通滤波器,滤除方波信号里的高次谐波与杂波,得到正弦波信号。调节 W1 改变同相放大器的放大增益,从而改变输出正弦波的幅度(0～5V)。

(二)非同步信号源 非同步信号源利用混合信号SoC型8位单片机C8051F330,采用DDS(直接数字频率合成)技术产生。通过波形选择器 S6 选择输出波形,对应发光二极管亮。它可产生频率为180Hz~18KHz 的正弦波、180Hz~10KHz 的三角波与 250Hz~250KHz 的方波信号。按键 S7、S8分别可对各波形频率进行增减调整。

非同步信号输出幅度为 0~4V,通过调节 W4 改变输出信号幅度。可利用它定性地观察通信话路的频率特性,同时用作增量调制、脉冲编码调制实验的模拟输入信号。

3218 4U10ATL082C4104-12V+12VC31041TP4非 同 步 信 号调 节 幅 度TH8TH3218 4U11ATL082R61100W4100KS6 SW-PBS7 SW-PBS8SW-PBR3010KR6015KC38330PC41100P567U10BTL082C40330PR2722KR2827KR2910KR3347KC26104C24104 +12V-12VC37330PP0.31P0.22P0.13P0.04GND5VDD6RST/C2CK7P2.0/C2D8P1.79P0.420P0.519P0.618P0.717P1.016P1.115P1.214P1.313P1.412P1.511P1.610U5C8051F3303.3VR596203.3VC2CKC2DC33104C30104C43100uD9LEDD10LEDD11LEDR77330R78330R80330R76100R74100R73100波 形 选 择频 率

+频 率

-567U11BTL082R8310KR823.3KselR811KX013X114X215X312X41X55X62X74INH6A11B10C9VEE7X3VCC16GND8U14CD4051sel+12V567U20BTL082R8710KR853.3KR211K567U9BTL082+12V-12VC42330PR8415KR716.8KR233.3KC44200PR2510K3218 4U9ATL082sel1 3218 4U20ATL082R8810KR863.3KR22 1Ksel1+12V-12V(三)音乐信号产生电路 1、功用 音乐信号产生电路用来产生音乐信号,作模拟输入信号检查话音信道的开通情况及通话质量。

2、工作原理 D43.3VR34100E410uF/16V1234U21K13PIN1TP10MUSICVCCTH7THC6104C9104+12V-12V3218 4U7AR4751kR524k7R56100kC10 153R628k2R4010k567U7BC22682C11102C20222 图 2-3 音乐信号产生电路 音乐信号产生电路见图 2-3。音乐信号由 U21 音乐片厚膜集成电路产生。该片的 1 脚为电源端,2 脚为控制端,3 脚为输出端,4 脚为公共地端。V CC 经 R34、D4 向 U21 的 1 脚提供 3、3V 电源电压,当 2 脚通过 K1 输入控制电压+3、3V 时,音乐片即有音乐信号从第 3 脚输出,经低通滤波器输出,输出端口为“音乐输出”(四)载波产生电路 1、功用 载波产生电路用来产生数字调制所需的正弦波信号,频率有 64KHz 与 128KHz 两种。

2、工作原理 64K 载波产生电路如图 2-4 所示,128K 载波产生电路如图 2-5 所示 64KHz(128KHz)的方波信号由 CPLD 可编程器件 U8 内的逻辑电路通过编程产生。“64K同步正弦波”(“64K”同步正弦波)为其测量点。U17A(U18A)及周边的电阻组成一个的同相放大电路,起到隔离与放大作用。U17D(U18D)及周边的阻容网络组成一个截止频率为64K(128KHz)的二阶低通滤波器,滤除方波信号里的高次谐波与杂波,得到正弦波信号。调节W2(W3)改变同相放大器的放大增益,从而改变输出正弦波的幅度(0～5V)。

321411U17ATL084C31104W250KR1451KR2447K121314U17DTL0841TP164KC21 470pfC28200pfR354k7R3110K64kC18104C15104C39 102R547k+12V-12VTH2TH 图 2-4

64K 载波产生电路 321411U18ATL084C32104W350KR1651KR2639k121314U18DTL0841TP2128KC23 330pfC29100pfR363k3R328k2128kC2104C12104C17 470pfR7239k+12V-12VTH3TH 图 2-5

128K 载波产生电路 五、实验结果 1、观测时钟信号输出波形。

拨码开关 时钟

拨码开关 时钟 0000 32、768M 1000 128K 0001 16、384M 1001 64K 0010 8、192M 1010 32K 0011 4、096M 1011 16K 0100 2、048M 1100 8K 0101 1、024M 1101 4K 0110 512K 1110 2K 0111 256K 1111 1K 根据上面表格进行测量:

2、用示波器观测帧同步信号输出波形

3、用示波器观测伪随机信号输出波形

4、观测 NRZ 码输出波形 1)将拨码开关 S1,S2,S3 设置为“01110 10101010”,S5 设为“1010”,用示波器观测“NRZ”输出波形。

2)保持码型不变,改变码速率(改变 S5 设置值),用示波器观测“NRZ”输出波形。

3)保持码速率不变,改变码型(改变 S1、S2、S3 设置值),用示波器观测“NRZ”输出波形。

1、用示波器测量“2K 同步正弦波”、“64K 同步正弦波”、“128K 同步正弦波”各点输出的正弦波波形,对应的电位器 W1,W2,W3 可分别改变各正弦波的幅度。

2、用示波器测量“非同步信号源”输出波形。

1)按键 S6 选择为“正弦波”,改变 W4,调节信号幅度(调节范围为 0～4V),用示波器观察输出波形。

2)保持信号幅度为 3V,改变 S7、S8,调节信号频率(调节范围为 180Hz~18KHz),用示波器观察输出波形。

3)将波形分别选择为三角波、方波,重复上面两个步骤。

3、将控制开关 K1 设为“ON”,令音乐片加上控制信号,产生音乐信号输出,用示波器在“音乐输出”端口观察音乐信号输出波形。