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1、重庆邮电大学通信学院重庆邮电大学通信学院 通信系统综合设计实训 学习指导 2015 年 3 月 目 录 实训一模拟调制系统的仿真设计 实训二信源编码和信道编码的仿真设计 实训三数字信号基带传输的仿真设计 实训四数字信号频带传输的仿真设计 附录: 1、通信系统综合实训课程简介 2、M A T L A B 仿真的简单介绍 实训一模拟调制系统的仿真设计 一、教学目的： 1、掌握模拟调制系统的调制和解调原理； 2、理解相干解调。 二、仿真内容： 1、画出AM、DSB、SSB调制信号的时域波形和频谱图。 2、完成DSB信号的调制和相干解调。 3、完成DSB信号本地载波同频不同相时的解调。 三、DSB系统
2、模型 四、仿真步骤和结果 1、 AM、DSB、SSB调制信号的时域波形和频谱图 假设基带信号()( )cos 2 m m tpift=，载波() ( )cos 2 c c tpift= ，fm=1kHz， fc=10kHz。绘制基带信号、载波信号和已调信号的时域波形及其频谱。 1） 进行AM调制， ( )1( )( ) AM stm tc t=+ 2） 进行DSB调制，( )( )( ) AM stm tc t= 3） 进行SSB调制， SSB 11 ( )( )( )( )( ) 22 Q stm tc tm tct=m， 其中 ()( )sin 2 Qc ctpift=， ( ) m t
3、=()sin 2 m pift。 00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01 - 1 - 0.5 0 0.5 1 调制信号 t(s) 00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01 - 1 - 0.5 0 0.5 1 载波 t(s) 00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01 - 2 0 2 D S B 已调信号 t(s) 00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01 -
4、 2 0 2 A M已调信号 t(s) 00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01 - 2 0 2 调制信号 t(s) 05101520 0 200 400 调制信号频谱 f (kHz) 05101520 0 200 400 载波信号频谱 f (kHz) 05101520 0 200 400 D S B 已调信号频谱 f (kHz) 05101520 0 200 400 A M已调信号频谱 f (kHz) 05101520 0 200 400 S S B 已调信号，上边带频谱 f (kHz) 05101520 0 200 400 S S
5、 B 已调信号，下边带频谱 f (kHz) 2、 DSB信号的相干解调 将 DSB 已调信号与相干载波相乘; 设计低通滤波器， 将乘法器输出中的高频成分 滤除，得到解调信号，比较解调信号和原始的基带信号； 0246810121416182022 0 100 200 解调乘法器输出信号频谱 f (kHz) 0246810121416182022 0 100 200 解调器输出信号频谱 f (kHz) 00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01 - 0.5 0 0.5 解调器输出信号 t(s) 3、本地载波非相干时的DSB解调 假定相位偏移
6、分别为 pi pi pi pi , 8432 ，绘制解调信号的波形. 00.0020.0040.0060.0080.01 - 0.5 0 0.5 解调器输出信号，解调载波相差/ 8 t(s) 00.0020.0040.0060.0080.01 - 0.5 0 0.5 解调器输出信号，解调载波相差/ 4 t(s) 00.0020.0040.0060.0080.01 - 0.5 0 0.5 解调器输出信号，解调载波相差/ 3 t(s) 00.0020.0040.0060.0080.01 - 0.5 0 0.5 解调器输出信号，解调载波相差/ 2 t(s) 五、思考题 1、AM和DSB信号的功率谱的
7、区别是什么？ 2、采用相干解调时，接收端的本地载波与发送载波同频不同相时，对解调性能 有何影响？ 六、提示： 1、 Matlab只能处理离散值，所以调制信号、载波、已调信号和解调信号都是用 离散序列表示的。 2、 载波信号频率fc应是调制信号频率fm五倍以上，否则解调时对低通滤波器的 要求太高。 3、 抽样频率fs应大于整个调制解调过程中出现的最高频率(为2fc+fm)的两倍， 但 为了使最后绘出的曲线较平滑，又不使对低通滤波器的要求过高，建议选择 抽样频率为载波频率的810倍。 4、 注意调制解调时的乘法为点乘：.*。 5、 低通滤波器用下面的函数实现：B=fir1(16,wc/pi) 16
8、滤波器阶数；wc截止频率(数字域)；wc=1.5*2*pi*fm/fs； fm：模拟截止频率(Hz)；fs：抽样频率(Hz) 该函数的返回值B即为FIR型LPF的系统函数的系数。 6、 用函数filter(B,1,x)实现对输入信号x进行滤波的功能，B是FIR滤波器的系统函 数的系数。 7、 采用FFT求信号频谱时，函数为fft(x, N)；x：时域信号；N：FFT的点数； 然后绘制图形，横坐标为0:N- 1/N*fs，纵坐标为abs(fft(x,N)。 8、 绘制LBF的频率响应时，先求出其频率响应， 函数为：h,w=freqz(B,1, N)； h：频率响应；w：数字角频率；B：LBF的系
9、统函数的系数；N：频率响应的 点数；然后绘制图形，横坐标为w*fs/(2*pi)，纵坐标为20*log10(abs(h)。 9、 绘图窗口控制命令 figure(n)：新建一个绘图窗口，窗口序号为n，并激活该窗口；若已存在序号 为n的绘图窗口，则激活该窗口。 subplot(m,n,p)：将绘图窗口分割成mn个子窗口，并在其中的第p个子窗口 中绘图。 实训二信源编码和信道编码 一、教学目的： 1 、 掌握A律13折线的编码方法。 2 、 理解信道编码的作用。 3、理解量化级数、量化方法与量化信噪比的关系。理解非均匀量化的优点。 二、理论基础 1、均匀量化和非均匀量化 1）均匀量化：把输入信号的
10、取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。当输入信号为正弦 信号是，量化信噪比表示为 q dB 6.021.76() S ndB N =+ 2）非均匀量化 A 律对数压缩特性具有如下关系，在国际标准中取 A=87.6。 () 1 04.38 1ln 1ln1 14.39 1ln Ax ,x AA y Ax ,x AA + = + + 2、A 律 13 折线编码和译码方法。段落码可以参考如下的逐次反馈编码方法，也可以参照下 面的表格直接编码。 1）段落码的逐次反馈编码方法 2) 段落码对应的表格 段落码 432 CCC000001010011100101110111 电平范围( )016163232
11、6464128128256256512512102410242048 4） 段内码可以采用 floor 函数来得到。 3、线性分组码的译码 采用硬判决： 计算接收码字和所有发送码字的汉明距离， 选择最小值对应的发送码字作为 译码结果。 采用软判决： 计算接收码字和所有发送码字的欧式距离， 选择最小值对应的发送码字作为 译码结果。 三、 仿真内容 1、对抽样信号进行均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化 误差和量化信噪比。 2、对抽样信号进行A律压缩、均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真 获得量化误差和量化信噪比。 3、限失真信源编码：采用A 律1 3
12、折线编码 4、信道编码：重复码和汉明码 四、 仿真步骤 1、均匀量化 1) 产生一个周期的正弦波 ()( )cos 2x tpi t= ，以1000Hz频率进行采样，并进行8级均匀 量化，用plot函数在同一张图上绘出原信号和量化后的信号。 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 - 1 - 0.8 - 0.6 - 0.4 - 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t(s) 输入信号和量化信号 2）以32Hz的抽样频率对x(t)进行抽样，并进行8级均匀量化。绘出正弦波波形(用plot函数)、 样值图，量化后的样值图、量化误差图(后三个用stem函数)。 00.10
13、.20.30.40.50.60.70.80.91 - 1 - 0.5 0 0.5 1 t(s) 采样样值和8 级均匀量化后的样值 输入信号 采样样值 量化后样值 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 - 0.2 - 0.1 0 0.1 0.2 t(s) 量化误差 3）以2000Hz对x(t)进行采样，改变量化级数，分别仿真得到编码位数为28位时的量化信噪 比，绘出量化信噪比随编码位数变化的曲线。另外绘出理论的量化信噪比曲线进行比较。 2345678 10 15 20 25 30 35 40 45 50 编码位数 量化信噪比( d B ) 均匀量化信噪比随编码位数变化 仿真
14、值 理论值 4)在编码位数为8和12时采用均匀量化， 在输入信号衰减为050 dB时， 以均匀间隔5 dB仿真 得到均匀量化的量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。注意，输入信号减小 时，量化范围不变；抽样频率为2000 Hz。 05101520253035404550 0 10 20 30 40 50 60 70 80 信号衰减(dB) 量化信噪比(dB) 量化信噪比随信号衰减的变化情况 均匀量化(8 bits) 均匀量化(12 bits) 2、A律压缩量化 1) 对信号 ()( )cos 2x tpi t= 按A律进行压缩，然后以32Hz的抽样频率进行抽样，再进行8 级均匀量化。
15、压扩参数A=87.6。绘出压缩前后的信号波形图(用plot函数)、样值图、量化后 的样值图(后两个用stem函数)。 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 - 1 0 1 t(s) A律压缩后的信号 原信号 A律压缩后的信号 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 - 1 0 1 t(s) A律压缩信号样值和8级量化后的样值 A律压缩信号样值 量化的样值 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 - 0.5 0 0.5 t(s) 量化误差 2） 在编码位数为8和12时均匀量化、 编码位数为8时A律压扩量化， 在输入信号衰减为050dB
16、 时，以均匀间隔5dB仿真得到量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。另外绘 出8和12位编码时采用均匀量化的理论量化信噪比曲线进行比较。注意，输入信号减小时， 量化范围不变；抽样频率为2000Hz。 05101520253035404550 - 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 信号衰减(dB) 量化信噪比(dB) 量化信噪比随信号衰减的变化情况 均匀量化(8 bits) 均匀量化(12 bits) A律压缩量化(8 bits) 均匀量化理论值(8 bits) 均匀量化理论值(12 bits) 3 、限失真信源编码：采用A 律1 3 折线编码 1 ）对正弦波() ( )sin 100m tpi t= 进行抽样，抽样频率为2 0 0 0 H z ，并进行A 律1 3 折线编码。 2 ）进行A 律1 3 折线译码，试比较译码后的输出波形与原信号( )m t。并给出量化值 和量化误差
