第一篇：Matlab在《現(xiàn)代通信原理與系統(tǒng)》實驗中的應用

Matlab在《現(xiàn)代通信原理與系統(tǒng)》實驗中的應用

摘要：為了提高研究生教學質(zhì)量，提高學生學習興趣和學習熱情，使學生更加透徹地理解所學知識，拓展學生向研究性發(fā)展的外延培養(yǎng)，訓練學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，開發(fā)了《現(xiàn)代通信原理與系統(tǒng)》課程相關(guān)的仿真演示實驗。教學實踐中，通過Matlab仿真實驗演示，有效地激發(fā)了學生學習的主動性和積極性，增強了學生的感性認識，提高了?n程教學效果，提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：通信原理；Matlab；實驗教學；系統(tǒng)仿真

中圖分類號：TN911 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）25-0267-03

一、引言

《現(xiàn)代通信原理與系統(tǒng)》課程是光纖通信、移動通信、衛(wèi)星通信等等課程的重要基礎(chǔ)，該門課程數(shù)學知識復雜，理論性內(nèi)容較多，部分涉及非線性電子線路，比較抽象，缺乏直觀性，學生難以想象，不好理解，相關(guān)實驗也是驗證性實驗，學生對實驗的感受不深，對設(shè)備的運行原理、運行情況了解不深，這對培養(yǎng)學生綜合思維能力、創(chuàng)新能力沒有起到任何作用。為了提高學生學習興趣和學習熱情，使學生更加透徹地理解所學知識，拓展學生向研究性發(fā)展的外延培養(yǎng)，訓練學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，筆者通過該門課程典型實驗仿真，動態(tài)演示，在課堂上形象生動展現(xiàn)波形，幫助學生深入了解課程內(nèi)容，提高學習效率。

二、模擬調(diào)制實驗仿真

讓載波的某個參量隨模擬調(diào)制信號的變化而變化的方式叫作模擬調(diào)制，模擬調(diào)制有線性模擬調(diào)制與非線性模擬調(diào)制。通過線性模擬調(diào)制與非線性模擬調(diào)制，利用Matlab仿真，加深學生對于調(diào)制、解調(diào)概念的理解，掌握線性調(diào)制與非線性調(diào)制的區(qū)別。通俗地講，線性模擬調(diào)制就是將調(diào)制信號“放”到了載波的振幅參量上，在頻域發(fā)生頻譜的搬移，經(jīng)過解調(diào)，將調(diào)制信號從載波的振幅參量上“取”出來，恢復成原始的調(diào)制信號。這樣做的目的有三：第一方面，把低頻信號變換成利于無線發(fā)送或在信道中傳輸?shù)母哳l信號；第二方面，使得多路信號在一個信道中同時傳輸，實現(xiàn)信道多路復用；第三方面，可以改善傳輸系統(tǒng)的性能?；谶@樣的優(yōu)勢，信號傳輸?shù)倪^程中可以采用模擬線性調(diào)制，但是我們?nèi)粘Ｓ^察到的波形或者學生腦子里想象的基本都是信號的幅值隨時間的變化，都是時域里的波形，而調(diào)制、解調(diào)所說的對于信號的“放”和“取”，發(fā)生了頻譜搬移，從時域到頻域，再從頻域到時域，學生很難理解如何實現(xiàn)頻譜搬移以及頻域的圖形是什么樣子。通過實驗仿真，動態(tài)演示，學生實實在在看到了載波、調(diào)制信號、已調(diào)信號以及解調(diào)信號的時域波形和頻域的頻譜，便于理解學習內(nèi)容。線性調(diào)制各波形如圖1所示。

由圖1仿真圖形學生很容易理解：模擬線性調(diào)制，已調(diào)信號的頻譜與調(diào)制信號的頻譜在形狀上沒有變化，只在幅值上差一個倍數(shù)，信號在時域是重疊的，在頻域是不重疊的，通過解調(diào)，可以很容易在頻域把所需要的信號分離出來，從而實現(xiàn)信道多路復用，提高傳輸效率。

三、脈沖編碼調(diào)制實驗仿真

現(xiàn)實生活中，人類感覺器官可以接受的信息，如語言、圖像等大多數(shù)都是以模擬形式出現(xiàn)的，也就是說信源與信宿處理的都是模擬信號，但在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信道傳輸?shù)膮s是數(shù)字信號。為了解決這樣的問題，需要經(jīng)過抽樣（模擬信號離散化）、量化（離散信號數(shù)字化）和編碼（數(shù)字信號二值化）三個處理步驟，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，這種通信方式，稱之為脈沖編碼調(diào)制。脈沖編碼調(diào)制抗干擾能力強，在數(shù)字程控電話機交換系統(tǒng)、光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信等方面得到了較為廣泛的應用。雖然數(shù)字程控電話機交換系統(tǒng)、光纖通信等等與我們的生活息息相關(guān)，但是具體的原理不好理解，通過仿真實驗，學生切實看到了模擬信號被取樣，變成離散信號，見圖2，并且掌握了模擬信號離散化的原理；再經(jīng)過量化，將原來任意取值的離散信號經(jīng)四舍五入變成了有限個值，也就是沒有在實線上的點經(jīng)過四舍五入變成了實線上有限的點，理解了量化的概念，見圖3；再經(jīng)過編碼成為用0和1表示的信號，見圖4。

通過實驗仿真，學生真正理解了：抽樣的作用是“模擬信號離散化”，量化的作用是“離散信號數(shù)字化”，編碼的作用是“數(shù)字信號二值化”。

四、升余弦滾降系統(tǒng)性能仿真

數(shù)字通信系統(tǒng)中，基帶信號的頻譜較寬，容易產(chǎn)生碼間串擾，信號通過這樣的信道，不可避免地產(chǎn)生畸變。因此，在信道帶寬有限的條件下，為了降低誤碼率需要對基帶信號進行脈沖成形處理，改善平鋪特性，產(chǎn)生適合信道傳輸?shù)牟ㄐ?。升余弦滾降系統(tǒng)的傳輸特性表達式：

其中，α為滾降系數(shù)，Ts為碼元間隔。由圖5可以看出，滾降特性所形成的波形在采樣點上均為零，從而抑制了碼間串擾，并且“拖尾”現(xiàn)象隨著α的增大而振蕩幅度減小、衰減速度加快。

為了對數(shù)字通信系統(tǒng)性能有一個直觀的了解，利用眼圖法能夠方便地估計系統(tǒng)性能。所謂眼圖是一種定性分析系統(tǒng)特性的方法。將待測的基帶信號加到示波器的輸入端，同時把位定時信號作為掃描同步信號，使其與接收碼元同步，觀察示波器上顯示的圖形，由于在傳播二進制代碼時，很像人的眼睛，稱之為眼圖法。圖6為升余弦滾降系統(tǒng)信號傳輸過程中觀察到的眼圖。改變噪聲的功率譜密度，“眼睛”的張開角度發(fā)生變化，從而反映噪聲對系統(tǒng)性能的影響，使教學內(nèi)容更加直觀生動有趣。

五、結(jié)束語

仿真軟件在《現(xiàn)代通信原理與系統(tǒng)》課程實驗教學中的應用，不但將課程中較難理解的內(nèi)容形象生動地展示出來，使學生對理論知識的理解更加透徹，提高了學生學習的興趣和效率，從而提高了教學質(zhì)量和效果，而且從根本上提高了學生分析問題和解決實際問題的能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力，是課程教學改革中有益的探索。

參考文獻：

[1]李芳，李征，等.“現(xiàn)代通信原理與系統(tǒng)”課程建設(shè)與教學實踐[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（4）：135-136.[2]張鳴，李白萍.Matlab仿真在通信原理課程中的應用[J].實驗技術(shù)與管理，2012，29（11）：87-89.[3]夏江濤，孫冬嬌.Matlab在現(xiàn)代通信原理課程中的應用[J].實驗技術(shù)與管理，2014，31（1）：110-113.[4]肖珂，張月清.Matlab在《通信原理》課程實驗中的應用[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報：農(nóng)林教育版，2009，11（2）：243-246.[5]張衛(wèi)鋼.通信原理與通信系統(tǒng)[M].第3版.西安：西安電子科技大學出版社，2012.

第二篇：現(xiàn)代通信原理實驗教案

現(xiàn)代通信原理

實驗教案

楊 斌

實驗一 數(shù)字基帶信號及傳輸

一、實驗目的：

1．了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、非歸零碼等基帶信號的產(chǎn)生原理及其波形的特點。

2．掌握ＡＭＩ碼、ＨＤＢ３碼、雙相碼的編碼規(guī)則。3．掌握插入幀同步碼時分復用信號的幀結(jié)構(gòu)特點。4．學會設(shè)計簡單的時分多路信號傳輸系統(tǒng)。

二、實驗內(nèi)容：

1．用示波器觀察單極性非歸零碼（ＮＲＺ），傳號交替反轉(zhuǎn)碼（ＡＭＩ），三階高密度雙極性碼(HDB3)。

2．改變碼序列，比較其單極性碼，ＡＭＩ碼，ＨＤＢ３碼波形，并驗證是否符合其編碼規(guī)則。3．觀察ＨＤＢ３編碼中的四連零檢測、補Ｖ、加Ｂ補奇、單／雙極性變換的波形，并驗證是否符合編碼規(guī)則。

4．觀察并比較單、雙極性碼（非歸零、歸零）、時鐘信號、時序信號及雙相碼的波形和相位特點。

5．分析電路，設(shè)計實驗方案，產(chǎn)生100％占空比的AMI碼，比較100％占空比AMI碼與50％占空比AMI碼的功率譜。（選作）6．分析電路，設(shè)計實驗方案，產(chǎn)生不同碼速率的信息。（選作）7．嘗試用信源電路的組合，產(chǎn)生其它碼型。（選作）

三、預習要求：

1．復習教材中有關(guān)基帶信號及時分復用的內(nèi)容。2．認真預習本實驗指導書的工作原理和實驗內(nèi)容。

3．熟悉有關(guān)器件的功能及其應用方法以及兩模塊框圖的信號流程和設(shè)計原理。4．對于選作實驗，自行設(shè)計實驗方案及測試步驟。

四、實驗儀器：、兩路3A直流穩(wěn)壓電源

一臺

2、雙蹤示波器

一臺

3、頻率計

一臺

4、數(shù)字信源模塊

一塊

5、HDB3編譯碼模塊

一塊

6、頻譜儀

一臺（選做）2

五、基本實驗參考實驗步驟： 1．熟悉信源模塊的工作原理。

2．調(diào)整直流電源輸出分別為＋１２Ｖ，－１２Ｖ。3．用示波器觀察數(shù)字信源模塊上的各種波形。

（1）接通電源

用示波器觀察兩個通道探頭分別接Ｐ１０的２５６kHZ時鐘和Ｔ２０的單極性歸零碼并觀察其波形。

（2）用Ｕ２１產(chǎn)生Ｘ１１１００１０（Ｘ為任意碼，１１１００１０為７位幀同步碼）、Ｕ２２、Ｕ２３、Ｕ２４產(chǎn)生任意信息代碼，并觀察本實驗中集中插入幀同步碼時分復用信號幀結(jié)構(gòu)以及ＮＲＺ碼的特點。

（3）用示波器觀察P１９~P２１，P２２，P２３各點的波形。

（4）用示波器觀察AMI碼與單極性歸零碼的關(guān)系。（5）觀察T１、T２、T３、T４四路時序信號的相位關(guān)系。（6）觀察單極性非歸零碼與雙相碼的波形關(guān)系。

七、實驗報告要求：

１．根據(jù)實驗觀察和記錄各點波形（用座標紙繪），并分析波形與理論是否相符。２．比較不同信碼中的ＡＭＩ碼與ＨＤＢ３碼波形是否相同，為什么？

３．什么是時序信號，比較各時序信號的相位關(guān)系，并分析時序信號在信號合路時的作用。

實驗二

HDB3編、譯碼實驗

一、實驗目的： １． 加深對HDB3編、譯碼的工作原理的理解。２． 了解HDB3編碼與譯碼器的電路組成及工作過程。３． 了解HDB3碼信號中提取位同步信號（時鐘）的方法。

二、實驗內(nèi)容： １． 觀察HDB3編碼器中的四連零檢測、補V、加B補奇、單／雙極性變換以及

HDB3碼的波形，并驗證是否符合編碼規(guī)則。２． 觀察HDB3譯碼器中的雙／單極性變換、Ｖ碼檢測及扣Ｖ扣Ｂ后的譯碼波形以及時鐘提取電路輸出的位同步信號波形。３． 手動加入誤碼時，觀察解碼輸入和檢錯顯示。４． 當輸入信碼為外加偽隨機信碼時，設(shè)計實驗方案觀察輸入信碼和HDB3碼的功率頻譜。（選做）５． 設(shè)計實驗方案，觀察與比較100％占空比HDB3碼與50％占空比HDB3碼的功率譜。（選做）

三、預習及預習報告要求： １． 預習本實驗的工作原理和實驗內(nèi)容。２． 對于選作實驗，自行設(shè)計實驗方案及測試步驟。

四、實驗儀器：、兩路3A直流穩(wěn)壓電源

一臺

2、雙蹤示波器

一臺

3、頻率計

一臺

4、數(shù)字調(diào)制模塊

一塊

5、數(shù)字解調(diào)模塊

一塊

6、頻譜儀

一臺（選做）

五、實驗報告要求：

１．根據(jù)實驗觀察和記錄各點波形（用座標紙繪），要求繪出３２位碼的完整波形，并分析波形與理論上的是否相符。

２．若把對應的ＡＭＩ碼送入ＨＤＢ３譯碼中會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？并說明道理。３．本實驗的誤碼檢測電路只能檢測哪類誤碼差錯，為什么？ ４．對本實驗有何體會，有何改進意見？

實驗三 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)

2FSK調(diào)制與解調(diào)

一、實驗目的：

1、了解二進制移頻鍵控2FSK信號的產(chǎn)生過程及電路的實現(xiàn)方法。

2、了解非相干解調(diào)器過零檢測的工作原理及電路的實現(xiàn)方法。

3、了解相干解調(diào)器鎖相解調(diào)法的工作原理及電路的實現(xiàn)方法。

二、實驗內(nèi)容：

1、了解相位不連續(xù)2FSK信號的頻譜特性，了解頻偏△f=(f1-f2)/2不同時，傳輸2FSK信號所需帶寬的情況與2ASK信號帶寬進行比較。

2、了解2FSK（相位不連續(xù)）調(diào)制，非相干、相干解調(diào)電路的組成及工作原理。

3、觀察2FSK調(diào)制，非相干、相干解調(diào)各點波形。

4、了解畸變信道模擬電路的原理，畸變信號送入過零檢測電路與鎖相解調(diào)電路，會產(chǎn)生如何結(jié)果。（選作）5、2FSK信號保持f1=1024KHz.改變f2使f2-f1=3fs時，改變f2使f2-f1=2fs時解調(diào)器解調(diào)效果。（選作）

6、改變f1、f2的頻率大小，觀察不同調(diào)制指數(shù)下的調(diào)制解調(diào)效果。（選作）

7、利用實驗模塊的電路，設(shè)計出其它解調(diào)方法，并自行驗證。（選作）

三、預習要求：

1、復習教材有關(guān)2FSK調(diào)制與解調(diào)的理論。

2、復習模擬鎖相環(huán)的原理和實驗方法。

3、認真預習本實驗指導書的工作原理和實驗內(nèi)容。

1、對于選作實驗，自行設(shè)計實驗方案及測試步驟。

四、實驗儀器：、兩路3A直流穩(wěn)壓電源

一臺

2、雙蹤示波器

一臺

3、頻率計

一臺

4、數(shù)字調(diào)制模塊

一塊

5、數(shù)字解調(diào)模塊

一塊

7、頻譜儀

一臺（選做）

五、實驗報告要求

1、將數(shù)字調(diào)制器、過零檢測器、鎖相解調(diào)器觀察輸出波形畫出，并給以必要的 說 明。

2、畫圖時將波形的相位關(guān)系正確表示出來，若波形之間產(chǎn)生相位差說明原因。

3、通過實驗說明各種解調(diào)方法各有什么優(yōu)缺點。

4、本實驗有何收獲，請?zhí)岢龈倪M意見。

2PSK、2DPSK調(diào)制與解調(diào)

一、實驗目的

1、了解2PSK、2DPSK的調(diào)制原理及電路的實現(xiàn)方法；

2、掌握絕對碼、相對碼相互變換方法；

3、了解2PSK調(diào)制與解調(diào)存在的相位含糊問題；

4、了解2PSK、2DPSK的相干解調(diào)原理及電路的實現(xiàn)方法

二、實驗內(nèi)容

1、用示波器觀察2PSK、2DPSK調(diào)制器信號波形與絕對碼比較是否符合調(diào)制規(guī)律；

2、用示波器觀察2PSK、2DPSK信號頻譜；

3、用示波器觀察2PSK、2DPSK信號解調(diào)器信號波形；

4、觀察相位含糊所產(chǎn)生的后果；

5、觀測絕/相、相/絕變換的規(guī)律，設(shè)計出另一種定義的絕/相、相/絕變換電路，并測試。（選作）

6、設(shè)計實驗方案，比較不同信道帶寬下調(diào)制解調(diào)的性能。（選作）

7、利用各種實驗模塊的電路，自行組合出差分非相干解調(diào)的實驗。（選作）

8、加入噪聲后，設(shè)計實驗方案測試誤碼情況。（選作）

三、預習要求：

1、復習教材有關(guān)2PSK、2DPSK的調(diào)制與解調(diào)的理論。

2、復習絕/相、相/絕變換的原理。

3、認真預習本實驗指導書的工作原理和實驗內(nèi)容。

4、對于選作實驗，自行設(shè)計實驗方案及測試步驟。

四、實驗儀器

1、兩路3A直流穩(wěn)壓電源一臺

2、頻率計一臺

3、雙蹤示波器一臺

4、數(shù)字調(diào)制模塊一塊

5、數(shù)字解調(diào)模塊一塊

6、頻譜儀一臺

7、連接線若干

五、實驗報告要求

1、畫出2DPSK調(diào)制器、相干解調(diào)器詳細方框圖。

2、根據(jù)實驗測試記錄依次畫絕對碼為11101100時2DPSK調(diào)制器、相干解調(diào)器各點波形，并作必要說明。

實驗四 P CM 基帶通話系統(tǒng)設(shè)計

一、實驗目的

1、將所做過的獨立實驗內(nèi)容綜合運用，組成兩個采用PCM的2人可通話的基帶傳輸系統(tǒng)。

2、了解獨立實驗模塊在系統(tǒng)實驗中所起的作用。改變獨立實驗模塊的參數(shù)，直觀感受對系統(tǒng)的影響。

3、掌握獨立實驗模塊之間正確的連接方法。

二、實驗內(nèi)容

1、掌握獨立實驗模塊之間正確的連接方法。

2、連接不用時域均衡器的PCM兩人通話的基帶傳輸系統(tǒng)。

3、連接使用時域均衡器的PCM兩人通話的基帶傳輸系統(tǒng)。（選作）

4、設(shè)計實驗方案，用其它線路碼進行基帶傳輸系統(tǒng)。（選作）

注意：以上實驗信號的流程是單向的。要實現(xiàn)2人通話，將耳機交叉后。

三、預習要求

1、復習教材前面相關(guān)各章節(jié)的理論。

2、認真預習本實驗指導書的工作原理和實驗內(nèi)容。

3、對于選作實驗，自行設(shè)計實驗方案及測試步驟。

四、實驗儀器

1、兩路3A直流電源一臺

2、頻率計一臺

3、示波器一臺

4、數(shù)字信源模塊、數(shù)字調(diào)制模塊、載波、時鐘提取模塊、數(shù)字解調(diào)模塊、幀同步提取模塊、終端模塊、PCM編譯碼模塊各一塊。

5、連接線若干

五、實驗原理

1、不使用時域均衡器模塊的基帶傳輸系統(tǒng)：

該系統(tǒng)傳輸?shù)腍DB3碼是理想碼，即不產(chǎn)生畸變、也不需采取均衡措施。基帶傳輸系統(tǒng)發(fā)端：包括PCM編碼器、HDB3編碼器、復接器等。這些電路都以數(shù)字信源模塊的時鐘相位作為基準，因此PCM編碼器所需的時鐘、幀同步信號、主時鐘都是由信源模塊提供。其信號流程圖如下：

基帶傳輸系統(tǒng)收端：包括HDB3譯碼器、時鐘提取電路、幀同步提取模塊、終端模塊，這些電路都是后面模塊以前面模塊的時鐘相位作為基準。因此，PCM譯碼器需要外時鐘、外幀同步信號。而主時鐘可根據(jù)集成電路的要求，采用異步時鐘。我們采用PCM模塊自身的主時鐘2048KHz。其信號流程如下圖：

2、使用時域均衡器的基帶傳輸系統(tǒng)：

該系統(tǒng)所傳輸?shù)腍DB 3碼產(chǎn)生畸變。這是模擬傳輸線傳輸中的由于時延、衰減等等造成的信碼畸變。在收端必須采用均衡的辦法加以彌補。其信號流程如下圖：

基帶傳輸系統(tǒng)發(fā)端時相同的，收端則增加了時域均衡器。在時域均衡器內(nèi)有信碼畸變電路，它應該屬于傳輸線部分。除此之外還有時鐘提取電路，它真實的反映了收端時鐘的產(chǎn)生過程。在收端同樣是后面的模塊以前面模塊的時鐘相位為基準。

使用時域均衡器模塊的基帶傳輸系統(tǒng)實驗，應該復習時域均衡器模塊實驗的內(nèi)容和方法，當信碼畸變電路固定后，正確調(diào)整可變系數(shù)求和電路，使得眼圖波形張開最大。改變時鐘延時使其處于最佳取樣時刻，否則會產(chǎn)生大量誤碼使信號中斷。

六、實驗步驟

1、連接好整個系統(tǒng)的電源線和信號線

2、連接不使用時域均衡器的基帶傳輸系統(tǒng)

3、采用數(shù)等襯言源模塊、時域均衡器模塊，復習正確調(diào)試時域均衡器的方法

4、連接使用時域均衡器的基帶傳輸系統(tǒng)

七、實驗報告

1、畫出發(fā)端、收端關(guān)鍵波形，且繪出相位關(guān)系

2、畫出可通話2DPSK方框原理圖

3、分析聯(lián)調(diào)時所遇問題，寫出是如何解決。

第三篇：通信原理實驗 FSK傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)試驗

通信原理實驗

專

業(yè)：通信工程 班

級： 姓

名：

指導老師：

日

期：2014.6.9

實驗一 FSK傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)試驗

一．實驗目的

1.熟悉 FSK 調(diào)制和解調(diào)基本工作原理； 2.掌握 FSK 數(shù)據(jù)傳輸過程；

3.掌握 FSK 正交調(diào)制的基本工作原理與實現(xiàn)方法； 4.掌握 FSK 性能的測試；

5.了解 FSK 在噪聲下的基本性能。

二．實驗儀器

1.JH5001通信原理綜合實驗系統(tǒng) 2.20MHz雙蹤示波器

三．實驗內(nèi)容

測試前檢查：首先將通信原理綜合實驗系統(tǒng)調(diào)制方式設(shè)置成“FSK 傳輸系統(tǒng)”；用示波器測量TPMZ07 測試點的信號，發(fā)現(xiàn)有脈沖波形，則說明實驗系統(tǒng)已正常工作。

（一）FSK調(diào)制 1.FSK基帶信號觀測

(1).TPi03 是基帶FSK 波形（D/A 模塊內(nèi)）。通過菜單選擇為1 碼輸入數(shù)據(jù)信號，觀測TPi03 信號波形，測量其基帶信號周期。如圖1.1.1所示。

(2).通過菜單選擇為0 碼輸入數(shù)據(jù)信號，觀測TPi03 信號波形，測量其基帶信號周期。如圖1.1.2所示。將測量結(jié)果與1 碼比較。

圖1.1.1 全1碼的基帶信號

圖1.1.2 全0碼的基帶信號 分析：由圖可知，輸入全1碼時的基帶信號周期約為27us，輸入全0碼時的基帶信號周期約為54us，則輸入全0碼時的基帶信號周期約為全1碼時的2倍。

2.發(fā)端同相支路和正交支路信號時域波形觀測

TPi03和TPi04分別是基帶FSK 輸出信號的同相支路和正交支路信號。測量兩信號的時域信號波形時將輸入全0 碼，測量其兩信號是否滿足正交關(guān)系。波形如圖1.1.3所示。

圖1.1.3 TPi03 和TPi04波形

分析：由圖可以看出TPi03 和TPi04的波形相位相差π，滿足正交關(guān)系。思考：產(chǎn)生兩個正交信號去調(diào)制的目的是防止碼間串擾。

3.發(fā)端同相支路和正交支路信號的李沙育波形觀測

將示波器設(shè)置在（x-y）方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的正交性，其李沙育應為一個圓。通過菜單選擇在不同的輸入碼型下進行測量。輸入碼型為全0碼、全1碼、0/1碼和特殊碼是的李沙育波形分別如圖1.1.4、圖1.1.5、圖1.1.6和圖1.1.7所示。

圖1.1.4 全0碼

圖1.1.5 全1碼

圖1.1.6 0/1碼

圖1.1.7 特殊碼

分析：輸入各種不同的碼序列得到的李沙育圖形都呈現(xiàn)出圓形。

4.連續(xù)相位FSK調(diào)制基帶信號觀測

TPM02是發(fā)送數(shù)據(jù)信號（DSP+FPGA模塊左下腳），TPi03是基帶FSK 波形。測量時，通過菜單選擇為0/1碼輸入數(shù)據(jù)信號，并以TPM02作為同步信號。觀測TPM02與TPi03點波形應有明確的信號對應關(guān)系。并且，在碼元的切換點發(fā)送波形的相位連續(xù)。如圖1.1.8所示。通過菜單選擇為特殊序列碼輸入數(shù)據(jù)信號，重復上述測量步驟。記錄測量結(jié)果，如圖1.1.9所示。

圖1.1.8 0/1碼

圖1.1.9 特殊碼

思考：圖中，觀測兩重疊波形，TPM02為高時，TPi03的頻率高，TPM02為低時，TPi03的頻率低，但TPi03的波形連續(xù)，即非連續(xù)相位FSK調(diào)制在碼元切換點的相位是連續(xù)的。

5.FSK調(diào)制中頻信號波形觀測

(1).選擇0/1碼輸入數(shù)據(jù)信號，以TPM02作為同步信號,觀測TPM02與TPK03點波形有明確的信號對應關(guān)系,如圖1.1.10所示。

(2).選擇特殊序列碼輸入數(shù)據(jù)信號，重復上述測量步驟，如圖1.1.11所示。(3).斷開跳線器Ki01或Ki02，重復上述測量步驟。觀測信號波形的變化，分析變化原因，如圖1.1.12和圖1.1.13所示。

圖1.1.10 0/1碼

圖1.1.11 特殊碼

圖1.1.12 0/1碼

圖1.1.13 特殊碼

分析：將正交調(diào)制輸入信號中的一路基帶調(diào)制信號斷開后，由圖可知，波形總體上不變，但頻率分量有所增加。這是因為在FSK正交方式調(diào)制中，如果只采用一路同向FSK信號進行調(diào)制，會產(chǎn)生兩個FSK頻譜信號，使頻率分量增加。

（二）FSK解調(diào) 1.解調(diào)基帶FSK信號觀測

用中頻電纜連結(jié)KO02和JL02，測量解調(diào)基帶信號測試點TPJ05，用TPM02作同步。

(1).選擇1碼，觀測TPJ05測量其信號周期,如圖1.2.1所示；

(2).選擇為0/1碼，觀測TPJ05，如圖1.2.2所示。根據(jù)觀測結(jié)果，分析解調(diào)端的基帶信號與發(fā)送端基帶波形（TPi03）不同的原因。

圖1.2.1 全1碼

圖1.2.2 0/1碼

分析：全1碼輸入時，TPJ05的輸出波形的頻率不變；0/1碼輸入時，高電平處TPJ05的頻率高，低電平處TPJ05的頻率低。

思考：解調(diào)端的基帶信號與發(fā)送端基帶波形（TPi03）不同的原因是：存在噪聲的影響且信道特性不穩(wěn)定，存在著衰落。

2.解調(diào)基帶信號的李沙育（x-y）波形觀測

將示波器設(shè)置在（x-y）方式，觀察TPJ05和TPJ06的波形。(1).選擇1碼，仔細觀測其李沙育信號波形,如圖1.2.3所示；(2).選擇為0/1碼，仔細觀測李沙育信號波形，如圖1.2.4所示；

圖1.2.3 全1碼

圖1.2.4 0/1碼

分析：全1碼時，李沙育信號波形近似為一個圓環(huán)，更接近橢圓；0/1碼時，李沙育信號波形同樣近似為一個圓環(huán)，且環(huán)形粗一點。

思考：接收端與發(fā)送端李沙育波形不同的原因：存在噪聲的影響且信道特性不穩(wěn)定，存在著衰落。

3.接收位同步信號相位抖動觀測

用發(fā)送時鐘TPM01信號作同步，選擇不同的測試序列測量接收時鐘TPMZ07的抖動情況。輸入碼型為全1碼和全0碼，其波形分別如圖1.2.5和1.2.6所示：

圖1.2.5 全1碼

圖1.2.6 全0碼

分析：方波高電平初始端存在脈沖。

思考：全0或全1碼下觀察不到位定時的抖動是因為：在全1碼和全0碼的情況下，所有的輸入碼元均相同，無電平跳變，不存在相位的變化，因此觀察不到相位抖動。

4.解調(diào)器位定時恢復與最佳抽樣點波形觀測

TPMZ07為接收端DSP調(diào)整之后的最佳抽樣時刻輸入m序列，觀察TPMZ07（以此信號作同步）和TPN04波形的之間的相位關(guān)系，如圖1.2.7所示。

圖1.2.7 解調(diào)器位定時恢復與最佳抽樣點波形

分析：最佳抽樣時刻位于抽樣判決點的中間時刻，也即具有最大能量處。

5.位定時鎖存和位定時調(diào)整觀測

(1).輸入為m序列時，觀察TPM01（以此信號作同步）和TPMZ07（收端最佳判決時刻）之間的相位關(guān)系，如圖1.2.8所示；

(2).不斷按確認鍵，觀察TPMZ07的調(diào)整過程和鎖定后的相位關(guān)系，如圖1.2.9所示；

(3).輸入全1重復該實驗，解釋原因。按確認鍵前后波形如圖1.2.10和圖1.2.11所示；

(4).斷開JL02接收中頻環(huán)路，觀測TPM01和TPMZ07之間的相位關(guān)系，并解釋測量結(jié)果的原因。

圖1.2.8 m序列確認前

圖1.2.9 m序列確認后

圖1.2.10 全1碼確認前

圖1.2.11 全1碼確認后

分析：

（1）輸入為m序列時，方波高電平初始端存在脈沖，發(fā)端時鐘和最佳判決時刻之間的相位同步。

（2）不斷按確認鍵，波形總體上保持不變。

（3）輸入為全1碼時，按確認鍵調(diào)整過程中脈沖位置發(fā)生了變化，即發(fā)端時鐘和最佳判決時刻之間的相位發(fā)生了變化，原因是全1碼時，輸入波形沒有變化，位定時失步；斷開中頻環(huán)路，按確認鍵，則脈沖位置發(fā)生變化，原因是斷開中頻環(huán)路后，無法正確判斷出碼元的起止。

6.觀察在各種輸入碼字下FSK的輸入/輸出數(shù)據(jù)

通過菜單選擇為不同碼型輸入數(shù)據(jù)信號，觀測TPM04點輸出數(shù)據(jù)信號是否正確。觀測時用TPM02點信號同步。輸入碼型分別為特殊碼、全1碼和0/1碼是波形分別如圖1.2.12、圖1.2.13和圖1.2.14所示：

圖1.2.12 特殊碼

圖1.2.13 全1碼

圖1.2.14 0/1碼

分析：可以看出特殊碼和0/1碼輸出波形與輸入波形基本一致，只是相位上有一定的偏移，全1碼為直線。

四．實驗思考題

1.FSK 正交調(diào)制方式與傳統(tǒng)的一般FSK 調(diào)制方式有什么區(qū)別? 其有哪些特點？

答：兩者區(qū)別:一般FSK調(diào)制方式產(chǎn)生FSK信號的方法是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)比特是0還是1，在兩個獨立的振蕩器中切換。采用這種方法產(chǎn)生的波形在切換的時刻相位是不連續(xù)的，因此這種FSK信號稱為不連續(xù)FSK信號。而FSK正交調(diào)制方式產(chǎn)生FSK信號的方法是，首先產(chǎn)生FSK基帶信號，利用基帶信號對單一載波振蕩器進行頻率調(diào)制。FSK正交調(diào)制方式可以消除各個頻率間的相互干擾，從而消除由于頻率干擾造成的誤碼。若頻率不正交，在抽樣時刻各支路信號波形是相關(guān)的，一條支路的誤碼必然導致判決結(jié)果的錯誤，從而增大了誤碼率。

FSK正交調(diào)制方式的特點：隨著FSK碼長的增加，F(xiàn)SK信號的帶寬增加，頻帶利用率降低。即以增加信號頻帶來換取誤碼率的降低。

2.TPi03 和TPi04 兩信號具有何關(guān)系？

答：TPi03和TPi04分別為同向支路和正交支路，兩信號為正交關(guān)系。

五．心得體會

因為是第一個實驗，一開始對找JH5001通信原理綜合實驗系統(tǒng)上的模塊以及測試點有點生疏，并且與雙蹤示波器有一根導線接觸不良，但是實驗總體完成的還是相對比較順利的。通過實驗，加深了對FSK調(diào)制和解調(diào)的基本工作原理、FSK數(shù)據(jù)傳輸、FSK正交調(diào)制的基本工作原理與實現(xiàn)方法以及FSK性能測試的理解。并且增強了我們的動手與合作能力。

第四篇：Matlab在控制工程中的應用

Matlab在控制工程中的應用

摘要：

簡要介紹MATLAB軟件及其控制系統(tǒng)工具箱的功能，并通過具體實例說明MATLAB軟件在《機械控制工程基礎(chǔ)》課程教學中的優(yōu)越性，從多方面探討在教學過程中，如何更好地利用MATLAB軟件.主要從系統(tǒng)的時間響應及頻率特性、穩(wěn)定性分析和系統(tǒng)校正的設(shè)計、線性離散系統(tǒng)的分析及系統(tǒng)模型的估計等方面使MATLAB得圖形化和交換功能充分的體現(xiàn)了出來，使抽象復雜的理論變得生動形象、加深了對某些概念的理解、激發(fā)了我們的學習興趣。最后總結(jié)了關(guān)于怎樣學好MATLAB的心得體會。

1.MATLAB簡介

MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。到目前為止，已經(jīng)經(jīng)發(fā)展成為優(yōu)秀的適合多學科的功能強大的科技應用軟件之一，在30多個面向不同領(lǐng)域而擴展的工具箱的支持下，MATLAB在許多領(lǐng)域中成為計算機輔助設(shè)計與分析、算法研究和應用開發(fā)的基本工具和首選平臺。

MATLAB的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個重要的發(fā)展時期：

1）20世紀70年代后期，時任美國新墨西哥大學計算機科學系主任的Cleve?Moler教授為學生開發(fā)了矩陣特征值求解及線性方程求解的FORTRAN程序庫及接口程序，取名為MATLAB，并開始流傳。

2）1983年春，Cleve?Moler博士與John?Little等人用c語言開發(fā)了MATLAB的第二代專業(yè)版，具有數(shù)值計算及數(shù)據(jù)圖形化功能。3）1984年，Cleve?Moler與John?Little成立了MathWorks公司，正式把MATLAB推向市場。4）1993年～1995年，MathWorks公司推出了MATLAB?4.0版，充分支持Microsoft?Win—dows下的界面編程，1995年推出4.2C版。

5）1997年，MathWorks公司推出了MATLAB?5.0版，支持更多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，無論界面還是功能都較4.x版有長足進展。1999年推出了5.3版，進一步改善了MATLAB的功能。

6）2000年10月，MathWorks公司推出了MATLAB?6.0版，該版的推出是MATLAB軟件的一次飛躍，它的可視化界面煥然一新，風格更加平易近人，而且還添加了對JAVA的支持，函數(shù)庫也進一步進行了擴充，運算速度更快、性能更好。2001年6月，MathWorks公司推出了MATLAB?6.1版。2002年8月，MathWorks公司推出了MATLAB?6.5版。

2.MATLAB與控制工程及實例說明

Nyquist圖和Bode圖是系統(tǒng)頻率特性的兩種重要的圖形表示形式，也是對系統(tǒng)進行頻率特性分析的重要方法。無論是Nyquist圖還是Bode圖，都非常適于用計算機進行繪制，Matlab提供了繪制系統(tǒng)頻率特性極坐標圖的nyquist函數(shù)和繪制對數(shù)坐標圖的bode函數(shù)。

24(0.25s+0.5)例如：傳遞函數(shù)為G(s)=的系統(tǒng)的Nyquist圖及Bode圖的求取。

(5s+2)(0.05s+2)1)Matlab文本及Nquist圖形如下：

k=24,nunG1=k*[0.25,0.5];denG1=conv([5 2],[0.05 2]);[re,im]=nyquist(nunG1,denG1);plot(re,im);grid k=24,nunG1=k*[0.25,0.5];denG1=conv([5 2],[0.05 2]);[re,im]=nyquist(nunG1,denG1);plot(re,im);grid

0-0.2-0.4-0.6-0.8-1-1.2-1.400.511.522.53

2)Matlab文本及Bode圖如下：

k=24;numG1=k*[0.25 0.5];denG1=conv([5 2],[0.05 2]);w=logspace(-2,3,100);bode(numG1,denG1,w);

Bode Diagram100Magnitude(dB)Phase(deg)-10-20-30-400-45-9010-210-1100101102103Frequency(rad/sec)

在MATLAB中，可以用impulse函數(shù)、step函數(shù)和lsim函數(shù)對線性連續(xù)系統(tǒng)的時間響應進行仿真計算。其中impulse函數(shù)用于生成單位脈沖響應；step函數(shù)用于生成單位階躍響應；lsim函數(shù)用于生成對任意輸入的時間響應。

例如：已知某高階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為

2S2?20S?50G(S)?6 S?15S5?84S4?223S3?309S2?240S?100

求該系統(tǒng)的單位脈沖響應、單位階躍響應和單位速度響應和單位加速度響應。

獲得單位脈沖響應程序語句及圖形: >> num=[2 20 50];>> den=[1 15 84 223 309 240 100];>> impulse(num,den)

獲得單位階躍響應程序語句及圖形： >> num=[2 20 50];>> den=[1 15 84 223 309 240 100];>> step(num,den)

獲得單位速度響應程序語句及圖形： >> num=[2 20 50];>> den=[1 15 84 223 309 240 100];>> t=[0:0.01:1];>> u=(t);>> lsim(num,den,u,t)

獲得單位加速度響應程序語句及圖形： > num=[2 20 50];>> den=[1 15 84 223 309 240 100];>> t=[0:0.01:1];>> u=(0.5*t.*t);>> lsim(num,den,u,t)

3，總結(jié): MATLAB其實很簡單,只有自己親自思考,多動手,不怕失敗,我們才能好真正的掌握這門技術(shù).其實我們學習Matlab的時候不要試著掌握它的每一個功能，熟悉和你專業(yè)最相關(guān)的部分就可以了.另外我感覺在MATLAB很好玩,從剛開始的什么都不懂到最后自己寫程序并且到處相應的結(jié)果,真的是一件很開始的事情.所以說這次學到了很多有用的東西.

第五篇：移動通信原理與系統(tǒng)-教學大綱

《 移動通信 》課程教學大綱

一、課程名稱：（移動通信原理與系統(tǒng)）(32學時）

二、先修課程： 通信原理、通信網(wǎng)基礎(chǔ)

三、適用專業(yè)：通信工程專業(yè)

四、課程教學目的

本課程是通信工程本科專業(yè)課。移動通信是當今通信領(lǐng)域發(fā)展最快、應用最廣和最前沿的通信技術(shù)。移動通信的最終目標是實現(xiàn)任何人可以在任何地點、任何時間與其他任何人進行任何方式的通信。移動通信技術(shù)包括了組網(wǎng)技術(shù)、多址技術(shù)、語音編碼技術(shù)、抗干擾抗衰落技術(shù)、調(diào)制解調(diào)技術(shù)、交換技術(shù)以及各種接口協(xié)議和網(wǎng)管等等多方面的技術(shù)。因此從某種意義上可以說，移動通信系統(tǒng)匯集了當今通信領(lǐng)域內(nèi)各種先進的技術(shù)。通過本課程的學習使學生了解和掌握移動通信的基本理論，了解和掌握移動通信的發(fā)展、蜂窩移動通信系統(tǒng)的基本概念、移動通信的信道、移動通信系統(tǒng)的調(diào)制和抗干擾技術(shù)、語音編碼技術(shù)、移動通信中的多址接入、移動通信網(wǎng)以及GSM系統(tǒng)、CDMA系統(tǒng)和3G技術(shù)以及未來無線通信的發(fā)展等。

五、課程教學基本要求

1．理解和掌握無線信道和傳播、傳播損耗模型；

2．掌握移動通信中的信源編碼的基本概念和調(diào)制解調(diào)技術(shù)； 3．理解和掌握移動通信中的各種抗衰落抗干擾技術(shù)； 4．掌握移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)；

5．掌握GSM移動通信系統(tǒng)、理解GPRS系統(tǒng)的基本原理以及EDGE的基本原理； 6．掌握基于CDMA20001X系統(tǒng)、WCDMA系統(tǒng)和TD－SCDMA系統(tǒng)的基本原理和應用； 7．了解未來移動通信的發(fā)展。

六、教學內(nèi)容及學時分配（不含實驗）

第一章 概述 1學時 第二章 移動通信電波傳播環(huán)境與傳播預測模型 內(nèi)容： ? ? ? ? ? ? 無線傳播的特點以及對無線通信的影響； 無線信道的特性，研究方法

無線信道的分析基礎(chǔ)（分布，特性參數(shù)等）簡單介紹建模技術(shù)和仿真技術(shù)基礎(chǔ) 介紹常見的幾種傳播預測模型 說明應用范圍和應用方法

4學時 ? 介紹傳播模型校正方法和校正實例

第三章 信源編碼和調(diào)制技術(shù) 3學時

內(nèi)容： ? 信源編碼技術(shù)的概念 ? 數(shù)字調(diào)制的基本概念與回顧 ? 移動通信中對調(diào)制技術(shù)的特殊要求 ? GMSK調(diào)制技術(shù) ? QPSK調(diào)制技術(shù) ? 高階調(diào)制 ? 多載波調(diào)制 ? OFDM技術(shù)與應用

第四章 抗衰落和鏈路性能增強技術(shù) 4內(nèi)容： ? 無線通信中衰落概念回顧和抗衰落的基本概念 ? 分集、合并技術(shù)，瑞克接收機技術(shù)

? 信道編碼技術(shù)（側(cè)重卷積碼技術(shù)和Turbo碼技術(shù)介紹）? 均衡技術(shù)的原理和維特比均衡的原理 ? 擴頻、跳頻技術(shù)抗衰落的基本原理 ? 多天線和空時編碼

? AMC和HARQ兩種自適應鏈路增強技術(shù)的基本原理

第五章 蜂窩組網(wǎng)技術(shù) 5 內(nèi)容： ? 組網(wǎng)概述

? 蜂窩小區(qū)和頻率復用 ? 切換、位置更新 ? 多址接入

? 碼分多址關(guān)鍵技術(shù)

? 蜂窩移動通信系統(tǒng)的容量分析 ? 功率控制技術(shù) ? 切換、位置更新 ? 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

學時

學時 第六章 GSM系統(tǒng)和GPRS系統(tǒng) 5學時

內(nèi)容： ? 概述

? GSM的業(yè)務及分類 ? GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ? GSM的信道 ? GSM的無線傳輸 ? GSM的語音處理 ? GSM系統(tǒng)的信令協(xié)議 ? 接續(xù)和移動性管理 ? GPRS概述 ? GPRS的業(yè)務 ? GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ? GPRS協(xié)議結(jié)構(gòu)

? GPRS的會話和移動性管理 ? GPRS空中接口介紹

? EDGE技術(shù)的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)

第七章 第三代移動通信CDMA系統(tǒng)

內(nèi)容： ? 3G概述

? IS－95和CDMA20001X技術(shù) ? WCDMA技術(shù) ? TD－SCDMA技術(shù)

第八章 未來發(fā)展 2內(nèi)容： ? LTE ,LTE+等的基本概念和技術(shù) ? IMT-advance一些概念 ? 技術(shù)發(fā)展趨勢

期中考試

機動

學時

學時

2學時

2學時

4七、教學重點、難點

重點：移動通信的基本理論、技術(shù)；移動通信系統(tǒng)的理論和網(wǎng)絡(luò)

難點：移動通信無線傳播理論；抗衰落技術(shù)、移動通信網(wǎng)絡(luò)和基于CDMA技術(shù)的3G網(wǎng)絡(luò)

八、使用教材及參考書目

教材：移動通信原理與系統(tǒng)，啜鋼、王文博、常永宇、李宗豪.2005.9，北京郵電大學出版社.參考書目：

1．[美] Theodore S.Rappaport.Wireless communications principles and practice.電子工業(yè)出版社影印版.1998.9 2．郭梯云等.數(shù)字移動通信.人民郵電出版社.1995.3 3．啜鋼，王文博，常永宇等 移動通信原理與應用 北京：北京郵電大學出版社，2002 4．吳志忠 移動通信無線傳播 北京：人民郵電出版社，2002 5．楊大成等 移動傳播環(huán)境 北京：機械工業(yè)出版社，2003 6．許希斌等譯 Jhong Sam Lee Leonard E.Miller 著.CDMA 系統(tǒng)工程手冊.人民郵電出版社.2001.2 7．張平，王衛(wèi)東，陶小峰等編著.WCDMA移動通信系統(tǒng).人民郵電出版社.2001.3 8．啜鋼等 CDMA無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化 北京：機械工業(yè)出版社，2004 9．李建東，楊家瑋 個人通信.北京：人民郵電出版社，1998 10．Wi1lliam C.Y.Lee 著，宋維模，姜煥成等譯.移動通信工程理論和應用.北京：人民郵電出版社，2002 11．孫孺石，丁懷元，穆萬里，王澤權(quán)著.GSM數(shù)字移動通信工程.人民郵電出版社，1996 12．The GSM System for Mobile Communications.Michel Mouly and Marie-Bernadette Pauter, 1992 13．鐘章隊，蔣文怡，李紅君等編著.GPRS 通用分組無線業(yè)務.人民郵電出版社.2001.12 14．楊大成等.cdma2000 1x移動通信系統(tǒng).北京：機械工業(yè)出版社，2003

執(zhí)筆人: 啜鋼