《通信仿真技术》实验指导

目录

实验一 SIMULINK基本模块的使用

实验二 构建SIMULINK子系统和模块的封装

实验三 信号物理参数的测量

实验四 频分复用和调幅收音机的建模与仿真实现

实验五 线性系统的多种建模和仿真方法

实验六 深入S函数的编程

实验七 多采样速率的连续离散混合系统仿真,PCM编码和解码

实验八 调频、锁相环鉴频以及调频立体声系统的建模仿真

实验九 数字信号的基带传输、眼图、奈奎斯特准则

实验十 采样定理的建模和验证

实验十一 图像处理的仿真-电视机模型建模与仿真(1)

实验十二 图像处理的仿真-电视机模型建模与仿真(2)


实验一

2006年3月20日 [返回目录]

题目:SIMULINK基本模块的使用

实验目的:

学习SIMULINK基本模块的使用和仿真参数设置。

实验要求:

学会使用SIMULINK的基本模块:信号发生器,数学模块,示波器, 应用这些模块构建基本的通信系统模型,并进行仿真验证。

实验内容:

(1)用信号发生器产生1MHz,幅度为15mV的正弦波和方波信号,并通过示波器观察波形。注意设置仿真参数和示波器的扫描参数和幅度显示参数。使得示波器能够显示10个正弦波周期。如图:

(2)通过示波器观察1MHz,幅度为15mV的正弦波和100KHz,幅度为5mV的正弦波相乘的结果。写出数学表达式。通过使用三踪示波器同时观察1MHz、100KHz正弦波以及相乘的结果。注意设置仿真参数和示波器的扫描参数和幅度显示参数。请调整参数得出下图波形。

(3)将50Hz,有效值为220V的正弦交流电信号通过全波整流(绝对值 )模块,观察输出波形。注意,有效值为220V的正弦信号的振幅是多少?

(4)通过m语言编程来得到(2)、(3)的波形,用plot语句作出波形图。给出程序。

(5)学有余力的同学,可自行对两信号的相加,相减以及其它数学运算模块进行实验。还可以对照课本3.2节进行实验。

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1. 对(1)~(4)作出实验记录,特别是遇到的问题和解决办法。(20分)

2. 画出(1)的仿真模型方框图,说明参数设置情况,画出所得到的波形示意图。(20分)

3. 画出(2)的仿真模型方框图,说明参数设置情况,画出所得到的波形示意图。(20分)

4. 画出(3)的仿真模型方框图,说明参数设置情况,画出所得到的波形示意图。(10分)

5. 给出(4)的程序代码和运行结果。(20分)

6. 完成思考题。(10分)

7. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。

思考题:

1. 你认为SIMULINK仿真和m语言编程仿真的各自特点和优点是哪些?(参考课本2.2和2.3节部分论述以及internet查询)

2. 叙述计算机仿真的基本步骤。(参考课本1.2.2节论述)


实验二

2006年3月27日 [返回目录]

题目:构建SIMULINK子系统和模块的封装

实验目的:

学习构建SIMULINK子系统,模块的封装。传递函数模块的应用。

实验要求:

学会构建SIMULINK的子系统:学习自建模块的封装, 帮助文档编写,模型空间与Matlab命令空间的交互。

实验内容:

(1)学习信号与系统中的传递函数的应用:拉氏变换和Z变换。

a. 通过仿真求出H(s)=5/(2s+1)的阶跃响应和冲激响应。构建模型得出波形。对比采用默认仿真参数以及采用仿真步长为1/1000秒两种情况的波形。你能够解释吗?

b. 将200Hz的锯齿波通过1000次每秒的采样保持器之后得到时间离散信号,观察采样保持器前后的波形变化,解释为什么。然后将时间离散信号通过传递函数H(z)=4/(z+0.3)的系统,求出响应波形。仿真步长为1/1000秒。需要设置所有模块的参数,特别是采样率一定要设置为1/1000秒。

(2)学习构建SIMULINK子系统:构建一个子系统,使得它具有将输入信号m(t)(如一个100Hz的正弦波)和一个常数C相加后再和一个1000Hz的幅度为A的正弦波相乘的功能。即输出信号:事实上,这就是是个幅度调制子系统。

y(t)=A*[m(t)+C]*sin(2*pi*f*t)

其中f=1000 Hz。

参数A, C, f要求在Matlab命令空间中用语句进行设置。例如:

>> A=2; C=1; f=1000;

>>

(3)对子系统进行封装:请对(2)所建立所子系统进行封装(Mask),编写参数输入对话框和帮助文档。并将模块放在一个自己的库中。例如

(4)应用自己封装的库模块构建一个系统,和标准的SIMULINK库模块进行对比 提示:使用通信工具箱中的模拟幅度调制模块"DSB AM Modulator Passband"。

(5)用sim指令在命令空间启动模型进行仿真:对(4)中的模型采样命令open打开,采用sim指令进行仿真。请给出指令语句。

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1. 对(1)~(5)作出实验记录,特别是遇到的问题和解决办法。(20分)

2. 画出(1)的仿真模型方框图,说明参数设置情况,画出所得到的波形示意图。(20分)

3. 画出(2)的仿真模型方框图,说明参数设置情况,画出所得到的波形示意图。(20分)

4. 画出(3)的仿真模型方框图,说明参数设置情况,画出所得到的波形示意图。(10分)

5. 给出(5)的程序代码和运行结果描述。(20分)

6. 完成思考题。(10分)

7. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。

思考题:

1. 谈谈用sim指令进行仿真和在SIMULINK中用菜单进行仿真这两种方式各自特点和优点?

2. 利用信号与系统的知识计算H(s)=5/(2s+1)的冲激响应h(t)。是否符合(1)a中的仿真结果?

3. 说明封装子系统的过程。


实验三

2006年4月3日 [返回目录]

题目: 信号物理参数的测量

实验目的:

学习确定信号和随机信号的物理参数:振幅,功率,交直流分量和频率的测量原理和方法。

实验要求:

学会测量(1)正弦信号的最大值,最小值、振幅、功率、和频率。 (2)随机信号的产生和统计参数的测量:均值和方差,随机信号的最大值,最小值,中值等等。 噪声与信号混合之后测试信噪比。 (3)学习使用频谱仪,测量正弦信号的功率频谱。

实验内容:

(1)产生一个550Hz,振幅为2.5V的正弦波,用Simulink模块来测试其最大值,最小值、振幅、功率,并利用频率计的工作原理构造一个频率计,测量其频率。仿真步进可设定为1/10000秒。

这里学习使用DSP工具箱中的Statisitics工具箱。Statisitics工具箱如下图,分别有求离散信号最小值、最大值、平均值,标准差、方差、均方根植(RMS)、自相关、互相关、中值(Median),直方图、排序等等功能模块。我们学习使用最小值、最大值、平均值和方差模块来求信号的最小值、最大值、直流分量(平均值)和交流功率(方差)。

建立模型时需要注意将连续信号用零阶保持模块离散化,然后才能使用DSP工具箱中的模块。理论上正弦波的功率计算是:P=(A/sqrt(2))^2=(2.5/1.414)^2=3.1259 W。通过如下仿真可以看出,模块输出的结果是动态变化的随机量,数值上逼近理论结果。 模型文件下载(请点右键选另存为)

频率计的原理:频率计实质上是一个按照固定时间清零的计数器,例如在一秒内对波形脉冲的计数就是该波形的基波频率。频率计的组成是:时间闸门,计数器,计数完毕时的输出使能(用触发子系统建模)以及频率显示模块,如下图。建模时请根据原理自行设计仿真模块的参数。 模型文件下载(请点右键选另存为)

(2)产生一个高斯随机信号:方差为2,均值为1,用(1)中的统计模块测量出其均值和方差。仿真步长1/10000秒。如下图,可见仿真计算结果和理论结果之间的细微差别。在实验报告中解释这种差别。 模型文件下载(请点右键选另存为)

设计建模一个1000Hz的正弦波,要求功率是10W。混合了一个零均值的高斯随机噪声,噪声功率为0.1W,测量出:信号和噪声的信噪比,用dB显示。测量出混合信号(相加)的总功率,你能够得出什么结论?

建模之前首先解决:功率是10W的正弦波的振幅是多少?噪声功率为0.1W的随机噪声其方差是多少?测量出的信噪比和理论信噪比分别是多少,有区别吗?下图是仿真模型和结果。 模型文件下载(请点右键选另存为)

(3)请用simulink模型实现课本p252程序6-21的建模和计算。比较编程和图形建模的各自特点。

(4)使用频谱仪测量正弦信号的功率频谱。

分别测量800Hz,振幅为1V的正弦信号和方波信号的频谱,比较两者的区别。频谱仪模块在DSP工具箱中的sinks中。 模型文件下载(请点右键选另存为)

注意设置频谱仪的FFT长度为2048(可设其它长度试试)。显示特性设置为幅度显示,而不要设置为分贝方式。

(5)学有余力的同学,可设计一个系统观察双边带调制输出信号的波形和频谱。

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1. 对(1)~(4)作出实验记录,说明参数设置情况、特别是遇到的问题和解决办法。(30分)

2. 简述频率计的工作原理,设计一个能够精确到0.1Hz的频率计。(20分)

3. 给出(3)中建立的模型和参数设置以及仿真结果。(20分)

3. 完成思考题。(30分)

4. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。

思考题:

1. 如何测量信噪比?(15分)

2. 说明FFT长度和频谱计算精度的关系。 提示:参考数字信号处理或课本6.4、6.4.2节内容。(15分)


实验四

2006年4月10日 [返回目录]

题目: 频分复用和调幅收音机的建模与仿真实现

实验目的:

通过建模和仿真验证频分复用的原理,仿真验证超外差接收机原理和模型,观察信道噪声以及检波参数对解调信号的影响。

实验要求:

学会应用模拟调制和解调的原理来构建一个调幅收发信系统。理解混频和超外差接收的原理,检波原理,并以此构建出超外差接收机模型。对调幅发信机(电台),信道以及接收机进行封装,对频分复用FDMA原理进行验证。

实验内容:

(1)仿真参数设计要求:

a. 仿真步长:固定,1e-7秒。

b. 调幅发射机参数:

音频信号:正弦波,幅度0~1V,频率50Hz~3000Hz可调(可设置)。表达式为:

载波:正弦波,幅度为1V ,频率535KHz~1605KHz可设置。表达式为:

调幅输出波形表达式为:

c. 信道:加性高斯噪声,方差(噪声功率)可调。

d. 接收机:混频器为理想乘法器,中频频率465KHz,本振频率可调,接收频率范围是中波频段(535KHz~1605KHz),有1级中频放大器,信号幅度增益为10dB。采用半波检波器。 中频变压器(中周,即中频带通滤波器: 中心频率465KHz,带宽6KHz,滤波器阶数为2阶)。

(2)仿真结果要求:

a. 得出调幅发射机的发送波形图。

b. 接收机检波前后的波形对比图。

c. 将3个不同载波频率的发射机发送的信号叠加起来,再用3个接收机分别接收其中的一个信号,验证频分复用的原理。当两个发信机的载波频率靠得较近,例如相差4KHz,会产生什么现象?试解释之。

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1. 建立和封装(1)参数所要求的模型。特别是遇到的问题和解决办法。(30分)

2. 用(1)中的模型建立FDMA系统,仿真得出(2)所要求的波形。(40分)

3. 完成思考题。(30分)

4. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。

思考题:

1. 为什么接收机要采用混频原理?混频的目的是什么?

2. 普通收音机采用了一个混频器的外差技术,但一些高级的收音机,通信中的手机,卫星电视接收机等等都采用了有多个混频器的多次变频技术,查阅资料对2次变频技术作出阐述。

3. 在实验步骤(1)中,仿真步长确定固定的1e-7秒。说明原因。当仿真步长定为1e-10秒,你认为会出现什么现象?


实验五

2006年4月17日 [返回目录]

题目:线性系统的多种建模和仿真方法

实验目的:

通过MATLAB和SIMULINK中的多种建模和仿真方法构建线性系统, 了解系统建模的灵活性,锻炼创造性建模的思维和能力。

实验要求:

对一个电路线性系统进行数学分析并建模,用MATLAB编程,传递函数的建模, 信号流图的建模,状态方程的建模以及 S函数的建模等等多种建模和仿真方法来仿真系统,对各种建模和仿真结果进行对比。

实验内容:

(1)线性代数方程组的SIMULINK求解 任务:求解方程组:

首先根据方程画出信号流程:学习利用反馈支路建立等式的方法。方框图其实就是方程的另外一种表示。当然,可以将方程化简以后再建立信号流程。这里故意演示复杂方程的建模流程。由于方程是代数方程,所以建模模型中含有代数环,simulink仿真时会出现告警。但不影响结果的正确性。IC模块用来设置初解,可不用。

建模例如:

运行求解得出:

V1=10 V

V2=6 V

(2)线性微分方程组的信流图建模与求解

任务:求解微分方程组:

由此画出求解信号流图:

请对该信流图建立SIMULINK模型,并进行封装,使得能够通过对话框输入R,L,C参数。

要求仿真得出R=1欧,L=1亨利,C=0.01法拉时电容电压Uc的阶跃响应波形。

(3)求出(2)所给出的方程所决定的输出为电容电压Uc的传递函数,通过simulink中的传递函数模块,求R=1欧,L=1亨利,C=0.01法拉时电容电压Uc的阶跃响应波形。并与(2)中的结果作对比。

(4)求出(2)所给出的方程的状态矩阵A,B,C,D,通过simulink中的状态方程模块,求R=1欧,L=1亨利,C=0.01法拉时电容电压Uc的阶跃响应波形。并与(2)中的结果作对比。

(5)用simulink中的S函数模板或课本中p46页程序2-16的方法,编写对应于(4)状态矩阵A,B,C,D的S函数,并通过S函数模块求R=1欧,L=1亨利,C=0.01法拉时电容电压Uc的阶跃响应波形。并与(4)中的结果作对比。

(6)对(5)中的模型进行封装,使得同(2)中得出的模型有相同的封装,对用户提供相同的接口。

(7)选做:学习和验证课本p48和p51页程序2-17和程序2-19。

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1.(60分)对实验步骤(1)~(6)的建模、实验参数设置、实验中碰到的问题和解决方法以及波形结果对比等作详细描述。

2. 完成思考题。(30分)

3. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。

思考题:

1. (20分)比较实验步骤(1)~(6)的建模方法,用你自己的建模感受说明这些建模方法各自的特点。

2.(10分)叙述SIMULINK仿真调用S函数的过程。


实验六

2006年4月24日 [返回目录]

题目: 深入S函数的编程

实验目的:

通过学习S函数编程,深入理解SIMULINK仿真的实质和原理,能够根据仿真的数学原理自己创造仿真模块。从而达到对通信仿真建模灵活掌握的目的。

实验要求:

用S函数编程实现SIMULINK的基本模块:正弦波信号源,一个积分器,一个传递函数为H(s)的系统,一个示波器。一个频谱分析仪。

实验内容:

(1)仿真参数设计要求:

用S函数编程实现SIMULINK的基本模块:正弦波信号源,一个积分器,一个传递函数为H(s)的系统,一个示波器。一个频谱分析仪。

(2)实验任务和步骤:

任务一: 正弦波信号源的实现:

在S函数模板上修改。(注意红色部分是修改的)

function [sys,x0,str,ts] =MysFunSignalGenSIN(t,x,u,flag)
switch flag,
  case 0,
    [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;
  case 1,
    sys=mdlDerivatives(t,x,u);
  case 2,
    sys=mdlUpdate(t,x,u);
  case 3,
    sys=mdlOutputs(t,x,u);
  case 4,
    sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u);
  case 9,
    sys=mdlTerminate(t,x,u);
  otherwise
    error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]);
end

% end sfuntmpl

function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes
sizes = simsizes;
sizes.NumContStates  = 0;
sizes.NumDiscStates  = 0;
sizes.NumOutputs     = 1;
sizes.NumInputs      = 0;
sizes.DirFeedthrough = 1;
sizes.NumSampleTimes = 1;   % at least one sample time is needed
sys = simsizes(sizes);
x0  = [];
str = [];
ts  = [0 0];
% end mdlInitializeSizes

function sys=mdlDerivatives(t,x,u)
sys = [];
% end mdlDerivatives

function sys=mdlUpdate(t,x,u)
sys = [];
% end mdlUpdate

function sys=mdlOutputs(t,x,u)
f=1000;%频率
A=10;%振幅
sys=A*sin(2*pi*f*t);
% end mdlOutputs

function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u)
sampleTime = 1;    %  Example, set the next hit to be one second later.
sys = t + sampleTime;
% end mdlGetTimeOfNextVarHit

function sys=mdlTerminate(t,x,u)
sys = [];
% end mdlTerminate

可进一步将正弦波的幅度、频率参数作为S函数的参数,对模块作封装,从对话框中输入参数。

修改MysFunSignalGenSIN(t,x,u,flag) 为MysFunSignalGenSIN(t,x,u,flag,f,A)

修改sys=mdlOutputs(t,x,u); 为sys=mdlOutputs(t,x,u,f,A);

修改mdlInitializeSizes为mdlInitializeSizes(f,A)

修改mdlOutputs为

function sys=mdlOutputs(t,x,u,f,A)

sys=A*sin(2*pi*f*t);

% end mdlOutputs

在S函数模块调用对话框中的参数栏填写参数f,A

封装S函数模块,通过对话框输入幅度A和频率f,对话框如下:

任务二:修改任务一中的S函数,使之产生一个周期三角波,要求能够设置频率,初相位和上升沿宽度。(提示:参看课本p246页sawtooth指令。)要求对设计的S函数模块作封装。

任务三:用实现一个示波器和频谱分析仪。来观察任务一和任务二所得到的波形和频谱。系统模型如下,要注意模块参数的设置:

示波器和频谱仪的s函数代码可参考:(注意红色部分是修改的)

function [sys,x0,str,ts] = sfunmyscope(t,x,u,flag)
switch flag,
 case 0,
    [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;
case 1,
    sys=[];
case 2,
    sys=[];
case 3,
    sys=mdlOutputs(t,x,u);
case 4,
    sys=[];
  case 9,
    sys=[];
  otherwise
    error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]);
end
function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes
sizes = simsizes;
sizes.NumContStates  = 0;
sizes.NumDiscStates  = 0;
sizes.NumOutputs     = 0;
sizes.NumInputs      = -1; %syb 
sizes.DirFeedthrough = 1;
sizes.NumSampleTimes = 1;   % at least one sample time is needed
sys = simsizes(sizes);
x0  = [];
str = [];
ts  = [-1 0];
function sys=mdlOutputs(t,x,u)
sys =[];%syb
tt=0:1/10000:(length(u)-1)/10000;
subplot(2,1,1);plot(tt,u)%syb
U=fft(u);
subplot(2,1,2);plot(20*log10(abs(U)));
axis([0 (length(u)-1) 0 60]);%显示坐标范围
grid on;
%whitebg(gcf,'k');%使用黑背景
set(gcf,'DoubleBuffer','on');%使用双缓冲,避免显示闪烁
任务四:用S函数建立一个积分器(H(s)=1/s),将任务二中输出的三角波通过该积分器后用任务三建立的示波器和频谱仪观察输出波形和频谱。

任务五:(选作)用S函数建立一个双踪示波器。编写S函数,构建仿真系统模型,要求该示波器同时显示任务一和任务二所得出的正弦波和三角波。

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1.(80分)完成并记录任务一~四的实验参数,关键代码和调试过程中遇到的问题和解决思路。

2. 完成思考题。(20分)

3. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。

思考题:

1. (20分)谈谈你对S函数编程进行SIMULINK仿真的感受。


实验七

2006年5月8日 [返回目录]

题目: 多采样速率的连续离散混合系统仿真,PCM编码和解码

实验目的:

学习连续离散混合系统仿真方法,学习数据的并串和串并变换以及PCM编码和解码。

实验要求:

建立串并、并串子系统,认识多采样速率的连续离散混合仿真系统。 理解PCM A律压缩和扩张的原理。二进制编解码的原理和可控误码信道的设计。

实验内容:

(1) 设计一个并串、串并转换模块,对并行数据用串行方式进行传输。设有2个信号:10Hz 幅度为1V的正弦波和20Hz幅度为0.5V的正弦波(或三角波),现在用每秒200次采样速率分别对它们采样。得到两路并行数据信号。然后对其作并串转换,注意,并串转换之后数据传输速率提高到了2倍,即每秒400个数据。传输后再作串并转换,用双踪示波器观察结果。系统仿真采样率为必须是系统最高数据率的整数倍, 在此可选仿真步长为1/400秒,1/800秒或1/1200秒等等。

实验模型如图: (在此下载(请点右键选另存为)仿真模型shiyan7a.mdl)

其中,并串转换模块构造是:

串并转换模块构造是:

当开启了“format | sample time colors”选项之后模型变为彩色显示,不同颜色 部分表示了采样率不同。如下:

其中,

Black          黑色表示连续系统模块(Continuous blocks)

Magenta        洋红表示常数模块(Constant blocks)

Yellow         黄色表示混合速率模块,即模块输入和输出端口的速率不同。

               Hybrid (subsystems grouping blocks, or Mux or Demux blocks grouping signals                         with varying sample times)

Red            红色表示最快的离散采样速率。Fastest discrete sample time

Green          绿色表示第二快的离散采样速率。Second fastest discrete sample time

Blue           蓝色表示第三离散采样速率。Third fastest discrete sample time

Light Blue     淡蓝色表示第四离散采样速率。Fourth fastest discrete sample time

Dark Green     深绿色表示第五离散采样速率。Fifth fastest discrete sample time

Orange         橙色表示第六离散采样速率。Sixth fastest discrete sample time

Cyan           青色表示触发子系统Blocks in triggered subsystems

Gray           表示固定的最小步长 Fixed in minor step
可见本系统中并串转换之后的离散采样率最高,用红色表示。

示波器中的波形是;

(2)建立一个PCM编码解码系统。

系统的最高传输速率是64Kbps,所以仿真步长可设为1/64e3秒。模型如下: (在此下载(请点右键选另存为)模型shiyan7b.mdl)

波形结果是:

1、输入波形:scope2

2、解码波形 scope 注意观察量化效应和误码引起的干扰

下面是系统的详细表述:

1、信道子系统 :传输双极性二进制码,利用乘法模块加入可控误码率的误码。读者可试用其他方法来构建同样功能的信道。

2、PCM发送子系统:包含A率非均匀量化,8bit编码和并串转换模块。

其中, A率非均匀量化模块构造是:

而8bit编码子系统构造是:

Fcn用来将-1~1之间的小数转换为0~255之间的整数,以供编码为8bit并行输出。

并串转换模块同前。

3、接收和PCM解码部分的构造是:

其中,Fcn用来将解码输出的0~255整数还原为-1~1之间的小数。

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1. 调整信道误码率, 观察误码率对PCM解码波形的影响, 总结得出你的结论。(30分)

2. 调整A率压缩的参数A, 观察压缩和扩张的波形结果,总结得出你的结论。(30分)

3. 给出一个u率的PCM编解码系统的仿真模型。(40分)

4. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。


实验八

2006年5月15日 [返回目录]

题目:调频、锁相环鉴频以及调频立体声系统的建模仿真

实验目的:

学习调频和鉴频的原理,学习调频立体声系统的原理和建模方法

实验要求:

建立一个调频发射和接收模型,观察调制前后的波形和频谱。学习锁相环原理和建模实现。用锁相环进行鉴频,DSB相干解调。

实验内容:

(1)建立一个调频通信系统,FM的载波频率为10.5MHz,被调基带信号为1KHz,0.1V正弦波。 调制器VCO的压控灵敏度为750KHz/V。鉴频锁相环中的VCO与调频VCO参数相同。 锁相环的环路滤波器为1阶低通,带宽为75KHz。

(在此下载(请点右键选另存为)仿真模型shiyan8a.mdl)

请仿真得出调制后调频信号的频谱,比较FM被调信号和FM解调输出信号。将被调信号换为1KHz的方波和三角波,仿真得出FM解调输出,并作对比,说明差别的原因。

(2)学习调频立体声发射和接收的原理,并构造基带立体声系统仿真模型进行验证。

建模参数是:

输入信号:左右两个声道 R 和L

首先进行计算得出主通路和立体声附加通路:

主通路X=R+L :0~10KHz音频

立体声附加通路=R-L :0~10KHz音频

然后将立体声附加通路信号采用抑制载波的双边带调制方式调制到载波38KHz上。(38-10 ~ 38+10 KHz)得到调制的立体声附加通路Y。

立体声基带输出信号=主通路X(音频)+19KHz正弦波导频+调制的立体声附加通路Y(载波38KHz)。

得出频谱结构如图所示:

设计仿真的采样率为100KHz~200KHz。

基带信号设计:

R声道:1000Hz 正弦波 幅度1V

L声道:500Hz 三角波 幅度 2V

建模要求:

(1)设计立体声发射系统:得出立体声基带输出信号。

(2)把(1)输出的信号通过信道,加入干扰

(3)设计一个接收机,接收加入干扰后的立体声基带输出信号,将它解调为R和L。

锁相环:

信号:正弦波 19KHz 正弦波,用锁相环来跟踪该正弦波。

(模型在此下载(请点右键选另存为)shiyan8b.mdl)

发射机:

信道:

接收机:

其中,载波恢复模块使用了锁相环,VCO振荡与38KHz附近,计数器作2分频。结构如下:

请仿真得出该模型中立体声信号的频谱,以及接收机解调各点的关键波形。观察噪声对解调信号的影响。

(3)将(1)的FM收发系统和(2)中所建立的立体声基带系统结合起来,构成一个完整的FM立体声收发系统仿真模型。

(模型在此下载(请点右键选另存为)shiyan8c.mdl)。

仿真得出该模型接收机解调各点的关键波形。观察噪声对解调信号的影响。

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1. 请仿真得出实验第(1)模型中,调制后调频信号的频谱,比较FM被调信号和FM解调输出信号。将被调信号换为1KHz的方波和三角波,仿真得出FM解调输出,并作对比,说明差别的原因。 (40分)

2. 请仿真得出实验第(2)模型中立体声信号的频谱,以及接收机解调各点的关键波形。观察噪声对解调信号的影响。 (40分)

3. 仿真得出实验第(3)模型接收机解调各点的关键波形。观察噪声对解调信号的影响。(20分)

4. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。


实验九

2006年5月22日 [返回目录]

题目:数字信号的基带传输、眼图、奈奎斯特准则

实验目的:

学习数字基带传输的基本建模方法,码间串扰及其解决办法,通过仿真理解观察码间串扰的工程方法-眼图的物理意义及应用

实验要求:

根据指定参数建立一个数字基带传输系统,设计并仿真实现一个升余弦频谱的滤波器,观察基带数字信号通过该滤波器之后的响应波形和眼图。

实验内容:

1、设计一个升余弦频谱的滤波器,已知

升余弦频谱滤波器的冲激响应是:

其中: 是滚降因子。

参数要求: ,在 内仿真10个点, 仿真区间为-10ms ~10ms。求出 。参考程序如下:

t=-1/100+eps:1/10000:1/100;
alfa=0.1;
Ts=1/1000;%1毫秒
h_t=sin(pi*t/Ts)./(pi*t/Ts).*(cos(alfa*pi*t/Ts))./(1-4*alfa^2*t.^2/Ts^2);
plot(t,h_t);
的波形如下:

2、建立一个二进制基带传输模型,参数要求是:

(1)数码率: 二进制1,0等概率, 单极性, 或双极性 1000bps,即码元传输时间Ts=1/1000 秒=1毫秒。为了仿真出一个比特(1ms)内的波形, 可在1ms内采样多点,如10点. 因此系统的仿真步长可设计为1/10000 秒.

(2)为了得到滚降滤波器冲激响应输出,必须将输入变为一系列冲激串,即电平1变为一个冲激, 0则是无冲激. 因此,基带发送系统建模图如下:

从输出out1和out2观察到的波形如下;

(3)用h(t)作为滤波器的分子系数. 分母系数为常数1. 让(2)得出的一系列冲激串通过该滤波器,用示波器观察输出,并在此观察眼图。

在(2)的基础上,建立如下模型以观察波形。

(在此下载(请点右键选另存为)模型shiyan9a.mdl)

其中,滚降滤波器用Discrete Filter滤波器模块实现,其分母设置为1,分子设置为h_t,即实验步骤1中的程序得出的冲激响应h(t)。Discrete Filter滤波器模块参数如下:

注意:必须首先运行实验步骤1中的程序得出h(t)后,才能运行该模型。

无噪声的眼图结果是:

在发送子系统中加入噪声,方差为0.01,则眼图结果如下:

3. 用S函数实现对眼图的观察。

参考模型如下

(在此下载(请点右键选另存为)shiyan9b.mdl)

S 函数观察的眼图结果:

S函数代码是:

function [sys,x0,str,ts] = sfun4eyediagram(t,x,u,flag)
switch flag,
case 0,
    [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;
case 1,
    sys=[];
case 2,
    sys=[];
case 3,
    sys=mdlOutputs(t,x,u);
case 4,
    sys=[];
  case 9,
    sys=[];
  otherwise
    error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]);
end

function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes
sizes = simsizes;
sizes.NumContStates  = 0;
sizes.NumDiscStates  = 0;
sizes.NumOutputs     = 0;
sizes.NumInputs      = -1; %syb
sizes.DirFeedthrough = 1;
sizes.NumSampleTimes = 1;   % at least one sample time is needed
sys = simsizes(sizes);
x0  = [];
str = [];
ts  = [-1 0];

function sys=mdlOutputs(t,x,u)
sys =[];%syb
tt=0:1/10000:(length(u)-1)/10000;
plot(tt,u,'g');hold on;%syb
axis([0 2e-3 -2 2]);
if floor(t/0.1)==(t/0.1)
     hold off;
end

grid on;
whitebg(gcf,'k');%使用黑背景
set(gcf,'DoubleBuffer','on');%使用双缓冲,避免显示闪烁
4. (选做)建立基带接收机模型,观察判决输出,与发送数码进行比较。

(在此下载(请点右键选另存为)shiyan9c.mdl)

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1. 在学习例子模型的基础上,构建你自己的滚降滤波器基带传输模型(30分)

2. 请改进第3步实验中的S函数,使之能够同时观察眼图和波形。(40分)

3. 改变滚降滤波器参数, 用频谱仪观察滚降滤波器输出波形的频谱, 用实验方法得出其频谱与滚降滤波器参数之间的关系(30分)

4. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。


实验十

2006年5月29日 [返回目录]

题目:采样定理的建模和验证

实验目的:

通过建模与仿真验证采样定理,理解采样定理的物理实质

实验要求:

学习和回顾采样定理内容,对采样定理作建模和仿真

实验内容:

1、采样定理原理的回顾

2、建模参数要求:

设计模型,验证采样定理.

设基带波形频谱在0Hz~100Hz内. Fh=100Hz

采样率就应该大于200Hz 要求仿真时采样率能够在200Hz到400Hz之间可调节。

用窄脉冲采样. 要求窄脉冲宽度是采样周期的1/10。

从而得到系统仿真步长: 小于等于 1/4000.

仿真系统的仿真步长取1/4000.

采样器用乘法器实现. 而恢复时用低通滤波器实现. 低通滤波器的带宽等于信号最高频率Fh,即等于100Hz.

3、仿真模型和结果

(在此下载(请点右键选另存为)参考模型shiyan10a.mdl)

采样率为400次/秒情况下的波形结果:采样之前,采样后以及恢复的波形(scope中)

采样率为400次/秒情况下的频谱结果:

a. 采样之前的频谱

b. 采样之后的频谱

c. 采样恢复后的频谱

4、修改采样率,如采样率为150Hz,200Hz、300Hz等等,观察采样前后以及恢复的波形和频谱。请用实验方法得到频谱混叠后的频谱图和相应的波形。

5. 将被采样信号修改为正弦波、三角波和方波,观察采样前后和恢复非波形和频谱。

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1. 建立采样和恢复模型,说明关键模块的参数设置(30分)

2. 修改采样率,如采样率为150Hz,200Hz、300Hz等等,观察采样前后以及恢复的波形和频谱。请用实验方法得到频谱混叠后的频谱图和相应的波形。(40分)

3. 将被采样信号修改为正弦波、三角波和方波,观察采样前后和恢复非波形和频谱。(30分)

4. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。


实验十一

2006年6月5日 [返回目录]

题目:图像处理的仿真-电视机模型建模与仿真(1)

实验目的:

学习MATLAB处理图像的函数和S函数处理图像的高级用法。

实验要求:

理解matlab用于图像处理的数学本质,学会编写简单的图像处理程序。

实验内容:

1、编写课本第241页的图像处理程序,学习imread、imwrite以及double、uint8等函数的用法。自行设置参数调节图像的亮度、对比度以及二值化门限。

2、学习课本第267到第269页利用离散余弦变换压缩信号的例子。编写并验证程序6-32和程序6-33。了解信号压缩和图像压缩的基本思想。

3、用SIMULINK构建图像处理系统。编写读入、显示图像的S函数模块。

(在此下载(请点右键选另存为)压缩文档shiyan11.rar)

发送部分:

接收和显示部分:

运行结果:(交替出现如下两幅图片)

4、设计simulink模块调节图像的亮度、对比度。

参考模型如下:

5、设计一个simulink模块来对图像进行二值化处理,要求能够实时调节二值化的门限。

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1. 给出读入图片和显示图片的S函数代码(50分)

2. 说明为什么系统仿真步长要设置为1/65536?(10分)

3. 说明改变图像亮度、对比度的原理(20分)

4. 给出实验步骤5所建立的模型框图。(20分)

5. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。


实验十二

2006年6月12日 [返回目录]

题目:图像处理的仿真-电视机模型建模与仿真(2)

实验目的:

进一步学习图像处理的模型构建

实验要求:

对图像进行加入噪声、滤波和噪声抑制等处理,分析处理的原理

实验内容:

1、在实验11得出的模型进行改进,要求在图像传输过程中加入高斯白噪声。观察加入噪声后的图像。

2、 在实验11得出的模型进行改进,要求在图像传输过程中通过一个滤波器,分别实验低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器的情况,自行确定滤波器参数。 实验验证不同参数滤波器对图像的影响。

3、对图像进行局部强干扰,得出如下图像结果:

4、利用随机交织的原理抵抗“3”中的局部干扰。得到如下结果:

5、修改接收显示S函数,进一步抑制噪声点。说明抑制的原理。得到如下结果:

6、实验用的参考模型框图如下:

其中,交织子系统是:

解交织子系统是:

滤波器子系统是:

实验报告内容和要求:(!!注意每部分得分情况!!)

1. 记录并写出以上5步实验的模型参数、模型框图和图像结果。(100分)

2. 实验报告必须使用实验报告用纸,必须手写。实验报告请在实验完成后一周内提交。