數(shù)據(jù)通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、首先添加工具箱，然后運(yùn)行語句。操作步驟：1 找到連個(gè)共享文件夾：comm2與gaotv52 復(fù)制該文件夾至C:Program FilesMATLABR2007atoolbox文件夾下3 打開matlab |文件|set path|add folder|找到comm2，然后保存退出。4 gaotv5同上實(shí)驗(yàn)中需注意：1 粘貼命令時(shí)注意前后是否發(fā)生變化；2所有的>>為提示符，不需輸入，用matlab自帶的3 注意標(biāo)點(diǎn)不要用中文的4 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，畫在實(shí)驗(yàn)結(jié)果上（不要把圖畫在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上），提示：一圖一記錄，否則后面的圖會(huì)覆蓋前面的圖實(shí)驗(yàn)一 編碼與譯碼一、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)二、實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證

2、型三、實(shí)驗(yàn)儀器：安裝Matlab軟件的PC機(jī)一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河肕ATLAB仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)信源編譯碼、差錯(cuò)控制編譯碼,并計(jì)算誤碼率。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中我們將觀察到二進(jìn)制信息是如何進(jìn)行編碼的。我們將主要了解：1目前用于數(shù)字通信的基帶碼型 2差錯(cuò)控制編譯碼五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1常用基帶碼型（1） 使用MATLAB 函數(shù)wave_gen 來產(chǎn)生代表二進(jìn)制序列的波形,函數(shù)wave_gen 的格式是：wave_gen(二進(jìn)制碼元,碼型,Rb)此處Rb 是二進(jìn)制碼元速率,單位為比特/秒（bps）。產(chǎn)生如下的二進(jìn)制序列：>> b = 1 0 1 0 1 1;使用Rb=1000bps 的單極性不歸零碼產(chǎn)生代表b

3、的波形且顯示波形x，填寫圖1-1：>> x = wave_gen(b ,'unipolar_nrz',1000);>> waveplot(x)x = wave_gen(b ,'unipolar_nrz',1000);運(yùn)行如果出錯(cuò)，點(diǎn)擊紅色顯示區(qū)域中wave_gen.m部分，然后將glable SAMPLING_CONSTRANT刪除，并在if(nargin=3)后，加入SAMPLING_CONSTRANT=100;即可。（2）用如下碼型重復(fù)步驟（1）（提示：可以鍵入“help wave_gen”來獲取幫助），并做出相應(yīng)的記錄：a 雙極性不

4、歸零碼 b 單極性歸零碼c 雙極性歸零碼 d 曼徹斯特碼 (manchester)圖1-1 單極性不歸零碼圖1-2雙極性不歸零碼圖1-4雙極性歸零碼圖1-3單極性歸零碼圖1-5曼徹斯特碼2差錯(cuò)控制編譯碼（1） 使用MATLAB 函數(shù)encode來對(duì)二進(jìn)制序列進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼, 函數(shù)encode的格式是：Acode = encode(msg,n,k,'linear/fmt',genmat) Bcode = encode(msg,n,k,'cyclic/fmt',genpoly) Ccode = encode(msg,n,k,'hamming/fmt'

5、;,prim_poly)其中A用于產(chǎn)生線性分組碼，B用于產(chǎn)生循環(huán)碼，C用于產(chǎn)生hamming碼，msg為待編碼二進(jìn)制序列，n為碼字長(zhǎng)度，k為分組msg長(zhǎng)度，genmat為生成矩陣，維數(shù)為k*n，genpoly為生成多項(xiàng)式,缺省情況下為cyclpoly(n,k)。其說明參見matlab幫助。（2）產(chǎn)生如下的二進(jìn)制序列：>>b=1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1;使用Rb=1000bps 的單極性不歸零碼產(chǎn)生代表b 的波形且顯示波形，在圖1-6中記錄其波形：>> x = wave_gen(b,'unipolar_nrz',1000);>&g

6、t; waveplot(x)（3）產(chǎn)生生成矩陣： >> genmat=1 0 0 0;0 1 0 0;0 0 1 0;0 0 0 1;0 1 0 1;0 1 1 0;0 1 1 1;（4）對(duì)b進(jìn)行分組碼編碼：>> linear =encode(b,7,4,' linear/binary',genmat');使用Rb=1000bps 的單極性不歸零碼產(chǎn)生代表linear的波形且顯示波形，填寫表1-1并在圖1-7中記錄波形：>> x = wave_gen(linear,'unipolar_nrz',1000);>&g

7、t; waveplot(x)（5）對(duì)生成的線性碼譯碼，并使用Rb=1000bps 的單極性不歸零碼產(chǎn)生和顯示譯碼后的波形，填寫表1-1并在圖1-8中記錄波形：>> code=decode(linear,7,4,'linear',genmat);>> x = wave_gen(code,'unipolar_nrz',1000);>> waveplot(x)genmat=1 0 0 1 0 1 1;0 1 0 1 1 1 0;0 0 1 0 1 1 1;（6）參考以上步驟驗(yàn)證循環(huán)碼的編譯碼原理，并做出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)記錄。表1-1差錯(cuò)控

8、制編譯碼b1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1線性分組碼編碼線性分組碼譯碼循環(huán)碼編碼循環(huán)碼譯碼圖1-6 b波形圖1-7 線性分組碼編碼后波形圖1-8線性分組碼譯碼后波形圖1-9 循環(huán)碼編碼后波形圖1-10 循環(huán)碼譯碼后波形實(shí)驗(yàn)二 隨機(jī)信道噪聲仿真實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)二、實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證型三、實(shí)驗(yàn)儀器：安裝Matlab軟件的PC機(jī)一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庑诺栏拍罴俺Ｒ姷碾S機(jī)信道，用MATLAB仿真噪聲信號(hào)，了解噪聲的概念及對(duì)信道的影響，用MATLAB仿真產(chǎn)生噪聲信號(hào)，分析其數(shù)字特征、分布特性和功率譜密度。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 代表信道響應(yīng)的 MATLAB 函數(shù)是channel,形式如下（提示

9、：我們可以鍵入help channel 來獲取channel 函數(shù)的幫助）:channel(輸入,增益,噪聲功率,帶寬)（1）創(chuàng)建一個(gè)有10 個(gè)抽樣值的二進(jìn)制序列b 且用雙極性不歸零信號(hào)格式產(chǎn)生代表b 的波形,其中Rb=1kbps。>> b = binary(10);>> x = wave_gen(b,polar_nrz,1000);根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置確定x 的傳輸帶寬BT：BT = _Hz.（2）考慮一個(gè)具有歸一化增益和加性白高斯噪聲(AWGN)的基帶數(shù)字傳輸信道(噪聲功率為0.01w,信道帶寬為4.9KHZ),在此信道上傳輸波形x,并顯示輸入和輸出波形并記錄在圖2-1

10、和圖2-2中:>> y = channel( x,1,0.01,4900 );>> subplot(211),waveplot(x);>> subplot(212),waveplot(y);根據(jù)顯示的輸出波形估計(jì)b:b = _把你的估計(jì)和原序列b比較。圖2-1 輸入波形圖2-2 通過信道后的輸出波形（3）信道噪聲對(duì)傳輸波形的影響。逐漸地增加信道噪聲功率，并保持信道帶寬不變，觀察信道輸出的變化:>> subplot(212),waveplot( channel(x,1,sigma,4900);% 注意修改sigma的值sigma 取0.1,0.5,

11、1,2,5 等值，在下列圖中記錄其波形。在噪聲功率為多少時(shí)，傳輸?shù)男盘?hào)將淹沒在噪聲之中?圖2-3 sigm=0.1時(shí)的輸出波形時(shí)圖2-4 sigm=0.5時(shí)的輸出波形圖2-5 sigm=1時(shí)的輸出波形圖2-6 sigm=2時(shí)的輸出波形圖2-7 sigm=5時(shí)的輸出波形（4）通過看信道輸出的功率譜密度來觀察增加信道噪聲功率的影響:>> b = binary(1000);>> x = wave_gen(b,polar_nrz,1000);>> clf,subplot(121),psd(x),a = axis;>> subplot(122),psd(c

12、hannel(x,1,0.01,4900);>> axis(a),hold on>> psd(channel(x,1,1,4900);>> psd(channel(x,1,5,4900);分別在下圖中記錄功率譜密度波形圖2-8 x功率譜密度圖2-9 x通過sigm=0.01的信道后功率譜密度圖2-10 x通過sigm=1,5的信道后功率譜密度（5）產(chǎn)生高斯白噪聲信號(hào)，噪聲功率為0dBW：>> awgn_noise=wgn(100000,1,0);>> plot(awgn_noise);（6）計(jì)算噪聲信號(hào)awgn_noise的數(shù)字特征（

13、均值、自相關(guān)函數(shù)、功率譜密度）>> mean(awgn_noise) %噪聲信號(hào)均值>> acf(awgn_noise);>> psd(awgn_noise); 噪聲信號(hào)awgn_noise均值為_，分別在圖2-11和圖2-12中記錄噪聲信號(hào)awgn_noise的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度波形。圖2-11 awgn_noise的自相關(guān)函數(shù)波形 圖2-12 awgn_noise的功率譜密度波形（7）計(jì)算awgn_noise概率密度函數(shù)，打印出該概率密度函數(shù)波形并記錄在圖2-13中：>> pdf(awgn_noise);圖2-13 awgn_noise概

14、率密度函數(shù)波形實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)一、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)二、實(shí)驗(yàn)類型：綜合型三、實(shí)驗(yàn)儀器：安裝Matlab軟件的PC機(jī)一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河肕ATLAB仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)、基帶數(shù)字調(diào)制與解調(diào)。掌握絕對(duì)碼、相對(duì)碼概念及它們之間的變換關(guān)系；掌握用鍵控法產(chǎn)生2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的方法；了解2ASK、2FSK、2DPSK信號(hào)的頻譜與數(shù)字基帶信號(hào)頻譜之間的關(guān)系。在該實(shí)驗(yàn)中你將對(duì)數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸進(jìn)行研究，你可以學(xué)習(xí)到：1數(shù)字調(diào)制波形的產(chǎn)生；2相干和非相干（包絡(luò)檢測(cè)）接收機(jī)；3在強(qiáng)噪聲下系統(tǒng)的性能分析。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1ASK（振幅鍵控）的產(chǎn)生（1）產(chǎn)生初始5 比特信息為1 0 0 1

15、0的二進(jìn)制序列: >> b = 1 0 0 1 0 binary(455)；（2）產(chǎn)生一載頻為8kHZ 的ASK 信號(hào)sa，A由序列b 得到單極性不歸零信號(hào)xu，B用xu 與振蕩器產(chǎn)生的8kHZ 載波混頻（相乘）,得到信號(hào)sa。>> xu = wave_gen(b,'unipolar_nrz',8000);>> sa = mixer(xu,osc(8000);（3）顯示代表b 的初始5 比特信息的xu 和sa 的波形,并比較兩種波形。>> tt = 1:500;>> subplot(211),waveplot(xu(t

16、t)>> subplot(212),waveplot(sa(tt)圖3-1 xu(tt)波形圖3-1 xu(tt)波形再把它們?cè)陬l率范圍020kHZ 內(nèi)的功率譜密度顯示出來,并分別記錄在圖3-3和圖3-4 中。>> fr = 0,20000;>> subplot(211),psd(xu,fr)>> subplot(212),psd(sa,fr)圖3-3 xu(t)功率譜密度圖3-4 sa(t)功率譜密度2FSK（頻移鍵控）的產(chǎn)生（1）產(chǎn)生一相位連續(xù)的FSK 信號(hào)sf,其1 和0 載頻分別為4kHZ 和8kHZ:A由序列b 得到雙極性不歸零基帶信號(hào)

17、xf；B用該雙極性脈沖作為VCO（壓控振蕩器）的輸入,在該實(shí)驗(yàn)中VCO的中心頻率為6kHZ，頻偏為2kHZ / V。>>xf = wave_gen(b,'polar_nrz');>> sf = vco(xf);（2）顯示0 < t < 5Tb 范圍內(nèi)信號(hào)xp 和sf 的波形。>> subplot(211),waveplot(xf(tt)>> subplot(212),waveplot(sf(tt)圖3-6 xu(tt)波形圖3-5 xu(tt)波形（3）顯示FSK 信號(hào)的功率譜密度函數(shù)并記錄在圖3-7和圖3-8中：&g

18、t;> clf>> fr = 0,20000;>> psd(sf,fr)>> psd(xf,fr)圖3-7 xf(t)功率譜密度圖3-8 sf(t)功率譜密度32DPSK信號(hào)的產(chǎn)生（）差分編碼實(shí)現(xiàn)從絕對(duì)碼到相對(duì)碼的變換，MATLAB 中實(shí)現(xiàn)差分編碼的函數(shù)是diff_enc,形式如下（提示：我們可以鍵入help diff_enc 來獲取diff_enc 函數(shù)的幫助）:diff_enc(x, delay)其中，為待編碼序列，delay為延遲，此函數(shù)實(shí)現(xiàn)的表達(dá)式為y(n)=x(n) xor x(n- delay)。以Rb=1000產(chǎn)生序列，并產(chǎn)生其波形：&g

19、t;> b = 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1;>> subplot(211), waveplot(wave_gen(b,'polar_nrz');（）使用diff_enc函數(shù)進(jìn)行差分編碼，并產(chǎn)生其波形。延遲delay取默認(rèn)值：>> xde = diff_enc(b);>> subplot(211), waveplot(wave_gen(xde,'polar_nrz');把編碼后的序列填入表-1中，比較差分編碼后序列xde和編碼前的序列的波形。（）差分譯碼實(shí)現(xiàn)從相對(duì)碼到絕對(duì)碼的變換，MATLAB 中實(shí)現(xiàn)差分編碼的

20、函數(shù)是diff_dec,形式如下:diff_dec(x, delay)其中，為待譯碼序列，delay為延遲，此函數(shù)實(shí)現(xiàn)的表達(dá)式為y(n)=x(n) xor x(n+delay)。使用diff_dec對(duì)xde進(jìn)行譯碼得到譯碼后的序列xdd，并產(chǎn)生其波形：>> xdd = diff_dec(xde);把譯碼后的序列填入表-1中，并比較差分譯碼后序列xdd和編碼前的序列的波形。表-1 差分編譯碼序列序列值b1 0 0 1 0 0 0 1 0 1xdexdd（）采用2PSK調(diào)制方式傳輸經(jīng)過差分編碼后的序列。4相干檢測(cè)（1）對(duì)于ASK和PSK 信號(hào)的相干檢測(cè)機(jī)如下圖3-9所示:圖3-9相干檢

21、測(cè)原理圖為解調(diào)ASK 信號(hào)sa,先要將信號(hào)sa 與和sa 同頻同相的本地載波相乘。顯示出相乘器輸出端初始5個(gè)碼元周期內(nèi)的波形,同時(shí)將其在頻率范圍fr 內(nèi)的功率譜密度函數(shù)記錄在圖3-10中。>> ya = mixer(sa,osc(8000);>> clf,subplot(211),waveplot(ya(tt)>> subplot(212),psd(ya,fr)圖3-10 sa功率譜密度波形（2）將信號(hào)ya 作為匹配濾波器的輸入,并在圖3-11中記錄0 < t < 5Tb 的輸出波形。>> za = match('unipol

22、ar_nrz',ya);>> subplot(212),waveplot(za(tt)圖3-11 za波形5非相干檢測(cè)（1）非相干檢測(cè)數(shù)字調(diào)制信號(hào)并不需要考慮本地載波的同步問題。但是,在存在低信噪比的情況下,非相干檢測(cè)與相干檢測(cè)相比有著更高的誤碼率?？紤]圖3-12所示的非相干接收機(jī)。圖3-12非相干接收機(jī)帶通濾波器（BPF）的作用是削減帶外干擾和噪聲。若我們適當(dāng)?shù)剡x擇BPF 的帶寬,則BPF 引起的信號(hào)失真可以忽略。包絡(luò)檢波器包括一個(gè)檢波器和一個(gè)LPF（低通濾波器）,其帶寬為fo，帶寬fo 的選擇應(yīng)滿足：信號(hào)帶寬 fo 載波頻率（2）令MATLAB 函數(shù)envelope中所

23、用的LPF 的帶寬為4000kHZ。將ASK 信號(hào)引入函數(shù)envelope 中,并將其輸出信號(hào)與sa一并顯示出來記錄在圖3-13和3-14中:>> ya = envelope(sa,4000);>> clf,subplot(211),waveplot(sa(tt)>> subplot(212),waveplot(ya(tt)圖3-13sa波形圖3-14輸出波形附錄通信系統(tǒng)工具箱隨機(jī)數(shù)字的產(chǎn)生binary . .隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)值corr_seq . 一階自回歸過程exponent . 指數(shù)型分布隨機(jī)變量gauss . .高斯型分布隨機(jī)變量laplace . .拉

24、普拉斯型分布隨機(jī)變量uniform . . . 均勻型分布隨機(jī)變量realize . . . 隨相正弦隨機(jī)過程speech . . . 隨機(jī)話音信號(hào)概率分析cdf . . . 隨機(jī)序列抽樣的概率分布函數(shù)exp_cdf . . . 指數(shù)型隨機(jī)變量的概率分布函數(shù)exp_pdf . . . 指數(shù)型隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)gamma_pdf . . . 伽瑪型隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)gaus_cdf . . . 高斯型隨機(jī)變量的概率分布函數(shù)gus_pdf . . . 高斯型隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)lapl_cdf . . . 拉普拉斯型隨機(jī)變量的概率分布函數(shù)lapl_pdf . . . 拉普拉斯型隨機(jī)變量的

25、概率密度函數(shù)meansq . . . . 均方功率pdf . . . 隨機(jī)序列抽樣的概率分布函數(shù)Q_function . . . . Q 函數(shù)rayl_cdf . . . 瑞利型隨機(jī)變量的概率分布函數(shù)rayl_pdf . . . 瑞利型隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)unif_cdf . . . 均勻型隨機(jī)變量的概率分布函數(shù)unif_pdf . . . 均勻型隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)var. . . 隨機(jī)變量概率論和隨機(jī)過程實(shí)驗(yàn)dice . . . 隨機(jī)實(shí)驗(yàn)比例圖dart . . . . 投標(biāo)游戲的圖形描繪guess . . . 個(gè)人信息數(shù)據(jù)猜測(cè)integral . . . . 通過蒙特卡洛模擬實(shí)現(xiàn)函數(shù)積

26、分new_born . . . 新生嬰兒數(shù)的抽樣函數(shù)person_data . . . . 個(gè)人記錄的產(chǎn)生temperature . . . 一天溫度值的抽樣函數(shù)通用分析工具acf . . . . 自相關(guān)函數(shù)acf_plot . . . . 自相關(guān)函數(shù)的顯示error . . . . 集群自相關(guān)函數(shù)psd . . . . 功率譜密度函數(shù)psd_plot . . . 功率譜密度函數(shù)的顯示量 化a2d . . . . 模/數(shù)轉(zhuǎn)換d2a . . . . 數(shù)/模轉(zhuǎn)換mu_inv . . . . m -律壓縮mu_law . . . . m -律擴(kuò)展quant_ch . . . . 量化特性quant_

27、ef . . . . 量化效率quantize . . . . 均勻量化二進(jìn)制碼元處理bcd . . . . 二/十進(jìn)制編碼bin_enc . . . . 自然二進(jìn)制源編碼bin_dec . . . . 自然二進(jìn)制源譯碼bin2gray . . . 自然二進(jìn)制碼到格雷碼的轉(zhuǎn)換gray2bin . . . 格雷碼到自然二進(jìn)制碼的轉(zhuǎn)換bin2pol . . . 二進(jìn)制碼到雙極性碼的轉(zhuǎn)換bin2bipo . . . 二進(jìn)制碼到多性碼的轉(zhuǎn)換diff_dec . . . . 差分譯碼diff_enc . . . . 差分編碼invert . . . . 二進(jìn)制序列1 碼的實(shí)現(xiàn)par2ser . . . . 串并變換pol2bin . . . 雙極性碼到二進(jìn)制碼的轉(zhuǎn)換ser2par . . . 并串變換xor . . . . 異或二進(jìn)制信號(hào)形式manchester