数据通信原理实验指导书

实验一编码与译码一、实验学时：2学时二、实验类型：验证型三、实验仪器：安装Matlab软件的PC机一台四、实验目的：用MATLAB仿真技术实现信源编译码、差错控制编译码,并计算误码率。在这个实验中我们将观察到二进制信息是如何进行编码的。我们将主要了解：1．目前用于数字通信的基带码型2．差错控制编译码五、实验内容：1．常用基带码型（1）使用MATLAB函数wave_gen来产生代表二进制序列的波形,函数wave_gen的格式是：wave_gen(二进制码元,‘码型’,Rb)此处Rb是二进制码元速率,单位为比特/秒（bps）。产生如下的二进制序列：b=[101011];使用Rb=1000bps的单极性不归零码产生代表b的波形且显示波形x，填写图1-1：x=wave_gen(b,‘unipolar_nrz’,1000);waveplot(x)（2）用如下码型重复步骤（1）（提示：可以键入“helpwave_gen”来获取帮助），并做出相应的记录：a双极性不归零码b单极性归零码c双极性归零码d曼彻斯特码(manchester)01234567x10-300.20.40.60.8101234567x10-300.20.40.60.8101234567x10-300.20.40.60.8101234567x10-300.20.40.60.812．差错控制编译码（1）使用MATLAB函数encode来对二进制序列进行差错控制编码,函数encode的格式是：A．code=encode(msg,n,k,'linear/fmt',genmat)B．code=encode(msg,n,k,'cyclic/fmt',genpoly)C．code=encode(msg,n,k,'hamming/fmt',prim_poly)其中A．用于产生线性分组码，B．用于产生循环码，C．用于产生hamming码，msg01234567x10-300.20.40.60.81图1-5曼彻斯特码图1-1单极性不归零码图1-3单极性归零码图1-4双极性归零码图1-2双极性不归零码为待编码二进制序列，n为码字长度，k为分组msg长度，genmat为生成矩阵，维数为k*n，genpoly为生成多项式,缺省情况下为cyclpoly(n,k)。其说明参见matlab帮助。（2）产生如下的二进制序列：b=[101011000101];使用Rb=1000bps的单极性不归零码产生代表b的波形且显示波形，在图1-6中记录其波形：x=wave_gen(b,‘unipolar_nrz’,1000);waveplot(x)（3）产生生成矩阵：genmat=[1000;0100;0010;0001;0101;0110;0111]’;（4）对b进行分组码编码：linear=encode(b,7,4,'linear/binary'，genmat);使用Rb=1000bps的单极性不归零码产生代表linear的波形且显示波形，填写表1-1并在图1-7中记录波形：x=wave_gen(linear,‘unipolar_nrz’,1000);waveplot(x)（5）对生成的线性码译码，并使用Rb=1000bps的单极性不归零码产生和显示译码后的波形，填写表1-1并在图1-8中记录波形：code=decode(linear,7,4,'cyclic/binary',genmat)x=wave_gen(code,‘unipolar_nrz’,1000);waveplot(x)（6）参考以上步骤验证循环码的编译码原理，并做出相应的实验记录。表1-1差错控制编译码b[101011000101]线性分组码编码线性分组码译码循环码编码循环码译码0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图1-6b波形0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图1-7线性分组码编码后波形0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图1-8线性分组码译码后波形0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图1-9循环码编码后波形0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图1-10循环码译码后波形实验二随机信道噪声仿真实验一、实验学时：2学时二、实验类型：验证型三、实验仪器：安装Matlab软件的PC机一台四、实验目的：了解信道概念及常见的随机信道，用MATLAB仿真噪声信号，了解噪声的概念及对信道的影响，用MATLAB仿真产生噪声信号，分析其数字特征、分布特性和功率谱密度。五、实验内容：代表信道响应的MATLAB函数是channel,形式如下（提示：我们可以键入helpchannel来获取channel函数的帮助）:channel(输入,增益,噪声功率,带宽)（1）创建一个有10个抽样值的二进制序列b且用双极性不归零信号格式产生代表b的波形,其中Rb=1kbps。b=binary(10);x=wave_gen(b,’polar_nrz’,1000);根据系统参数设置确定x的传输带宽BT：BT=__________Hz.（2）考虑一个具有归一化增益和加性白高斯噪声(AWGN)的基带数字传输信道(噪声功率为0.01w,信道带宽为4.9KHZ),在此信道上传输波形x,并显示输入和输出波形并记录在图2-1和图2-2中:y=channel(x,1,0.01,4900);subplot(211),waveplot(x);subplot(212),waveplot(y);根据显示的输出波形估计b:b=_____________________________________________________把你的估计和原序列b比较。0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图2-1输入波形0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图2-2通过信道后的输出波形（3）信道噪声对传输波形的影响。逐渐地增加信道噪声功率，并保持信道带宽不变，观察信道输出的变化:subplot(212),waveplot(channel(x,1,sigma,4900));sigma取0.1,0.5,1,2,5等值，在下列图中记录其波形。在噪声功率为多少时，传输的信号将淹没在噪声之中?0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图2-3sigm=0.1时的输出波形时0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图2-4sigm=0.5时的输出波形0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图2-5sigm=1时的输出波形0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图2-6sigm=2时的输出波形0246810121416182022-1.5-1-0.500.511.5图2-7sigm=5时的输出波形（4）通过看信道输出的功率谱密度来观察增加信道噪声功率的影响:b=binary(1000);x=wave_gen(b,‘polar_nrz’,1000);clf,subplot(121),psd(x),a=axis;subplot(122),psd(channel(x,1,0.01,4900));axis(a),holdonpsd(channel(x,1,1,4900));psd(channel(x,1,5,4900));分别在下图中记录功率谱密度波形（5）产生高斯白噪声信号，噪声功率为0dBW：awgn_noise=wgn(100000,1,0);plot(awgn_noise);（6）计算噪声信号awgn_noise的数字特征（均值、自相关函数、功率谱密度）mean(awgn_noise)；acf(awgn_noise)；psd(awgn_noise);噪声信号awgn_noise均值为__________，分别在图2-11和图2-12中记录噪声信号awgn_noise的自相关函数和功率谱密度波形。-2-1.5-1-0.500.511.52x10-3-0.200.20.40.60.811.2RxxTime[sec]00.511.522.533.544.5510-2.910-2.810-2.710-2.610-2.510-2.4PSDFunctionFrequency[kHz]Power[W]图2-11awgn_noise的自相关函数波形图2-12awgn_noise的功率谱密度波形（7）计算awgn_noise概率密度函数，打印出该概率密度函数波形并记录在图2-13中：pdf(awgn_noise);图2-8x功率谱密度图2-9x通过sigm=0.01的信道后功率谱密度图2-10x通过sigm=1,5的信道后功率谱密度-8-6-4-20246800.10.20.30.40.50.6SamplePDF图2-13awgn_noise概率密度函数波形实验三数字调制与解调一、实验学时：4学时二、实验类型：综合型三、实验仪器：安装Matlab软件的PC机一台四、实验目的：用MATLAB仿真技术实现数字调制与解调、基带数字调制与解调。掌握绝对码、相对码概念及它们之间的变换关系；掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号的方法；了解2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱与数字基带信号频谱之间的关系。在该实验中你将对数字信号的频带传输进行研究，你可以学习到：1．数字调制波形的产生；2．相干和非相干（包络检测）接收机；3．在强噪声下系统的性能分析。五、实验内容：1．ASK（振幅键控）的产生（1）产生初始5比特信息为[10010]的二进制序列:b=[10010binary(455)]；（2）产生一载频为8kHZ的ASK信号sa，A．由序列b得到单极性不归零信号xu，B．用xu与振荡器产生的8kHZ载波混频（相乘）,得到信号sa。xu=wave_gen(b,'unipolar_nrz');sa=mixer(xu,osc(8000));（3）显示代表b的初始5比特信息的xu和sa的波形,并比较两种波形。tt=[1:500];subplot(211),waveplot(xu(tt))subplot(212),waveplot(sa(tt))图3-1xu(tt)波形图3-1xu(tt)波形再把它们在频率范围0～20kHZ内的功率谱密度显示出来,并分别记录在图3-3和图3-4中。fr=[0,20000];subplot(211),psd(xu,fr)subplot(212),psd(sa,fr)图3-3xu(t)功率谱密度图3-4sa(t)功率谱密度2．FSK（频移键控）的产生（1）产生一相位连续的FSK信号sf,其1和0载频分别为4kHZ和8kHZ:A．由序列b得到双极性不归零基带信号xf；B．用该双极性脉冲作为VCO（压控振荡器）的输入,在该实验中VCO的中心频率为6kHZ，频偏为2kHZ/V。xf=wave_gen(b,'polar_nrz');sf=vco(xf);（2）显示0t5Tb范围内信号xp和sf的波形。subplot(211),waveplot(xf(tt))subplot(212),waveplot(sf(tt))（3）显示FSK信号的功率谱密度函数并记录在图3-7和图3-8中：clffr=[0,20000];psd(sf,fr)图3-6xu(tt)波形图3-5xu(tt)波形psd(xf,fr)图3-7xf(t)功率谱密度图3-8sf(t)功率谱密度3．2DPSK信号的产生（１）差分编码实现从绝对码到相对码的变换，MATLAB中实现差分