數(shù)字通信技術(shù)實驗指導

1、數(shù)字通信技術(shù)實驗指導書電子與信息工程學院2015年6月實驗一 分組交織編碼的MATLAB實現(xiàn)1 實驗目的1、掌握分組交織編碼的原理； 2、進一步學習Matlab軟件的使用和編程； 3、提高獨立設計實驗的能力。2 實驗要求1、課前預習實驗，實驗原理必須論述清楚；2、實驗報告中列出所有的Matlab源程序并解釋代碼；3、實驗結(jié)果（波形圖）必須粘貼在實驗報告中；4、實驗報告上寫上自己的學號和姓名。3 實驗代碼與結(jié)果1、長度N的長突發(fā)錯誤通過解交織被離散為隨機錯誤，錯誤碼元之間的最小間隔為M。s1=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,2

2、1,22,23,24x1=reshape(s1,4,6) %交織器的輸入按列寫入x1(2,4)=0;x1(2,5)=0;x1(2,6)=0;x1(3,1)=0;x1(3,2)=0 %產(chǎn)生長度為5的長突發(fā)錯誤s2=reshape(x1',1,24) %交織器的輸出按行讀出x2=reshape(s2,6,4)' %解交織器的輸入按行寫入s3=reshape(x2,1,24) %解交織器的輸出按列讀出s3(1,3)=3;s3(1,7)=7; s3(1,14)=14;s3(1,18)=18;s3(1,22)=22 %通過分組碼糾正隨機錯誤a=s1,s2,s3 %對比三個輸出plot(s

3、1,s2) 2、對于周期性的單個錯誤（間隔為N），通過解交織后會轉(zhuǎn)化為長度為M的單個長突發(fā)錯誤。s1=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24x1=reshape(s1,4,6)x1(1,3)=0;x1(2,3)=0;x1(3,3)=0;x1(4,3)=0s2=reshape(x1',1,24)x2=reshape(s2,6,4)'s3=reshape(x2,1,24)a=s1,s2,s3plot(s1,s2)實驗二 直接序列擴頻的SIMULINK實現(xiàn)1 實驗目的1、掌握直接序列擴頻的原理； 2

4、、進一步學習SIMULINK的使用； 3、提高獨立設計實驗的能力。2 實驗要求1、課前預習實驗，實驗原理必須論述清楚；2、實驗報告中列出SIMULINK的仿真圖和注釋；3、實驗結(jié)果（波形圖）必須粘貼在實驗報告中；4、實驗報告上寫上自己的學號和姓名。3 實驗原理一、 直接序列擴頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機設計圖（BPSK調(diào)制）圖4.1是直接序列擴頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機設計圖，其中d(t)是代表信源信息，c(t)代表的是擴頻碼，這兩個相乘后得到擴頻后的序列，再將此序列送入調(diào)制器中，使用載波對其進行載波調(diào)制，將其頻譜搬移到合適頻譜位置上，然后發(fā)射出去。二、擴頻調(diào)制仿真模塊打開Matlab，在Command Win

5、dows里面輸入Simulink，這時Matlab會調(diào)用出Simulink仿真工具箱。在擴頻調(diào)制模塊中我們需要的模塊有：PN碼發(fā)生器（PN Sequence Generator）、極性轉(zhuǎn)換器（Unipolar to Bipolar Converter）、伯努利二進制發(fā)生器（Bernoulli Binary Generator）、乘法器（Product）、零階保持器（Zero-Order Hold）、示波器（Scope）、頻譜分器（Spectrum Scope）。11模塊的查找與連接對于這些模塊的查找，我們只需要在Simulink的搜索欄里輸入相應的名稱，并且此種查找方式支持模糊查詢，即不用完全

6、輸入全名，如圖4.3。依照這個方式，我們可以很方便的找到相應的模塊，并且依照圖4.2依次連接起來。 2各個模塊的參數(shù)設置PN碼發(fā)生器：PN碼發(fā)生器用于生成擴頻碼序列，生成的是0,1分布的序列，在進行載波調(diào)制前，擴頻后的序列需要是-1，+1分布的序列。因此在進行擴頻調(diào)制前，PN碼需要經(jīng)過極性轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為-1，+1分布的序列，經(jīng)過擴頻處理后，才能進行BPSK調(diào)制。對于PN碼發(fā)生器的參數(shù)設置，如圖4.4。PN碼發(fā)生器產(chǎn)生的是m序列碼。在參數(shù)設計中Generator polynomial是m序列的參數(shù)設置，本次仿真中設置的是101011001。初始狀態(tài)（Initial states）設置，這個值可

7、以設定為任何非全零狀態(tài)的值。偏移覆蓋矢量（Output mask vector）設置，主要作用是平移生成的PN碼，該參數(shù)和初始狀態(tài)共同作用，平時只需要保持默認值0就行。采樣時間（Sample time）設置，其實就是PN碼速率設定，前面我們已經(jīng)介紹過關(guān)于碼序列的性質(zhì)，由于我們采用的8階的m序列，在一個周期里有255個碼片，所以這里把碼速率設定為255kbit/s。伯努利二進制發(fā)生器：由于本文主要是進行擴頻調(diào)制的仿真，不用通過信道，也無需解調(diào)仿真，因此在信源方面直接采用簡單的信源發(fā)生裝置，而沒有采用信道編碼。伯努利二進制發(fā)生器能夠產(chǎn)生0,1分布的序列，然后經(jīng)過極性轉(zhuǎn)換器變換成-1，+1分布的序列

8、，進行擴頻后，進入BPSK調(diào)制模塊。伯努利二進制發(fā)生器的參數(shù)設置如圖4.5。在伯努利二進制發(fā)生器中，我們主要設置其采樣時間（Sample time），即就是信源的碼速率設置，這里我們設置為1kbit/s。極性轉(zhuǎn)換器：如圖4.6，是極性轉(zhuǎn)換器的的參數(shù)設置框，在參數(shù)設置框中，M-ary Number是極性轉(zhuǎn)換設置，假設輸入是0,1，如果將此參數(shù)設置為2，則輸出為-1，+1，如果設置為3，則輸出為-1,0,+1。在本次仿真中我們需要將其轉(zhuǎn)換為-1，+1，則將此參數(shù)設置為2即可。擴頻調(diào)制模塊中有兩個極性轉(zhuǎn)換器，這兩個功能是一樣的，則參數(shù)設置也是一樣的。Zero-Order Hold 模塊：Zero-O

9、rder Hold 模塊是零階保持模塊，本次仿真中采用了兩個這樣的模塊。Zero-Order Hold1 的采樣率設置為1/1e5，Zero-Order Hold2采樣率設置為1/2.55e6.如圖4.7。頻譜示波器：頻譜示波器的參數(shù)設置比較復雜，如圖4.8所示。頻譜示波器的參數(shù)設置分為4個部分：第一部分為示波器屬性（Scope Properties），主要負責設置示波器的輸入特性；第二部分為顯示特性（Display Properties），主要負責顯示界面的設置；第三部分為坐標軸屬性（Axis Properties），主要負責橫縱坐標的設置；第四部分是線性屬性（Line Properties

10、），這部分保持默認設置。下面我們只介紹需要設置的參數(shù)，其余保持默認值。第一部分中，頻譜單位設置（Spectrum units）設置，這里我們設置為dBm。頻譜類型（Spectrum type）設置中我們選擇雙邊頻譜（Two-sided）。Buffer input表示幀長度，如果要設置它，我們必須選中它，這樣才會彈出設置框。如果不選中它的話，無法進行FFT變換，因此我們必須選中它。這里保證幀長度覆蓋一個PN碼周期，具體的設定需要考慮實際情況，本次仿真中設定幀為512bit。第二、四部分保持默認設置。第三部分中，主要是根據(jù)頻譜圖調(diào)整Y軸的最大最小值，是的頻譜顯示更清晰，更直觀。依據(jù)實際情況而定。4

11、 仿真結(jié)果與分析依照上面的步驟，我們已經(jīng)設置好了整個擴頻調(diào)制仿真模塊，現(xiàn)在我們運行這個模塊，進行擴頻調(diào)制仿真，仿真結(jié)束后，雙擊“Compare Wave 2”示波器，即可以觀察到輸入信號和已擴信號的波形比較圖，如圖4.9。圖中下半部分是輸入信號的波形，上半部分是已擴信號的波形。 現(xiàn)在我們來看看擴展前的頻譜圖和擴展后的頻譜圖，如圖4.10和圖4.11。從兩個頻譜圖中可以明顯的看出，擴頻前的信息頻寬是1Hz，擴頻后的信息頻寬是255KHz，信號的頻寬被擴展了255倍。在設置PN碼發(fā)生器的參數(shù)時，將PN碼的長度設置為了255bit，理論上可以將信號展寬255倍，由仿真結(jié)果可以看出，完全符合擴頻調(diào)制理

12、論預期值。實驗三 BPSK調(diào)制的SIMULINK實現(xiàn)1 實驗目的1、掌握BPSK調(diào)制的原理； 2、進一步學習SIMULINK軟件的使用； 3、提高獨立設計實驗的能力。2 實驗要求1、課前預習實驗，實驗原理必須論述清楚；2、實驗報告中列出SIMULINK的仿真圖和注釋；3、實驗結(jié)果（波形圖）必須粘貼在實驗報告中；4、實驗報告上寫上自己的學號和姓名。3 實驗原理BPSK載波調(diào)制模塊圖4.12是BPSK擴頻載波調(diào)制模塊，在這個模塊中主要是使用正弦載波與已擴序列進行載波調(diào)制。各模塊的參數(shù)設置正弦波發(fā)生器（Sine Wave）：如圖4.13 為正弦波發(fā)生器參數(shù)設置圖，從圖中可以看出，輸出正弦波的公式為S

13、(t)=Amp*Sin(Freq*t+ Phase) + Bias。從公式里面我們可以看出，需要設置的有Amp，F(xiàn)req，Phase，Bias。Amp 就是正弦波的幅度（Amplitude），在這次仿真中我們設置為1，即就是正弦波的幅度為1V。Bias 為幅度偏移，主要控制正弦波在Y 軸上的偏移量，這里我們需要正弦波在-1，+1之間， 所以我們應該默認幅度偏移量為 0。在這里Freq為角頻率，因為我們本次載波仿真中載波選擇的頻率是510KHz,因此在這個參數(shù)中我們Frequence設置為510000*2*pi。Phase為相位初始值設置，由于沒有相位偏移，這里我們默認設置為0。Sample T

14、ime為采樣時間，默認為0。p = Zero-Order Hold 模塊：由于我們的載波采用的是510KHz的正弦波，因此圖中的兩個Zero-Order Hold模塊的采樣率均設置為1/5.1e6。頻譜示波器：在做擴頻調(diào)制時，我們已經(jīng)對頻譜示波器做了詳細的介紹，在這里就不在敘述。對于載波調(diào)制模塊中的這個頻譜示波器的參數(shù)設置我們完全參考擴頻模塊中的頻譜示波器參數(shù)設置。4 實驗結(jié)果與分析結(jié)合前面的擴頻模塊部分，運行整個擴頻調(diào)制模塊，等待結(jié)束后。雙擊“Compare Wave 3”示波器，顯示調(diào)制后的波形，如圖4.14。在圖中，上半部分是輸入信號的波形，中間部分是載波的波形，下半部分是載波調(diào)制后的信

15、號。從圖中我們明顯的可以看出，當輸入信號的極性變換后，調(diào)制后的波形信號有明顯的相位翻轉(zhuǎn)，因此BPSK調(diào)制成功。下面我們在看看頻譜圖，如圖4.15,，對照前面擴頻后的頻譜圖，我們發(fā)現(xiàn)信號的頻譜中心頻率被搬移到了510KHz的位置，與頻譜搬移的理論吻合，因此此次仿真達到了BPSK調(diào)制的效果。 實驗四 直接序列擴頻以及QPSK 調(diào)制1 實驗目的1、掌握QPSK調(diào)制的原理； 2、進一步學習SIMULINK軟件的使用； 3、提高獨立設計實驗的能力。2 實驗要求1、課前預習實驗，實驗原理必須論述清楚；2、實驗報告中列出SIMULINK的仿真圖和注釋；3、實驗結(jié)果（波形圖）必須粘貼在實驗報告中；4、實驗報告

16、上寫上自己的學號和姓名。3 實驗原理一、直接序列擴頻系統(tǒng)發(fā)射機設計圖（QPSK調(diào)制方式）從圖4.16中，我們可以看出QPSK調(diào)制可以看成是兩路BPSK調(diào)制，對于輸入的信號，我們首先進行一次串/并變換,把一路信號變換成兩路信號，分別是I路信號和Q路信號，然后對這兩路信號分別進行BPSK調(diào)制，最后在輸出端將這兩路信號相加，總體實現(xiàn)QPSK擴頻調(diào)制。二、直接序列擴頻系統(tǒng)發(fā)射機仿真圖（QPSK調(diào)制）如圖4.17，是以QPSK為載波調(diào)制方式的直接序列擴頻系統(tǒng)。在仿真圖中，我們采用的是伯努利二進制發(fā)生器作為信源，然后使用Buffer和Demux兩個模塊將信源分為兩路信號I路和Q路，然后使用兩個能夠產(chǎn)生m序

17、列的PN碼發(fā)生器對兩路信號分別進行擴頻調(diào)制。將擴頻后的兩路信號送入載波調(diào)制模塊，在載波調(diào)制模塊中，使用了兩個正弦波發(fā)生器，由于仿真中兩個正弦波發(fā)生器是同時工作的，因此在這里，我們只需要對另一個正弦波發(fā)生器延遲相位，I路和Q路信號分別與這兩個正交的載波信號相乘，將頻譜搬移到中頻段，然后將兩路信號相加。因此QPSK調(diào)制就是對兩路信號分別進行BPSK調(diào)制，然后將兩路信號疊加。 1.各模塊參數(shù)設置伯努利二進制發(fā)生器：設置伯努利二進制發(fā)生器的采樣時間設置為1/2e3。PN碼發(fā)生器：兩個PN碼發(fā)生器的m序列的參數(shù)設置分別為：1 0 0 0 1 1 1 0 1和1 0 1 0 1 1 1 0 1。初始值均為

18、0 0 0 0 0 0 0 1。串并變換模塊：圖中的串并變換模塊是由一個Buffer模塊和一個分線器組成的。由于串并變換是將一路信號換成兩路信號的，所以在Buffer模塊里的Output buffer size設置為2。在Demux模塊中的Number of outputs設置為2.這樣我們就可以實現(xiàn)信號的串并變換。設置如圖4.18和圖4.19。 Zero-Order Hold：在7個Zero-Order Hold模塊中，我們依照其編號順序?qū)ζ洳蓸訒r間設置為：1/8e6、1/1e5、1/1e5、1/8e6、1/5.1e6、1/5.1e6、1/5.1e6。Sine Wave：在兩個正弦波發(fā)生器設置中，他們的頻率都設置為510KHz，即就是在Frequency參數(shù)設置中設置為510000*2*pi。由于兩個正弦波的相位相差pi/2，因此我們把Q路的Sine Wave中的Phase設置為pi/2。如圖4.20。頻譜示波器：圖中所有頻譜示波器的參數(shù)設置與上兩次實驗中BPSK中的頻譜示波器的參數(shù)設置一樣，因此在這里不再敖述。4 實驗結(jié)果與分析依照圖4.16，我們連接好各個模塊，然后依照前面的各模塊設置參數(shù)，設置好各個模塊，開始仿真，等仿真結(jié)束后，我們雙擊示波器Compare Scope1，我們可以看到串