基带信号眼图实验实验报告

基带信号眼图实验实验报告
基带信号眼图实验实验报告

通信原理实验报告实验名称:数字基带信号的眼图实验

实验时间: 2012年12月11日

指导老师:应娜

学院:计算机学院

班级:11052411(网络工程)

学号:11054110 姓名:龚泽鑫

一、实验名称

数字基带信号的眼图实验

二、实验目的

1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法;

2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ

基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度;

3、熟悉MATLAB语言编程。

三、实验步骤

1、程序框架

图3-4 程序框架

首先,产生M进制双极性NRZ码元序列,并根据系统设置的抽样频率对该NRZ码

元序列进行抽样,再将抽样序列送到升余弦滚降系统,最后画出输出码元序列眼图。

2、参数设置

该仿真程序应具备一定的通用性,即要求能调整相应参数以仿真不同的基带传输系统,并观察输出眼图情况。因此,对于NRZ码元进制M、码元序列长度Num、码元速率Rs,采样频率Fs、升余弦滚降滤波器参考码元周期Ts、滚降系数alpha、在同一个图像窗口内希望观测到的眼图个数Eye_num等均应可以进行合理设置。

四、数据分析

(1)部分程序分析:

alpha=0.2; %设置滚降系数,取值范围在[0,1]

Ts=1e-2; %升余弦滚降滤波器的参考码元周

%期, Ts=10ms,无ISI。

% Ts=2*(1e-2); %Ts=20ms,已经出现ISI(临界点)

% Ts=5*(1e-2); %Ts=50ms,出现严重ISI

Fs=1e3; %采样频率,单位Hz。注意:该数

%值过大将严重增加程序运行时间

Rs=50; %输入码元速率,单位Baud

% M=2;

M=4; %输入码元进制

Num=100; %输入码元序列长度。注意:该数值 %过大将严重增加程序运行时间。Samp_rate=Fs/Rs %采样率,应为大于1的正整数,即 %要求Fs,Rs之间呈整数倍关系

% Eye_num=2; %在一个窗口内可观测到的眼图个数。Eye_num=4; %在一个窗口内可观测到的眼图个数。

(2)结果分析:

二进制NRZ码元眼图

八进制NRZ码元眼图

(3)实验心得:

通过这个实验的学习,我对无码间干扰传输的基本条件和原理有了一定的掌握,同时了解和掌握基带升余弦滚降系统的实现方法,能够通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ基带信号下,看出不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度。

实验报告2dpsk

二进制差分相位键控(2DPSK )的调制 1、实验目的 (1)了解2DPSK 系统的电路组成、工作原理和特点; (2)分别从时域、频域视角观测2DPSK 系统中的基带信号、载波及已调信号; (3)熟悉系统中信号功率谱的特点。 2、实验内容 以PN 码作为系统输入信号,码速率Rb =20kbit/s 。 (1)采用键控法实现2DPSK 的调制;分别观测绝对码序列、差分编码序列,比较两序列的波形;观察调制信号、载波及2DPSK 等信号的波形。 (2)获取主要信号的功率谱密度。 3、实验原理 2DPSK 方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为,可定义一种数字信息与 之间的关系为 则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK 信号的载波相位关系如下表所示 数字信息与 之间的关系也可以定义为 2DPSK 信号调制过程波形如图1所示。 0,01φπ??=? ?表示数字信息“”,表示数字信息“” ()()1 1 0 1 0 0 1 10 2DPSK 0 0 0 0 0 00 0 0 0 ππππππ ππππ二进制数字信息:信号相位:或0,10φπ??=? ?表示数字信息“” ,表示数字信息“” 1 0 0 1 0 1 1 0

2 图12DPSK信号调制过程波形 从上图可以看出,2DPSK信号的实现方法可以采用:首先对二进制数字基带 信号进行差分编码,将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息,然后再进行绝对调相,从而产生二进制差分相位键控信号。2DPSK信号调制器原 理图如图2所示。 开关电路 图2 2DPSK信号调制器原理图 其中码变换即差分编码器如图3所示。在差分编码器中:{an}为二进制绝对码序列,{dn}为差分编码序列。D触发器用于将序列延迟一个码元间隔,在SystemView中此延迟环节一般可不采用D触发器,而是采用操作库中的“延迟图符块”。 图3差分编码器 4、系统组成、图符块参数设置及仿真结果

眼图

眼图 一、实验目的 1、了解码间串扰对误码率的影响 2、掌握眼图在衡量基带传输系统性能方面的应用 二、实验内容 用SystemView 模拟示波器观察眼图分析码间串扰和噪声对系统性能的影响 三、实验原理 在实际系统中完全消除码间串扰是十分困难的,而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律还不能进行准确计算,为了衡量基带传输系统的性能优劣,在实验室中通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响这就是眼图分析法。 如果将输入波形输入示波器的Y 轴,并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时,在示波器上显示的图形很象人的眼睛因此被称为眼图。 眼图是由各段码元波形叠加而成的,眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻位于两峰值,中间的水平线是判决门限电平。在无码间串扰和噪声的理想情况下,波形无失真,“眼”开启得最大。当有码间串扰时,波形失真,引起“眼”部分闭合。若再加上噪声的影响,则使眼图的线条变得模糊,“眼”开启得小了。因此“眼”张开的大小表示了失真的程度。 眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响,可评价一个基带传输系统性能的优劣。另外,也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整以减小码间串扰和改善系统的传输性能。 通常眼图可以用如图3 2 所示的图形来描述:

由此图可以看出 (1) 最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻 (2) 眼图斜边的斜率表示系统对定时抖动或误差的灵敏度,斜边越陡系统对定时抖动越敏感 (3)眼图左右角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围称为零点失真量,许多接收设备中定时信息是由信号零点位置来提取的,对于这种设备零点失真量很重要 (4) 在抽样时刻阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量 (5) 在抽样时刻,上下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限,噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决 (6) 横轴对应判决门限电平 四、SystemView 仿真框图 仿真图如下图所示: 参数设置 系统时钟No. of Sample: 501; Sample Rate: 1000Hz; No.of System Loop: 1 器件参数 矩形脉冲0 1V; 100Hz; Offset 0; 0deg

随机信号分析实验报告

一、实验名称 微弱信号的检测提取及分析方法 二、实验目的 1.了解随机信号分析理论如何在实践中应用 2.了解随机信号自身的特性,包括均值、方差、相关函数、频谱及功率谱密度等 3.掌握随机信号的检测及分析方法 三、实验原理 1.随机信号的分析方法 在信号与系统中,我们把信号分为确知信号和随机信号。其中随机信号无确定的变化规律,需要用统计特新进行分析。这里我们引入随机过程的概念,所谓随机过程就是随机变量的集合,每个随机变量都是随机过程的一个取样序列。 随机过程的统计特性一般采用随机过程的分布函数和概率密度来描述,他们能够对随机过程作完整的描述。但由于在实践中难以求得,在工程技术中,一般采用描述随机过程的主要平均统计特性的几个函数,包括均值、方差、相关函数、频谱及功率谱密度等来描述它们。本实验中算法都是一种估算法,条件是N要足够大。 2.微弱随机信号的检测及提取方法 因为噪声总会影响信号检测的结果,所以信号检测是信号处理的重要内容之一,低信噪比下的信号检测是目前检测领域的热点,而强噪声背景下的微弱信号提取又是信号检测的难点。 噪声主要来自于检测系统本身的电子电路和系统外空间高频电磁场干扰等,通常从以下两种不同途径来解决 ①降低系统的噪声,使被测信号功率大于噪声功率。 ②采用相关接受技术,可以保证在信号功率小于噪声功率的情况下,人能检测出信号。 对微弱信号的检测与提取有很多方法,常用的方法有:自相关检测法、多重自相法、双谱估计理论及算法、时域方法、小波算法等。 对微弱信号检测与提取有很多方法,本实验采用多重自相关法。 多重自相关法是在传统自相关检测法的基础上,对信号的自相关函数再多次做自相关。即令: 式中,是和的叠加;是和的叠加。对比两式,尽管两者信号的幅度和相位不同,但频率却没有变化。信号经过相关运算后增加了信噪比,但其改变程度是有限的,因而限制了检测微弱信号的能力。多重相关法将 当作x(t),重复自相关函数检测方法步骤,自相关的次数越多,信噪比提高的越多,因此可检测出强噪声中的微弱信号。

广东工业大学《测试技术与信号分析》测试实验报告

测试技术与信号处理实验报告 机械转子底座的振动测量和分析 一、实验目的 1.掌握磁电式速度传感器的工作原理、特点和应用。

2.掌握振动的测量和数据分析。 二、实验内容和要求 先利用光电式转速传感器测量出电机的转速;然后利用磁电式速度传感器测量机械转子底座在该电机转速下的振动速度;对测量出的振动速度信号进行频谱分析;找出振动信号的主频与电机转速之间的关系。 三、实验步骤 1.启动实验程序“机械转子系统的振动测量.exe”; 输入个人信息,也可以启动之后通过单击“修改”按钮修改个人信息。 2.单击“采样设置”按钮,输入采集卡连接磁电速度传感器的采样通道号,批量采样频率(建议设为10KHz)、批量采样点数(建议设为10000)。 3.打开转子电机的电源,单击“单点采样”。 4.旋转调节旋钮改变转子的转速,观察图形区显示的磁电速度传感器采集到的转子底座振动信号;如果振动信号比较小,可适当提高转子的转速。 5.转子转速的测量: (1) 单击“采样设置”按钮,输入采集卡连接光电转速传感器的 采样通道号、批量采样频率(建议值为10KHz)、批量采样点 数(建议值为10000)。 (2) 单击“批量采样”按钮,开始采样;采样完成之后,采集到 的波形信号会显示在图形窗口,系统会自动计算出转子的速度

并显示出来。记录下此时的转子的转速(单位:r/s)。 (3) 再重复步骤(2)测量2次。以三次测量的平均值作为此时转子 的转速。 转速的测量结果 单点采样采集通道6,测量3组数据 6.振动信号的测量和频谱分析: (1) 单击“采样设置”按钮,输入采集卡连接磁电速度传感器的 采样通道号、批量采样频率(建议设为10KHz)、批量采样点 数(建议设为10000)。 (2) 单击“批量采样”按钮,开始采样;采样完成之后,采集到 的波形信号会显示在图形窗口。如果信号不正常,重复点击“批 量采样”按钮 (3) 单击“保存”按钮,将采集到的磁电传感器的信号数据保存 为文本文件。文件必须保存到“C:\ExperiData\”目录下。可单 击“保存设置”更改文件名。 (4) 打开刚保存的文本文件,文件前面几行保存了个人信息、采 样频率、采样通道、保存的数据个数等信息。文件中共有四列 数据,第一列为数据的序号,第二列为磁电传感器检测到的数 据。

(精选)眼图观察测量实验

实验12 眼图观察测量实验 一、实验目的 1.学会观察眼图及其分析方法,调整传输滤波器特性。 二、实验仪器 1. 眼图观察电路(底板右下侧) 2. 时钟与基带数据发生模块,位号:G 3. 噪声模块,位号E 4. 100M双踪示波器1台 三、实验原理 在整个通信系统中,通常利用眼图方法估计和改善(通过调整)传输系统性能。 我们知道,在实际的通信系统中,数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变,也会引入噪声和干扰,也就是说,总是在不同程度上存在码间串扰。在码间串扰和噪声同时存在情况下,系统性能很难进行定量的分析,常常甚至得不到近似结果。为了便于评价实际系统的性能,常用观察眼图进行分析。 眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响,是一种常用的测试手段。 什么是眼图? 所谓“眼图”,就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号,以码元时钟作为同步信号,基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示的波形称为眼图。干扰和失真所产生的传输畸变,可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形,它很像人的眼睛故称眼图。 在图12-1中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”,一个无失真,另一个有失真(码间串扰)。 图12-1中可以看出,眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时,眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻,所有可能的取样值仅有两个:+1或-1。当波形有失真时,“眼睛”部分闭合,取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。这样,保证

正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之,在随机噪声的功率给定时,将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。 为便于说明眼图和系统性能的关系,我们将它简化成图12-2的形状。 由此图可以看出:(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻;(2)眼睛闭合的速率,即眼图斜边的斜率,表示系统对定时误差灵敏的程度,斜边愈陡,对定位误差愈敏感; (3)在取样时刻上,阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量; (4)在取样时刻上,上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限,噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决;(5) 阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围,它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。实验室理想状态下的眼图如图12-3 所示。 衡量眼图质量的几个重要参数有: 1.眼图开启度(U-2Δ U)/U 指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应为100%。

眼图实验报告的数据

实验五眼图 一、实验目的: 1、理解受限信道上的数据传输率; 2、观察眼图,分析不同参数设置对眼图的影响。 二、实验原理 当一个信号通过一个受限的信道时,它的波形将发生变化。如图5-1所示,当数据传输率提高时,波形的失真也增大,甚至使得数据不能传输。 图5-1 受限信道中的波形的前后变化 眼图通常用于实时观察一个数字数据序列,它能够表达出很多有关传输质量的信息,而做这些仅一个常用的示波器和一位时钟序列就可以了。通过观察眼图,可以测量出传输的质量及接收到的数据中发生错误的可能性。其原理图如图5-2所示: 图5-2 眼图产生的原理 一个典型的眼图通常是用来显示传输在一个受限信道上的二进制序列,而这个受限的信道是忽略了噪音的。如图5-3所示: 图5-3眼图

三、实验设备 1、主机TIMS-301F 2、TIMS基本插入模块 (1)TIMS-153序列产生器(Sequence generator) (2)TIMS-148音频振荡器(Audio Oscillator) (3)TIMS-153 可调低通滤波器(Tuneable LPF) 3、计算机 4、PICO虚拟设备 四、实验步骤: 1、将TIMS系统中的音频振荡器(Audio Oscillator)、序列产生器(Sequence generator)、可调低通滤波器(Tuneable LPF)三个模块按图5-4连接。 2、PICO软件的设置:打开PICO软件,设置眼图参数。在“Settings”菜单中选择“Options”选项,如下图所示: 在弹出的窗口菜单中,在“Sco pe options”里的“Data to display”项选择“Accumulate”。如下图所示:

北理工随机信号分析实验报告

本科实验报告实验名称:随机信号分析实验

实验一 随机序列的产生及数字特征估计 一、实验目的 1、学习和掌握随机数的产生方法。 2、实现随机序列的数字特征估计。 二、实验原理 1、随机数的产生 随机数指的是各种不同分布随机变量的抽样序列(样本值序列)。进行随机信号仿真分析时,需要模拟产生各种分布的随机数。 在计算机仿真时,通常利用数学方法产生随机数,这种随机数称为伪随机数。伪随机数是按照一定的计算公式产生的,这个公式称为随机数发生器。伪随机数本质上不是随机的,而且存在周期性,但是如果计算公式选择适当,所产生的数据看似随机的,与真正的随机数具有相近的统计特性,可以作为随机数使用。 (0,1)均匀分布随机数是最最基本、最简单的随机数。(0,1)均匀分布指的是在[0,1]区间上的均匀分布,即 U(0,1)。实际应用中有许多现成的随机数发生器可以用于产生(0,1)均匀分布随机数,通常采用的方法为线性同余法,公式如下: )(m od ,110N ky y y n n -= N y x n n /= 序列{}n x 为产生的(0,1)均匀分布随机数。 下面给出了上式的3组常用参数: 1、10 N 10,k 7==,周期7 510≈?; 2、(IBM 随机数发生器)31 16 N 2,k 23,==+周期8 510≈?; 3、(ran0)31 5 N 21,k 7,=-=周期9 210≈?; 由均匀分布随机数,可以利用反函数构造出任意分布的随机数。 定理 1.1 若随机变量 X 具有连续分布函数F X (x),而R 为(0,1)均匀分布随机变量,则有 )(1R F X x -= 由这一定理可知,分布函数为F X (x)的随机数可以由(0,1)均匀分布随机数按上式进行变

眼图观测实验 光纤通信_实验5实验报告

课程名称:光纤通信 实验名称:实验5 眼图观测实验 姓名: 班级: 学号: 实验时间: 指导教师: 得分:

一、实验目的 1、了解和掌握眼图的形成过程和意义。 2、掌握光纤通信系统中的眼图观测方法。 二、实验内容 1、观测数字光纤传输系统中的眼图张开和闭合效果。 2、记录眼图波形参数,分析系统传输性能。 三、实验器材 1.主控&信号源模块 2.25号光收发模块 3.示波器 四、实验原理 1、实验原理框图

眼图测试实验系统框图 2、实验框图说明 本实验是以数字信号光纤传输为例,进行光纤通信测量中的眼图观测实验;为方便模拟真实环境中的系统传输衰减等干扰现象,我们加入了可调节的带限信道,用于观测眼图的张开和闭合等现象。如眼图测试实验系统框图所示,系统主要由信号源、光发射机、光接收机以及带限信道组成;信号源提供的数字信号经过光发射机和接收机传输后,再送入用于模拟真实衰减环境的带限信道; 通过示波器测试设备,以数字信号的同步位时钟为触发源,观测TP1测试点的波形,即眼图。 3、眼图基本概念及实验观察方法 所谓眼图,它是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形。眼图包含了丰富的信息,反映的是系统链路上传输的所有数字信号的整体特征。利用眼图可以观察出码间串扰和噪声的影响,分析眼图是衡量数字通信系统传输特性的简单且有效的方法。 ●被测系统的眼图观测方法 通常观测眼图的方法是,如下图所示,以数字序列的同步时钟为触发源,用示波器YT模式测量系统输出端,调节示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步,则屏幕中显示的即为眼图。 眼图测试方法框图 ●眼图的形成示意图

一个完整的眼图应该包含从“000”到“111”的所有状态组,且每个状态组发送的此时要尽量一致,否则有些信息将无法呈现在示波器屏幕上。 八种状态如下所示: 八种状态示意图 眼图合成示意图如下所示: 眼图合成示意图 一般在无串扰等影响情况下从示波器上观测到的眼图与理论分析得到的眼图大致接近。 ●眼图参数及系统性能 眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力,水平张开度反映过门限失真量的大小。眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响,当光收端机输出端信噪比很大时眼图的张开度主要受码间干扰的影响,因此观察眼图的张开度就可以估算出光

《测试信号分析与处理》实验报告

测控1005班齐伟0121004931725 (18号)实验一差分方程、卷积、z变换 一、实验目的 通过该实验熟悉 matlab软件的基本操作指令,掌握matlab软件的使用方法,掌握数字信号处理中的基本原理、方法以及matlab函数的调用。 二、实验设备 1、微型计算机1台; 2、matlab软件1套 三、实验原理 Matlab 软件是由mathworks公司于1984年推出的一套科学计算软件,分为总包和若干个工具箱,其中包含用于信号分析与处理的sptool工具箱和用于滤波器设计的fdatool工具箱。它具有强大的矩阵计算和数据可视化能力,是广泛应用于信号分析与处理中的功能强大且使用简单方便的成熟软件。Matlab软件中已有大量的关于数字信号处理的运算函数可供调用,本实验主要是针对数字信号处理中的差分方程、卷积、z变换等基本运算的matlab函数的熟悉和应用。 差分方程(difference equation)可用来描述线性时不变、因果数字滤波器。用x表示滤波器的输入,用y表示滤波器的输出。 a0y[n]+a1y[n-1]+…+a N y[n-N]=b0x[n]+b1x[n-1]+…+b M x[n-M] (1) ak,bk 为权系数,称为滤波器系数。 N为所需过去输出的个数,M 为所需输入的个数卷积是滤波器另一种实现方法。 y[n]= ∑x[k] h[n-k] = x[n]*h[n] (2) 等式定义了数字卷积,*是卷积运算符。输出y[n] 取决于输入x[n] 和系统的脉冲响应h[n]。 传输函数H(z)是滤波器的第三种实现方法。 H(z)=输出/输入= Y(z)/X(z) (3)即分别对滤波器的输入和输出信号求z变换,二者的比值就是数字滤波器的传输函数。 序列x[n]的z变换定义为 X (z)=∑x[n]z-n (4) 把序列x[n] 的z 变换记为Z{x[n]} = X(z)。

光纤通信系统的眼图测试实验

太原理工大学现代科技学院 光纤通信课程实验报告 专业班级 学号 姓名 指导教师

实验名称 光纤通信系统的眼图测试实验 同组人 专业班级 学号 姓名 成绩 实验三 光纤通信系统的眼图测试实验 一、实验目的 1、了解眼图的形成过程 2、掌握光纤通信系统中眼图的测试方法 二、实验内容 1、测量数字光纤通信系统传输各种数字信号的眼图 2、观察系统眼图,并通过眼图来分析系统的性能 三、实验仪器 1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台 2、20MHz 双踪模拟示波器 1台 3、万用表 1台 4、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1根 5、850nm 光发端机和光收端机(可选) 1套 6、ST/PC-ST/PC 多模光跳线(可选) 1根 四、实验原理 眼图是衡量数字光纤通信系统数据传输特性的简单而又有效的方法。眼图可以在时域中测 量,并且可以用示波器直观的显示出来。图20-1是测量眼图的系统框图。测量时,将“伪随机码发生器”输出的伪随机码加在被测数字光纤通信系统的输入端,该被测系统的输出端接至示波器的垂直输入,用位定时信号(由伪随机码发生器提供)作外同步,在示波器水平输入用 数据频率进行触发扫描。这样,在示波器的屏幕上就可以显示出被测系统的眼图。 图1、眼图测试系统框图 ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

伪随机脉冲序列是由n 比特长,2n 种不同组合所构成的序列。例如,由n=2比特长的4种 不同有组合、n=3比特长的8种不同的组合、n=4比特长16种不同的组合组成,直到伪随机码发生器所规定的极限值为止,在产生这个极限值以后,数据序列就开始重复,但它用作为测试的数据信号,则具有随机性。如图20-2所示的眼图,是由3比特长8种组合码叠加而成,示 波器上显示的眼图就是这种叠加的结果。 分析眼图图形,可以知道被测系统的性能,下面用图20-3所示的形状规则的眼图进行分析: 1、当眼开度V V V ?-为最大时刻,则是对接收到的信号进行判决的最佳时刻,无码间干扰、 信号无畸变时的眼开度为100%。 2、由于码间干扰,信号畸变使眼开度减小,眼皮厚度V 增加,无畸变眼图的眼皮厚度应该等于零。 3、系统无畸变眼图交叉点发散角 b T T ?应该等于零。 4、系统信道的任何非线性都将使眼图出现不对称,无畸变眼图的正、负极性不对称度 5、系统的定时抖动(也称为边缘抖动或相位失真)是由光收端机的噪声和光纤中的脉冲 失真产生的,如果在“可对信号进行判决的时间间隔T b ”的正中对信号进行判决,那么在阈值电平处的失真量ΔT 就表示抖动的大小。因此,系统的定时抖动用下式计算:定时抖动= …………………………………装……………………………………订………………………………………线……………………………………………

随机信号分析实验报告二 2

《随机信号分析》实验报告二 班级: 学号: 姓名:

实验二高斯噪声的产生和性能测试 1.实验目的 (1)掌握加入高斯噪声的随机混合信号的分析方法。 (2)研究随机过程的均值、相关函数、协方差函数和方差。 ⒉实验原理 (1)利用随机过程的积分统计特性,给出随机过程的均值、相关函数、协方差函数和方差。 (2)随机信号均值、方差、相关函数的计算公式,以及相应的图形。 ⒊实验报告要求 (1)简述实验目的及实验原理。 (2)采用幅度为1,频率为25HZ的正弦信号错误!未找到引用源。为原信号,在其中加入均值为2,方差为0.04的高斯噪声得到混合随机信号X(t)。 试求随机过程 的均值、相关函数、协方差函数和方差。用MATLAB进行仿真,给出测试的随机过程的均值、相关函数、协方差函数和方差图形,与计算的结果作比较,并加以解释。 (3)分别给出原信号与混合信号的概率密度和概率分布曲线,并以图形形式分别给出原信号与混合信号均值、方差、相关函数的对比。 (4)读入任意一幅彩色图像,在该图像中加入均值为0,方差为0.01的高斯噪声,请给出加噪声前、后的图像。 (5)读入一副wav格式的音频文件,在该音频中加入均值为2,方差为0.04的高斯噪声,得到混合随机信号X(t),请给出混合信号X(t)的均值、相关函数、协方差函数和方差,频谱及功率谱密度图形。 4、源程序及功能注释 (2)源程序: clear all; clc; t=0:320; %t=0:320 x=sin(2*pi*t/25); %x=sin(2*p1*t/25) x1=wgn(1,321,0); %产生一个一行32列的高斯白噪声矩阵,输出的噪声强度为0dbw

信号检测实验报告

Harbin Institute of Technology 匹配滤波器实验报告 课程名称:信号检测理论 院系:电子与信息工程学院 姓名:高亚豪 学号:14SD05003 授课教师:郑薇 哈尔滨工业大学

1. 实验目的 通过Matlab 编程实现对白噪声条件下的匹配滤波器的仿真,从而加深对匹配滤波器及其实现过程的理解。通过观察输入输出信号波形及频谱图,对匹配处理有一个更加直观的理解,同时验证匹配滤波器具有时间上的适应性。 2. 实验原理 对于一个观测信号()r t ,已知它或是干扰与噪声之和,或是单纯的干扰, 即 0()()()()a u t n t r t n t +?=?? 这里()r t ,()u t ,()n t 都是复包络,其中0a 是信号的复幅度,()u t 是确知的归一化信号的复包络,它们满足如下条件。 2|()|d 1u t t +∞ -∞=? 201||2 a E = 其中E 为信号的能量。()n t 是干扰的均值为0,方差为0N 的白噪声干扰。 使该信号通过一个线性滤波系统,有效地滤除干扰,使输出信号的信噪比在某一时刻0t 达到最大,以便判断信号的有无。该线性系统即为匹配滤波器。 以()h t 代表系统的脉冲响应,则在信号存在的条件下,滤波器的输出为 0000()()()d ()()d ()()d y t r t h a u t h n t h τττττττττ+∞+∞+∞ =-=-+-???

右边的第一项和第二项分别为滤波器输出的信号成分和噪声成分,即 00()()()d x t a u t h τττ+∞ =-? 0 ()()()d t n t h ?τττ+∞ =-? 则输出噪声成分的平均功率(统计平均)为 2 20E[|()|]=E[|()()d |]t n t h ?τττ+∞ -? **00*000200 =E[()(')]()(')d d '=2()(')(')d d ' 2|()|d n t n t h h N h h N h ττττττδττττττττ+∞+∞+∞+∞+∞ ---=?? ?? ? 而信号成分在0t 时刻的峰值功率为 22 20000|()||||()()d |x t a u t h τττ+∞ =-? 输出信号在0t 时刻的总功率为 22000E[|()|]E[|()()|]y t x t t ?=+ 22**0000002200E[|()||()|()()()()] |()|E[|()|] x t t x t t t x t x t t ????=+++=+ 上式中输出噪声成分的期望值为0,即0E[()]0t ?=,因此输出信号的功率 成分中只包含信号功率和噪声功率。 则该滤波器的输出信噪比为 222000022000|||()()d ||()|E[|()|]2|()|d a u t h x t t N h τττρ?ττ+∞ +∞-==?? 根据Schwartz 不等式有

实验2 眼图观察测量实验

班级通信1403 学号 201409732 姓名裴振启指导教师邵军花日期 实验2 眼图观察测量实验 一、实验目的 学会观察眼图及其分析方法,调整传输滤波器特性。 二、实验仪器 1. 眼图观察电路 2.时钟与基带数据发生模块,位号:G 3.PSK调制模块,位号A 4.噪声模块,位号B 5.PSK解调模块,位号C 6.复接/解复接、同步技术模块,位号:I 7.20M双踪示波器1台 三、实验原理 在整个通信系统中,通常利用眼图方法估计和改善(通过调整)传输系统性能。 所谓“眼图”,就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号,以码元时钟作为同步信号,基带信号一个或少数码元周期反复扫描在示波器屏幕上显示的波形称为眼图。干扰和失真所产生的传输畸变,可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形,它很像人的眼睛故称眼图。 在图2-1中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”,一个无失真,另一个有失真(码间串扰)。 图2-1中可以看出,眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时,眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻,所有可能的取样值仅有两个:+1 或-1。当波形有失真时,“眼睛”部分闭合,取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。这样,保证正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之,在随机噪声的功率给定时,将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就表明失真的严重程度。 眼图 图2-1 无失真及有失真时的波形及眼图 (a)无码间串扰时波形;无码间串扰眼图 (b)有码间串扰时波形;有码间串扰眼图

通信工程实验教学中心通信系统原理实验报告 在图2-2中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片。本实验主要是完成PSK 解调输出基带信号的眼图观测实验。 (a) 二进制系统 (b) 随机数据输入后的二进制系统图2-2 实验室理想状态下的眼图 四、各测量点和可调元件作用底板右边“眼图观察电路” W06:接收滤波器特性调整电位器。 P16:眼图观察信号输入点。 P17:接收滤波器输出升余弦波形测试点(眼图观察测量点)。 五、实验步骤 1.插入有关实验模块: 在关闭系统电源的条件下,将“时钟与基带数据发生模块”、“ PSK调制模块” 、“噪声模块”、“PSK解调模块”,插到底板“G、A、B、C”号的位置插座上(具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”)。注意模块插头与底板插座的防呆口一致,模块位号与底板位号的一致。 2.BPSK信号线连接: 用专用导线将4P01、37P01;37P02、3P01;3P02、38P01;38P02、P16连接(底板右边“眼图观察电路”)。 注意连接铆孔的箭头指向,将输出铆孔连接输入铆孔。 3.加电: 打开系统电源开关,底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常,请立即关闭电源,查找异常原因。 4.跳线开关设置: “PSK调制模块”跳线开关37K02的1-2、3-4相连。“时钟与基带数据发生模块”的拨码器4SW02:设置为“00001“,4P01产生32Kb/s的 15位m序列输出。 5.无噪声眼图波形观察: (1)噪声模块调节:调节3W01,将3TP01噪声电平调为0; (2)调节3W02,调整3P02信号幅度为4V。 (3)调整好PSK调制解调电路状态,即37P01与38P02波形一致(可以反相),若不一致,可调整38W01电位器。 (4)调整接收滤波器H r(w) (这里可视为整个信道传输滤波器H(w) )的特性,使之构成一个等效的理想低通滤波器。

基带信号眼图实验

实验三 数字基带信号的眼图实验 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验预习要求 1、复习《数字通信原理》第七章7.1节——奈奎斯特第一准则内容; 2、复习《数字通信原理》第七章7.2节——数字基带信号码型内容; 3、认真阅读本实验内容,熟悉实验步骤。 三、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期,则经过 基带传输系统后的输出码元为 ()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ +∞-∞ = ? (3-1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=? ? , 为其他整数 (3-2) 频域应满足:

()0,s s T T H πωωω? ≤?=? ?? ,其他 (3-3) 图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格 定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ??????? ∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤??? ??? ?-? =≤≤ ?? ?+>? ?? (3-5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos() ()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (3-6)

随机信号实验报告

随机信号分析 实验报告 目录 随机信号分析 (1) 实验报告 (1) 理想白噪声和带限白噪声的产生与测试 (2) 一、摘要 (2) 二、实验的背景与目的 (2) 背景: (2) 实验目的: (2) 三、实验原理 (3) 四、实验的设计与结果 (4) 实验设计: (4) 实验结果: (5) 五、实验结论 (12) 六、参考文献 (13) 七、附件 (13) 1

理想白噪声和带限白噪声的产生与测试一、摘要 本文通过利用MATLAB软件仿真来对理想白噪声和带限白噪声进行研究。理想白噪声通过低通滤波器和带通滤波器分别得到低通带限白噪声和帯通带限白噪声。在仿真的过程中我们利用MATLAB工具箱中自带的一些函数来对理想白噪声和带限白噪声的均值、均方值、方差、功率谱密度、自相关函数、频谱以及概率密度进行研究,对对它们进行比较分析并讨论其物理意义。 关键词:理想白噪声带限白噪声均值均方值方差功率谱密度自相关函数、频谱以及概率密度 二、实验的背景与目的 背景: 在词典中噪声有两种定义:定义1:干扰人们休息、学习和工作的声音,引起人的心理和生理变化。定义2:不同频率、不同强度无规则地组合在一起的声音。如电噪声、机械噪声,可引伸为任何不希望有的干扰。第一种定义是人们在日常生活中可以感知的,从感性上很容易理解。而第二种定义则相对抽象一些,大部分应用于机械工程当中。在这一学期的好几门课程中我们都从不同的方面接触到噪声,如何的利用噪声,把噪声的危害减到最小是一个很热门的话题。为了加深对噪声的认识与了解,为后面的学习与工作做准备,我们对噪声进行了一些研究与测试。 实验目的: 了解理想白噪声和带限白噪声的基本概念并能够区分它们,掌握用MATLAB 或c/c++软件仿真和分析理想白噪声和带限白噪声的方法,掌握理想白噪声和带限白噪声的性质。

FSK调制及解调实验报告

一、实验目的 1、掌握用键控法产生FSK信号的方法。 2、掌握FSK非相干解调的原理。 二、实验器材 1、主控&信号源、9号模块各一块 2、双踪示波器一台 3、连接线若干 三、实验原理 1、实验原理框图 FSK调制及解调实验原理框图 2、实验框图说明 基带信号与一路载波相乘得到1电平的ASK调制信号,基带信号取反后再与二路载波相乘得到0电平的ASK调制信号,然后相加合成FSK调制输出;已调信号经过过零检测来识别信号中载波频率的变化情况,通过上、下沿单稳触发电路再相加输出,最后经过低通滤波和门限判决,得到原始基带信号。 四、实验步骤 实验项目一 FSK调制 概述:FSK调制实验中,信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态。本项目中,通过调节输入PN序列频率,对比观测基带信号波形与调制输出波形来验证FSK调制原理。 1、关电,按表格所示进行连线。 2、开电,设置主控菜单,选择【主菜单】→【通信原理】→【FSK数字调制解调】。将9号模块的S1拨为0000。调节信号源模块的W2使128KHz载波信号的峰峰值为3V,调节W3使256KHz载波信号的峰峰值也为3V。

3、此时系统初始状态为:PN序列输出频率32KH。 4、实验操作及波形观测。 (1)示波器CH1接9号模块TH1基带信号,CH2接9号模块TH4调制输出,以CH1为触发对比观测FSK调制输入及输出,验证FSK调制原理。 (2)将PN序列输出频率改为64KHz,观察载波个数是否发生变化。 实验项目二 FSK解调 概述:FSK解调实验中,采用的是非相干解调法对FSK调制信号进行解调。实验中通过对比观测调制输入与解调输出,观察波形是否有延时现象,并验证FSK解调原理。观测解调输出的中间观测点,如TP6(单稳相加输出),TP7(LPF-FSK),深入理解FSK解调过程。 1、保持实验项目一中的连线及初始状态。 2、对比观测调制信号输入以及解调输出:以9号模块TH1为触发,用示波器分别观测9号模块TH1和TP6(单稳相加输出)、TP7(LPF-FSK)、 TH8(FSK解调输出),验证FSK解调原理。 3、以信号源的CLK为触发,测9号模块LPF-FSK,观测眼图。 五、实验报告 1、分析实验电路的工作原理,简述其工作过程; (1)调制电路工作原理:输入的基带信号由转换开关转接后分成两路,一路控制256KHz 的载频,另一路经倒相去控制?168KHz的载频。当基带信号为“1”时,模拟开关1打开,模拟开关2关闭,此时输出f1=256KHz,当基带信号为"0"时,模拟开关1关闭,模拟开关2开通。此时输出f2=168KHz,于是可在输出端得到已调的FSK信号。?电路中的两路载频(f1,f2)由内时钟信号发生器产生,经过开关送入。两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关。? (2)解调电路的工作原理:已调信号经过过零检测识别出信号中载波频率是否发生变化。经限幅、微分、整流后形成与频率变化相对应的尖脉冲序列,再经过脉冲展宽把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲以增大其直流分量,然后经过低通滤波器取出直流分量完成频率——幅度变换。? 2、分析FSK调制解调原理。 频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中,载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故2FSK可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行调解然后进行判决得到恢 复出的原始信号。???

随机信号分析实验报告(基于MATLAB语言)

随机信号分析实验报告 ——基于MATLAB语言 姓名: _ 班级: _ 学号: 专业:

目录 实验一随机序列的产生及数字特征估计 (2) 实验目的 (2) 实验原理 (2) 实验内容及实验结果 (3) 实验小结 (6) 实验二随机过程的模拟与数字特征 (7) 实验目的 (7) 实验原理 (7) 实验内容及实验结果 (8) 实验小结 (11) 实验三随机过程通过线性系统的分析 (12) 实验目的 (12) 实验原理 (12) 实验内容及实验结果 (13) 实验小结 (17) 实验四窄带随机过程的产生及其性能测试 (18) 实验目的 (18) 实验原理 (18) 实验内容及实验结果 (18) 实验小结 (23) 实验总结 (23)

实验一随机序列的产生及数字特征估计 实验目的 1.学习和掌握随机数的产生方法。 2.实现随机序列的数字特征估计。 实验原理 1.随机数的产生 随机数指的是各种不同分布随机变量的抽样序列(样本值序列)。进行随机信号仿真分析时,需要模拟产生各种分布的随机数。 在计算机仿真时,通常利用数学方法产生随机数,这种随机数称为伪随机数。伪随机数是按照一定的计算公式产生的,这个公式称为随机数发生器。伪随机数本质上不是随机的,而且存在周期性,但是如果计算公式选择适当,所产生的数据看似随机的,与真正的随机数具有相近的统计特性,可以作为随机数使用。 (0,1)均匀分布随机数是最最基本、最简单的随机数。(0,1)均匀分布指的是在[0,1]区间上的均匀分布, U(0,1)。即实际应用中有许多现成的随机数发生器可以用于产生(0,1)均匀分布随机数,通常采用的方法为线性同余法,公式如下: y0=1,y n=ky n(mod N) ? x n=y n N 序列{x n}为产生的(0,1)均匀分布随机数。 定理1.1若随机变量X 具有连续分布函数F x(x),而R 为(0,1)均匀分布随机变量,则有 X=F x?1(R) 2.MATLAB中产生随机序列的函数 (1)(0,1)均匀分布的随机序列函数:rand 用法:x = rand(m,n) 功能:产生m×n 的均匀分布随机数矩阵。 (2)正态分布的随机序列 函数:randn 用法:x = randn(m,n) 功能:产生m×n 的标准正态分布随机数矩阵。 如果要产生服从N(μ,σ2)分布的随机序列,则可以由标准正态随机序列产生。 (3)其他分布的随机序列 分布函数分布函数 二项分布binornd 指数分布exprnd 泊松分布poissrnd 正态分布normrnd 离散均匀分布unidrnd 瑞利分布raylrnd 均匀分布unifrnd X2分布chi2rnd 3.随机序列的数字特征估计 对于遍历过程,可以通过随机序列的一条样本函数来获得该过程的统计特征。这里我们假定随机序列X(n)为遍历过程,样本函数为x(n),其中n=0,1,2,……N-1。那么,

通信原理实验报告眼图

部分响应系统 一、实验目的 1.通过实验掌握第一类部分响应系统的原理及实现方法; 2.掌握基带信号眼图的概念及绘制方法。 二、实验原理 1.部分响应系统 为了提高系统的频带利用率,减小定时误差带来的码间干扰,升余弦传输特性在这两者的选择是有矛盾的。理想低通传输特性可以有最高的频带利用率 2=s η,但拖尾的波动比较大,衰减也比较慢。若能改善这种情况,并保留系统 的带宽等于奈奎斯特带宽,就能在保证一定的传输质量前提下显著地提高传输速率。这是有实际意义的,特别是在高速大容量传输系统中。部分响应传输系统就具有这样的特点。 部分响应传输系统是通过对理想低通滤波器冲激响应的线性加权组合,来控制整个传输系统冲激响应拖尾的波动幅度和衰减。当然,这样做会引入很强的码间干扰,但这种码间干扰是可控制的,是已知的,因此很容易从接收信号的抽样值中减去。由于这种组合并不影响系统的传输带宽,因此频带利用率高。 第一类部分响应系统是在相邻的两个码元间引入码间干扰。由于理想低通系统的传递函数为 其冲激响应为s s T t T t t h //sin )(ππ= ,如果用)(t h 以及)(t h 的时延s T 的波形作为系统的 冲激响应,那么它的系统带宽肯定限制在??? ? ? ?-s s T T 21,21,也就是说,系统的频带利用率为2bit/Hz 。 接着来看系统的冲激响应函数)(t g : s s s s s s s T t T t T t T T t c T t c T t h t h t g /11 sin )(sin sin )()()(-= ?? ????-+=-+=ππππ s T f 21 ||< 其他 ???=0 )(s T f H

《测试信号分析与处理》实验报告

《测试信号分析与处理》 实验一差分方程、卷积、z变换 一、实验目的 通过该实验熟悉 matlab软件的基本操作指令,掌握matlab软件的使用方法,掌握数字信号处理中的基本原理、方法以及matlab函数的调用。 二、实验设备 1、微型计算机1台; 2、matlab软件1套 三、实验原理 Matlab 软件是由mathworks公司于1984年推出的一套科学计算软件,分为总包和若干个工具箱,其中包含用于信号分析与处理的sptool工具箱和用于滤波器设计的fdatool工具箱。它具有强大的矩阵计算和数据可视化能力,是广泛应用于信号分析与处理中的功能强大且使用简单方便的成熟软件。Matlab软件中已有大量的关于数字信号处理的运算函数可供调用,本实验主要是针对数字信号处理中的差分方程、卷积、z变换等基本运算的matlab函数的熟悉和应用。 差分方程(difference equation)可用来描述线性时不变、因果数字滤波器。用x表示滤波器的输入,用y表示滤波器的输出。 a0y[n]+a1y[n-1]+…+a N y[n-N]=b0x[n]+b1x[n-1]+…+b M x[n-M] (1) ak,bk 为权系数,称为滤波器系数。

N为所需过去输出的个数,M 为所需输入的个数卷积是滤波器另一种实现方法。 y[n]= ∑x[k] h[n-k] = x[n]*h[n] (2)等式定义了数字卷积,*是卷积运算符。输出y[n] 取决于输入x[n] 和系统的脉冲响应h[n]。 传输函数H(z)是滤波器的第三种实现方法。 H(z)=输出/输入= Y(z)/X(z) (3) 即分别对滤波器的输入和输出信号求z变换,二者的比值就是数字滤波器的传输函数。 序列x[n]的z变换定义为 X (z)=∑x[n]z-n (4)把序列x[n] 的z 变换记为Z{x[n]} = X(z)。 由X(z) 计算x[n] 进行z 的逆变换x[n] = Z-1{X(z)}。 Z 变换是Z-1的幂级数,只有当此级数收敛,Z 变换才有意义,而且同一个Z 变换等式,收敛域不同,可以代表不同序列的Z 变换函数。 这三种数字滤波器的表示方法之间可以进行相互转换。 四、实验步骤 1、熟悉matlab软件基本操作指令。读懂下列matlab程序指令,键入程序并 运行,观察运行结果。 Conv.m% 计算两个序列的线性卷积; %-----------------------------------------------------------------

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