《数字信号处理》
实验指导书
目录
实验一离散时间信号与系统的傅立叶分析 (1)
实验二时域采样定理 (4)
实验三用DFT（FFT）对时域离散信号进行频谱分析 (7)
实验四用DFT（FFT）对连续信号进行频谱分析 (10)
实验五IIR数字滤波器设计 (13)
实验六FIR数字滤波器设计 (18)
实验一：离散时间信号与系统的傅立叶分析 学时安排：2学时
实验类别：验证性 实验要求：必做
￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ 一、教学目的和任务
用傅立叶变换对离散时间信号和系统进行频域分析。
二、实验原理介绍
对信号进行频域分析就是对信号进行傅立叶变换。对系统进行频域分析即对它的单位脉冲响应进行傅立叶变换，得到系统的传输函数；也可以由差分方程经过傅立叶变换直接求它的传输函数；传输函数代表的就是系统的频率响应特性。但传输函数是ω的连续函数，计算机只能计算出有限个离散频率点的传输函数值，因此得到传输函数以后，应该在0~2π之间取许多点，计算这些点的传输函数的值，并取它们的包络，该包络才是需要的频率特性。当然，点数取得多一些，该包络才能接近真正的频率特性。
注意：非周期信号的频率特性是ω的连续函数，而周期信号的频率特性是离散谱，它们的计算公式不一样，响应的波形也不一样。
三、实验仪器及设备
计算机、MA TLAB 软件。
四、实验内容和步骤
1．已知系统用下面差分方程描述：
)1()()(-+=n ay n x n y
试在95.0=a 和5.0=a 两种情况下用傅立叶变换分析系统的频率特性。要求写出系统的传输函数，并打印 ()~j H e ωω 曲线。
2．已知两系统分别用下面差分方程描述：
)1()()(1-+=n x n x n y )1()()(2--=n x n x n y
试分别写出它们的传输函数，并分别打印 ()~j H e ωω 曲线。
3．已知信号)()(3n R n x =，试分析它的频域特性，要求打印 ()~j X e ωω 曲线。
4．假设)()(n n x δ=，将)(n x 以2为周期进行延拓，得到()x
n ，试分析它的频率特性，并画出它的幅频特性。
下面对实验用的MA TLAB 函数进行介绍。 1．abs
功能：求绝对值（复数的模）。
y=abs(x)：计算实数x 的绝对值。当x 为复数时得到x 的模（幅度值）。 当x 为向量时，计算其每个元素的模，返回模向量y 。 2．angle 功能：求相角。
Ph=angle(x)：计算复向量x 的相角（rad ）。Ph 值介于 -π和 +π之间。 3．freqz
功能：计算数字滤波器H(z)的频率响应。
H=freqz(B,A,w)：计算由向量w 指定的数字频率点上数字器H(z)的频率响应)(jw e H ，结果存于H 向量中。向量B 和A 分别为数字滤波器系统函数H(z)的分子和分母多项式系数。
[H ，w]=freqz(B,A,M,’whole’)：计算出M 个频率点上的频率响应，存放在H 向量中，M 个频率点存放在向量w 中。freqz 函数自动将这M 个频点均匀设置在频率范围 [0，2π]上。缺省whole 时，M 个频点均匀设置在频率范围 [0，π]上。
调用参数B 和A 与系统函数的关系由下式给出：
N
N M N z
N A z
N A z
A A z M
B z M B z
B B z A z B z H --------++++++++++=
=
)1()()2()1()1()()2()1()
()()()
1(1
)1(1
缺省W 和M 时，freqz 自动选取512个频率点计算。不带输出向量的freqz 函数将自动绘出幅频和相频曲线。其他几种调用格式可用命令help 查阅。
freqz 函数用于计算模拟滤波器的频率响应函数，详细功能及调用格式用help 命令查看。 例如：八阶梳状滤波器系统函数为：
8
1)()(--==z
z B z H
用下面的简单程序绘出H(z)的幅频与相频特性曲线如图1所示。
% example for freqz B=[1 0 0 0 0 0 0 0 -1]; A=1; freqz(B,A)
Normalized Frequency (?π rad/sample)
P h a s e (d e g r e e s )
Normalized Frequency (?π rad/sample)
M a g n i t u d e (d B )
图1 八阶梳状滤波器幅度和相位曲线
五、注意事项和要求
实验报告要求：
（1）严格按照学院的《学生实验报告》格式和内容要求书写；实验报告原理及思考题回答等内容只能手写，图件和程序可以打印并粘贴在报告上；实验报告内容不得雷同，否则一律做零分处理。
（2）简述实验原理及目的；对各实验内容进行理论分析和推导；分析各实验内容，并和理论分析推导结果进行对比。
（3）对于每一项实验内容要求有MA TLAB仿真结果图及整理好经过运行并证明是正确的程序，并且加上关键的注释。
（4）回答思考题。
（5）总结实验所得主要结论。
六、作业及预习要求
思考题：
（1）对各实验内容进行理论分析和推导。
（2）分析各实验内容，并和理论分析推导结果进行对比。
预习要求：
用DFT（FFT）对时域离散信号进行频谱分析。
七、参考书目
《数字信号处理》（第二版），丁玉美、高西全，西安电子科技大学出版社，2001年。
《MA TLAB在数字信号处理中的应用》，薛年喜，清华大学出版社，2003年。
实验二：时域采样定理 学时安排：2学时
实验类别：验证性 实验要求：选做
￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ 一、教学目的和任务
熟悉并加深采样定理的理解，了解采样信号的频谱和模拟信号频谱之间的关系。
二、实验原理介绍
模拟信号经过理想采样，形成采样信号。采样信号的频谱和模拟信号频谱之间的关系如下：
))((1)(?∑
∞
-∞
=Ω-Ω=Ωm s a a
m j X T
j X
此式告诉我们，采样信号的频谱是由模拟信号的频谱按照采样角频率周期性的延拓形成的，由此得到结论：采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍以上，才不会引起频率混叠。但用此式在计算机上进行计算不大方便，下面我们将导出另外一个公式，以便在计算机上进行实验。
对模拟信号)(t x a 进行理想采样的公式如下式：
?()()()a a n x
t x t t nT δ∞
=-∞
=-∑
（1）
对上式进行傅立叶变换，得到：
dt e t x
j X t j a a
Ω-∞
∞
-?
=Ω)(?)(? [()
()]j t
a n x t t nT e
dt δ∞
∞-Ω-∞
=-∞
=
-∑
?
将上式的积分号和求和号交换次序，得到：
?()()()j t
a
a n X j x t t nT e
dt δ∞
∞-Ω-∞
=-∞
Ω=-∑?
（2）
在上式的积分号内，只有当t=nT 时，才有非零值，因此：
?()()j nT
a
a n X j x nT e
∞
-Ω=-∞
Ω=∑
式中，)(nT x a 在数值上等于由采样得到的时域离散信号)(n x ，如果再将T ω=Ω代入，得到：
?()()j n
a
n X j x n e
ω∞
-=-∞
Ω=∑
（3）
上式的右边就是序列的傅立叶变换()j X e ω，即：
?()()j a
T
X j X e ωω=ΩΩ= （4）
上式说明采样信号的傅立叶变换可用相应的序列的傅立叶变换得到，只要将自变量ω用
T Ω代替即可。
这里有个问题要解释，采样信号的频谱)(?Ωj X a
是将模拟信号的频谱按照采样角频率为周期，进行周期延拓形成的，而序列的傅立叶变换是以π2为周期，这里是否一致？答案是肯定的。因为按照公式2/s T f f ωπ=Ω=，当s f f =时，2ωπ=，因此序列的傅立叶变换以π2为周期，转换到模拟域就是以采样频率s f 为周期。另外，2/s f f =是)(?Ωj X a
的折叠频率，如果产生频率混叠，就是在该处附近发生，在数字域中，就是ωπ=附近易产生频率混叠。
有了以上的公式和概念，就可以用计算机研究对模拟信号的采样定理。
三、实验仪器及设备
计算机、MA TLAB 软件。
四、实验内容和步骤
1．给定模拟信号如下：
)()sin()(0t u t Ae
t at
a x Ω=-
假设式中128.444=A ，250=α，s rad /2500π
=Ω，将这些参数代入式中，对
)(t x a 进行傅立叶变换，得到)(Ωj X a ，并可画出它的幅频特性f jf X a ~)(；根据该曲线可以
选择采样频率。
2．按照选定的采样频率对模拟信号进行采样，得到时域离散信号)(n x ：
)()sin()()(0nT u nT Ae
nT x n x anT
a Ω==-
这里给定采样频率如下：
s f =1 kHz 、300 Hz 、200 Hz 。分别用这些采样频率形成时域离散信号，按顺序分别用)(1n x 、
)(2n x 、)(3n x 表示。选择观测时间50=p T ms 。
3．计算)(n x 的傅立叶变换()j X e
ω
：
1
00
()[()]sin()i i
n anT j j n
i n X e FT x n Ae
nT e
ω
ω---===
Ω∑
（5）
式中，=i 1，2，3，分别对应三种采样频率的情况
???
?
?===
s T s T s T 2001,3001,10001321。采样点数以下式计算： p i i
T n T =
（6）
式中， ω是连续变量。为用计算机进行数值计算，改用下式计算：
1
00
()[()]sin()i k
k n j j n
anT
M i n X e
D F T x n A e
nT e
ωω---===
Ω∑
（7）
式中，2k k M
πω=，k =0，1，2，3，…，M -1；M=64。可以调用MA
TLAB 函数fft 计算(7)式。
4．打印三种采样频率的幅度曲线()~k
j k X e ωω，k =0，1，2，3，…，M -1；M=64。
下面对实验用MA TLAB 函数进行介绍： 1．fft
功能：一维快速傅立叶变换（FFT ）。
Xk=fft(xn ，N)：采用FFT 算法计算序列向量xn 的N 点DFT 。缺省N 时，fft 函数自动按xn 的长度计算xn 的DFT 。当N 为2的整数次幂时，fft 按基2算法计算，否则用混合基算法。
2．ifft
功能：一维快速逆傅立叶变换（IFFT ）。 调用格式：与fft 相同。
五、注意事项和要求
与试验一《离散时间信号与系统的傅立叶分析》中注意事项和要求相同。
六、作业及预习要求
1．简述实验原理。
2．针对三种采样频率情况，进行分析讨论。 3．写出主要结论。
七、参考书目
《数字信号处理》（第二版），丁玉美、高西全，西安电子科技大学出版社，2001年。 《MATLAB 在数字信号处理中的应用》，薛年喜，清华大学出版社，2003年。
实验三：用DFT （FFT ）对时域离散信号进行频谱分析 学时安排：2学时
实验类别：验证性 实验要求：必做
￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ 一、教学目的和任务
1． 进一步加深DFT 算法原理和基本性质的理解(因为FFT 只是DFT 的一种快速算法， 所以
FFT 的运算结果必然满足DFT 的基本性质)。
2．掌握DFT （FFT ）对时域离散信号进行频谱分析的方法。
二、实验原理介绍
1、DFT 和FFT 原理：
长度为N 的序列x(n)的离散傅立叶变换为X(k)：
∑-=-==
1
1
,....,0,)()(N n nk
N
N k W
n x k X
首先按n 的奇偶把时间序列x(n)分解为两个长为N/2点的序列：
x n x r 12()()= r=0，1，...，N/2-1 x n x r 221()()=+ r=0，1，...，N/2-1
则x(n)的DFT 为X(k)
X k x n W x r W x r W x r W
x r W W n N N kn
r N N
kr r N N
k r r N N
kr r N N kr
N
k
()()()()()()//()
//=
=++=
+
=-=-=-+=-=-∑
∑
∑
∑
∑
01
021
2021
210
21
120
21
22221
由于W
e
e
W N
kr j N
Kr
j
N kr
N kr
22222
2===--ππ//，故有：
X k x r W
W
x r W X k W X k k N r N N kr N
k r N N kr
N k
()()()()()
,,...,/////=
+=+=-=-=-∑
∑
21
12
21
22
120121
其中X 1(k) 和X 2(k)分别为x 1(n) 和x 2(n)的N/2点DFT 。因为X 1(k) 和X 2(k)均是以N/2为周期的，且W W N
k N N k
+=-/2
。因此可将N 点DFT X(k)分解为下面的形式：
X k X k W X k N k
()()()=+12 k=0，1，...，N/2-1
X k N X k W X k N k
()()()
+
=-2
12 k=0，1，...，N/2-1
通过上面的推导可以看出，N 点的DFT 可以分解为两个N/2点的DFT ，每个N/2点的DFT 又可以分解为两个N/4点的DFT 。依此类推，当N 为2的整数次幂时(M
N 2
=)，由于每分解一次
降低一阶幂次，所以通过M 次的分解，最后全部成为一系列2点DFT 运算。以上就是按时间抽取的快速傅立叶变换(FFT)算法。
序列X(k)的离散傅立叶反变换为：
x n N
X k W n N N
nk
k N ()(),
,....,=
=--=-∑
101
1
离散傅立叶反变换与正变换的区别在于W N 变为W N -1
，并多了一个1/N 的运算。因为W N 和W N
-1
对于推导按时间抽取的快速傅立叶变换算法并无实质性区别，因此可将FFT 和快速傅立叶反变换（IFFT ）算法合并在同一个程序中。 2、MATLAB 中计算DFT(FFT)的函数
函数fft 用来求序列的DFT ，调用格式为：[X k ]=fft(x,N) 其中x 为有限长序列，N 为序列x 的长度，X k 为序列x n 的DFT 。
函数ifft 用来求IDFT ，调用格式为：[x]=ifft(X k ,N) 其中，X k 为有限长序列，N 为序列
X k 的长度，x 为序列X k 的IDFT 。 三、实验仪器及设备
计算机、MA TLAB 软件。
四、实验内容和步骤
（1） 复习DFT 的定义、 性质和用DFT 作谱分析的有关内容。 （2） 用MA TLAB 编制程序产生以下典型信号供谱分析用：
14234n
5()()1,
03()847
0403()3
47
0()cos
4
()100.8 0n 8x n R n n n x n n
n n n x n n n x n n
x n π
=?+≤≤?
=-≤≤???-≤≤??
=-≤≤???==?≤≤（）
（3）分别以变换区间N ＝8，16，32对14()()x n R n =进行DFT （FFT ），画出相应的幅频特性曲
线；
（4）分别以变换区间N ＝8，16对23()()x n x n 、分别进行DFT （FFT ），画出相应的幅频特性曲
线；
（5）分别以变换区间N＝4，8，16，对
4()
x n进行DFT（FFT），画出相应的幅频特性曲线；
（6）① 将x
5
(n)分解成xep(n)和xop(n)，分别作出xep(n)和xop(n)的时域曲线；
② 分别画出DFT［xep(n)］、DFT［xop(n)］、Re［X(k)］、Im［X(k)］相应的幅频特性曲线；（7）按以上实验内容要求，上机实验，并写出实验报告。
五、注意事项和要求
与试验一《离散时间信号与系统的傅立叶分析》中注意事项和要求相同。
六、作业及预习要求
1.思考题：
（1）用实验内容中的（3）分析DFT的变换区间对频域分析的作用，并说明DFT的物理意义？
（2）对于实验内容（4），分析当N＝8时两个信号的幅频特性为什么一样？而N=16时又不一样？
（3）实验内容（6）的图说明了DFT的什么重要特性？
2.预习DFT（FFT）对连续信号进行频谱分析的方法。
七、参考书目
《数字信号处理》（第二版），丁玉美、高西全，西安电子科技大学出版社，2001年。
《MA TLAB在数字信号处理中的应用》，薛年喜，清华大学出版社，2003年。
实验四：用DFT（FFT）对连续信号进行频谱分析学时安排：2学时
实验类别：验证性实验要求：选做
￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣一、教学目的和任务
1．掌握用DFT（FFT）对模拟信号进行谱分析的方法，理解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT。
2．熟悉应用FFT实现两个序列的线性卷积的方法。
二、实验原理介绍
1．用DFT（FFT）对连续信号进行频谱分析
用DFT（FFT）对模拟信号做谱分析是一种近似的谱分析。首先一般的模拟信号(周期信号除外)的频谱是连续谱，而用FFT做谱分析得到的是数字谱，因此应该取FFT的点数多一些，用它的包络作为模拟信号的近似谱。另外，如果模拟信号不是严格的带限信号，会因为频谱混叠现象引起谱分析的误差，这种情况下可以预先将模拟信号进行预滤，或者尽量将采样频率取高一些。最后要注意一般的模拟信号是无限长的，分析时要截断，截断的长度与对模拟信号进行频谱分析的分辨率有关。如果要进行谱分析的模拟信号是周期信号，最好选择观测时间是信号周期的整数倍，如果不知道信号的周期，要尽量选择观测时间长一些，以减少截断效应的影响。
在运用DFT（FFT）对模拟信号进行谱分析的过程中主要可能产生以下三种误差：
(1) 混叠现象
对模拟信号进行谱分析时首先要对其采样，当采样速率不满足Nyquist定理时，就会发生频谱混叠，使得采样后的信号序列频谱不能真实的反映原模拟信号的频谱。
避免混叠现象的唯一方法是保证采样速率足够高，使频谱混叠现象不致出现，即在确定采样频率之前，必须对频谱的性质有所了解，在一般情况下，为了保证高于折叠频率的分量不会出现，在采样前，先用低通模拟滤波器对信号进行滤波。
(2) 截断效应
实际中我们往往用截短的序列来近似很长的甚至是无限长的序列，这样可以使用较短的DFT 来对信号进行频谱分析，这种截短等价于给原信号序列乘以一个矩形窗函数，也相当于在频域将信号的频谱和矩形窗函数的频谱卷积，所得的频谱是原序列频谱的扩展。
泄漏不能与混叠完全分开，因为泄漏导致频谱的扩展，从而造成混叠。为了减少泄漏的影响，可以选择适当的窗函数使频谱的扩散减至最小。
(3) 栅栏效应
DFT是对单位圆上Z变换的均匀采样，所以它不可能将频谱视为一个连续函数，就一定意义上看，用DFT来观察频谱就好像通过一个栅栏来观看一个图景一样，只能在离散点上看到真实的频谱，这样就有可能发生一些频谱的峰点或谷点被“尖桩的栅栏”所拦住，不能被我们观察到。
减小栅栏效应的一个方法就是借助于在原序列的末端填补一些零值，从而变动DFT 的点数，这一方法实际上是人为地改变了对真实频谱采样的点数和位置，相当于搬动了每一根“尖桩栅栏”的位置，从而使得频谱的峰点或谷点暴露出来。
2．用FFT 计算线性卷积
用FFT 可以实现两个序列的圆周卷积。在一定的条件下，可以使圆周卷积等于线性卷积。一般情况，设两个序列的长度分别为N 1和N 2，要使圆周卷积等于线性卷积的充要条件是FFT 的长度N （N≥N 1＋N 2 ） 对于长度不足N 的两个序列，分别将他们补零延长到N 。当两个序列中有一个序列比较长的时候，我们可以采用分段卷积的方法。有两种方法：
重叠相加法：将长序列分成与短序列相仿的片段，分别用FFT 对它们作线性卷积，再将分段卷积各段重叠的部分相加构成总的卷积输出。
重叠保留法：这种方法在长序列分段时，段与段之间保留有互相重叠的部分，在构成总的卷积输出时只需将各段线性卷积部分直接连接起来，省掉了输出段的直接相加。
3．MATLAB 中计算DFT(FFT)的函数
用函数U=fft （u ，N ）和u=ifft （U ，N ）计算N 点序列的DFT 正、反变换。
三、实验仪器及设备
计算机、MA TLAB 软件。
四、实验内容和步骤
(1) 复习用DFT （FFT ）对连续信号进行频谱分析的误差问题 以及用DFT （FFT ）进行线性卷积的
方法 。
(2) 用MATLAB 编制程序产生以下实验信号：
123()() =1.5m s
()sin(2/8) f ()cos 8cos16cos 20x t R t x t ft x t t t t
ττπππππ==+=++频率自己选择 (3)分别对以上三种模拟信号选择采样频率和采样点数：
<1> 对1()() x t R t τ=，选择采样频率f s =4k 、8k 、16k Hz ，采样点数用s f τ?计算。 <2> 对2()sin(2/8)x t ft ππ=+，频率f 自己选择，采样频率4s f f =，观测时间
0.5,,2T T T =p T 采样点数用s T f ?计算。
<3> 对3()cos 8cos16cos 20x t t t t πππ=++，选择采样频率64s f H Z =，采样点数分
别为16、32、64。分别将它们转换成序列，顺序用123()()()x n x n x n 、、表示，再分别将它们进行FFT （如果采样点数不满足2的整数幂，可以通过序列尾部加零满足）并画出各自的幅频特性曲线。
（4）利用DFT 的方式计算下面两序列的线性卷积：
{}21121121)(0，，，，，，，）
（==n n x ，
{}02310)(0，，，，）
（==n n h 。 五、注意事项和要求
与试验一《离散时间信号与系统的傅立叶分析》中注意事项和要求相同。
六、作业及预习要求
1．思考题：
（1）根据实验中三种不同信号的频谱图，说明参数的变化对信号频谱产生哪些影响？ （2）基2 FFT 相对于DFT 在运算速度上有什么改进？ 2．预习IIR 数字滤波器设计。
七、参考书目
《数字信号处理》（第二版），丁玉美、高西全，西安电子科技大学出版社，2001年。
《MA TLAB 在数字信号处理中的应用》，薛年喜，清华大学出版社，2003年。
实验五：IIR 数字滤波器设计 学时安排：2学时
实验类别：验证性 实验要求：必做
￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ 一、教学目的和任务
1．熟悉用双线性变换法设计IIR 数字滤波器的原理和方法； 2．了解用脉冲响应不变法设计IIR 数字滤波器的原理和方法；
3．掌握双线性变换及脉冲响应不变法设计的滤波器的频域特性，了解双线性变换法及脉冲响应不变法的特点；
4．掌握数字滤波器的计算机仿真方法。
二、实验原理介绍
IIR 数字滤波器的系统函数为1z -的有理分式：
1
1
1
()1N
k
k N
k
k b
z
H z a
z
-=-==
+
∑∑
设计IIR 滤波器的系统函数，就是要确定()H z 的阶数N 及分子分母多项式的系数k a 和k b ，使其()()j j z e H e
H z ωω
==满足指定的频率特性。
由于模拟滤波器的设计有许多简单而严谨的设计公式和大量的图表可以利用，因此IIR 滤波器设计的方法之一是：先设计一个合适的模拟滤波器，然后将模拟滤波器通过适当的变换转换成满足给定指标的数字滤波器。
1、Butterworth 模拟低通滤波器
幅度平方函数： 2
21()1a N
c H j Ω=
??
Ω+ ?
Ω??
其中，N 为滤波器的阶数，c Ω为通带截止频率。
2．Chebyshev 模拟低通滤波器
2
2
2
1
()
1(
)
a N c
H j C εΩ=
Ω+Ω幅度平方函数：
3、脉冲响应不变法原理
用数字滤波器的单位脉冲响应序列h(n)逼近模拟滤波器的冲激响应()a h t ，让h(n)正好等于
()a h t 的采样值，即：()()a h n h nT =
其中，T 为采样间隔。
如果以()a H s 和H(z)分别表示()a h t 的拉氏变换及h(n)的Z 变换，则：
12?()
()sT
a
a z e
k H z H s H s j k T
T π∞
==-∞
?
?==-
???∑
4、双线性变换法原理
双线性变换法是通过两次映射采用非线性频率压缩的方法，将整个频率轴上的频率范围压缩到±π/T之间，再用sT
=转换到z平面上，从而使数字滤波器的频率响应与模拟滤波器的频
z e
率响应相似。
5、设计IIR数字滤波器的步骤
1）确定数字滤波器的通带频率、阻带频率，通带最大衰减和阻带最小衰减。
2）计算对应的模拟低通滤波器的频率。
3）确定模拟低通滤波器的阶数N和3dB截止频率
Ω。
c
4）模拟低通滤波器的系统函数H（s）。
5）由H（s）经过反归一化、脉冲响应不变法和双线性变换法确定数字低通滤波器的系统函数H(z)。
6）设计其它形式的滤波器时，由模拟低通到所需类型滤波器的频率域变换直接得到。
6*、MA TLAB中用于IIR数字滤波器设计的函数
1）滤波器的特性分析
①Freqz函数：求解数字滤波器的频率响应
[h,w]=freqz(b,a,n)：返回数字滤波器的n点复频率响应，输入参数b和a分别是滤波器系数的分子和分母向量；输出参数h是复频率响应，w是频率点。输入参数n默认是512。
Freqz(b,a,…)：没有输出参数，直接在当前窗口中绘制频率响应的幅频响应和相频响应。
②Freqs函数：求解模拟滤波器的频率响应
[h,w]=freqz(b,a,n)：返回模拟滤波器的n点复频率响应，输入参数b和a分别是滤波器系数的分子和分母向量；输出参数h是复频率响应，w是频率点。输入参数n默认是512。
③Abs、angle函数：分别用于从复频域响应数据中提取幅值信息和相位信息
④Zplane函数：绘制系统的零极点图
zplane(z,p)：以单位圆为基准；z为系统的零点向量，图中用o表示；p为系统的极点向量，图中用x表示。
zplane(b,a)：输入参数为系统传递函数的分子向量和分母向量。
2）
wp：归一化的通带截止频率；ws：归一化的阻带截止频率
rp：通带最大衰减量；rs：阻带最小衰减量
n：返回符合要求的滤波器阶数；wn：返回滤波器的截止频率
4）模拟滤波器的离散化
①Impinvar函数：模拟滤波器变换成数字滤波器的脉冲响应不变法
[bz,az]=impinvar(b,a,fs)：将模拟滤波器(b,a)变换成数字滤波器(bz,az)；输入参数fs是对模拟滤波器频率响应的采样，默认为1。
②bilinear函数：模拟滤波器转换为数字滤波器的双线性变换法
[zd,pd,kd]=bilinear(z,p,k,fs)：将采样零极点模型表达的模拟滤波器转换为数字滤波器。列向量zd为零点向量，列向量pd为极点向量，kd为系统增益，fs是指定的采样频率。
[numd,dend]=bilinear(num,den,fs)：将采用传递函数模型表达的模拟滤波器转换为数字滤波器。
[ad,bd,cd,dd]=bilinear(a,b,c,d,fs)：将采用状态空间模型表达的模拟滤波器转换为数字滤波器。5
器，通带为w1≤ω≤w2。
返回滤波器的分子分母多项式的系数，b为分子系数向量、a为分母系数向量（降幂排列）。
三、实验仪器及设备
计算机、MA TLAB软件。
四、实验内容和步骤
1、实验内容
分别用脉冲响应不变法、双线性变换法及直接调用MA TLAB设计函数设计一个Butterworth 低通滤波器。设计指标参数为：在通带内频率低于0.2π时，最大衰减小于1dB；在阻带内[]
0.3,
ππ频率区间上，最小衰减大于15dB。
2、实验步骤
1）复习有关Butterworth模拟滤波器设计和用脉冲响应不变法、双线性变换法设计IIR数字滤波器的内容。
2）按照实验内容编写滤波器仿真程序，完成滤波器的设计。
3）分别观察所设计数字滤波器的幅频特性曲线，检查是否满足要求，比较这两种方法的优缺点，并完成实验报告。
五、注意事项和要求
与试验一《离散时间信号与系统的傅立叶分析》中注意事项和要求相同。
六、作业及预习要求
思考题：
用双线性变换法设计数字滤波器过程中，变换公式
1
1
21
1
z
s
T z
-
-
-
=
+
中T的取值，对设计结果
有无影响？为什么？
七、参考书目
《数字信号处理》（第二版），丁玉美、高西全，西安电子科技大学出版社，2001年。
《MA TLAB在数字信号处理中的应用》，薛年喜，清华大学出版社，2003年。
实验六：FIR数字滤波器的设计学时安排：2学时
实验类别：设计性实验要求：必做
￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣一、教学目的和任务
1．掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。
2．熟悉线性相位数字滤波器的特性。
3．了解各种窗函数对滤波特性的影响。
4．掌握对输入信号滤波的方法。
二、实验原理介绍
1．线性相位FIR DF的特性
FIR数字滤波器相对于IIR数字滤波器的最大优点是能够做到严格线性相位。当FIR滤波器具有严格的线性相位时，系统的单位脉冲响应h(n)满足下述条件：
=±--
()(1)
h n h N n
针对单位脉冲响应h(n)满足奇对称或偶对称，FIR滤波器的h(n)长度为奇数或偶数，线性相位FIR滤波器的幅频特性共分成四种情况：
通信原理实验指导书 上册（仿真部分） 计算机工程系通信教研室 2008.9
实验一 模拟线性调制系统仿真实验 一、 实验目的 1、 理解模拟线性调制的基本原理； 2、 验证常规AM 调制和DSB 调制计算机仿真方法。 二、 实验原理 1．AM 调制原理 任意AM 已调信号可以表示为S am (t)=c(t)m(t) 当)()(0t f A t m +=；)cos()(0θω+=t t c c 且A 0不等于0时称为常规调幅，其时域表达式为： )cos()]([)()()(00θω++==t t f A t m t c t s c am A 0是外加的直流分量，f(t)是调制信号，它可以是确知信号也可以是随机信号，为方便起见通常设θ0为 0。 cos(ω0 要使输出已调信号的幅度与输入调制信号f(t)呈线性对应关系，应满足max 0)(t f A ≥，否则会出现过调制现象。 2．DSB 调制原理 在常规调幅时，由于已调波中含有不携带信息的载波分量，故调制效率较低，为了提高调制效率，在常规调幅的基础上抑制载波分量，使总功率全部包含在双边带中，这种调制方式称为抑制载波双边带调制。 任意DSB 已调信号都可以表示为DSB S )()()(t m t c t = 当)()(0t f A t m +=；)cos()(0θω+=t t c c 且A 0等于0时称为抑制载波双边带调制。其时域 表达式为t t f t m t c t s c D SB ωcos )()()()(==；频域表达式为： C D SB F t s ωω+=([)(C F ωω-+()2)]÷ 3．SSB 调制原理 由于滤波法比较简单，主要介绍单边带的移相法形成原理及仿真。 为简便起见，设调制信号为单边带信号f(t)=A m cosωm t ，载波为c(t)=cosωc t 则调制后的双边带时域 波形为： 2/])cos()cos([cos cos )(t A t A t t A t S m c m m c m c m m D SB ωωωωωω-++== 保留上边带，波形为： 2/)sin sin cos (cos 2/])cos([)(t t t t A t A t S m c m c m m c m U SB ωωωωωω-=+= 保留下边带，波形为： 2/)sin sin cos (cos 2/])cos([)(t t t t A t A t S m c m c m m c m LSB ωωωωωω+=-= 上两式中的第一项与调制信号和载波信号的乘积成正比，成为同相分量；而第二项的乘积则是调 制信号与载波信号分别移相900后想乘的结果，称为正交分量。原理图如下：
DONGFANG COLLEGE，FUJIAN AGRICULTURE AND FORESTRY UNIVERSITY 课程名称：数据通信原理 系别：计算机系 年级专业： 2010级电子信息工程 学号： 1050302103 姓名：廖少兵 任课教师：詹仕华成绩： 2012 年12 月25 日
实验项目列表 序号课程名称成绩指导教师 1 模拟信号源实验詹仕华 2 接收滤波器与功放实验詹仕华 3 基带信号的常见码型变换实验詹仕华 4 AMI/HDB3编译码实验詹仕华 5 FSK（ASK）调制解调实验詹仕华6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
实验一模拟信号源实验 实验室名称：_______ 实验设备号：实验时间： 成绩： 模拟信号源实验 1、实验目的和要求 1．了解本模块中函数信号产生芯片的技术参数； 2．了解本模块在后续实验系统中的作用； 3．熟悉本模块产生的几种模拟信号的波形和参数调节方法。 2、实验原理 本模块主要功能是产生频率、幅度连续可调的正弦波、三角波、方波等函数信号（非同步函数信号），另外还提供与系统主时钟同源的2KHZ正弦波信号（同步正弦波信号）和模拟电话接口。在实验系统中，可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用做PAM、PCM、ADPCM、CVSD（ M）等实验的音频信号源。本模块位于底板的左边。 3、主要仪器设备 1．非同步函数信号、同步正弦波信号、模拟电话输入电路 2．时钟与基带数据发生模块，位号：G 3．频率计1台 4．20M双踪示波器1台 5.小电话单机1部 1．非同步函数信号（实物图片如下）
光纤通信技术实验 指导书
光纤通信实验指导书 编写人：王慧敏 审核人：朱东弼 延边大学工学院电子信息通信学科 目录
一、基础实验部分 实验一模拟信号光纤传输实验 (1) 实验二数字信号光纤传输实验 (3) 实验三电话光纤传输系统实验 (5) 实验四图像光纤传输系统实验 (7) 实验五数字光纤通信系统接口码型变换实验 (9) 二、选做实验部分 实验六数字光纤通信系统线路编译码实验 (11) 实验七计算机数据光纤传输系统实验 (14) 三、创新实验部分 实验八数字光纤通信系统综合实验 (16)
实验一模拟信号光纤传输实验 一、实验目的 1.了解模拟信号光纤系统的通信原理 2.了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构 二、实验仪器及材料 1.光纤通信原理实验箱一台 2. 示波器一台 三、预习要求 预习模拟光纤通信系统工作原理 四、实验内容 实验原理 根据系统传输信号不同，光纤通信系统可分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。由于发光二极管和半导体激光器的输出光功率（对激光器来说，是指阈值电流以上线性部分）基本上与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制也呈线性，因此能够直接调制对于半导体激光器和发光二极管来说具有简单、经济和容易实现等优点。进行发光二极管及半导体激光器调制时采用的就是直接调制。
从调制信号的形式来看，光调制可分为模拟信号调制和数字 信号调制。模拟信号调制直接用连续的模拟信号（如话音、模拟图像信号等）对光源进行调制。图1-1就是对发光二极管进行模拟调制的原理图。 连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，适当地选择直流偏置电流的大小，能够减小光信号的非线性失真。电路实现上，LED 的模拟信号调制较为简单，利用其P-I 的线性关系，能够直接利用电流放大电路进行调制，一般来说，半导体激光器很少用于模拟信号的直接调制，半导体激光器模拟调制要求光源线性度很高。而且要求提高光接收机的信噪比比较高。与发光二极管相比，半导体激光器的V-I 线性区较小，直接进行模拟调制难度加大。 本实验经过完成各种不同模拟信号的LED 光纤传输（如正弦波，三角波，外输入音乐信号），了解模拟信号的调制过程及调 I P 图1-1 发光二极管模拟调制原理图
通信系统课程设计实验报告 XX：田昕煜 学号：13081405 班级：通信四班 班级号：13083414 基于FSK调制的PC机通信电路设计
一、目的、容与要求 目的: 掌握用FSK调制和解调实现数据通信的方法,掌握FSK调制和解调电路中相关模块的设计方法。初步体验从事通信产品研发的过程. 课程设计任务：设计并制作能实现全双工FSK调制解调器电路，掌握用Orcad Pspice、Protel99se进行系统设计及电路仿真。 要求：合理设计各个电路，尽量使仿真时的频率响应和其他参数达到设计要求。尽量选择符合标称值的元器件构成电路，正确完成电路调试。 二、总体方案设计 信号调制过程如下： 调制数据由信号发生器产生（电平为TTL，波特率不超过9600Baud），送入电平/幅度调整电路完成电平的变换，再经过锁相环（CD4046）,产生两个频率信号分别为30kHz和40kHz（发“1”时产生30kHz方波，发“0”时产生40kHz方波），再经过低通滤波器2，变成平滑的正弦波，最后通过线圈实现单端到差分信号的转换。
信号的解调过程如下： 首先经过带通滤波器1，滤除带外噪声，实现信号的提取。在本设计中FSK 信号的解调方式是过零检测法。所以还要经过比较器使正弦信号变成方波，再经过微分、整流电路和低通滤波器1实现信号的解调，最后经过比较器使解调信号成为TTL电平。在示波器上会看到接收数据和发送数据是一致的。 各主要电路模块作用： 电平/幅度调整电路：完成TTL电平到VCO控制电压的调整； VCO电路：在控制电压作用下，产生30KHz和40KHz方波； 低通2：把30KHz、40KHz方波滤成正弦波； 线圈：完成单端信号和差分信号的相互转换； 带通1：对带外信号抑制，完成带信号的提取； 限放电路：正弦波整形成方波，同时保留了过零点的信息； 微分、整流、脉冲形成电路：完成信号过零点的提取； 低通1：提取基带信号，实现初步解调； 比较器：把初步解调后的信号转换成TTL电平 三、单元电路设计原理与仿真分析 (1)带通1(4阶带通)-- 接收滤波器（对带外信号抑制，完成带信号的提取） 要求通带：26KHz—46KHz，通带波动3dB； 阻带截止频率：fc＝75KHz时，要求衰减大于10dB。经分析，二级四阶巴特沃斯带通滤波器来提取信号。 具体数值和电路见图1仿真结果见图2。
目录 系统简介 (2) 实验部分 实验一数字信源及其光纤传输实验 (5) 实验二 HDB3编译码及其光纤传输实验 (11) 实验三 CMI编译码及其光纤传输实验 (20) 实验四光发送模块实验 (28) 实验五光接收模块实验 (35) 实验六数字信号电—光、光—电转换传输实验 (39) 1）方波信号和NRZ码传输； 2）CMI码传输； 3）HDB3码传输； 实验七波分复用（WDM）光纤通信系统实验 (43) EL-GT-IV光纤通信教学实验系统简介 光纤通信教学实验系统是为了配合《光纤通信系统》的理论教学而设计的实验装置，在这套系统上除了完成理论验证实验外，还可实现各种开发性实验，并可配合CPLD进行各模块的二次性开发。此外本实验箱，可扩展实验模块，实现通信原理的实验。 一、结构简介 光纤通信教学实验系统结构框图如下: 1310光纤收发模块1550光纤收发模块
主要由以下功能模块组成： 1.数字信号源单元: 此单元产生码速率为170.5K的单极性不归零码（NRZ），数字信号帧长为24位，其中包括两路数字信息，每路8位，另外8位中的7位为集中插入帧同步码。通过拨码开关，可以很方便地改变要传送的码信息并由发光二极管显示出来。 2.AMI（HDB3）编译码单元: 此单元将数字信号源单元产生的NRZ码进行编码，通过专用芯片转换成HDB3码或AMI码通过切换开关切换，然后将编码后的信号又经过译码单元还原成NRZ码。 3.电话接口单元 此单元有两路独立的电话输入接口、输出接口，通过专用电话接口芯片实现语音的全双工通信。自带馈电电源。 4.PCM&CMI编译码单元； 此单元采用CPLD来实现PCM&CMI编译码电路，可同时完成两路信号的编译码工作。PCM模块可以实现传输两路语音信号，采用TP3057编译器。 5.可调信号源单元: 此单元包括两路频率800HZ—2KHZ可调的方波、正弦波、三角波。 6.串行RS232接口单元: 此单元配有RS232接口及信号端口TX和RX，可实现自发自收通信实验，两台计算机间的全双工光纤通信实验。 7.1310波长光发送单元: PHLC-1310nmFP同轴激光二极管。 8.1550波长光发送单元: PHLC-1310nmFP同轴激光二极管。 9.1310波长光接受单元: 10.1550波长光接受单元: 主要完成光电信号的转换，小信号的检测与信号的恢复放大等功能。它主要有光检测模块、滤波放大模块组成。光检测模块采用PHPC-IS01-PFC，是PHOTRON公司的高性能光检测器件，输出可从DC到1GHZ。 11.数字时分复用光纤传输实验
网络与数据通信实验报告 指导老师：李艳 姓名：胡嘉懿（1110200302） 周敏（1110200311）
实验1 网络协议分析Ethereal 1.ARP帧解析 ·帧1(线路上传输60字节，俘获60字节) 到达时间：2004年5月7日00:35:13.802398000 与上一帧的时间差：0.000000000秒 与第一帧的时间差：0.000000000秒 帧序号：1 数据包长度：60字节 俘获长度：60字节 ·以太网Ⅱ，源地址：00:0d:87:f8:4c:f9，目的地址：ff:ff:ff:ff:ff:ff(MAC地址) 目的地址：ff:ff:ff:ff:ff:ff(广播) 源地址：00:0d:87:f8:4c:f9(192.168.0.44) 类型：地址转换协议ARP(Ox0806) 尾部：000000000
·地址转换协议 ·硬件类型(Hardware type)：16位，定义ARP实现在何种类型的网络上，以太网的硬件类型值为Ox0001，图中为以太网Ox0001 ·协议类型(Protocol type)：16位，定义使用ARP/RARP的协议类型，IPv4类型值为Ox0800，图中为IP Ox0800 ·硬件地址长度(Hardware size)：1字节，以字节为单位定义物理地址的长度，图中为6 ·协议地址长度(Protocol size)：1字节，以字节为单位定义协议地址的长度，图中为4 ·操作类型(Opcode)：16位，定义报文类型，1为ARP请求，2为ARP应答，3为RARP 请求，4为RARP应答，图中为请求(Ox0001) ·发送方MAC地址(Sender MAC address)：6字节，发送方的MAC地址，图中为00:0d:87:f8:4c:f9 ·发送方IP地址(Sender IP address)：4字节，发送方的IP地址，RARP请求中不填此字段图中为192.168.0.44 ·目的MAC地址(Target MAC address)：6字节，ARP请求中不填此字段（待解析），图中为00:00:00:00:00:00 ·目的协议地址(Target IP address)：4字节，长度取决于协议地址长度，长度一共28字节，图中为192.168.80.1
目录 移动通信系统实验指导 (1) 实验一：AWGN信道中BPSK调制系统的 BER仿真计算 (2) 实验二：移动信道建模的仿真分析 (4) 实验三： CDMA通信系统仿真 (5)
移动通信系统实验指导 上机实验是移动通信课程的重要环节，它贯穿于整个“移动通信”课程教学过程中。本课程的实验分为3个阶段进行，它要求学生根据教科书的内容，在MATLAB仿真平台上并完成相应系统及信道建模仿真，帮助学生直观的了解移动通信系统的相关工作原理。最后要求学生根据实验内容完成实验报告。 试验的软件环境为Microsoft Windows XP + MATLAB。
实验一：AWGN信道中BPSK调制系统的 BER仿真计算 一、实验目的 1．掌握二相BPSK调制的工作原理 2．掌握利用MATLAB进行误比特率测试BER的方法 3．掌握AWGN信道中BPSK调制系统的BER仿真计算方法 二、实验原理 1．仿真概述及原理 在数字领域进行的最多的仿真任务是进行调制解调器的误比特率测试，在相同的条件下 进行比较的话，接收器的误比特率性能是一个十分重要的指标。误比特率的测试需要一个发送器、一个接收器和一条信道。首先需要产生一个长的随机比特序列作为发送器的输入，发送器将这些比特调制成某种形式的信号以便传送到仿真信道，我们在传输信道上加上一定的可调制噪声，这些噪声信号会变成接收器的输入，接收器解调信号然后恢复比特序列，最后比较接收到的比特和传送的比特并计算错误。 误比特率性能常能描述成二维图像。纵坐标是归一化的信噪比，即每个比特的能量除以噪声的单边功率谱密度，单位为分贝。横坐标为误比特率，没有量纲。
精品文档 雷达原理实验指导书 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院 2013年3月
精品文档 目录 雷达原理实验课的任务和要求 (1) 雷达原理实验报告格式 (2) 实验一雷达信号波形分析实验 (3) 雷达信号波形分析实验报告 (5) 实验二. 数字式目标距离测量实验 (6) 数字式目标距离测量实验报告 (8)
雷达原理实验课的任务和要求 雷达原理实验课的任务是：使学生掌握雷达的基本工作原理和雷达测距、测角、测速的基本方法和过程；掌握雷达信号处理的基本要求，为了达到上述目的,要求学生做到： 1.做好实验前准备工作 预习是为做好实验奠定必要的基础，在实验前学生一定要认真阅读有关实验教材，明确实验目的、任务、有关原理、操作步骤及注意事项，做到心中有数。 2.严谨求实 实验时要求按照操作步骤进行，认真进行设计和分析，善于思考，学会运用所学理论知识解释实验结果，研究实验中出现的问题。 3.遵从实验教师的指导 要严格按照实验要求进行实验，如出现意外，要及时向老师汇报，以免发生意外事故。 4.注意安全 学生实验过程中，要熟悉实验室环境、严格遵守实验室安全守则。 5.仪器的使用 使用仪器前要事先检查仪器是否完好，使用时要严格按照操作步骤进行，如发现仪器有故障，应立即停止使用，报告老师及时处理，不得私自进行修理。 6.实验报告 实验报告包括下列内容：实验名称、实验日期、实验目的、简要原理、主要实验步骤的简要描述、实验数据、计算和分析结果，问题和讨论等。
雷达原理实验报告格式 一、封皮的填写： （1）实验课程名称：雷达原理 （2）实验名称：按顺序填写 （3）年月日： 二、纸张要求：统一采用A4大小纸张，左侧装订，装订顺序与实验顺序一致。 三、书写要求： （1）报告除实验图像必须打印外，其余可手写。 （2）实验结果图位于实验结果与分析部分，图像打印于纸张上部，下部空白处写实验分析。 （3）报告中图要有图序及名称，表要有表序及名称，每个实验的图序和表序单独标号（例如图1.1脉冲信号仿真波形；表1-1 几种信号的。。。）。 不合格者扣除相应分数。 （4）每个实验均需另起一页书写。 四、关于雷同报告：报告上交后，如有雷同，则课程考核以不及格处理。（每个实验均已列 出参数可选范围，不能出现两人所有参数相同情况）
. 通信综合实训系统实验 （程控交换系统实验） 学生姓名 学号 专业班级通信工程班 指导老师 年月日
实验1 局内呼叫处理实验 一、实验目的 1.通过对模拟用户的呼叫追踪，加深对程控交换机呼叫处理过程的理解； 2.掌握程控交换机配置数据的意义及原理； 3.根据设计要求，完成对程控交换机本局数据的配置。 二、实验内容 1.学习ZXJ10程控交换机本局数据配置方法； 2.模拟用户动态跟踪，深入分析交换机呼叫流程； 3.按照实验指导书的步骤配置本局数据，电话号码7000000～7000023分配到ASLC板 卡的0～23端口，并用7000000拨打7000001电话，按照实验指导书方法创建模拟用户呼叫跟踪，观察呼叫动态迁移，理解单模块呼叫流程。 4.本局数据配置需要配置如下： 局信息配置 局容量数据配置 交换局配置 物理配置 号码管理、号码分析 三、实验仪器 程控交换机1套 维护终端若干 电话机若干 四、实验步骤 （一）、启动后台维护控制中心 启动程控交换机网管终端计算机，点击桌面快捷方式的，启动后的维护控制中心如下图2-1(利用众友开发软件CCTS可省略该步骤)： （二）、启动操作维护台 选中后台维护系统控制中心，单击右键，选中【启动操作维护平台】,出现如下的对话框，输入操作员名【SYSTEM】,口令为空，单击【确定】后，将会登陆操作维护系统。
（三）、告警局配置 打开“系统维护（C）”----“告警局配置（B）”,点击“局信息配置（B）”后，弹出如下界面。 输入该局的区号532，局号1，然后点击【写库】。 (四)、局容量数据配置 打开【基本数据管理】－【局容量数据配置】,点击后弹出如下操作界面（分别进行全局容量、各模块容量进行规划设置），点击【全局规划】,出现如下的对话框. 点击【全部使用建议值】,当前值自动填上系统默认的数值，点击【确定】后返回容量规划界面，点击【增加】, 模块号2，MP内存128，普通外围、远端交换模块，填写完，点击【全部使用建议值】。 （五）、交换局配置 在后台维护系统打开［数据管理→基本数据管理→交换局配置］弹出如下的对话框，按照图示，只填写【本交换局】－【交换局配置数据】，点击设置。 （六）、物理配置 在后台维护系统打开［数据管理→基本数据管理→物理配置］:
光纤光缆性能测试技术实验指导书 姚燕李春生 北京邮电大学机电工程实验教学中心 2006.5
实验一 数字发送单元指标测试实验 一、实验目的 1、了解数字光发端机输出光功率的指标要求 2、掌握数字光发端机输出光功率的测试方法 3、了解数字光发端机的消光比的指标要求 4、掌握数字光发端机的消光比的测试方法 二、实验内容 1、测试数字光发端机的输出光功率 2、测试数字光发端机的消光比 3、比较驱动电流的不同对输出光功率和消光比的影响 三、预备知识 1、输出光功率和消光比的概念 四、实验仪器 1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台 2、FC接口光功率计 1台 3、FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根 4、万用表 1台 5、850nm光发端机（可选） 1个 6、ST/PC-FC/PC多模光跳线（可选） 1根 7、连接导线 20根 五、实验原理 光发送机是数字光纤通信系统中的三大组成部分（光发送机、光纤光缆、光接受机）之一。其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号，并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形从光源器件组件的尾纤发射出去。 光发送机的指标有如下几点： 1、输出光功率：输出光功率必须保持恒定，要求在环境温度变化或LD器件老化的过程中，其输出光功率保持不变，或者其变化幅度在数字光纤通信工程设计指标要求的范围内，以保证其数字光纤通信系统能长期正常稳定运行。 输出光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机二进制序列作为测试信号，用光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的输出光功率。 输出光功率测试连接如图1-1所示。 图1-1 输出光功率测试连接示意图 根据CCITT标准，信号源输出信号为表1-1所规定的要求。 表1-1 信号源输出信号要求 数字率（kbit/s） 伪随机测试信号 2048 215－1
《Linux网络编程》实验指导书 信息对抗教研室编写 2016年2月
实验一基本Socket套接字编程接口实验（2学时） 实验类别：基本实验 实验目的： 1、Linux操作系统熟悉 2、掌握Linux基本命令使用 3、掌握Linux程序编写、编译、调试方法 4、熟悉Socket基本网络相关函数 实验内容： 1、安装虚拟机Linux，熟悉开发环境 2、使用常用Linux命令，熟悉命令操作 3、熟悉基本网络操作函数接口 4、编写程序测试各个函数 实验步骤 1、安装VS2005或高版本。如果实验室不能安装，可以在自己计算机上安装。 2、安装成功后，打开VS，熟悉菜单、控件及界面组成 3、新建WEB工程，加入一些控件，编写简单代码，并运行（用浏览器浏览） 4、插入JavaScript代码，并执行 5、利用MSDN查找资料 实验要求 1、实验报告中需要记录操作过程 2、记录自己编写的代码，运行结果 3、实验报告最后必需有总结与分析
实验类别：基本实验 实验目的： 1、熟悉TCP编程相关函数 2、掌握时间服务器原理 3、掌握TCP服务器端、客户端程序编写 4、掌握网络套接字状态查看方法 实验内容： 5、编写TCP时间服务器端程序 6、编写TCP时间客户端程序 7、测试客户端和服务器是否能够通信 8、客户端和服务器端分别打印对端的信息 实验步骤 1.解压参考源代码。 tar xvzf 2nd_daytime.tar.gz 2.进入源代码目录 cd exam2 3.编译服务器端源代码 gcc server.c –o server 4.编译客户端源代码 gcc client.c –o client 5.运行服务器端程序 ./server 6.运行客户端程序 ./client 127.0.0.1 7.查看服务器与客户端是否能够正常通信 8.使用netstat，ps等命令查看整个通信状态与程序运行状态实验要求 1.实验报告中需要记录操作过程 2.记录自己编写的代码，运行结果 3.实验报告最后必需有总结与分析
电子科技大学 实验报告 实验一 NS2的基础使用 NS2是一种提供虚拟环境进行网络模拟仿真，能验证网络性能的正确性和进行相关性能测试的软件。 一、实验环境： Ubuntu 12.04/kernel 3.5 GCC 4.6.3 NS-2.33 二、网络拓扑： 实验共有6个节点，每个节点的连接情况如图所示。其中节点N0、N2和节点N1、N2连接，N3、N4和N4、N5连接，N2和N3连接。从0号节点到2号节点，带宽为2Mb,延时为10ms。 三、实践步骤： 切换到用户根目录下cd ~ 建立自己的文件夹mkdir your_document_name 进入刚刚新建的文件夹cd your_document_name 新建一个TCL 脚本文件gedit your_TCL_file_name.tcl #Here is the beginning of this code file set val(stop) 5.0 ;# 模拟器结束时间 #新建一个NS 模拟对象 set ns [new Simulator] #打开NS 追踪文件 set tracefile [open out.tr w] $ns trace-all $tracefile
#打开NAM 追踪文件 set namfile [open out.nam w] $ns namtrace-all $namfile #新建6 个节点 set n0 [$ns node] set n1 [$ns node] set n2 [$ns node] set n3 [$ns node] set n4 [$ns node] set n5 [$ns node] #建立节点之间的链路，格式解释如下 #duplex-link 双向链路可选选项(duplex-link,simple-link 单向链路) #$n0 $n2 表明从0 号节点到2 号节点 #2.0Mb 申明链路传输速率，可使用Mb,Kb,b #10ms 申明链路传输延迟 #DropTail 队列类型 $ns duplex-link $n0 $n2 2.0Mb 10ms DropTail #申明链路队列长度 $ns queue-limit $n0 $n2 10 $ns duplex-link $n1 $n2 2.0Mb 10ms DropTail $ns queue-limit $n1 $n2 10 $ns duplex-link $n4 $n3 2.0Mb 10ms DropTail $ns queue-limit $n4 $n3 10 $ns duplex-link $n3 $n2 1.0Mb 20ms DropTail $ns queue-limit $n3 $n2 10 $ns duplex-link $n3 $n5 2.0Mb 10ms DropTail $ns queue-limit $n3 $n5 10 #为NAM 创建节点位置描述，以第一个为例，2 号节点在0 号节点的右下方 $ns duplex-link-op $n0 $n2 orient right-down $ns duplex-link-op $n1 $n2 orient right-up $ns duplex-link-op $n4 $n3 orient left-down $ns duplex-link-op $n3 $n2 orient left $ns duplex-link-op $n3 $n5 orient right-down #新建一个UDP 连接 set udp0 [new Agent/UDP] #将0 号节点Agent/UDP 绑定，以下类似 $ns attach-agent $n0 $udp0 set null2 [new Agent/Null] $ns attach-agent $n4 $null2 #将Agent/UDP 及Agent/Null 节点进行连接 $ns connect $udp0 $null2 #设置Agent/UDP 包大小
数据通信网络技术应用实验指导书
实验一路由器的基本配置 一、实验目的：熟悉路由器的各个配置模式，熟练hostname,enable,password,enable password ,secret,config terminal等命令的使用，学会帮助的使用。记住常用的快捷键。熟练路由器的常用接口配置命令，会用路由器的状态命令查看路由器的状态。 二、实验要求： 1、能够使用口令登录路由器 2、能够用enable 进入特权模式，用config terminal进入配置模式。 3、会使用命令提示，察看各模式下的可用命令。 三、实验设备：cisco路由器两台 四、拓扑结构如右： 四、实验步骤： 1、登陆到路由器查看用户模式下可用的命令。用enable 命令进入特权模式，查看特权模式可以用的命令,用show version 命令查看路由器信息,配置寄存器的值。 配置过程: Router>enable ---------------------------------------进入特权模式Router#show version----------------------------------查看路由器版本2、用 configure terminal 命令进入全局配置模式，查看此模式下用户可以用的命令。 Router#config terminal-------------------------------进入全局模式Router(config)#？---------------------看看此模式下有哪些命令可以用
3、设置密码：CISCO支持两个级别的密码---用户执行模式和特权执行模式密码。 用户执行密码在相应的 line 类型下设置。 下面列出三种用户执行模式密码的设置方法： ①、控制台接口登陆密码： router(config)#line console 0---------进入线路模式 router(config-line)#password console_password router(config-line)#exit--------------退出线路模式 ②、虚拟终端登陆： router(config)#line vty 0 4----进入telnet线路模式 router(config-line)#password telnet_password router(config-line)#login----------启用telnet密码注意：用户执行密码是为在其他路由器上的用户telnet到本地路由器上做配置而设置的，设置完本地路由器的用户执行密码后，到相邻路由器telnet到本地路由器来检验配置。 ③、特权执行模式密码设置方法为： router(config)#enable password privileged_exec_password router(config)#enable secret privileged_exec_password 如果你同时设置了enable password 和enable secret两个特权执行模式的密码，路由器将用enable secret 设置的密码来验证访问。 ④、默认的10分钟没有对路由器进行操作时，路由器将自动退出登录。 设置非活动超时时间为20分钟。 Router(config)#line line_type line_#
教师学科教案[ 20 – 20 学年度第__学期] 任教学科：_____________ 任教年级：_____________ 任教老师：_____________ xx市实验学校
授课题目 （教学章节或主题） 第2章移动通信的关键技术2.2 无线信道的信号衰落与抗衰落技术授课方式 理论课 教学目的与要求：1.说明信号在无线信道中传输时产生快衰落与慢衰落的原因； 2.介绍抗衰落技术，重点技术 4钟分集技术（频率分集、时间分集、空间分集、极化 分集）和Rake 接收机技术。教学基本内容（包括重点、难点、时间分配）： 重点： 1. 信号功率慢衰落的主要原因有路径损耗和阴影效应；2. 信号功率快衰落的主要原因有多径效应和多普勒效应；3.频率分集技术旨在对抗频率选择性衰落，如扩频通信，遇到频率选择性衰落，不会 使信号整体受损； 4.时间分集技术旨在减少由于信道干扰（如电气设备或汽车点火产生电火花）造成信 号连续错误，如交织编码器； 5.空间分集技术旨在利用信号衰落在空间相互独立的特点，有选择性地接收信号，改 善信号接收效果；极化分集用不同极化方向的两幅天线发、收同一源信信号，改善信号发送、接收效果； 6. Rake 接收机技术利用多径信号，合并成加强信号，注意该技术只能用在采用扩频技术的3G 系统中，如WCDMA 系统其码片宽度仅为106 84.31 秒，可分离（小于多径传
播的最大时延差3微秒）。 教学手段与方法及师生互动设计： 1．用生活中的实例解释路径损耗、阴影效应、多径效应和多普勒效应。 2．用图形描述快衰落、慢衰落、多径效应、多普勒效应、交织编码器、Rake接收机。 思考题、练习题、作业、实践环节、辅导及答疑安排： 公布答疑时间地点 参考资料： 参考书 1. 移动通信技术（清华大学出版社李斯伟等） 2.实战无线通信应知应会（人民邮电出版社酷哥尔） 课后小结： 1.信号在无线信道中传输时产生快衰落与慢衰落；
实验二：无线传感器数据通信实验 一、实验目的： 在无线传感器节点的单片机驱动代码的基础上，编写无线通信程序，实现多个传感器节点之间的双向数据传输。 二、实验原理： 温湿度传感器和单片机采用的是类似IIC的串行通信，和单片机相连如图1-8所示 VDD和GND是传感器供电引脚。 SCK是时钟引脚，在通信这个过程中，SCK信号都是有单片机控制的。 DATA是数据线，和单片机IO口相连。用于向传感器发送指令和从单片机读走数据。数据在时钟的上升沿生效在时钟是高电平时保持不变。在时钟是低电平时准备数据。接口如图所示。 图1-8 温湿度接口 单片机先向传感器发送开始命令，然后开始通信，开始命令时序图如图所示。在SCK高电平时，将数据线拉低，在下一个时钟高电平期间，将数据线拉高。开始信号发送完毕。 图1-9 开始信号
再开始信号后是命令信号，命令信号包含3位地址位（只支持000）和5位命令位组成。传感器在接收到1byte数据时（即第八个时钟下降沿）将数据线拉低，表示数据正确接收。在九个下降沿被释放。命令如下表。 单片机在发送完命令信号后，等待温湿度传感器测量完成。传感器在转换完成后将数据线拉低。单片机产生时钟信号，从温湿度传感器读数据。数据包含2bytes的测量结果和1bytes的校验。单片机在收到每字节数据都要将数据线拉低给出应答信号。数据高位在前，低位在后。传感器在测量结束和通信完毕后自动进入休眠。具体操作见数据手册。时序图如图1-10所示。 图1-10 传感器工作时序图 8、 计算公式 温度计算公式：
湿度计算公式： 三、实验设备： ZIGBEE无线空气温湿度传感器一个、装有实验软件的计算机。 四、实验内容： 1、建立开发工程； 用MDK打开工程模板。 2、把similar_i2C.c和similar_i2C.h加入到工程。 将similar_i2c文件夹拷贝到工程模板目录中。 调用similar_i2C.c中函数，编写温度采集和湿度采集代码 在工程模板根目录下建立sht1xx_sensor,在里面新建sht1xx.c和sht1xx.h空文件，将c加入到工程，将h文件加入到工程设置中编写main()调用温度采集和湿度采集函数,并对原始数据进行处理。 在原有的程序的基础上，添加代码使程序能够根据数据计算出湿度，并显示出来。
《—光纤通信原理—》 实验指导书 刘伟群编写 适用专业:计算机网络 计算机应用 湖南人文科技学院计算机科学技术系 2008年9 月 前言 光纤通信是大容量信息传输的主要手段,光纤通信技术是信息产业的主要支柱技术之一,光纤网络已经遍布全球。为了满足社会对人才的需求,各大学的许多专业(如电子与通信工程、光电子技术、电子信息工程和计算机应用等纷纷开设了有关光纤通信技术的专业理论课程,以培养这方面的专业人才。由于光纤通信是一门实验性很强的技术,除了课堂理论学习外,还需要实验性环节与之配合,否则学习效果会受到很大的影响。由于种种原因,光纤实验课程的开设很困难,许多学校只停留在课堂的理论教学。为了克服这些不足,我们经过多年的研究,研制成功了这个光纤通信实验平台,多次获军内外教学成果奖,现已广泛用于我们和兄弟院校的教学,取得了良好的教学效果,为光纤通信实验课程的开设提供了一种全新的实验教学模式。 该实验平台可置于一个便携式的实验箱内,配合常用的电子信号源、示波器和常用的光纤通信仪表就可以开设光纤通信系统原理的相关实验。其突出的优点为: 1、平台紧扣光纤通信系统的知识点,实验内容丰富,波形测试点多。 2、采用了模块化设计思想和数字化、软件化的实现手段,性能稳定可靠。 3、具有友好的人机界面,操作维护方便。
4、具有专业的指导老师进行实验箱的培训和实验课的指导。 5、具有配套的实验教材和光盘,由人民邮电等出版社正式出版。 由于实验课的开设与理论课相比,存在的问题较多,加上我们的经验和水平有限,肯定存在许多不足,欢迎与我们交流共同开设好实验课,让学生满意。 2008.6 目录 实验一:光纤损耗特性测量 (1 实验二:光源P-I曲线测试 (1 实验三:光纤机械接续与熔接 (1 实验四:线路码型实验 (5 实验五:光接收机灵敏度测试 (11 2M (11 实验六:模拟话音光传输实验 (14 实验七:2M数字光纤通信系统实验 (18 实验八:计算机串口数据光纤传输实验 (24 实验一:光纤损耗特性测量 实验学时:2 实验类型:验证 实验要求:必修 一、实验目的
实验四：实现SCTP client/server 之间数据传输 一.实验要求与目的 实现client和server建立关联。通过client和server建立关联便于更好的了解sctp协议。 实现client和server之间数据传输。实现数据传输也就是实现client和server 之间的通信，通过编写程序实现通信可以更好地了解sctp server和client通信四次握手的过程。 二.实验原理 SCTP（STREAM CONTROL TRANSMISSION PROTOCOL 流控制传输协议）是IETF新定义的一个传输层transport layer协议（2000年）。是提供基于不可靠传输业务的协议之上的可靠的数据报传输协议。SCTP的设计用于通过IP 网传输SCN窄带信令消息。流控制传输协（Stream Control Transmission Protocol，SCTP）是一种可靠的传输协议，它在两个端点之间提供稳定、有序的数据传递服务，并且可以保护数据消息边界。然而，与TCP 和UDP 不同，SCTP 是通过多宿主（Multi-homing）和多流（Multi-streaming）功能提供这些收益的，这两种功能均可提高可用性SCTP实际上是一个面向连接的协议，但SCTP偶联的概念要比TCP的连接具有更广的概念，SCTP对TCP的缺陷进行了一些完善,使得信令传输具有更高的可靠性，SCTP的设计包括适当的拥塞控制、防止泛滥和伪装攻击、更优的实时性能和多归属性支持。 SCTP 提供如下服务： * 确认用户数据的无错误和无复制传输； * 数据分段以符合发现路径最大传输单元的大小； * 在多数据流中用户信息的有序发送，带有一个选项，用户信息可以按到达顺序发送； * 选择性的将多个用户信息绑定到单个SCTP 包； * 通过关联的一个终端或两个终端多重宿主支持来为网络故障规定容度。 SCTP是在IP网络上使用的一种可靠的通用传输层协议。Internet协议套件被划分成几层；每层都提供特定功能，如图 1 所示。
过程控制系统实验指导书 王永昌 西安交通大学自动化系 2015.3
实验一先进智能仪表控制实验 一、实验目的 1．学习YS—170、YS—1700等仪表的使用； 2．掌握控制系统中PID参数的整定方法； 3．熟悉Smith补偿算法。 二、实验内容 1．熟悉YS-1700单回路调节器与编程器的操作方法与步骤，用图形编程器编写简单的PID仿真程序； 2．重点进行Smith补偿器法改善大滞后对象的控制仿真实验； 3．设置SV与仿真参数，对PID参数进行整定，观察仿真结果，记录数据。 4．了解单回路控制，串级控制及顺序控制的概念，组成方式。 三、实验原理 1、YS—1700介绍 YS1700 产于日本横河公司，是一款用于过程控制的指示调节器，除了具有YS170一样的功能外，还带有可编程运算功能和2回路控制模式，可用于构建小规模的控制系统。其外形图如下： YS1700 是一款带有模拟和顺序逻辑运算的智能调节器，可以使用简单的语言对过程控制进行编程（当然，也可不使用编程模式）。高清晰的LCD提供了4种模拟类型操作面板和方便的双回路显示，简单地按前面板键就可进行操作。能在一个屏幕上对串级或两个独立的回路进行操作。标准配置I/O状态显示、预置PID控制、趋势、MV后备手动输出等功能，并且可选择是否通信及直接接收热偶、热阻等现场信号。对YS1700编程可直接在PC机上完成。
SLPC内的控制模块有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路：（1）基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。 （2）串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统。 （3）选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。 当YS1700处于不同类型的控制模式时，其内部模块连接关系可以表示如下：（1）、单回路控制模式
通信对抗实验指导书 一、实验目的（明确学生应达到的基本能力要求） 通信对抗实验是信息对抗专业的重要专业课程，它对于提高学生的对通信对抗课程的认识和理解能力，提高学生的实践和动手能力，培养高水平的人才，提升信息对抗专业毕业生的竞争能力有十分重要的意义。 本课程是电子工程学院信息对抗专业限选的一门技术实践教学课。是通信对抗原理课教学的延伸，是培养学生实际工作能力，启发创新意识的重要环节。雷达原理、通信原理、雷达对抗原理、网络对抗原理和通信对抗原理是信息对抗专业的五个主要专业课程。本课程是主要解决通信对抗方向的学生实践和实验的基本问题。 实验目的： (1)通过通信对抗实验仪完成数字通信、通信侦察和通信干扰实验； (2)通过实验帮助理解数字通信系统的调制、解调过程和性能评价方法； (3)进一步加深通信侦察及其截获、调制识别等信号处理基本原理和方法的理 解； (4)通过实验理解通信干扰及其效果评价的基本原理和方法。 二、实验原理 通信对抗实验仪是由微机、通信和通信对抗实验仪及示波器组成。通信对抗实验仪可以完成20个以上的数字通信、通信侦察和通信干扰实验，帮助使用者理解数字通信系统的截获、调制识别、解调过程和性能评价方法，了解通信侦察及其信号处理的基本原理和方法及通信干扰及其效果评价的基本原理和方法。 下面将详细介绍通信对抗实验仪的使用操作，分别进行三类实验，获得实验结果并对误码率、识别率曲线图进行比较分析。 三、实验仪器 通信对抗实验系统包括： ?计算机； ?示波器； ?通信对抗实验仪。 通信对抗实验仪是采用软件无线电原理构建的通用、多功能数字处理设备，
它包括发射模块、接收处理模块和通信接口等。该实验仪的机箱结构和板卡设计如图1.1所示： 图1.1 实验仪的机箱结构和板卡设计图 通信对抗实验仪机箱外壳安装多种信号的测试端口，从左向右测试端口依次 为发射信号（接收板接收的信号）、通信信号（无干扰无噪声的理想信号）、噪声 /干扰信号、基带信号（发射板基带码元信号）、恢复基带（信号解调后恢复码元信号）和同步信号。 四、实验内容及步骤 （一）通信对抗实验内容： 实验一：通信对抗原理与实验的关系 (4学时) (1)讲授通信原理、通信对抗原理的基本知识； (2)帮助学生了解通信对抗实验的模型，以及与以上两者之间的关系。 实验二：通信对抗实验仪器和软件的使用(4学时) (1)学会使用双踪示波器、通信对抗实验仪、通信对抗实验软件的工作原理； (2)了解在Microsoft Visual Studio中简单的C++语言编程与调试方