光纤通信实验系统

光纤通信实验系统（精选8篇）

光纤通信实验系统 篇1

一、Systemview操作环境的认识与操作

一、实验目的

1、了解和熟悉Systemview 软件的基本使用；

2、初步学习Systemview软件的图符库,能够构建简单系统。

二、实验要求：

1、PDF中1.7练习

2、正弦信号（频率为学号*10，幅度为（1+学号*0.1）V）、及其平方谱分析；并讨论定时窗口的设计对仿真结果的影响。

三、实验仿真

四、实验结论

输出信号底部有微弱的失真，调节输入的频率的以及平方器的参数，可以改变输入信号的波形失真，对于频域而言，sin信号平方之后，其频率变为原来的二倍，这一点可有三角函数的化简公式证明

实验

二、滤波器使用及参数设计

一、实验目的

1、学习使用SYSTEMVIEW 中的线性系统图符。

2、掌握典型FIR 滤波器参数和模拟滤波器参数的设置过程。

3、按滤波要求对典型滤波器进行参数设计。

二、实验要求： 学习滤波器的设计

1、设计一种FIR型带通滤波器，带通滤波器的带通范围为150HZ-200Hz，下边带截止频率为120HZ。上边带截止频率为230HZ。截止点相对于滤波器带通区的归一化增益为-60dB。

2、设计一种模拟低通滤波器，低通滤波器的通带范围为学号*10。

三、实验仿真

四、实验结论

对于试验中低通滤波器的参数设置不太容易确定，在输入完通带宽度、截止频率和截止点的衰落系数等滤波器参数后，如果选择让SystemView 自动估计抽头，则可以选择“Elanix Auto Optimizer”项中的“Enabled”按钮，再单击“Finish”按钮退出即可。此时，系统会自动计算出最合适的抽头数通常抽头数设置得越大，滤波器的精度就越大。

实验

三、模拟线性调制系统仿真（AM）

一、实验目的

1、学习使用SYSTEMVIEW 构建简单的仿真系统。

2、掌握模拟幅度调制的基本原理。

3、掌握常规调幅、DSB 的解调方法。

4、掌握AM 信号调制指数的定义。

二、实验要求

1、完成PDF中4.1节的AM调幅仿真（要求调制信号频率为学号*10），改变调制度，并观察输出波形(已调波)的变化；观察其输出频谱

2、设计滤波器，完成AM系统的解调；观察其输出频谱；

三、实验仿真

四、实验结论

高斯白噪声的功率谱是均匀分布的，作为一种噪声，仿真的时候加上高斯白噪声其结果频谱宽但是除了输出信号的频谱功率大些，其他的比较微弱，低通滤波器对高斯白噪声的影响并不是很大，在实际中，所有的通信系统中都不可避免的引入高斯白噪声。

实验

四、DSB调制解调仿真

一、实验目的

1、学习使用SYSTEMVIEW 构建简单的仿真系统。

2、掌握模拟幅度调制的基本原理。

3、掌握常规调幅、DSB 的解调方法。

4、掌握AM 信号调制指数的定义。

二、实验要求

使用通信库中现成的双边带调幅图符重新完成4.1节中的仿真，并进行解调及分析

三、实验仿真

四、实验结论

DSB系统在无干扰的信道中传输时，解调后的波形与调制信号波形相比较，只是发生了一点延迟，幅度变化也不是很大，其波形基本与调制信号波形一样。而DSB系统在有噪声干扰的信道中传输时，解调后的信号不仅有延迟，而且波形发生了变化，仍然为正弦波，但是幅度却发生了很大变化，而且是不规则的幅度变化。

实验

五、SSB调制解调仿真

一、实验目的

1、熟悉和掌握单边带调制解调方法，以及对比单边带和双边带调制，比较其优缺点，、掌握SSB调制解调设计流程。

2、练习使用SytemView软件仿真的使用。构造一般的仿真系统

二、实验要求

参考PDF 4.3节，采用移相法完成SSB调制，并进行解调。

三、实验仿真

四、实验结论

实验中并没有加高斯白噪声，但输出的结果频谱仍然有些噪声。实验中采用的频率为180Hz，结果图并不理想，也没有把上边带和下边带的频谱放在一起对比，不过在试验中，最开始的时候两个信号的频率一样的时候，上边带互相抵消的，上边带没有波形。

实验

六、模拟角度调制系统仿真

一、实验目的

1、分析理解FM调制的意义

2、掌握FM调制的基本原理

3、设计调制及解调仿真系统

二、实验要求

1、完成PDF中5.1.1、5.1.2节的仿真；

2、加大5.1.2节中FM调制器的调制增益，观察输出FM信号的频谱变化。在解调器前面加大噪声，并逐步改变噪声功率，观察解调波形失真情况。

三、实验仿真

实验参数设置比较麻烦，参数设置的并不太合适导致输出信号的波形并不是十分规范，实验输出信号的频谱也存在很大的噪声，在试验中修改滤波器的参数可以使得输出的波形和频谱改变较大，但是很难找到一个十分完美的参数使得信号可以完美的无失真，调频信号的频率为180Hz，滤波器的参数根据调制信号和载波信号的频率进行适当的设置即可。

实验

七、脉冲幅度调制系统仿真

一、实验目的

1、理解并掌握抽样定律，了解抽样定理的一般应用。

2、设计一个脉冲幅度调制的通信系统，掌握脉冲幅度调制系统的一般设计流程和方法

二、实验要求

1、理解抽样定理的意义

2、采用乘法抽样与开关抽样两种方式完成信号的取样与恢复

三、实验仿真

四、实验结论

当采样频率小于奈奎斯特频率时，在接收端恢复信号失真比较大，这是因为存在信号 混叠，当采样频率大于或者等于奈奎斯特采样频率的时候，恢复信号和原始信号基本一致，理论上理想抽样频率为2倍的奈奎斯特带宽，但是在实际工程应用中，限带信号绝对不会严格限带，而且实际滤波器特性并不理想。

实验八基带传输系统眼图分析与观察

一、实验目的

了解眼图分析法中系统参数的影响，建立构成观察眼图的基带传输仿真原理图，掌握眼图观察的相关参数的设置。眼图 的 “眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱。“眼睛”张的 越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小;反之表示码间串扰越大。学习如何通过眼图来评价一个通信系统的性能。

二、实验要求 参考pdf7.2节

1、了解眼图分析法中系统参数的影响

2、建立构成观察眼图的基带传输仿真原理图，掌握眼图观察的相关参数的设置

三、实验仿真

四、实验结论

信噪比是度量通信系统通信质量可靠性的一个主要技术指标，眼图能直观的表明码间串扰和噪声的影响，可以用来评价一个通信系统的优劣，另外也可以用来根据眼图对接收滤波器的特性加以调整，以减少码间串扰和改善系统的传输性能。

实验九数字信号的载波调制系统仿真

一、实验目的

1、熟悉并且掌握数字信号的载波传输的基本原理，2、掌握原理图，能根据原理图设计出对应的通信系统，3、掌握原理图中各部分的作用与组成，4、掌握相干解调和非相干解调的基本原理，掌握两种解调方式的优缺点，并能够根据实际情况选用适当的解调方式，5、熟悉SystemView的仿真流程，进一步简易通信系统的设计流程

二、实验要求

1、学习数字信号的载波传输的基本原理（包括2ASK、2FSK）；

2、完成2ASK调制仿真（包括调幅法和键控法）和解调仿真（相干解调和非相干解调）；

3、完成2FSK调制仿真（包括模拟调频法和键控法）和解调仿真（相干解调和非相干解调）；

三、实验仿真

四、实验结论

在2ASK调制中，载波的幅度只有两种变化状态，即利用数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出。有载波输出时表示“1”，无载波输出时表示发送“0。2FSK信号产生的方法一般有两种：一种叫直接调频法，另一种叫频移键控法。所谓直接调频法，就是将输入的基带脉冲去控制一个振荡器的某种参数，而达到改变振荡频率的目的。虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高；键控法就是利用矩形脉冲序列控制的开关电路，对两个不同的独立频率源进行选通。一般来说，键控法采用两个独立的振荡器,得到的是相位不连续的2FSK信号；而且直接调频法f1,f2由同一个谐振电路产生，则得到相位连续的2FSK信号。2FSK信号便是0符号对应于载频f1，1符号对应于载频f2（与f1不同的另一个载频）的一调制波形，而f1与f2的改变是瞬间完成的;

十、自行设计内容：增量调制

一、实验目的

1.通过实验加深对课本理论知识的理解。2.掌握SystemView进行通信原理仿真的方法。

3.通过实验进一步掌握增量调制系统的构成及其工作原理。4.通过实验现象对比，了解系统各项参数对系统性能的影响。

二、实验要求

1、分析各个模块在系统中的作用，并说明系统构成的原理。

2、说明系统各个参数设定的具体依据。

3、改变系统参数，结合输出波形分析造成输出波形失真的原因。

三、实验仿真

四、实验结论

光纤通信实验系统 篇2

光电技术专业实验教学担负着将发展中的现代技术及时引入教学中的使命。为了能够使用光通信系统在实验室里观察到光通信的工作过程, 利用锁相环 (PLL) 技术设计制作一套光纤通信实验系统。这套为光纤通信的雏形装置, 是利用激光光束通过光纤传送语音信息的传输实验装置, 具有电路简单、工作稳定可靠、直观性强、成本低廉、通信质量好的特点。

一、实验光纤通信系统的组成及电路设计

实验装置主要设计思路是以通信原始模式为基础 (信源→信道→信宿三大模块) , 在此基础之上在收发端分别加上发光调制装置和接收 (光信号) 解调装置, 同时利用光传输介质 (以光纤为主) 进行信息的传送, 这样设计此光纤通信实验装置的模块方案基本完成。主要包括由半导体发光二极管LED及其调制, 驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光敏晶体三极管3DU5, 装换电路及功率放大电路组成的光信号接收器三个部分组成。

实验系统中发送器和接收器的信号发送和接收主要利用锁相环 (PLL) 技术构成。锁相环 (PLL) 技术是能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路。其主要功能是为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法, 主要有VCO (压控振荡器) 、PD (鉴相器) 和LF (环路滤波器) 三部分组成。压控振荡器给出一个信号, 一部分作为输出, 另一部分通过分频与鉴相器所产生的本振信号作相位比较, 为了保持频率不变, 就要求相位差不发生改变, 如果有相位差的变化, 则鉴相器的电压输出端的电压发生变化, 去控制VCO (压控振荡器) 直到相位差恢复, 最终达到锁频的目的。

现在常使用集成电路的锁相环, CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路, 其特点是电源电压范围宽 (为3V～18V) , 输入阻抗高 (约100MΩ) , 动态功耗小, 在中心频率f0为10kHz, 下功耗仅为600μW, 属微功耗器件, 采用 16 脚双列直插式。CD4046锁相环采用的是RC型压控振荡器, 当PLL对跟踪的输入信号的频率宽度有要求时还需要外接电阻R2使用。

对于光纤通信设备中光发送器件和光接收器件的选择, 一般情况下一端发射装置使用发光二极管 (LED) 或一束激光将光脉冲传送至光纤, 光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲, 而光纤在传输信号的过程中有一定的损耗, 这就要求光源和光宿的参数要符合光纤传输的最低损耗。所以为了获得最佳的传输效果, 光源LED的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μm、1.3μm或1.6μm红外光附近, 而光电检测 (接收端) 器件的峰值波长也应与该波长接近。本实验装置中光发送端采用发光中心波长为0.85μm附近的GaAs (砷化镓) 半导体发光二极管作为光源, 光接收端则采用峰值响应波长为0.8～0.9μm的光敏晶体三极管 (3DU5) 作为光电检测器件。

二、光信号的发送器设计

(一) 半导体发光二极管LED及其特性。

光纤通信系统中对光源器件在发光波长、电光效率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等方面有特殊的要求。制作半导体发光二极管LED时只要材料的选取和成分控制适当, 就能使作为光源的发光二极管LED的发光中心波长与传输光纤低损耗波长一致。本实验装置采用的是HFBR—1424型半导体发光二极管 (砷化镓) 。在正常使用情况下, LED两端的正向压降约为1.5V左右, 由二极管的电光特性可知, 为了使传输系统的发送端能够产生一个无非线性失真、峰—峰值又最大的光信号, 在使用LED时应先给它加一个适当的偏置电流。本系统中取其值为50mA, 保证了LED工作在特性曲线的线性部分。

(二) LED的驱动、调制电路。

激光光纤通信实验系统发送器中LED的驱动和调制框图如图1所示, 主要由信号放大电路、锁相环 (PLL) 调制电路、LED驱动电路三部分组成。锁相环 (PLL) 的集成化, 使得通信电路能够以崭新的面貌出现, 此次光通信实验系统中采用的芯片CD4046是构成光通信电路的核心器件。

在实际设计中, MIC为驻极体话筒, 是将语音信号转换成电信号, 通过集成运算放大器5G26进行信号的放大。其输出去调制锁相环CD4046中的压控振荡器, 形成受音频调制的调频信号, 从锁相环压控振荡器输出端激励一个电流放大器 (设计中用三极管3DG12) , 驱动半导体发光二极管LED, 此时LED将发出强度不变的光 (光功率一定) 。为了使光功率随着音频信号变化, 必须通过放大电路中的电位器W对LED的驱动电流加以调制, 从而使LED发送出光强随音频信号变化的光信号, 并经光纤连接器接入光纤。

三、光信号的传输

光纤是一种利用光的全反射原理进行信息传递的工具, 其结构由纤芯、包层和涂覆层组成。其中只允许一种电磁场形态的光波在纤芯内传播的称为单模光纤, 其模间色散很小, 适用于远程通讯, 而还有一种多模光纤, 它容许不同模式的光于一根光纤上传输, 由于多模光纤的芯径较大, 故可使用较为廉价的耦合器及接线器, 多模光纤的纤芯直径为50μm至100μm。

光纤在现代光通信系统中担负着远距离、高质量传输光信号 (信息) 的任务。光纤的损耗决定了它传输信息的距离有多远;光纤的模式性质决定了它携带信息的容量多少。本实验系统中采用的是纤芯直径为50μm、折射率为1.62、包层直径为125μm的多模光纤。同时光纤两端均配有专用的光纤连接器, 使之能够连接发送端和接收端。

四、光信号的接收器设计

(一) 光敏晶体三极管3DU5及其特性。

光敏晶体三极管是接收光信号并将其转化成为电流 (称光电流) 的传感器件。它工作在反向偏置电压状态, 只要有光照就会产生反向电流, 与照射的光功率成正比, 此关系称为光敏晶体管的光电特性。其响应度值与入照射光波的波长有关。本实验光通信系统中采用的是光敏晶体三极管3DU5, 它的光谱响应波长为0.4～1.1μm之间, 峰值响应波长在0.8～0.9μm范围内 (正好与光发送器中发光二极管LED的发射波长范围一致) , 其灵敏度最高。

(二) 光电转换、解调电路。

在设计的实验系统中, 此模块的功能是将光信号进行接收与转换, 同时利用锁相环CD4046对电信号实现调频、解调, 结构框图如图2所示。

接收器首先由光纤传输过来的光信号通过连接器照射在光敏晶体三极管3DU5的窗口内, 再由3DU5管将光信号 (调频信号) 转变成为与光功率成正比的电信号, 送至锁相环CD4046中的相位比较器输入端与压控振荡器输出进行比较, 得到一个经过低通滤波器滤除载频的调制电压, 最后从内部源极跟随器输出, 再经过由集成功放LA4100组成的音频功率放大器放大后由扬声器还原成语音信号。

发送端调频信号的中心频率通过CD4046中压控振荡器的控制频率端口外接电容确定, 一般可调在200KHz左右。接收端的解调频率可调在接近载频上, 即与发送端频率相同。同时由压控振荡器的控制端口外接适合的电阻、电容构成的低通滤波器, 其截止频率可选取在音频频段的上限 (3KHz左右) 。由于锁相环CD4046功耗极低, 且电压范围宽, 因此本实验系统选取直流12V电压作为电源。

五、实验演示

利用这一光纤通信的雏形装置进行通信实验。将发送器和接收器接通电源, 通过光纤连接器正确连接光纤, 用发送端的驻极话筒对准音频源 (音量调节较小位置, 以保证光电器件工作在线性范围) 。这时音频信号送入发送器, 在接收器后面的扬声器 (喇叭) 立即会发出同样的音频信号。实验效果达到预期, 完成了光纤通信的基本过程。

六、结语

以锁相环CD4046为核心器件构成的光纤通信实验系统, 实验原理通俗易懂, 演示了光通信的工作过程。这一实验装置为学生提供了充分的动手机会, 触摸到最新科技发展的脉搏, 很适合职业技术学院电子、通信、光电专业的实践教学, 具有极大的应用和推广价值。

参考文献

[1].刘志海.光通信实验系统:功能与测试[J].光电子技术与信息, 2004

光纤通信实验系统 篇3

关键词：光电信息 光纤通信实验 教学模式 验证型和创新型

光电信息技术是当今光电学科建设中的一门重要的学科，其中的光纤通信则是目前光通信领域中的前沿。当前，光纤通信很好地符合通信的高速、大容量发展要求，已经在通信、网络中得到了广泛的应用。光电信息技术专业的工程技术人员有必要掌握基本的光纤通信技术，并能够在此基础上进行光纤通信系统的设计和开发。因此，在光电学科中开设了这门专业课程。而光纤通信实验课程则是辅助学生充分掌握光纤通信技术的基石。本文就此进行了实验课程建设的可行性设计，设计过程中提出了理论实验充分有效结合的教学方式。

一、光纤通信实验课程建设方案前期分析

作为光电信息专业的光纤通信实验课程，为了强调本专业学科自身的光学学科优势，本课程倾向于光学元器件的认知，并在此基础上进行具有光纤特色的光纤通信实验建设。在全国很多重要高校中，都开设有光纤通信实验课程。总结众家课程体系，认为该课程主要包括两大部分的实验内容：一是光纤通信用元器件的认知实验；二是光纤通信系统演示实验。结合目前光纤通信的状况以及发展趋势，拟主要进行具有时代特色的关键光纤元器件实验。对于局域光纤通信系统，开设光源及其直接调制方式实验以及相应的信号探测实验；对于远程高速光纤通信系统，则相应开设中继光纤放大器的实验、光纤色散补偿实验、外调制器载波实验以及误码测试实验等。

关于光纤系统的实验，设计进行在前阶段部分元器件实验基础上进行短程语音、图像信号传输和长程数字信号传输实验。

在实验过程中，针对工程学科的掌握和熟练应用培养要求，首先给学生进行必要的功能演示，并就相关细节给予教导，然后设计重要的实验环节，让学生动手进行，得到预定的实验效果，最后共同讨论实验结论，指出实验存在的优势和不足，并提出解决方案。实验课后撰写该实验的专业报告。

二、具体实验排序节点与理论课的有机结合

在很多高校，一些课程的实验与相关理论课程存在一定程度的脱节现象。原因可能有很多，如学生数量庞大，需要对学生进行的各项实验分别分组排出先后；也有的仅仅因为实验课程与理论课程不是同一体系的老师任教。结果有的学生在做电路实验时，还不知道基本的理论；还有的学生已经修完了一门课程，结果下学期才开始进行相关的实验。为了避免如上的怪现象发生，设计将理论课程教学人员和实验教学人员统一为一个小组，有机地整排具体理论的授课时间节点，对相关理论授课进行过程中，按需穿插必要的实验课程。如果课程建设允许的话，甚至可将理论课程与实验课程完全融合成一门大型综合课程，由一组理论、实验授课教员共同集体完成授业解惑之重任。

三、验证和创新实验共建

兴趣对科技的发展进步具有极其重要的推动作用。新颖的创意不亚于时代进步中重要的发明。创新已经成为现在以至将来重要的科技研究要求。在光纤通信实验课程建设中，充分考虑到这一点，因此将实验分成了验证型实验和创新探索实验两大板块。验证实验本着教导的方式，引导学生学习已有的科技成果，而创新实验就是随时提供给学生一个全面的实验平台，任由学生大胆提出光纤通信的新颖元器件或高效能的系统结构，并组合学生和教员力量，为某些重要的创新设计提供各方面的支持。也就是说，我们要设定一部分课时进行无命题的光纤通信实验。学生小组可以自由设想，写出实验项目申请书，比较系统地阐述出将要进行的实验的内容、实验所需的设备支持以及实验可能获得的效果。教师小组评议后，支持进行可行性较大的部分实验。这就是本创新板块实验的基本运做方法。

综上所述，本光纤通信实验课程建设具有鲜明的实用性和创新性，可以充分调动学生对知识的认知积极性，充分调动学生的科研兴趣。从兴趣中挖掘具有非凡思想的科技思路。这实际上就实现了教学空间的拓展，带动了学生与老师的互动交流，在学习中进行了光纤通信技术的科研探索。

参考文献：

[1]张以谟.光电技术与系统文选[M].北京：电子工业出版社，2005.

光纤通信实验系统 篇4

实验报告

姓名 学号 班级： 实验名称

短波通信设备仿真操作

实验时长：120分钟 实验目的：

通过短波仿真训练系统，达到熟悉在用装备的性能特点，具备初级操作使用短波装备的能力。实验要求：

1、写出仿真技术功能、技术指标。

2、写出组装操作步骤及对应的操作内容。实验一：

设备名称：短波电台

一、功能介绍

二、技术性能介绍

实验时间 实验地点

指导教师

信息实验室

（一）通用技术指标：

（二）接收技术指标：

三、使用注意事项：

四、操作步骤及对应的操作内容

实验二：

设备名称：IC-M700PRO短波电台

一、战术介绍

二、技术性能指标

通信原理实验二 篇5

班级： 学号： 姓名： 实验室： 实验时间： 指导老师：

实验目的：

1、掌握脉冲编码调制原理；

2、理解量化级数、量化方法与量化信噪比的关系。

3、理解非均匀量化的优点。

实验内容：

对模拟信号进行抽样和均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化误差和量化信噪比。

实验步骤：

1)产生一个周期的正弦波x(t)cos 2 pi t ，以1000Hz频率进行采样，并进行8级均匀量化，用plot函数在同一张图上绘出原信号和量化后的信号。代码及图见附录。

2)以32Hz的抽样频率对x(t)进行抽样，并进行8级均匀量化。绘出正弦波波形(用plot函数)、样值图，量化后的样值图、量化误差图(后三个用stem函数)。代码及图见附录。

3)以2000Hz对x(t)进行采样，改变量化级数，分别仿真得到编码位数为2～8位时的量化信噪比，绘出量化信噪比随编码位数变化的曲线。另外绘出理论的量化信噪比曲线进行比较。代码及图见附录。

4)在编码位数为8和12时采用均匀量化，在输入信号衰减为0～50 dB时，以均匀间隔5 dB仿真得到均匀量化的量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。注意，输入信号减小时，量化范围不变；抽样频率为2000 Hz。代码及图见附录。

实验思考题：

1.图2-3表明均匀量化信噪比与量化级数(或编码位数)的关系是怎样的？

答：量化信噪比随着量化级数的增加而提高，当量化级数较小是不能满足通信质量的要求。

2.分析图2-5，A律压缩量化相比均匀量化的优势是什么？

答：量化信噪比随着量化级数的增加而提高，当量化级数较小是不能满足通信质量的要求

心得体会：

附录：

ＰＣＭ代码：

输入信号和量化信号代码及波形：

采样样值和8级均匀量化后的样值，量化误差代码及波形

均匀量化信噪比随编码位数变化

混沌通信实验报告 篇6

随机序列伪随机序列是用函数生成随机数，它并不真正是随机的，只是比较近似随机，这也是其“伪”的由来。下面我们举一类来具体说明伪随机序列：

序列α= 0110100,其中0和1的个数相差1。把α看成周期为7的无限序列，左移1位得，α1 = 1101000，把α1也看成周期为7的无限序列。α= 0110100、α1=1101000在一个周期里，α和α1的对应位置元素相同的位置有3个，元素不同的位置有4个，它们的差等于-1，这个数称为α的自相关函数在1处的值。类似地，把α左移2位，3位，…6位，可以求出α的自相关函数在2处，3处，…6处的值也等于-1。当0 < s<7时，称为α的自相关函数的旁瓣值。从刚才所求出的结果知道，α= 0110100的自相关函数的旁瓣值只有一个：-1。像这样的序列称为伪随机序列或拟完美序列，即一个周期为v的无限序列，如果在一个周期里，0和1的个数相差1，并且它的自相关函数的旁瓣值只有一个：-1，则称它为伪随机序列或拟完美序列。α的自相关函数的旁瓣值的绝对值越大，就表明与α越像。因此如果周期为v的序列α是一个伪随机序列，那么α不管左移几位(只要不是v的倍数)，得到的序列都和α很不像，这样就很难分辨出α是什么样子。这说明了用伪随机序列作为密钥序列，是比较安全的，这也是如今其在网络安全以及通信安全中广泛应用的原因。然而混沌伪随机序列是指具有对初值有高度敏感性、长期不可预测性和遍历性等特行的伪随机序列。

二、混沌密码学研究概况

来稳健发展的重要标志：

混沌保密密码学正在迈进实用化：

实验有效验证了混沌系统的基本特性：宽谱性、对初值和系统参数的敏感 性、有界性、遍历性、内随机性、分维性、标度性、普适性和统计特征等，这些 宝贵的特性与密码的需求相一致，引起密码学界的高度关注和重视。实际上，早 在1984年就提出了混沌加密思想，以后混沌和密码学结合使混沌加密的研究不 断深入。迄今，不仅建立l数字化混沌通信，并将混沌密码应用于信息安全与保 密通信领域。随着大规模集成电路的高速发展，计算机及可编程逻辑电路计算精 度与运算速度的不断提高，已使混沌特性退化现象大为减弱，混沌保密体制正在 走进实用化。

混沌分形与高性能混沌流密码已是当今研究重要的课题：

混沌密码研究主要包括：

1.利用单个或多个混沌系统产生伪随机序列作为密钥序列，实现对原文的加密;

2.用明文或密钥作为混沌系统的初始条件或结构参数，通过混沌系统合适的迭代 次数产生密文。

第一种方式对应于流密码，第二种方式对应于分组加密。由于混沌序列是复杂的 伪随机序列，它在构造复杂流密码极具大优势，且在保密通信中应用这种非线性 序列，结构复杂，难以分析和预测，可以满足网络上数据安全传输和数字保密通 信等领域的广泛需求.

混沌流密码:

当前主要加密方法

对称分组密码算法：DES和AES

公钥分组密码算法：RSA

序列密码算法：流密码，反馈移位寄存器LSFR或NLSFR

单向散列算法：不可逆Hash函数，MD5和SHA-1、-2，用来身份识别或完整性鉴定。

混沌加密是新的有效方法与传统方法结合，妙用无穷!

1976年美国学者提出的公钥密码体制克服了网络信息系统密钥管理的`困难, 同时解决了数字签名问题,又可用于身份认证。基于混沌-分形的密码理论的研 究成为当前混沌通信研究的另一个重要课题。

流密码是单钥加密体制中对应于分组密码的一种重要加密技术，由于其软硬 件可实现性好、易于实现同步通信及加密速度快，从一开始提出便受到了广泛的 关注，并相继制定了多种国际标准( A5/2、RC4、MUG1、SEAL、SNOW及SOBER

等)。流密码除具有普适的对称加密应用外，目前广泛应用于GSM移动通信、码 分多址通信(CDMA)、GPS卫星定位系统等通信系统中。流密码系统的核心设计 部分是伪随机数发生器(PRNG):它决定了一个流密码系统的安全性。流密 码强度完全依赖于PRNG所生成密钥流的随机性和不可预测性。混沌理论的发展 为流密码加密提供了新思路，混沌是非线性确定性系统产生的内在随机行为，在 理想条件下时序具有无限大的周期，具有类似高斯白噪声的统计特性。更重要的 是，混沌系统具有对初始值和参数极端敏感，长期行为的不可预测性，可提供巨 大的密钥空间，混沌映射的特点很好地满足加密系统的要求。从而混沌伪随机序 列正蓬勃发展。

三、混沌伪随机序列的产生技术与应用实例

鉴于混沌伪随机序列良好的安全性，近些年来，混沌伪随机序列已经引起了研究人员的极大兴趣。各种伪随机序列产生算法也层出不穷，目前市面上流行的主要有下面几类伪随机序列：

1.基于Logistic 映射产生混沌二值序列，然后将所得序列进行函数运算得到最终的伪随机序列;

2.利用时空混沌系统生成实值序列，二进制化序列的小数部分生成二值序列;

3.基于三维Liu 系统生成混沌序列，然后对序列进行改进从而生成所需序列;

4.利用Logistic 映射生成两个混沌实值序列，通过比较两序列值的大小生成二值序列;

5.最近刚刚提出的一种基于超混沌系统生成伪随机序列，超混沌是一种特殊的混沌系统，具有两个或两个以上正的Lyapunov 指数。这是一种新的基于掺铒光纤激光器超混沌特性的伪随机二值序列。算法首先多位量化混沌实值生成多个二值

序列，然后对序列进行异或运算从而生成最终的混沌序列，有效避免了计算机有限精度效应引起的序列短周期问题。

前四种方法都是使用单一低维的混沌系统，保密系统来说并不总是安全的，而且其中有些序列已经被成功的分析和破译了。然而对于第五类密码，就目前而言是比较安全的，因为对混沌系统而言，正的Lyapunov 指数越多，表示系统的轨道不稳定的方向越多，其随机性就越强，因而基于该系统生成的序列的安全性能就越强，就目前计算机的计算水平，想要破译是相当困难的。具体的超混沌随机序列的产生算法可以见文献【2】。

光纤通信实验系统 篇7

随着科学技术的发展以及培养计划的不断修订与完善, 《通信系统仿真》实践教学的改革也是与时俱进, 在结合多年教学经验的基础之上, 针对先前课程设置存在的一些问题, 主要从以下几方面进行改革:

1 结合学生学习特点和新的培养计划, 采用新的仿真软件

在过去几年的实践教学中, 《通信系统仿真》主要是要求学生利用MATLAB语言对基本的通信系统进行仿真。采用这样的教学方法主要存在的问题是, 由于MATLAB语言本身的特点, 以及对该语言的陌生, 使得学生在初次应用编写仿真程序时感到非常吃力, 即使阅读现有程序也存在困难。基于以上原因, 学生在学习过程中学习兴趣不高、主动性不强, 课程的效果不好。针对存在的这些问题, 在新的培养计划中, 增加了《MATLAB基础与应用》课程, 主要是系统的讲授MATLAB语言并配有相应的实验环节, 使学生能够初步地学习MATLAB语言并加以简单的应用。新的培养计划的修改, 使得《通信系统仿真》也要进行相应的改革, 为了避免与《MATLAB基础与应用》课程存在重复性, 在进行《通信系统仿真》实践环节时采用新的仿真软件System view。MATLAB与System view两种语言的区别在于, MATLAB语言更注重细节问题, 要求学生在详细学习理论知识的基础之上进行代码的编写;而System view则更重视系统整体的理解, 主要采用模块化的方式对通信中的实际问题进行设计。这样, 学生在先期学习了MATLAB, 并通过实验环节可以从细节的角度来学习特定的通信系统, 在后期的《通信系统仿真》实践环节又可以从整体的角度来深刻认识系统的构成, 两门课程相辅相承, 相得益彰。另外, 使用MATLAB软件需要进行大量的代码编写工作, 整个过程对于初学者来说比较枯燥, 而应用System view软件, 可以建立可视化通信系统模型, 既可以使学生更加深刻的认识和理解通信模型, 又可以将具体波形仿真出来, 使学生从感官上认识系统。不但可以提高教学效率和质量, 也使学生对这门课的学习更加感兴趣。实践证明, 采用改革之后的教学方案, 可大大提高学生学习的积极性与主动性, 并能够使学生更好地与理论知识相结合, 具有很好的教学效果。

2 大幅增加综合性、设计性实验, 改革传统实验弊端

原来实验中普遍存在诸如基础性实验多, 学生自己设计的实验少、实验的设置缺乏层次性等实验数量少、水平低的现象。针对这些弊端, 相关教师进行深入分析与讨论, 通过找学生座谈, 与通信企业专家交流, 走访毕业生, 与科研项目相结合等多种方式, 确立了改革验证性实验, 增加综合性、设计性实验。

课程仿真的内容包括三部分:通信基本理论的仿真, 如AM、SSB、DSB、FM、PM、ASK、FSK、PSK等几种主要的调制与解调模型;典型通信系统的仿真, 如单极性基带传输系统的性能仿真、双极性基带传输系统的性能仿真、衰落条件下MQAM数字无线通信系统的性能研究;综合性实验仿真:光通信链路仿真、蜂窝无线通信系统的仿真、码分多址系统仿真、包含非线性卫星转发器的FDM系统的仿真、跳频 (FH) 扩频通信系统仿真、直接扩频 (DS) 通信系统仿真等。这样的实验设置, 使学生能够有一个由简单到复杂、由基础到综合的循序渐进的过程。在实验进行前两周提前向学生布置实验内容, 让学生自行查阅资料, 提出设计方案, 并与指导教师讨论方案的可行性, 最后再正式实施。这样极大的调动了学生自主参与到实践环节中, 使得知识融会贯通, 有的放矢, 提高了学生独立进行实验的能力和初步培养了科学研究的创新能力, 实验效果显著。

3 打破课程界限, 结合新技术实现多门课程的交叉会合

改革后的《通信系统仿真》是要求学生在学完通信系统原理、数字信号处理、通信电子电路与系统、数字通信系统、数据通信原理等课程后, 能够综合运用通信领域中的基本理论和专业知识, 进行综合性、设计性实验。因此, 对于实验的设置不再局限于一门或两门课程, 而是结合现有的新技术, 实现多门课程的交叉会合, 建立很多互相关联的多门学科的综合设计实验。这样学生可以更好地了解新技术的特点, 提高综合系统的应用能力, 把多种知识整合到一起, 增强分析问题解决问题的能力。在实验设计过程中, 老师参与辅导, 鼓励学生不断尝试, 共同分析问题, 极大的激发了学生的学习兴趣, 提高了实践环节的教学效果。同时, 在与学生的交流过程中, 也使教师了解到学生的需求, 相应地调整理论课的教学内容, 真正实现了教学相长、理论与实践相结合。

通过以上实验教学的改革, 使学生不仅对课堂上学习到的理论知识有了更深刻的理解, 也对与现代通信技术内容有关的实验手段和知识体系有了比较系统的了解和掌握。学生在收集文献资料、分析问题、设计和完成实验、对实验结果的分析等方面的能力有了显著的提高, 实现了理论指导实践, 实践推动理论的深入学习, 两者相辅相承, 大大增强了学生的学习兴趣, 最终达到了提高学生综合能力的目的, 为今后的毕业设计和科研工作打下了良好的基础。

摘要：随着当今通信技术的飞速发展, 针对《通信系统仿真》实验过去存在的一些问题, 从实验方法、实验内容等方面提出了改革的思路和策略, 并在实践教学中获得一定的体会。

关键词：通信工程,系统仿真,教改研究

参考文献

[1]吴韶波, 刘刚.“通信原理”课程教学与实验改革[J].科技咨询导报, 2007 (18) :193.

[2]余群, 舒华.现代通信技术实验改革的探索[J].甘肃科技, 2007, 23 (9) :252-253.

光纤通信实验系统 篇8

［关键词］低压载波通信实验教学路灯控制系统

［中图分类号］G642.423［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）10-0054-02引言

随着电子技术、计算机技术、通信和网络技术的发展，电子与控制类大学工科专业课知识交叉更为广泛。如何使学生在学科内容多、课程内容广而深的条件下获取更多知识并具有较好的实践与动手能力是目前多数高校亟待解决的问题。开放式的综合实验平台通常涉及多门专业课知识，能够使学生将所学知识在实验平台中进行验证性学习和研究。

电力线载波（PLC）是电力系统特有的通信方式，低压电力线载波通信是指利用现有低压配电线380V/220V用户线，通过载波方式将模拟或数字信号进行传输的技术。

一、低压电力载波通信实验教学内容设计

电力线载波通信不同于无线通信和以太网通信，具有通信距离短、时变性大、非对称性和半双工通信的特点。由于电力线是以传输电能为主要目的，在作为通信传输媒介时，低压电力线具有负载多、噪声干扰强、信道衰减大、信道延时长、通信环境恶劣等特点，这些都制约了电力线信道传输距离和通信的可靠性。因此，在实际的低压电力载波通信网络应用中，需要使用信息中继、网络拓扑控制和路由管理等技术来延长通信距离并提高通信的可靠性。为此，低压电力载波通信的综合实验平台将涉及多门专业课程，实验目标要求学生能够自己设计不同控制方案，实现载波通信可靠组网与通信，从而引导和促使学生从多方面、多角度、系统的、综合性地应用理论知识解决实际问题。

为了使低压电力载波通信过程及组网的结果容易观察，我校工业物联网与网络化控制教育部重点实验室的研究人员选择以基于载波通信技术的路灯控制系统为实验背景。学生首先初步了解低压电力载波通信技术的基本原理，通过实验平台实现对路灯的点对点控制，最后通过组网技术实现对多个路灯的组网控制。在整个实验环节中，学生首先通过平台对低压电力载波通信技术的工作原理进行直观了解，使学生回顾已学的基础课程所涉及的基础知识。通过实验平台实现对路灯组网控制，使学生深入理解和掌握网络控制技术所涉及的网络拓扑与路由控制技术。最后，由学生自己设计相应控制方案实现对路灯不同控制，一方面引导学生对低压电力载波通信技术的深入理解，同时也培养和提高学生嵌入式软件编程的能力。

该实验教学以基于载波通信技术的路灯控制系统为实践载体。此路灯控制系统由PC机、集中器和路灯控制终端三部分组成。PC机模拟控制中心，用于发送控制指令和显示控制结果；集中器是作为PC机与路灯控制终端通信的纽带，一方面与PC机进行信息交互，接收PC机的控制指令并反馈控制结果，另一方面接收来自路灯控制终端运行状况信息并实现对其直接控制；路灯控制终端接收集中器发送来的控制信息，进行路灯开关操作。整个教学实验以最终稳定控制路灯为目的，通过学习现有技术方案，设计改进技术方案，编程实现整个过程培养学生动手操作能力，发现问题解决问题的能力，让学生在理论知识的引导下，通过理论指导实践，通过实践加深对理论知识的学习与思考。这种实践教学模式与创新型教育CDIO的理念不谋而合。低压载波通信路灯控制系统教学平台示意图如图1所示。

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图1低压载波通信路灯控制系统实验教学平台示意图

学生在整个实验教学过程中，在理解和掌握载波通信技术和现有通信路由知识的基础上，实现对低压电力载波通信路由进行优化改进，争取能够提出自己的想法并进行实现。针对图1所示的低压电力载波通信实验教学平台，学生可以了解载波信号的耦合机制，学习通信协议的制定方法和通信路由的控制原理以及学习和提供嵌入式编程技能等，进而可以根据学生自己的理解和掌握的专业知识，提出新的控制方案。

二、低压电力载波实验教学方法和目标

低压电力线载波通信实验教学由于涉及专业知识面广，因此实验教学周期较长。为达到预期教学效果，实验指导老师在教学实验过程中，可使学生实施按阶段进行学习和实验，并实时进行阶段性控制，以确保每个阶段学生能够达到预期目标。由于是开放性实验教学，各个小组控制方案不同，指导老师可以根据不同小组分别进行宏观指导，及时地组织学生查找问题、分析问题和解决问题。在学生实验过程中，针对不同阶段，其教学方法和教学目标有所不同。首先，通过向学生介绍电力载波通信基础知识，通过验证性实验，加深学生对理论知识的理解，使其初步掌握低压电力线载波通信技术的技术特点并进行简单应用。其次，由于整个低压载波通信过程设计知识点较多，注重培养学生发现问题和解决问题的能力，进而激发学生自主学习和勇于创新的能力。最后，培养学生团队协作和协调沟通的能力。

三、实验的组织和实施

低压电力线载波通信实验通常采用开放模式。学生在掌握电力线载波通信技术的基本原理和了解现有通信组网、路由控制技术后，可以通过PC机、集中器进行简单的点对点控制进行验证性实验。当进行路灯控制终端组网控制时，学生在进行组网验证实验或自行设计控制方案时，基本都以小组为单位完成相应任务，因此指导老师需要对学生进行设备连接方式和注意事项的介绍和指导，针对方案的具体实现、运行调试，由小组自行完成。

由于实验平台连接路灯控制终端数目较多，因此要顺利完成整个实验，学生以小组为单位进行实验，其小组人数在3-5人左右比较合理，这样一方面使学生能够分工明确，同时也能使大家在实验过程遇到问题便于讨论和解决问题。整个实验过程历时3-4周时间，前两个阶段设计为一周时间，组网教学与实验阶段为1-2周时间，最后一周提交实验总结报告。

（一）第一阶段：初步认识低压电力线载波通信

此阶段学生首先需要在老师的指导下对整个通信平台有直观印象，让学生实际动手操作，通过控制路灯的单点开关、组网控制来实际体验载波信号在电力线上的传输效果。经过此阶段实验，学生将对低压电力线载波通信技术有了进一步的认识，并熟悉整个实验平台，为下一步实际动手调试做好基础准备。

（二）第二阶段：实现点对点通信，即实现对单个路灯的稳定可靠控制

此阶段要求学生在学习现有控制策略后，以小组为单位讨论单点控制方案，制定通信协议，并进行代码实现和调试，最终达到对单个路灯的稳定控制和实时监视。一个典型控制过程为：获取目的节点ID→PC机发出开关灯指令→集中器根据通信协议封装数据帧并发送→路灯节点根据指令进行开关灯动作→路灯节点反馈控制状态→集中器反馈控制状态→PC机显示控制状态。

（三）第三阶段：实现对多个路灯的组网控制

实验平台提供8个路灯节点，每个路灯间隔10m，要求学生实现对8个路灯节点可靠快速的控制。控制过程中需要考虑数据的中继、数据冲突、实时性等问题。此过程分为三个步骤：学习现有通信路由方式、对现有通信路由方式进行优化改进、提出自己的通信路由方式并实现。针对能力较高的小组可以提出实现对三相路灯控制的要求。

四、结语

通过该实验教学平台，学生能够对低压电力线载波通信技术进行深入的理解，并能直观了解到低压电力线载波通信技术的优势及面临的问题，进而培养学生懂得如何将课堂上所学到的专业知识应用于实践，并且通过动手实验培养学生发现和解决问题的能力，为以后的学习和解决实际工程应用问题打下良好的基础。

［参考文献］

［1］郑家茂.对大学实验教学若干问题的厘析［J］.实验室研究与探索,2007,（10）.

［2］吴邵芬.实践以学生为中心,提升本科教学质量［J］.中国高等教育,2012,（15）.

［3］陈凤,郑文刚,申长军，等.低压电力线载通信技术及应用［J］.电力系统保护与控制,2009,（22）.

［4］顾学雍.联结理论与实践的CDIO—清华大学创新性工程教育的探索［J］.高等工程教育研究,2009,（1）.

［责任编辑：左芸］