通信原理软件实验.doc

通信原理软件实验报告信息与通信工程学院通信原理软件实验报告班级： 20102111姓名： 学号： 1 序号： 日 期：2013年 5月 EMAIL ： 第28页目录实验一调幅信号波形频谱仿真4一、实验题目4二、基本原理41、AM调制原理42、DSB-SC调制原理43、SSB调制原理5三、程序框图5四、仿真结果及分析6五、仿真源代码8实验二调频信号波形频谱仿真9一、实验题目9二、基本原理9三、程序框图10四：仿真结果及分析10五、仿真源代码11实验三单双极性归零码波形及功率谱仿真12一、实验题目12二、基本原理131、单极性归零码132、双极性归零码13三、程序框图14四、结果及分析14五、仿真源代码17实验四根升余弦滚降功率谱密度及眼图仿真22一、实验题目22二、基本原理221、升余弦滚降222、眼图22三、流程图23四：仿真结果及分析24五：程序源代码25实验问题汇总27实验体会27实验一调幅信号波形频谱仿真一、实验题目假设基带信号为，载波频率为，请仿真出AM、DSB-SC、SSB信号，观察已调信号的波形及频谱。二、基本原理1、AM调制原理对于单音频信号进行AM调制的结果为其中调幅系数，要求以免过调引起包络失真。由和分别表示AM信号波形包络最大值和最小值，则AM信号的调幅系数为2、DSB-SC调制原理双边带抑制载波调幅信号s(t)是利用均值为0的模拟基带信号m(t)和正弦载波 c(t)相乘得到，如图所示： m(t)和正弦载波s(t)的信号波形如图所示：若调制信号m(t)是确定的，其相应的傅立叶频谱为M(f)，载波信号c(t)的傅立叶频谱是C(f),调制信号s(t)的傅立叶频谱S(f)由M(f)和C(f)相卷积得到，因此经过调制之后，基带信号的频谱被搬移到了载频fc处，若模拟基带信号带宽为W，则调制信号带宽为2W，并且频谱中不含有离散的载频分量，只是由于模拟基带信号的频谱成分中不含离散的直流分量。3、SSB调制原理SSB信号只发送单边带，比DSB节省一半带宽，其表达式为：三、程序框图产生载波和调制信号m(t)SSB、DSB、AM信号表达式FFT变换得各调制信号频谱作图四、仿真结果及分析图片 1 AM调制图片 2 AM 频谱图1可以看出AM调制信号很好的保留了原始信号的波形，可利用包络检波恢复原信号，接收设备较为简单。其频谱含有离散大载波，从理论分析可知，此载波占用了较多发送功率，使得发送设备功耗较大。图片 3 dsb调制图片 4 ssb调制双边带抑制载波调幅信号波形和频谱，其时域波形有相位翻转，频谱不含离散大载波。必须使用相干解调，可用多种方法提取载波，常用方式为在发端加入离散导频分量，在收端利用调谐于载频的窄带滤波器滤出导频分量。SSB信号波形和频谱仿真图。SSB信号比DSB信号节省一半带宽，适合于语声信号的调制，因为其没有直流分量，也没有很低频的成分。解调时可采用相干解调或者在发端加入离散大载波进行包络检波。五、仿真源代码fs = 600; dt = 1/fs; T = 200; N = T/dt; t = -T/2:dt:T/2-dt; df = 1/T; f = -fs/2:df:fs/2-df;origin = sin(2*pi*1*t)+2*cos(2*pi*0.5*t);fc = 20;a=0.6;ct = cos(2*pi*fc*t);%Am调制Am1=2*(1+a*origin/3).*ct;Amf1 = t2f(Am1,fs); surf1 = abs(hilbert(Am1); figure(1)subplot(2,1,1),hold on ;plot(t,origin, r), axis(0,+3,-3,+3),plot(t,ct,b) , title(原始信号),xlabel(t),ylabel(origin(t)subplot(2,1,2),plot(t,Am1,t,surf1,r),grid on,axis(0,60/fc,-2*2,+2*2),title(AM调制后),xlabel(t),ylabel(Am1(t)figure(2)plot(f,abs(Amf1),axis(-30,+30,0,max(abs(Amf1),title(频谱),xlabel(f),ylabel(Amf(f)%DSB-SC调制dsb2 = origin.*ct;dsf2 = t2f(dsb2,fs); figure(3)subplot(3,1,1),hold on,plot(t,origin),grid on,axis(0,+3,-3,+3),title(原始信号),xlabel(t),ylabel(dsb2(t)plot(t,ct,b),hold off;subplot(3,1,2),plot(t,dsb2),grid on,axis(0,60/fc,-3,+3),title(DSB-SC调制信号),xlabel(t),ylabel(dsb2(t)subplot(3,1,3),plot(f,abs(dsf2),axis(-30,+30,0,max(abs(dsf2),grid on,title(dsb频谱),xlabel(f),ylabel(dsb(f)%SSB调制Mt = t2f(origin,fs);Mh = -j*sign(f).*Mt;mh = real(f2t(Mh,fs);ssb3 = origin.*cos(2*pi*fc*t)-mh.*sin(2*pi*fc*t);ssbf3 = t2f(ssb3,fs);figure(4)subplot(2,1,1),plot(t,ssb3),grid on,axis(0,60/fc,-6,+6),title(SSB调制后),xlabel(t),ylabel(ssb(t)subplot(2,1,2),plot(f,abs(ssbf3),axis(-30,+30,0,max(abs(ssbf3),grid on,title(ssb频谱),xlabel(f),ylabel(ssb(f)实验二调频信号波形频谱仿真一、实验题目假设基带信号，载波频率为40kHz，仿真产生FM信号，观察波形与频谱，并与卡松公式做对照。FM的频率偏移常数为5kHz/V。二、基本原理单音频信号经FM调制后的表达式为其中调制指数。由卡松公式可知FM信号的带宽为三、程序框图产生载波和调制信号m(t)计算频率偏移量得FM信号FFT变换得FM信号频谱作时域波形图和频谱图四：仿真结果及分析图片 5 原始信号和载波图片 6 FM调制后信号图片 7 FM频谱由图5独处，频偏为。利用卡松公示进行理论计算为：仿真与理论计算值基本相符。验证了卡松公式的有效性。五、仿真源代码fs = 800; T = 16;N = T*fs; dt = 1/fs; t = -T/2:dt:T/2-dt; df = 1/T; f = -fs/2:df:fs/2-df;%-fc = 40; %原始信号mt = sin(2*pi*1*t)+2*cos(2*pi*0.5*t)+4*sin(2*pi*0.25*t+pi/3);ct = cos(2*pi*fc*t); %载波Kf = 5; phi = 2*pi*Kf*cumsum(mt)*dt; fm = cos(2*pi*fc*t+phi); % FM signalfmf = t2f(fm,fs); % Fourier Transformfigure(1)%plot Modulating Signalsubplot(1,2,1),plot(t,mt),grid on,axis(0,+8,-7,+7),title(原始信号),xlabel(t),ylabel(m(t)subplot(1,2,2),plot(t,ct),grid on,axis(0,2/fc,-1,1),title(载波 ),xlabel(t),ylabel(c(t),figure(2)plot(t,fm),grid on, axis(0,180/fc,-1.5,+1.5),title(FM调制后),xlabel(t),ylabel(fm(t)figure(3)%plot(f,abs(fmf),axis(-90,+90,0,max(abs(fmf),grid on,title(频谱),xlabel(f),ylabel(fm(f)实验三单双极性归零码波形及功率谱仿真一、实验题目通过仿真测量占空比为25%、50%、75%以及100%的单双极性归零码波形及其功率谱。二、基本原理1、单极性归零码当发码时，发出正电流，但持续时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉冲；当发码时，仍然不发送电流。 单极性归零码在符号等概出现且互不相关的情况下，功率谱主瓣宽度为，其频谱含有连续谱、直流分量、离散时钟分量及其奇次谐波分量。2、双极性归零码其中码发正的窄脉冲，码发负的窄脉冲，两个码元的时间间隔可以大于每一个窄脉冲的宽度，取样时间是对准脉冲的中心。双极性归零码在符号等概且不相关的情况下，功率谱仅含有连续谱，其主瓣宽度为。3、频域特性（功率谱）：数字基带信号s(t)的功率谱密度为：数字基带信号s(t)的功率谱密度与随机序列的功率谱特性以及发送滤波器的频率特性有关。在实随机序列的各符号互不相关时，s(t)的功率谱为三、程序框图作图（波形&功率谱）利用公式P=abs(S1).2/T，求样本信号的功率谱密度，然后对各个样本的功率谱密度求数学期望，得到功率谱密度设置占空比（分别为25%、50%、75%、100%）利用randn(1,M)以及逻辑判断，产生单（双）极性数据四、结果及分析图片 8 50%占空比单极性归零码图片 9 25%占空比单极性归零码图片 10 50%占空比双极性归零码图片 11 25%占空比双极性归零码图片 12 75%占空比单极性归零码图片 13 75%占空比双极性归零码图片 14 100%单极性归零码图片 15 100%双极性归零码结论：单极性归零码：由于单极性码含有直流分量，所以表现在频域内为在直流处奇级次谐波处有一个冲激，而其功率谱主瓣宽度随着占空比的不同而不同，对于50%、75%、100%的占空比的带宽分别对应为码元速率B的4倍、2倍、1.33倍和1倍。双极性归零码由于双极性码不含直流分量，所以没有单极性码所具有的直流处和奇次谐波处的冲激，但在带宽上与单极性码表现一致。对比 比较明显的特点是，双极性码均值为零，即不含直流成分。而单极性归零码含有，因为很多传输线路不能传送直流分量，而且在误码特性上双极性马要比单极性码好很多，故此，一般都优先选用双极性码。五、仿真源代码:单极性归零码clear allclose allL=64; %每码元采样点数N=512;%采样点数M=N/L;%码元数Rs=2;%码元速率Ts=1/Rs;%比特间隔fs=L/Ts;%采样速率Bs=fs/2;%系统带宽T=N/fs;%截短时间 t=-(T/2):1/fs:(T/2-1/fs);%时域采样点f=-Bs+0:N-1/T;%频域采样点EP1=zeros(1,N);EP2=zeros(1,N);EP3=zeros(1,N);EP4=zeros(1,N);for loop=1:1000 a=(randn(1,M)0);%产生单极性数据 tmp1=zeros(L,M); tmp2=zeros(L,M); tmp3=zeros(L,M); tmp4=zeros(L,M); L1=L*0.25; %0.25是占空比L2=L*0.5;L3=L*0.75;L4=L; tmp1(1:L1,:)=ones(L1,1)*a;tmp2(1:L2,:)=ones(L2,1)*a;tmp3(1:L3,:)=ones(L3,1)*a;tmp4(1:L4,:)=ones(L4,1)*a; s1=tmp1(:);s2=tmp2(:);s3=tmp3(:);s4=tmp4(:); S1=t2f(s1,fs);S2=t2f(s2,fs);S3=t2f(s3,fs);S4=t2f(s4,fs); P1=abs(S1).2/T;%样本信号的功率谱密度%随机过程的功率谱是各个样本的功率谱的数学期望P2=abs(S2).2/T;P3=abs(S3).2/T;P4=abs(S3).2/T; EP1=EP1*(1-1/loop)+P1/loop;EP2=EP2*(1-1/loop)+P2/loop;EP3=EP3*(1-1/loop)+P3/loop;EP4=EP4*(1-1/loop)+P4/loop;endfigure(1);subplot(2,1,1),plot(t,s1),axis equal,grid,subplot(2,1,2),plot(f,EP1),axis(-20,20,0,max(EP1)grid;figure(2);subplot(2,1,1),plot(t,s2),axis equal,grid,subplot(2,1,2),plot(f,EP2),axis(-20,20,0,max(EP2)grid;figure(3);subplot(2,1,1),plot(t,s3),axis equal,grid,subplot(2,1,2),plot(f,EP3),axis(-20,20,0,max(EP3)grid;figure(4);subplot(2,1,1),plot(t,s4),axis equal,grid,subplot(2,1,2),plot(f,EP4),axis(-40,40,0,max(EP4)grid;:双极性归零码clear allclose allL=32; %每码元采样点数N=512;%采样点数M=N/L;%码元数Rs=2;%码元速率Ts=1/Rs;%比特间隔fs=L/Ts;%采样速率Bs=fs/2;%系统带宽T=N/fs;%截短时间 t=-(T/2):1/fs:(T/2-1/fs);%时域采样点f=-Bs+0:N-1/T;%频域采样点EP1=zeros(1,N);EP2=zeros(1,N);EP3=zeros(1,N);EP4=zeros(1,N);for loop=1:1000 a=sign(randn(1,M);%产生单极性数据 tmp1=zeros(L,M); tmp2=zeros(L,M); tmp3=zeros(L,M); tmp4=zeros(L,M); L1=L*0.25; %0.25是占空比L2=L*0.5;L3=L*0.75;L4=L; tmp1(1:L1,:)=ones(L1,1)*a;tmp2(1:L2,:)=ones(L2,1)*a;tmp3(1:L3,:)=ones(L3,1)*a;tmp4(1:L4,:)=ones(L4,1)*a; s1=tmp1(:);s2=tmp2(:);s3=tmp3(:);s4=tmp4(:); S1=t2f(s1,fs);S2=t2f(s2,fs);S3=t2f(s3,fs);S4=t2f(s4,fs); P1=abs(S1).2/T;%样本信号的功率谱密度%随机过程的功率谱是各个样本的功率谱的数学期望P2=abs(S2).2/T;P3=abs(S3).2/T;P4=abs(S3).2/T; EP1=EP1*(1-1/loop)+P1/loop;EP2=EP2*(1-1/loop)+P2/loop;EP3=EP3*(1-1/loop)+P3/loop;EP4=EP4*(1-1/loop)+P4/loop;endfigure(1);subplot(2,1,1),plot(t,s1),axis equal,grid,subplot(2,1,2),plot(f,EP1),axis(-20,20,0,max(EP1)grid;figure(2);subplot(2,1,1),plot(t,s2),axis equal,grid,subplot(2,1,2),plot(f,EP2),axis(-20,20,0,max(EP2)grid;figure(3);subplot(2,1,1),plot(t,s3),axis equal,grid,subplot(2,1,2),plot(f,EP3),axis(-20,20,0,max(EP3)grid;figure(4);subplot(2,1,1),plot(t,s4),axis equal,grid,subplot(2,1,2),plot(f,EP4),axis(-40,40,0,max(EP4)grid;实验四根升余弦滚降功率谱密度及眼图仿真一、实验题目仿真测量滚降系数为的根升余弦滚降系统的发送功率谱密度及眼图。二、基本原理1、升余弦滚降当 取一般值时，余弦滚降传输特性 可表示为它所对应的冲激响应为显见，其在码元传输速率为时无码间串扰。2、眼图实际通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统产生畸变，总是在不同程度上存在码间干扰的，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。而眼图可以直观地估价系统码间干扰和噪声的影响，是常用的测试手段。眼图分析中常用结论：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。三、流程图匹配滤波设定采样频率，采样点等=0.25的滚降系统Hrcos产生PAM信号s2平均EP累计高斯白噪声信道r=s2+nW绘制眼图绘制发送功率四：仿真结果及分析图片 16 发送功率图片 17 眼图五：程序源代码clear all close all N= 216; %采样点数 L= 8; %每码元的采样点数 M= N/L; %码元数 Rs= 2; %码元速率 Ts= 1/Rs; %比特间隔 fs= L/Ts; %采样速率 Bs= fs/2; %系统带宽 T= N/fs; %截短时间 t= -T/2+0:N-1/fs; %时域采样点 f= -Bs+0:N-1/T; %频域采样点 alpha= 0.25; %升余弦滚降系数 Hcos= zeros(1,N); ii= find(abs(f)(1-alpha)/(2*Ts)&abs(f)=(1+alpha)/(2*Ts); Hcos(ii)= Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(ii)-(1-alpha)/(2*Ts); ii= find(abs(f)=(1-alpha)/(2*Ts); Hcos(ii)= Ts; %根升余弦特性 Hrcos= sqrt(Hco