北邮通信原理软件实验报告.docx

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1、通信原理软件实验北京邮电大学通信原理软件实验信息与通信工程学院 2013/12/17班级：序号： 姓名：目录实验一调幅信号波形频谱仿真3一、实验内容3二、实验原理31、AM调制原理32、DSB-SC调制原理33、SSB调制原理4三、仿真思路4四、程序框图4五、仿真源代码51AM信号：52DSB-SC信号73SSB信号8五、实验结果&分析讨论91、实验仿真结果92、结果分析：12实验二调频信号波形频谱仿真13一、实验内容13二、实验原理13三、仿真思路13四、程序框图14五、仿真源代码15六、实验结果及分析16实验三单双极性归零码波形及功率谱仿真18一、实验内容18二、基本原理181、单极性归零

2、码182、双极性归零码193、各种码的比较19三、仿真思路191、产生RZ码192、仿真功率谱密度193、作出仿真图20四、程序框图20五、仿真源代码211、单极性21（1）占空比25%21（2）占空比50%23（3）占空比75%252、双极性27（1）占空比25%27（2）占空比50%29（3）占空比75%31六、实验结果及分析321、单极性32（1）占空比25%32（2）占空比50%34（3）占空比75%352、双极性37（1）占空比25%37（2）占空比50%38（3）占空比75%40实验四根升余弦滚降功率谱密度及眼图仿真41一、实验题目41二、基本原理411、升余弦滚降412、眼图42

3、三、仿真思路42四、程序框图43五、仿真源代码43六、实验结果及分析44附 录：心得体会45实验一调幅信号波形频谱仿真一、实验内容假设基带信号为，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、实验原理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DSB信号的时域表达式为频域表达式为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、仿真思路定义时域采样率、截断时间和采样点数，可得到载波和调制信号，容

4、易根据调制原理写出各调制信号表达式，由此可以画出时域波形图。另外，对时域信号进行FFT变换，此处使用预先定义的t2f.m函数替代，进行傅立叶变换，得到频谱，在频域作图即可。四、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五、仿真源代码1AM信号：2DSB-SC信号3SSB信号五、实验结果&分析讨论1、实验仿真结果图1.1 调制信号m(t)波形和载波波形图1.2 仿真AM波形和频谱图1.2为AM调制的波形和频谱图，从仿真的结果看出，AM调制系数定义为时信号包络清晰，包络已显式绘出，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，

5、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。由图可得该AM调制解调可无失真地恢复出原始波形。图1.2 仿真DSB-SC波形和频谱图1.3为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。由图可得该DSB-SC调制出现失真，解调时不能无失真地恢复出原始波形。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。图1.4 仿真SSB波形和频谱图1.4为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

6、用相干解调或者在发端加入离散大载波进行包络检波。2、结果分析：根据通原理论课的知识可知，信号的AM调制比较容易实现，但其功率谱中有相当大一部分是载频信号，效率非常低；DSB-SC调制解决了AM信号效率低下的问题，但仍然存在的问题是调制信号的带宽为基带信号的两倍，频谱利用率较低；SSB调制方式在频谱利用上又做出了改进，为原先的一半，但其可靠性降低了，总之，可靠性与有效性是难以两全其美的，为一对矛盾体。实验二调频信号波形频谱仿真一、实验内容假设基带信号，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、实验原理单音频信号经FM调制后的

7、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、仿真思路同实验一中相仿，定义必要的仿真参数，在此基础上可得到载波信号和调制信号。根据可得到频偏，由此可写出最终的FM信号的表达式进行仿真计算。对FM信号进行傅里叶变换可得频谱特性，变换依旧使用实验一中给出的t2f.m函数。四、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五、仿真源代码六、实验结果及分析图2.1 基带信号和载波信号波形如图2.2为仿真FM信号波形，其形状为疏密波，最大频偏5kHz/V。图2.2 仿真FM信号波形如图2.3所示为仿真FM信号频谱图，由图可以读出并计算带宽

8、为。由图2.1读出，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。图2.3 仿真FM信号频谱实验三单双极性归零码波形及功率谱仿真一、实验内容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、离散始终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

9、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、各种码的比较不归零码(None Return Zero Code)在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步。归零码(None Return Zero Code)的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。 单极性码会积累直流分量；双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的。三、仿真思路1、产生RZ码采用归零矩形脉冲波形的数字信号，可以用以下方法产生信号矢量。设是码元矢量，N是总

10、取样点数，M是总码元数，L是每个码元内的点数，是要求的占空比，是仿真系统的时域采样间隔，则RZ信号的产生方法是2、仿真功率谱密度任意信号的功率谱的定义是其中是截短后的傅氏变换，是的能量谱，是在截短时间内的功率谱。对于仿真系统，若是时域取样值矢量，X是对应的傅氏变换，那么的功率谱便为。针对随机过程，其平均功率谱密度定义为各样本功率谱密度的数学期望3、作出仿真图由于需要作出的图形较多，且图形间需要对比，故采用了两种视图进行绘图，一是各个占空比的RZ码波形图和其功率谱进行横向对比，二是分别作出各占空比下的单双极性归零码波形，以便于观察。另外，各个占空比的RZ码波形和其频谱变换后的结果使用多行的矩阵进

11、行存储，方便最后作图，因而代码显得有些冗余。可改用定义函数，输入参数的方式给出不同占空比下的计算与绘图。四、程序框图对于单极性归零码：产生M个0、1等概随机码产生各占空比单极性归零码波形单极性归零码的功率谱密度作图对于双极性归零码：产生M个-1、1等概随机码产生各占空比双极性归零码波形双极性归零码的功率谱密度作图五、仿真源代码1、单极性（1）占空比25%（2）占空比50%（3）占空比75%2、双极性（1）占空比25%（2）占空比50%（3）占空比75%六、实验结果及分析从仿真图可以清楚地看到，仿真结果与原理部分介绍的波形和功率谱相吻合。1、 单极性（1）占空比25%（2）占空比50%（3）占空

12、比75%2、双极性（1）占空比25%（2）占空比50%（3）占空比75%比较明显的特点是双极性码不含离散分量，单极性码含有。这是因为在符号等概且不相关的情况，双极性码均值为零，即不含直流成分。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

13、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、仿真思路本仿真实验中首先产生随机序列，然后让序列经过升余弦滤波器，从而可以计算功率谱密度，并由傅里叶反变换得到时域波形，作出眼图

14、。产生随机序列的方法与与实验三中方法一致。此处不再赘述。功率谱的仿真计算方法依然同实验三，即对于仿真系统，若是时域取样值矢量，X是对应的傅氏变换，那么的功率谱便为矢量。眼图作图的方法是让不同的序列值经过系统，记录下其波形，利用图像的累叠模拟人眼的视觉暂留，形成眼图。另外也可以使Matlab自带的画眼图的函数 eyediagram()进行绘图。四、程序框图产生M个双极性不归零码定义升余弦滚降系统系统函数序列经过升余弦滚降滤波器作出功率谱和眼图傅里叶反变换得时域波形五、仿真源代码六、实验结果及分析图4.1 升余弦滚降系统功率谱（序列均值为0）仿真图图4.2 升余弦滚降系统眼图附 录：心得体会大一下

15、学期的时候选修过matlab，但是由于没有机会上机实践，所以只是对matlab有个模糊的印象。前一阵子参加数学建模竞赛，使用matlab编程，对matlab的编程熟悉了不少，但毕竟只是局限于一小部分。而通过这学期的通信原理软件实验，我对于MATLAB的基本编程与应用有了更进一步的理解和体会，特别是加深了MATLAB在通信中应用的知识。学会了计算机仿真基本原理，即信号的截断、抽样与矩阵运算。学会了时域与频域仿真的基本方法、随机数产生于编码、限带窄带通信的建模与仿真。加深了对傅里叶变换、功率谱、眼图等的理解。由于课本上给了非常详细的代码，所以这四个实验并不很难，代码很快便可以写好，只是在调图的坐标时花费了部分时间。但总体来说还是很简单的。有时候发现图像并不是很平滑，这说明课本上给的采样点数不够，然后自己再适当地增加采样点数，图像就变得好多了。另外，我再次体会到了matlab这个数学软件的强大之处。我相信在以后的学习和实践过程中还会用到这个软件，所以我以后要多多阅读matlab的帮助文件，积累函数知识，掌握matlab最基本的一些用法，为以后继续使用matlab仿真通信过程打下基础。同时，我应该增强自己对理论知识的理解，将知识系统化，归一化，把知识学透学通，融会贯通，才能在不论是理论课考试还是实验课上游刃有余。45