北邮通原软件实验报告(共30页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 2013年通信原理软件实验报告 学 院：信息与通信工程学院班 级：姓 名：学 号：班内序号：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调制原理.43.SSB调制原理.4三.仿真思路.4四.程序框图.5五.仿真源代码.5六.仿真结果及分析.8实验二 调频信号频谱仿真.10一.实验题目.10二.基本原理.10三.仿真思路.10四.程序框图.11五.仿真源代码.11六.仿真结果分析.12实验三 单双极性波形及功率谱仿真.13一.实验题目.13二.基本原理.131.单极性归零码.132.双极性归零码.133.各种码的比

2、较.13三.仿真思路.131.产生RZ码.132.仿真功率谱密度.13四.程序框图.14五。仿真源代码.14六.仿真及结果分析.17实验四 根升余弦滚降功率谱密度及眼图仿真.25一.实验题目.25二.基本原理.251.升余弦滚降.252.眼图.25三.仿真思路.26四.程序框图.26 五.仿真源代码.26六.仿真结果及分析.27心得体会.29 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

3、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。4 程序框图确定基本采样参数确定载波和基带待调制信号确定AM,DSB,SSB的一条信号FFT变换得到信号频谱 作图五.仿真源代码1.傅里正变换函数代码：function S =t2

4、f( s,fs )%傅里叶正变换,s表示输入信号，S代表s的频谱，fs是采样率N=length(s);%总样点数T=1/fs*N;%观察时间f=-N/2:(N/2-1)/T;%频率采样点tmp1=fft(s)/fs;tmp2=N*ifft(s)/fs;S(1:N/2)=tmp2(N/2+1:-1:2);S(N/2+1:N)=tmp1(1:N/2);S=S.*exp(j*pi*f*T);End2. 傅里叶反变换函数代码：function s = f2t( S,fs )%傅里叶反变换N=length(S);T=N/fs;t=-(T/2):1/fs:(T/2-1/fs);%时域采样点tmp1=fft

5、(S)/T;tmp2=N*ifft(S)/T;s(1:N/2)=tmp1(N/2+1:-1:2);s(N/2+1:N)=tmp2(1:N/2);s=s.*exp(-j*pi*t*fs);End3.AM信号仿真代码：clear all;close all; fs=800;T=200; %确定基本的采样参数N=T*fs;dt=1/fs;df=1/T;t=-T/2:dt:T/2-dt;f=-fs/2:df:fs/2-df; %kHz fm1=1; fm2=0.5;%设定该题目参量fc=20; a=1/3;%调幅指数 m=sin(2*pi*fm1*t)+2*cos(2*pi*fm2*t); %待调制基

6、带信号M=t2f(m,fs); %待调制基带信号傅里叶变换c=cos(2*pi*fc*t); %载波信号 s=(1+a*m).*cos(2*pi*fc*t); %AM信号S=t2f(s,fs); %AM信号傅里叶变换 figure(1)subplot(2,2,1) %做基带待调制信号波形plot(t,m),axis(-2,2,-max(abs(m)+0.5),max(abs(m)+0.5)xlabel(t(s),ylabel(m(t)(V),title(基带待调制信号)subplot(2,2,2) %做载波信号波形plot(t,c),axis(-0.1,0.1,-max(abs(c)+0.5)

7、,max(abs(c)+0.5)xlabel(t(s),ylabel(c(t)(V),title(载波信号)subplot(2,2,3) %做AM信号波形plot(t,s),axis(-2.5,1.5,-3,3)xlabel(t(ms),ylabel(s(t)(V),title(AM时域波形)subplot(2,2,4) %做AM信号幅频特性plot(f,abs(S),axis(18,22,0,max(abs(S)+10)xlabel(f(kHz),ylabel(|AM(f)|(V/Hz),title(AM幅频特性)4. DSB信号仿真代码：clear all;close all; fs=80

8、0;T=200; %设置采样基本参数N=T*fs;dt=1/fs;df=1/T;t=-T/2:dt:T/2-dt;f=-fs/2:df:fs/2-df;%kHzfm1=1;fm2=0.5;fc=20; %设置该题目参数 m=sin(2*pi*fm1*t)+2*cos(2*pi*fm2*t);%基带待调制信号M=t2f(m,fs); %待调制信号频谱 s=m.*cos(2*pi*fc*t); %DSB信号S=t2f(s,fs); %DSB信号频谱 figure(1)subplot(2,1,1) %做出DSB信号波形plot(t,s),axis(-2.5,1.5,-4,4)xlabel(t(ms)

9、,ylabel(s(t)(V)title(DSB-SC时域波形)subplot(2,1,2) %做出DSB信号频谱plot(f,abs(S),axis(18,22,0,max(abs(S)+10)xlabel(f(kHz),ylabel(|DSB-SC(f)|(V/Hz)title(DSB-SC幅频特性)5. SSB信号仿真代码：clear all;close all; fs=800;T=200; %设置基本采样参数N=T*fs;dt=1/fs;df=1/T;t=-T/2:dt:T/2-dt;f=-fs/2:df:fs/2-df;%kHzfm1=1;fm2=0.5;fc=20;%设置本题目参数

10、 m=sin(2*pi*fm1*t)+2*cos(2*pi*fm2*t); %基带待调制信号M=t2f(m,fs); %基带待调制信号傅里叶变换MH=-j*sign(f).*M; %基带待调制信号的希尔伯特变换mh=real(f2t(MH,fs); s=m.*cos(2*pi*fc*t)-mh.*sin(2*pi*fc*t);%SSB信号S=t2f(s,fs); %SSB信号的傅里叶变换 figure(1)subplot(2,1,1) %画出SSB信号的时域波形plot(t,s),axis(-3,3,-4,4)xlabel(t(ms),ylabel(s(t)(V)title(SSB时域波形)s

11、ubplot(2,1,2) %画出SSB信号的频谱plot(f,abs(S),axis(18,23,0,max(abs(S)+10)xlabel(f(kHz),ylabel(|SSB(f)|(V/Hz)title(SSB幅频特性)6 仿真结果及分析1. AM信号仿真结果上图为AM信号的仿真结果，在本题目仿真中，取调幅系数为1/3，得到的AM信号可以正确的显示原信号的包络特性，可以通过AM信号通过包络检波恢复原信号。从幅频特性上可以看出，AM信号不仅含有基带信号的边频分量，还含有离散大载波分量，且载波分量的幅值很大，说明调制效率很低。2.DSB信号仿真结果 上图为位DSB信号的仿真结果，其时域波

12、形无法显示出原信号的包络特性，但是，从频谱可以看出，DSB信号仍携带有原信号的频率分量，且不含有离散大载波分量，提高了调制效率，没有改变传输带宽，且不能用包络检波解调。3. SSB信号仿真结果 上图为SSB信号，可以看出SSB信号的包络也无法显示原信号的包络特性，不能用包络检波的方式回复原信号，但是，从频谱图可以看出，SSB信号中不含有离散大载波分量，相较AM提高了调频效率，同时，这里为上边带信号，相较DSB信号又节省了带宽。 综合以上三种调幅信号可知，AM信号可以利用包络展示原信号特性，可以利用包络检波的方式解调输出，但是由于具有离散大载波分量，调制效率低；DSB信号不能用包络检波的方式解调

13、，但是由于去掉了离散大载波分量，因此，调制效率提高；SSB信号也不能用包络检波的方式解调，但是由于去掉了离散大载波且只取了一个边带，因此，调制效率高且节省啦带宽。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

14、用实验一中给出的t2f.m函数。四程序框图确定基本采样参数确定载波和基带待调制信号确定FM信号FFT变换得到信号频谱 作图五仿真源代码clear all;close all; fs=800;T=16; %设置基本采样参数N=T*fs;dt=1/fs;t=-T/2:dt:T/2-dt;df=1/T;f=-fs/2:df:fs/2-df;%kHzfm1=1;fm2=0.5; %设置本题目参数fm3=0.25;fc=40;Kf=5;thea=pi/3; m=sin(2*pi*fm1*t)+2*cos(2*pi*fm2*t)+4*sin(2*pi*fm3*t+thea); %基带待调制信号phi=2*

15、pi*Kf*cumsum(m)*dt; %计算调频产生的相位偏移 s=cos(2*pi*fc*t+phi); %FM信号 S=t2f(s,fs); %FM信号的傅里叶变换 figure(1)subplot(2,1,1) %画出时域的调频信号plot(t,s),axis(0,5,-1.2,1.2)subplot(2,1,2) %画出调频信号的频谱plot(f,abs(S),axis(0,90,0,max(abs(S)+0.2) 六仿真结果及分析 上图为FM信号的仿真结果图，从时域波形图中可以看出，FM信号时域波形的频率疏密变化。 从FM的频谱图可以看出，FM信号的带宽约为：。 又由题可知，频偏为

16、。利用卡松公示进行理论计算为： 可以看出理论计算值可实际仿真结果基本相同，验证了卡松公式的有效性 对比试验一，二可以看出，FM以牺牲带框的代价换取了高的调制效率。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

17、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.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

18、量。设是码元矢量，N是总取样点数，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： a=(randn(1,M)0);%先产生随机的0,1序列 tmp=zeros(L,M); %将原本不归零的信号按照设定占空比归零，形成的归零序列 L1=L*tao; %tao为占空比 tmp(1:L1,:)=ones(L1,1)*a;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

19、数学期望4、 程序框图单极性归零：确定基本采样参数产生0,1随机码序列按照占空比产生对应的归零码序列累积求和得到功率谱密度 作图 确定基本采样参数产生0,1随机码序列按照占空比产生对应的归零码序列累积求和得到功率谱密度 作图双极性归零：五仿真源代码1.单极性归零码仿真代码：clear all;close all; L=64;%每隔数码元间隔内的采样点数N=4096;%总采样点数M=N/L;%总码元数Rs=5;Ts=1/Rs;T=M*Ts;fs=N/T; %设置基本采样参数t=-(T/2):1/fs:(T/2-1/fs);f=-(fs/2):1/T:(fs/2-1/T); tao=1;%占空比为

20、100%，将其改成0.25,0.5,0.75,可以求出对应的仿真结果EP=zeros(1,N);for loop=1:10000 %累积求和产生功率谱密度 a=(randn(1,M)0); tmp=zeros(L,M); L1=L*tao; tmp(1:L1,:)=ones(L1,1)*a; s=tmp(:); S=t2f(s,fs); %样本信号的功率谱密度 P=abs(S).2/T; EP=EP*(1-1/loop)+P/loop;end figure(1)plot(t,s),axis(-5,5,-0.2,1.2)xlabel(t(ms),ylabel(s(t)(V),title(单极性归

21、零码波形(占空比为100%）)figure(2)subplot(2,1,1)plot(f,EP),axis(-30,30,0,max(EP)+0.02)xlabel(f(kHz),ylabel(功率谱（W/kHz),title(单极性归零码功率谱(占空比为100%）)subplot(2,1,2)plot(f,10*log10(EP+eps),axis(-20,20,-200,0)xlabel(f(kHz),ylabel(功率谱（db),title(单极性归零码功率谱(db)(占空比为100%）)2. 双极性归零码仿真代码：clear all;close all;%设置基本采样参数L=64;%每

22、隔数码元间隔内的采样点数N=2048;%总采样点数M=N/L;%总码元数Rs=5;Ts=1/Rs;T=M*Ts;fs=N/T;t=-(T/2):1/fs:(T/2-1/fs);f=-(fs/2):1/T:(fs/2-1/T);%累积求和得到功率谱tao=1;%占空比EP=zeros(1,N);for loop=1:10000 a=(rand(1,M)0.5); aa=1-2*a; tmp=zeros(L,M); L1=L*tao; tmp(1:L1,:)=ones(L1,1)*aa; s=tmp(:); S=t2f(s,fs); %样本信号的功率谱密度 P=abs(S).2/T; EP=EP*

23、(1-1/loop)+P/loop;end figure(1)plot(t,s),axis(-3,3,-1.2,1.2) %双极性归零码波形xlabel(t(ms),ylabel(s(t)(V)gridtitle(双极性归零码波形)figure(2) %双极性归零码功率谱subplot(2,1,1)plot(f,EP),axis(-50,50,0,max(EP)+0.02)xlabel(f(kHz),ylabel(功率谱（W/kHz)title(双极性归零码功率谱(占空比100%）)subplot(2,1,2)plot(f,10*log10(EP+eps),axis(-20,20,-200,0

24、)xlabel(f(kHz),ylabel(功率谱（db)title(双极性归零码功率谱(db)（占空比100%）)6 实验结果及分析1. 单极性归零码（1）占空比为100%时：可以看出占空比为100%时，主瓣带宽为5kHz（2） 占空比为75%时：可以看出占空比为75%时，主瓣带宽为7kHz（3） 占空比为50%时：可以看出占空比为50%时，主瓣带宽为10kHz（4） 占空比为25%时：可以看出占空比为50%时，主瓣带宽为20kHz2. 双极性归零码（1） 占空比为100%：可以看出当双极性归零码占空比为100%时，主瓣带宽为5kHz（2） 占空比为75%可以看出双极性归零码占空比为75%时

25、，主瓣带宽约为7kHz(3) 占空比为50%可以看出双极性归零码占空比为75%时，主瓣带宽约为10kHz（4） 占空比为25%：可以看出双极性归零码占空比为75%时，主瓣带宽约为20kHz 对比单双极性归零码的功率谱看出，单极性归零码有离散的直流和边频分量，而双极性归零码没有。单双极性归零码在相同占空比的情况下，主瓣带框相同。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

26、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。

27、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。其中随机序列和功率谱的产生同前面实验。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.程序框图确定基本采样参数产生根升余弦滚降函数产生随机序列，经过升余弦滤波器累积求和得到功率谱密度 作图五.仿真源代码clear allclose all N=213;%采样点数L=16;%每码元的采样点数M=N/L;%码元数Rs=2;Ts=1/Rs;

28、fs=L/Ts;Bs=fs/2;T=N/fs;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;%升余弦滚降系统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(Hcos); EP=zeros(1,N)

29、;for loop=1:2000 %产生数据序列 a=sign(randn(1,M); %产生PAM信号 s1=zeros(1,N); s1(1:L:N)=a*fs;%冲击序列 S1=t2f(s1,fs); S2=S1.*Hrcos; s2=real(f2t(S2,fs);%发送的PAM信号 P=abs(S2).2/T; EP=EP*(1-1/loop)+P/loop;%累积平均 if rem(loop,100)=0 fprintf(n %d,loop) endend R=t2f(s2,fs);y=real(f2t(R,fs); plot(f,EP)xlabel(f(kHz)ylabel(功率

30、谱（W/kHz)axis(-2,2,0,max(EP)grideyediagram(y,3*L,3,9); 六.仿真结果及分析1.升余弦滚降系统的发送功率谱：从下图可以看出，仿真结果与理论计算结果：基本相同。2.眼图： 心得体会通过这次通原软件实验，使我收获了很多，不仅熟悉了MATLAB的使用，更学会了如何利用MATLAB对通信系统进行仿真，加深了对理论知识的理解。首先，通信原理软件实验需要运用MALAB这个数学工具，这使得我对于MATLAB的基本编程与应用有了更进一步的理解和体会，我感觉到MATLAB这个软件的重要和强大，也使我有了对学习和运用这个软件的兴趣。其次，通过这几次实验，特别是加深

31、了我对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。再次，通过软件的仿真，使得我对通原理论课上学的理论知识有了更深层的理解和领会，运用形象化的方式，使得我仿佛看到了信号的在通信系统中的变化和它们的特性，加深了我对这些知识的理解和记忆。当然，在实验中，遇到了不少困难，包括代码的撰写，对代码的理解等，我通过查资料，看书和与同学交流进行了解决。实验过程中和同学探讨与交流，让我收获颇多，对于同一个问题，不同的人往往有不同的视角与方法，十分有助于开阔思维，激发思维的火花。最后，我想说，我觉得我做得还很不够，我在MATLAB运用上还很生疏，我一定要在今后多加练习和学习，争取熟练掌握MATLAB仿真通信系统的方法。专心-专注-专业