2023年新版北邮通信原理软件实验报告.pdf

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1、通信原理软件实验报告学院:信息与通信工程学院班级：8一、通信原理Ma t 1 a b仿真实验实验八一、实验内容假设基带信号为 m(t)=s i n(2 0 23*p i*t)+2cos(1 000*p i*t),载波频率为 2 0kHz，请仿真出AM、D SB-S C、SSB信号，观测已调信号的波形和频谱。二、实验原理1、具有离散大载波的双边带幅度调制信号AM该幅度调制是由DSB-SC AM 信号加上离散的大载波分量得到，其表达式及时间波形图为:s 伙）=,cos+.加 cos lnfct=4|1+川（讣0$2叨包 络应当注意的是,m的绝对值必须小于等于1,否则会出现下图的过调制:AM信号的频

2、谱特性如下图所示:s(小 祁()+5(/+/;)+加”一门+加“(利由图可以发现,AM信号的频谱是双边带克制载波调幅信号的频谱加上离散的大载波分量。2、双边带克制载波调幅(D SBSC A M)信号的产生双边带克制载波调幅信号s(t)是运用均值为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：COS+久)m(t)和正弦载波s的信号波形如图所示:若调制信号m(t)是拟定的，其相应的傅立叶频谱为M(f)，载波信号”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，因此通过调制之后，基带信号的频谱被搬移到了载频f c处，若模拟基带信号带

3、宽为W,则调制信号带宽为2W,并且频谱中不具有离散的载频分量，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、单边带条幅SSB信号双边带克制载波调幅信号规定信道带宽B=2 W,其中W是模拟基带信号带宽。从信息论关点开看，此双边带是有剩余度的，因而只要运用双边带中的任一边带来传输，仍能在接受机解调出原基带信号，这样可减少传送已调信号的信道带宽。单边带条幅SSB AM信号的其表达式：SLSB(7)=(，)c o s 2/7 +4向(。2兀。一sUSB(/)=4加()c o s 2兀 fj-4 疥也 2兀 fj其频谱图为:上必用,F ia带 下边带一，八 上 出 核上 边 枪 蛟 诸三、仿真

4、设计1、流程图:2、实验结果&分析讨论实验仿真结果口回区F ile Edit Vi ew Insert Tools Window Help口 中。昌A Z /阳 后 门AM波形321I 0-1-20510050口-2J Figure No.2File Edi t Vi ew Insert Tools Window Help口 方。昌k A?/野 月QDSB波形频率耿Hz)从上至下依次是AM信号、DSB信号、S SB信号。从仿真结果看，A M调制信号包络清楚，可运用包络检波恢复原信号，接受设备较为简朴。其频谱具有离散大载波，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。D SB

5、-SC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。SSB信号比DSB信号节省一半带宽，适合于语声信号的调制，由于其没有直流分量，也没有很低频的成分。3、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，但其功率谱中有相称大一部分是载频信号，效率非常低；DS B-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，频谱运用率较低；SS B调制方式在频谱运用上又做出了改善,为原先的一半，但其可靠性减少了,总之，可靠性与有效性是难以两全其美的，为一对矛盾体。四、程序代码f s=8 0 0;%kH zT =2 0 0;N =T*f s；

6、t=lin s pace(-T/2 r T/2,N)；f=1 inspace(-f s/2zfs/2,N);fml=1;%k H zf m2 =0 .5;%k H zfc=2 0；%kH zm t =si n(2*pi*fml*t)+2 。s(2 *p i *fm2 *t);告 AM调制信号波形和频谱A =2 ;a=0.3;A M =(1 +a*m t).*cos(2*pi*fc*t);figure(1)；s ubplot(2,1,1)；pl O t(t,A M);xl a b e 1 C 时间 t (ms)，);ylabe 1(1 A M1);axis(-3,3 ,3 ,3);ti t le

7、 A M 波 形)；grid o n；F A M =t2 f(A M,f s)；s ub p lo t(2,1,2);plot(f f a b s(F A M)；X la b e 1 (,频率 f(kH z),);yl a bel(1 F A M);a xi s(-2 5,2 5,0,150);ti t le(，AM幅频特性，)；g r i d o n;%D S B-S C信号波形和频谱D S B =mt.*c O s(2 pi*f c*t);f i g u r e(2)；s u bplot(2,1,1)；plot(t,D S B )；xl a b el(时间t(ms)1);y l a b e

8、 K D S B1);axis(L3,3,-3,3);t i t i e(?D S B波形，)；grid o n；F D S B =t 2 f(D S B f fs)；s u bplot(2,1,2)；plot(f,abs(F D S B);x lab e 1 (频率f(kH z)D;ylabe 1 (F D S B );a x i s (-2 5,2 5,0,1 5 0 );t i t l e(f D S B幅频特性,)；g r i d o n；%S S B信号波形和频谱Mt 2 f(mtz fs);M H=j*s i g n(f).*M;mh=re a l(f 2 t(MH,f s);SS

9、B=mt *cos(2*pi f c*t)-mh.*s i n(2*p i*f c*t);FSSB=t2 f(SSB,f s);f i gure(3)；s u bplo t(2,1,1);p lo t(t,S S B);x la b e l(1 时间t (m s)，);y 1 a b e l(S SB1);a x is (1 3,3,-5,5 );t i t l e(SSB波形);g rid on;s ubplo t(2,1,2);p lo t(fza b s(F S S B);x 1 abe 1 (,频率f(kH z)，)；y la be 1 (FSSB1);a x is(-2 5,2 5,

10、0,1 5 0 );t i t l e L S S B 幅频特性D;g r i d on;实验九一、实验内容假设基带信号为 m(t)=s i n(2 0 2 3 nt)+2co s(1000 n t)+4 s in(5 0 0JI t+n/3)，载波频率为40kHz，仿真产生FM信号，观测波形与频谱。F M的频偏常数为5kHz/Vo二、实验原理1、调频信号表达式为:()，()()/j_Q 0 (号一频率偏移常数2、调频信号的频谱特性：单频调制信号涉及无穷多频率分量，在实际应用中，我们运用等效带宽这个概念。等效带宽的定义为:包含9 8%或者9 9%的已调信号总功率的带宽,根据卡松公式有：谆2(K

11、/mQ)1n1ax+着)三、仿真设计1、流程图2、实验结果&分析讨论3、结果分析由于m a x(m(t)=6.4833,信号带宽 fm=1 K Hz,Kf=5KHz/V,由卡松公式为八2（恪向 力）计算得带宽为66.8 320K Hz,与频域仿真结果基本相符。（事实上，由于调制信号不是单频信号，卡松公式不满足）四、程序代码fs=8 0 0;%kH zT =2 0 0;N =T*fs;dt=1 /f s;t=1 i n s p ace(T/2,T/2,N);f=li n space(-fs/2,f s/2,N )；fm 1 =1；%k H zfm 2 =0.5；%kH zfm 3 =0.2 5;

12、%kH zf c=4 0；%kH zk=5 ；%k H zm t =sin(2*pi*f ml*t)4-2*cos(2 *p+4 *sin(2*pi*f m3*t+p i/3);phi=2*p i*k c u m s u m (mt)*d t;F M =c os(2*pi*fc*t+phi);s ubpl o t(2,1,1);p 1 o t(t,F M);xlabe 1 (时间 t(m s)z)；y 1 a b e 1 (*F M)；axis(-2,2,-3,3);t itle波形，);grid o n;F F M =t2 f(F MZ f s);subp 1 o t (2,1,2);plo

13、 t(fz a b s(F F M);xlabel。频率 f(kH z )1)；y 1 a b e 1 (F FM)；axi s(-8 0,8 0 ,0,2 0);t i t l e 幅频特性，)；grid on;实验一、实验内容通过仿真测量占空比为50%、75%以及100%的单、双极性归零码波形以及其功率谱，分析不同占空比对仿真结果的影响。二、实验原理1、时域特性1.1二进制单极性归零码：b:2、频域特性(功率谱):数字基带信号S的功率谱密度为:4 =工丽产#佝(/)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8 有关。在实随机序列“的各符号互不

14、相关时,s(t)的功率谱为4/)=竽|%(/)|，臀 之 8 停 丫 心 与、2.1单极性归零码:2.4双极性归零码:三、仿真设计1、流程图：2、实验结果&分析讨论2.1单极性2.2双极性从上至下依次是占空比50%、75%、100%。从仿真结果可以看出，随占空比增长,频谱主瓣宽度减小，且不含冲激。3、结果分析：3.1单极性由于单极性码具有直流分量，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5 0%、75%、100%的占空比的带宽分别相应为码元速率B的4倍、2倍、1.3 3倍 和1倍。3.2双极性由于双极性码不含直流分量，所以没有单极性码所

15、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。3.3对比由于很多传输线路不能传送直流分量，并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。四、程序代码%通过仿真测量占空比为5 0%、75%以 及1 0 0%的单双极性归零码波形及其功率谱,分析不同占空比对仿真结果的影响c l e a r a 1 1;x d e l (w i n s i d ();/关闭所有图形窗口e x e c t 2 f.s c i;e x e c f 2 t.s c i;L=3 2;/每个码元间隔内的采样点数N=2 2 3;/总采样点数M=N/L；/总码元数Rb=2 ；/码元速率T

16、 s =1 /Rb;/比特间隔f s=L/T s;/采样速率T=N/f s；/截短时间B s=f s /2；/系统带宽t =-T/2 +0：N-l /f s;/时域采样点f=-Bs+0:N 1 /T;/频域采样点L O =i n p u t (请输入占空比(O l)：，)E P=z e r o s (1 ,N )；c h=i n p u t(，请选择要观测的码型：1 -单极性；其他-双极性)f o r l o o p=l:1 0 0 0/1 0 0 0次样本函数取平均i f c h=1a=(r a n d(l,M)0.5)+0;/生成单极性序列e l s ea =s i g n (r a n

17、d (1,M)0.5)0.5);/生成双极性序列e n dt m p =z e r o s(L,M)；/一个码元的归零部分取零L l =L*L 0；/占空比，求出一个码元不归零部分的取样点数t m p(1 :L 1 ,:)=o n e s(L l,1 )*a；/将一个码元不归零部分的取样点值置为1s=t m p (：)1；S=t 2 f (s,f s);/傅里叶变化P=a b s (S)J 2/T;样本的功率谱密度E P=EP *(1 -1/l o o p)+P/1 o o p；/随机过程的功率谱是各个样本的功率谱的数学盼望e n dx s e t (w i n d o w ,1 )p l o

18、 t (t,s )s e t (g c a (),g r i d ，1,1)t i t Ie 时域图，)x 1 a b e l (z t1)yl a b e l S (t )m t l b _ a x i s (1-3,3,-1.5,1.5);x s e t (w i n d o w ,2)p l o t (f,a b s (EP+%e p s)s e t(g c a (),g r i d ,1,11)t i t 1 e (，功 率 谱 图 形)x 1 a b e l (f )yl a b e 1(，功 率，)m t l b _ a x i s(-35,35,-5,m a x (E P+%e

19、p s);x s e t (w i n d o w ,3)p l o t(f,10*l o g l 0(E P +%e p s )s e t(g c a (),g r i d ,1,1)t i t 1 e (功 率 谱 图 形(d B),)x l a b e l(z f )y 1 a b e 1 (，功 率，)实验十二一、实验内容仿真测量滚降系数为a=0.2 5 的根升余弦滚降系统的发送功率谱密度及眼图。二、实验原理1.抱负限带情况下的最佳基带传输：接收码序列CC -D*发送滤波 信道 接收滤波白噪声 取样判决nw(t)a 的存在，使得传输频带增长，减少了频谱运用率。A愈小，波形振荡起伏愈大,

20、传输频带扩展小;反之，a 愈大，波形振荡起伏愈小，频带扩展增大。实际中一般选 取a不小于0.2o2、眼图实际通信系统中，数字信号通过非抱负的传输系统产生畸变，总是在不同限度上存在码间干扰的，系统性能很难进行定量的分析,经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州艮睛闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表达系统对定期误差灵敏的限度，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达最大信号失真量；(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

21、值超过它就有也许发生错误判决；(5)阴影区与横轴相交的区间表达零点位置变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定期信息的解调器有重要影响。三、仿真设计1、流程图产生M个0、2定义升余弦滚降系A-A-rr.4/A H r作出功率2、实验结果&分析讨论发送功率谱密度：)FxR U ie Ro.1工lo o lt(find。*Hlp口 安。与、A 7/0 cm.寸的 乎界Zl.f(MHz)叫实验结果：仿真结果与计算公式W =R,(l +a)/2=2(i+0.2 5)/2=1.2 5 基本相等眼图:五、程序代码clear allglob a 1 dt t df Nc l o s e a 1 1N=2A

22、1 4;o o 名 采 样点数L=3 2;%每码元的采样点数M=N/L o o *码元数Rb=2；o o%码速率是2Mb/sT s=l/R b;d t=T s/L；d f=1 /(N*dt)T=N*d tBs=N*d f/2Na=4;alph a=0.25;t=-T/2+d t/2:d t:T/2 ；f=-B s+df/2:d f:B s;为码元间隔%时域采样间隔%频域采样间隔%时域截短时间金系统带宽，设示波器扫描宽度为4个码元为时域横坐标%频域横坐标gl=s i n(p i*t/T s)./(p i*t/T s)；g2=cos(a l P ha*p i*t/T s)./(1-(2*a 1 p

23、ha*t/T s).A2)；g=g l.*g2;o%升余弦脉冲波形G=t2 f(g,d f)；升余弦脉冲波形的傅氏正变换fig u r e(l)%s e t(1,7 P o sit i on 1 0 0,50,300,2 0 0)%设定窗口位置及大小%s e t(2 j p o s itio n ,3 5 0,5 0,3 0 0,200);%设定窗 口位置及大小f i g u r e(2)h ol d on 色图形叠加，即反复扫描g r i dx 1 abe l (t i n u s )y l a b e 1 (1 s (t )i n V )E P=z e r 0 s (s i z e (f)

24、+e p s；零f o r i i=1 ：2的循环a=s i g n (ran d n (1 ,M);i mp=z e ro S (1,N);i mp (L/2:L:N)=a/d t；S=t 2 f (i m p,d f).*G ；s=f 2 t (t 2 f (i mpzd f).*G,d f);s =r e a 1 (s);P=S.*co n j(S)/T;E P=(E P*(i i-1)+P +e p s)/i i;f i g u r e (1)p l o t (f,3 0 +1 0*1 o g l O (E P),)；g ri dax i s (-3z+3,-2 0 0 ,2 0 0

25、)x l a be l (1 f (M H z )f)y l abe l (P s (f )(d B m /M H z),)f i g u re (2)t t =0 ：d t:N a*L*d t ；f o r j j =l:Na*L：N-N a*L%力 口 e p s 是为了躲常设累计平均%产生冲激序列%升余弦信号的傅氏变换%升余弦信号的时域波形%升余弦信号的功率谱%累计平均%设定画眼图的坐标的位置带 Na*L是每次画眼图的间隔步长，N-Na*L是画眼图的 最后一点的起始点。p 1 o t （t t,s （j j：j j +N a*L）;3回升余弦信号的眼图e n dend%相应累计平均的循环

26、实现数字基带传输系统实验目的：运用编程实现数字基带传输系统1）画出发送端输入码序列波形和功率谱、发送滤波器输出波形和功率谱2）画出接受端采样判决后码序列波形和功率谱、接受滤波器输出波形和功率谱3）画出接受滤波器输出信号眼图（在升余弦滚将系数分别为0、0.5、1的情况下）4）分 别 画 出 升 余 弦 滚 将 系 数 为0、0.5、1,采样判决点在眼图最大处的系统的实际误 码 曲 线（P e s/n 0曲线），并在同坐标系中画出理论误码曲线5）改 变 采 样 点 反 复1）4）。产生1、+1等概双极性码定义升余弦滚降系统系统函扑序列经过升余弦滚降滤波器J累积平均计算发生码功率谱菊席作出发端功率谱

27、图和眼图.线路码经过限带AWGN 信道传输4升余弦滚降滤波器滤油4判决并计算误码率作出收端功率谱、眼图、判决输出滋形.程序代码:主程序：cl e ar al le x e c 1 2 f.s ci；e x e c f 2 t .s ci;e x e c eye s .s c i；k=l 3;N=2”；采样点数L=1 6;/每码元的采样点数M=N /L;/码元数R b=2;/码速率是2 Mb/sTs=l/R b;/码元间隔dt=T s/L;/时域采样间隔f s=1 /d t；采样速率d f=1 /(N*d t)；频域采样间隔T=N*d t ；/截短时间B s=N*d f系统带宽f=-B s+d

28、f/2：d f：B s ;频域横坐标t=L-T/2+d t/2 :d l：T/2 ;时域横坐标a l p h a=l；升余弦滚降系数H c o s =z e r o s (1 ,N);i i=f i n d(a bs(D(1 -a l p h a)/(2*T s)&a b s (f)S*SA8 10仇Hz蚓W里培3 功*浴flkHz)20(ZHWM.*-5O50-5(NHW堂U.-发送调鼓匡0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50滚降系数为0：PeEb/N0m 线&-MHHN)-80l3lf r l,9l.8l03H、HZ)I I.JL，I I.09090笠，津代 帆9L0

29、2叁褰察3声科02&txvsog 1条 宗匚*z ,=再！033 o|f g f|QPO|G E D|寮送浩昱s0 5 10 1 5 20 25 30 35 40 45 50揍次送战座2 5-r-.,.i.r.7-0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50实验总结通信原理是门以实验为辅助的学科，实验、学习和观测等实践环节对我们掌握知识、科学方法、培养我们的动手能力和怀疑的精神都起到了至关重要的作用。通信原理软件实验的整个实验周期很长,所以我们有富余的时间去思考自己下一个实验的内容和实现方式。虽然中间恰好碰上几场考试，复习占用了很多做实验的时间，但是之后很顺利地赶上了实验的进度，还是把实验完毕了。由于可以用自己的笔记本，感觉通原软件实验比硬件实验的机动性更强，并且软件实验中避免了很多噪声和电路上的因素，生成的图像更加直观，利于思考和理解。整个通信原理软件实验不仅实实在在的显示了信号的生成、解决、发送、接受过程也是让我们自行学习了强大软件M a tla B 的使用。显然,M a t laB的用途远远大于在信号解决上面。有了使用这款软件的知识在此后解决很多问题上都可以做到模拟和实际结合起来进行，可以走避免很多弯路。