北京邮电大学通原软件实验报告

1、信息与通信工程学院通信原理软件实验报告班级： 2011211105 姓名： 潘文斌 学号： 2011210132 日 期 ： 2013年11月 【实验目的】本实验是“通信原理”的一个组成部分。在本实验中我们使用的软件工具是MATLAB。实验的主要目的是：1.掌握MATLAB软件的最基本运用。MATLAB是一种很实用的数学软件，它易学易用。MATLAB对于许多的通信仿真类问题来说是比较合适的。2.了解计算机仿真的基本原理及方法，学习并掌握通过仿真的方法去研究通信问题的技能。3.结合通原的教学，巩固加深对通信原理课有关内容的理解。【实验原理】从数学的角度来看，信息从一地传送到另一地的整个过程或者其

2、各个环节不外乎是一些码或信号的变换过程。例如信源压缩编码、纠错编码、AMI编码、扰码等属于码层次上的变换，而基带成形、滤波、调制等则是信号层次上的。码的变换是易于用软件来仿真的。要仿真信号的变换，必须解决信号与信号系统在软件中表示的问题。实验八【实验要求】假设基带信号为 m(t)=sin(2000t)+2cos(1000t)，载波频率为20kHz，请仿真出AM、DSB-SC、SSB信号，观察已调波形和频谱。 【实验目的】研究基带信号在AM、DSB-SC、SSB调制下的波形及频谱特性。【仿真模型】1.DSB-SC(双边带抑制载波调幅信号)s(t)是利用均值为零的模拟基带信号m(t)与正弦载波c(

3、t)相乘得到，如图8.1.1图8.1.1DSB信号的数学表达式为st=mtct=m(t)Accos(ct+c)经幅度调制后，基带信号的频谱被搬移到载频fc处。在ffc的频率分量为S(f)的上边带，在f0);%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;% 25%占空比 L2=L*0.5; % 50%占空比 L3=L*0.75;% 75%占空比 L4=L; % 100%占空比 % 25% tmp1(1:L1,:)=ones(L1,1)*a1; s1=tmp1(:); S

4、1=t2f(s1,fs); P1=abs(S1).2/T; EP1=EP1*(1-1/loop)+P1/loop; % 50% tmp2(1:L2,:)=ones(L2,1)*a1; s2=tmp2(:); S2=t2f(s2,fs); P2=abs(S2).2/T; EP2=EP2*(1-1/loop)+P2/loop; % 75% tmp3(1:L3,:)=ones(L3,1)*a1; s3=tmp3(:); S3=t2f(s3,fs); P3=abs(S3).2/T; EP3=EP3*(1-1/loop)+P3/loop; % 100% tmp4(1:L4,:)=ones(L4,1)*a

5、1; s4=tmp4(:); S4=t2f(s4,fs); P4=abs(S4).2/T; EP4=EP4*(1-1/loop)+P4/loop;end%单极性RZ波形figure(1)subplot(2,2,1)plot(t,s1)axis equalxlabel(t(ms)ylabel(s1(t)(V)grid on,title(占空比为25%的单极性归零码)subplot(2,2,2)plot(t,s2)axis equalxlabel(t(ms)ylabel(s2(t)(V)grid on,title(占空比为50%的单极性归零码)subplot(2,2,3)plot(t,s3)axi

6、s equalxlabel(t(ms)ylabel(s3(t)(V)grid on,title(占空比为75%的单极性归零码)subplot(2,2,4)plot(t,s4)axis equalxlabel(t(ms)ylabel(s4(t)(V)grid on,title(占空比为100%的单极性归零码)%单极性RZ功率谱figure(2)subplot(2,2,1)semilogy(f,EP1)axis(-200,200,0,max(EP1)grid ontitle(占空比为25%的单极性RZ功率谱)xlabel(f(khz)ylabel(功率谱P1(W/kHz)subplot(2,2,2

7、)semilogy(f,EP2)axis(-200,200,0,max(EP2)grid ontitle(占空比为50%的单极性RZ功率谱)xlabel(f(khz)ylabel(功率谱P2(W/kHz)subplot(2,2,3)semilogy(f,EP3)axis(-200,200,0,max(EP3)grid ontitle(占空比为75%的单极性RZ功率谱)xlabel(f(khz)ylabel(功率谱P3(W/kHz)subplot(2,2,4)semilogy(f,EP4)axis(-200,200,0,max(EP4)grid ontitle(占空比为100%的单极性RZ功率谱

8、)xlabel(f(khz)ylabel(功率谱P4(W/kHz) %双极性RZclear all;global dt df N t f TL=64;%每个码元间隔的采样数N=512;%总采样点数M=N/L;%总码元数Rs=5;%kbit/sTs=1/Rs;%码元间隔T=M*Ts;fs=N/T;dt=1/fs;df=1/T;t=-(T/2):dt:(T/2-dt);f=-fs/2:df:fs/2-df; EP1=zeros(1,N);EP2=zeros(1,N);EP3=zeros(1,N);EP4=zeros(1,N); %产生双极性RZ功率谱for loop=1:1000 a1=(rand

9、n(1,M)0);%产生单极性数据 a2=(a1-1/2)*2;%产生双极性数据码 tmp1=zeros(L,M); tmp2=zeros(L,M); tmp3=zeros(L,M); tmp4=zeros(L,M); L1=L*0.25;% 25%占空比 L2=L*0.5; % 50%占空比 L3=L*0.75;% 75%占空比 L4=L; % 100%占空比 % 25% tmp1(1:L1,:)=ones(L1,1)*a2; s1=tmp1(:); S1=t2f(s1,fs); P1=abs(S1).2/T; EP1=EP1*(1-1/loop)+P1/loop; % 50% tmp2(1

10、:L2,:)=ones(L2,1)*a2; s2=tmp2(:); S2=t2f(s2,fs); P2=abs(S2).2/T; EP2=EP2*(1-1/loop)+P2/loop; % 75% tmp3(1:L3,:)=ones(L3,1)*a2; s3=tmp3(:); S3=t2f(s3,fs); P3=abs(S3).2/T; EP3=EP3*(1-1/loop)+P3/loop; % 100% tmp4(1:L4,:)=ones(L4,1)*a2; s4=tmp4(:); S4=t2f(s4,fs); P4=abs(S4).2/T; EP4=EP4*(1-1/loop)+P4/lo

11、op;end%双极性RZ码figure(3)subplot(2,2,1)plot(t,s1)axis(-1,1,-1.5,1.5)xlabel(t(ms)ylabel(s1(t)(V)grid on,title(占空比为25%的双极性归零码)subplot(2,2,2)plot(t,s2)axis(-1,1,-1.5,1.5)xlabel(t(ms)ylabel(s2(t)(V)grid on,title(占空比为50%的双极性归零码)subplot(2,2,3)plot(t,s3)axis(-1,1,-1.5,1.5)xlabel(t(ms)ylabel(s3(t)(V)grid on,ti

12、tle(占空比为75%的双极性归零码)subplot(2,2,4)plot(t,s4)axis(-1,1,-1.5,1.5)xlabel(t(ms)ylabel(s4(t)(V)grid on,title(占空比为100%的双极性归零码)%双极性RZ功率谱figure(4)subplot(2,2,1)semilogy(f,EP1)axis(-200,200,0,max(EP1)grid ontitle(占空比25%的双极性RZ功率谱)xlabel(f(khz)ylabel(功率谱P1(W/kHz)subplot(2,2,2)semilogy(f,EP2)axis(-200,200,0,max(

13、EP2)grid ontitle(占空比50%的双极性RZ功率谱)xlabel(f(khz)ylabel(功率谱P2(W/kHz)subplot(2,2,3)semilogy(f,EP3)axis(-200,200,0,max(EP3)grid ontitle(占空比75%的双极性RZ功率谱)xlabel(f(khz)ylabel(功率P3(W/kHz)subplot(2,2,4)semilogy(f,EP4)axis(-200,200,0,max(EP4)grid ontitle(占空比100%的双极性RZ功率谱)xlabel(f(khz)ylabel(功率谱P4(W/kHz) 【实验结果】

14、【分析讨论】通过对不同占空比的功率谱密度的观察可以得出与理论一致的结论，即占空比越大，则功率谱密度的主瓣宽度越小。同时可以发现，双极性归零码的功率谱密度的曲线比单极性归零码的功率谱密度少了些毛刺，自己猜测应该是因为双极性码的平均值为0，所以会少些毛刺。同时，知道了产生ZR的方法，但是产生的 PAM信号并没有理论那么好看和标准。【实验思考和心得体会】 对归零码的功率谱密度曲线可以更清楚的看到主瓣和旁瓣的关系。通过本次实验，更加深刻的理解了占空比和功率谱主瓣宽度的关系。更清晰的了解了matlab仿真和理论的相仿和不同之处。实验十二【实验要求】仿真测量滚降系数为=0.25的根升余弦滚降系统的发送功率

15、谱密度及眼图。【实验目的】探究根升余弦滚降系统的功率谱密度，了解眼图的意义及绘制方法。【仿真模型】1.升余弦滚降系统模型为：H升(f)=TsTs201+cosTsf-1-2Ts 0f1-2Ts1-2Ts1+2Ts对于功率谱的生成，采用了累计平均的编程方法。对应一个序列X1，X2，令Yn表示前n项的平均值:Yn=X1+X2+XnnYn+1=X1+X2+Xn+Xn+1n+1=nYn+Xn+1n+1=(11n+1) Yn+1n+1Xn+12.眼图是数字信号在示波器上重复扫描得到的显示图形。眼图提供了关于数字通信系统大量有用信息：l 在眼睛张开度最大时刻，是最好的采样时刻；l 眼图斜边的斜率决定定时误

16、差的灵敏度，斜边越陡，对定时误差越敏感，即要求定时越准；l 眼睛在特定采样时刻的张开度决定了系统的噪声容限；l 眼图中央的横轴位置对应于判决门限；l 当码间干扰十分严重时，眼睛会完全闭合，系统误差严重。l 仿真中，如果一幅图的水平点数是Na，将长为N点的信号s分成NNa段，重复画在图上即可得到眼图。若每个码元内的采样点数是L，则Na应取L的整倍数，以体现示波器与输入信号的同步关系。【流程图】【实验程序】%实验12clear all;close all;global dt df N t f T N=213; %采样点数L=16; %每码元的采样点数M=N/L; %码元数Rs=2; %码元速率Ts

17、=1/Rs;%比特间隔fs=L/Ts;%采样速率Bs=fs/2;%系统带宽T=N/fs; %截断时间dt=1/fs;df=1/T;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);%中间段Hcos(ii)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(ii)-(1-alpha)/(2*Ts);ii=find(abs(f)(1-a)/(2*Ts)&abs(

18、f)(1+a)/(2*Ts)=0;ii=find(abs(f)=(1-a)/(2*Ts);%G(abs(f)=(1-a)/(2*Ts)=Ts;Hcos(ii)=Ts;Hrcos=sqrt(Hcos);EP1=zeros(1,N);EP2=zeros(1,N);for loop=1:3000 %输入码性序列 b=sign(randn(1,M); tmp=zeros(L,M); tmp(1:L,:)=ones(L,1)*b; s=tmp(:);%双极性不归零码 s1=zeros(1,N); s1(1:L:N)=b*fs;%冲激序列 S1=t2f(s1); S2=S1.*Hrcos; s2=real

19、(f2t(S2);%发送的PAM序列 N0=0.01; nw=sqrt(N0*Bs)*randn(1,N);%白高斯噪声 r=s2+nw;%接收信号 R=t2f(r); Y=R.*Hrcos; y=real(f2t(Y);%采样前信号 P1=abs(S2).2/T; EP1=EP1*(1-1/loop)+P1/loop; P2=abs(Y).2/T; EP2=EP2*(1-1/loop)+P2/loop;end y0=zeros(1,M);y0=y(1:L:N);c=sign(y0);%判决tmp1=zeros(L,M); tmp1(1:L,:)=ones(L,1)*c; s0=tmp1(:)

20、;%双极性不归零码 figure(1)subplot(2,1,1)plot(t,s)xlabel(t(ms)ylabel(s(t) (V)axis(-4,4,-1.5,1.5)gridsubplot(2,1,2)plot(t,s1)xlabel(t(ms)ylabel(s(t) (V)axis(-4,4,-33,33)gridfigure(2)subplot(2,1,1)plot(f,EP1)xlabel(f(khz)ylabel(发送功率谱(W/khz)axis(-2,2,0,max(EP1)gridsubplot(2,1,2)plot(f,EP2)xlabel(f(khz)ylabel(接

21、收功率谱(W/khz)axis(-2,2,0,max(EP2)grideyediagram(s2,3*L,3,9);%发送眼图eyediagram(y,3*L,3,9);%接收眼图figure(5)subplot(2,1,1)plot(t,s)xlabel(t(ms)ylabel(s(t) (V)axis(-4,4,-1.5,1.5)gridsubplot(2,1,2)plot(t,s0)xlabel(t(ms)ylabel(s(t) (V)axis(-4,4,-1.5,1.5)grid%理论误码率SNR=1:0.01:14;Pb=0.5*erfc(sqrt(SNR);figure(6)sem

22、ilogy(10*log(SNR),Pb);hold on;axis(0,14,10-3,10-1)%实际误码率N0=0.01:0.001:1;Eerror=0;for loop=1:length(N0) %输入码型序列 b=sign(randn(1,M); tmp=zeros(L,M); tmp(1:L,:)=ones(L,1)*b; s=tmp(:);%双极性不归零码 s1=zeros(1,N); s1(1:L:N)=b*fs;%冲激序列 S1=t2f(s1); S2=S1.*Hrcos; s2=real(f2t(S2);%发送的PAM信号 for ii=1:10 nw=sqrt(N0(l

23、oop)*Bs)*randn(1,N);%白高斯噪声 r=s2+nw;%接收信号 R=t2f(r); Y=R.*Hrcos; y=real(f2t(Y);%采样前信号 P1=abs(S2).2/T; P2=abs(Y).2/T; y0=zeros(1,M); y0=y(1:L:N); c=sign(y0);%判决 tmp1=zeros(L,M); tmp1(1:L,:)=ones(L,1)*c; s0=tmp1(:);%双极性不归零码 errorPercent=length(find(s0-s)/N; Eerror=Eerror*(1-1/ii)+errorPercent/ii; endSNR

24、=1/N0(loop);semilogy(10*log(SNR),errorPercent,R+);hold on;end【实验结果】输入序列码与冲激序列发送和接收功率谱发送眼图 接收眼图发送码与接收码理论误码率曲线和实际误码率散点的比对图【分析讨论】 可以看出与理论相比很相近，发送眼图与接收眼图略有不同，且接收眼图较差于发送眼图，说明是由于高斯白噪声加入造成的。从理论误码率曲线和实际误码率散点的比对图可以看出，实际的误码率散点均匀分布在理论曲线周围，证明仿真的准确性。实验过程中遇到的问题及解决方案【实验一】1.问题：由于对matlab的不够熟悉，总是不知道如何下手，时域采样向量t的设置不合理，得不到好看的波形。 解决方案： 看实验课本，认真理解matlab的工作原理：通过大量的抽样来获取信号各个时刻的值。【实验二】2.问题： Matlab中对基带信号m(t)的频率设置没有实际的意义，只要成比例即可。如：实验要求的频率为1000Hz，500Hz，250Hz，完全可以分别用1, 0.5 , 0.25代替。一开始完全按照课本上设置为1000，500,250，导致波形非常密集。解决方案：参考matl