通原软件实验报告

1、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： 201121xxxx姓名： xxx 学号： 序号： 第29页目录实验八4一、实验内容4二、实验原理4三、仿真设计61. 仿真思路62. 程序框图63. 源程序7四、实验结果及分析101实验仿真结果102. 结果分析12五、实验总结12实验九13一、实验内容13二、实验原理13三、仿真设计131. 仿真思路132. 程序框图143. 源代码14四、实验结果及分析161. 实验仿真结果162. 结果分析17五、实验总结17实验十一18一、实验内容18二、实验原理181、单极性归零码182、双极性归零码183、各种码的比较19三、仿真

2、设计191. 仿真思路192. 程序框图203. 源代码20四、实验结果及分析231. 实验仿真结果232. 结果分析24五、实验总结24实验十二25一、实验内容25二、实验原理25三、仿真设计261. 仿真思路262. 程序框图263. 源程序26四、实验结果及分析281. 实验仿真结果282. 结果分析29五、实验总结29实验八一、实验内容假设基带信号为，载波频率为20kHz，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. 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： 应当注

3、意的是，m(t)的绝对值必须小于等于1，否则会出现下图的过调制：AM信号的频谱特性如下图所示：由图可以发现，AM信号的频谱是双边带抑制载波调幅信号的频谱加上离散的大载波分量。2. 双边带抑制载波调幅（DSBSC AM）信号的产生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

4、，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。单边带条幅SSB信号双边带抑制载波调幅信号要求信道带宽B=2W,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，因而只要利用双边带中的任一边带来传输，仍能在接收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： 或 其频谱图为：三、仿真设计1. 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，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

5、用预先定义的t2f.m函数替代，进行傅里叶变换，得到频谱，在频域作图即可。2. 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3. 源程序fs = 800;%kHzT = 200;N = T*fs;t = linspace(-T/2,T/2,N);f = linspace(-fs/2,fs/2,N);fm1 = 1;%kHzfm2 = 0.5;%kHzfc = 20;%kHzmt = sin(2*pi*fm1*t)+2*cos(2*pi*fm2*t);%调制信号波形和频谱figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,mt);xl

6、abel(时间t(ms);ylabel(调制信号);axis(-3,3,-3,3);title(调制信号波形);grid on;FMT = t2f(mt,fs);subplot(2,1,2);plot(f,abs(FMT);xlabel(频率f(kHz);ylabel(FMT);axis(-25,25,0,200);title(调制信号幅频特性);grid on;%AM调制信号波形和频谱A = 2;a = 0.3;AM = (1 + a*mt).*cos(2*pi*fc*t);figure(2);subplot(2,1,1);plot(t,AM);xlabel(时间t(ms);ylabel(A

7、M);axis(-3,3,-3,3);title(AM波形);grid on;FAM = t2f(AM,fs);subplot(2,1,2);plot(f,abs(FAM);xlabel(频率f(kHz);ylabel(FAM);axis(-25,25,0,200);title(AM幅频特性);grid on;%DSB-SC信号波形和频谱DSB = mt.*cos(2*pi*fc*t);figure(3);subplot(2,1,1);plot(t,DSB);xlabel(时间t(ms);ylabel(DSB);axis(-3,3,-3,3);title(DSB波形);grid on;FDSB

8、 = t2f(DSB,fs);subplot(2,1,2);plot(f,abs(FDSB);xlabel(频率f(kHz);ylabel(FDSB);axis(-25,25,0,200);title(DSB幅频特性);grid on;%SSB信号波形和频谱M = t2f(mt,fs);MH = -j*sign(f).*M;mh = real(f2t(MH,fs);SSB = mt.*cos(2*pi*fc*t)- mh.*sin(2*pi*fc*t);FSSB = t2f(SSB,fs);figure(4);subplot(2,1,1);plot(t,SSB);xlabel(时间t(ms);

9、ylabel(SSB);axis(-3,3,-5,5);title(SSB波形);grid on;subplot(2,1,2);plot(f,abs(FSSB);xlabel(频率f(kHz);ylabel(FSSB);axis(-25,25,0,200);title(SSB幅频特性);grid on;四、实验结果及分析1实验仿真结果图1图2图3 图4从上至下依次是调制信号、AM信号、DSB信号、SSB信号。从仿真结果看，AM调制信号包络清晰，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。DSB-SC信号波形和

10、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。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

11、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。五、实验总结本次实验是我通原软件实验所做的第一个仿真，由于开始对matlab仿真不太熟悉导致在很多细节上都出错了，如”.*”写成”*”，1kHz写成1k等等，后来我经过看matlab教程，对matlab应用有了进一步的理解，改正了这些错误并成功完成了实验8。通过亲手对AM,DSB-SC,SSB信号时域以及频域波形的仿真，我进一步理解了AM,DSB-SC,SSB信号时域波形的特点以及区别，频谱在频率轴上的分布，特点。通过对MATLAB的学习与操作，逐步熟悉了MATLAB语句的编写，以及对波形等的仿真，针对一些常犯的错误

12、进行了改正和学习，对于MATLAB基本语句有一定的掌握。实验九一、实验内容假设基带信号为m(t)=sin(2000t)+2cos(1000t)+4sin(500t+/3),载波频率为40kHz，仿真产生FM信号，观察波形与频谱。FM的频偏常数为5kHz/V。二、实验原理1、调频信号表达式为：2、 调频信号的频谱特征： 单频调制信号包括无穷多频率分量，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98%或者99%的已调信号总功率的带宽，根据卡松公式有： 三、仿真设计1. 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

13、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。2. 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3. 源代码fs = 800; %kHzT = 200;N = T*fs;dt = 1/fs;t = linspace(-T/2,T/2,N);f = linspace(-fs/2,fs/2,N);fm1 = 1; %kHzfm2 = 0.5; %kHzfm3 = 0.25; %kHzfc = 40; %kHzk = 5; %kHzmt = sin(2*pi*fm1*t)+2

14、*cos(2*pi*fm2*t)+4*sin(2*pi*fm3*t+pi/3);figure(1) %绘制调制信号的波形图和频谱图subplot(2,1,1);plot(t,mt);xlabel(时间t(ms);ylabel(mt);axis(0,+8,-7,+7);title(m(t)波形);grid on;FMT = t2f(mt,fs);subplot(2,1,2);plot(f,abs(FMT);xlabel(频率f(kHz);ylabel(FMT);axis(-25,25,0,500);title(m(t)幅频特性);grid on;phi = 2*pi*k*cumsum(mt)*d

15、t;FM = cos(2*pi*fc*t+phi);figure(2) %绘制FM信号的波形图和频谱图subplot(2,1,1);plot(t,FM);xlabel(时间t(ms);ylabel(FM);axis(0,5,-2,2);title(FM波形);grid on;FFM = t2f(FM,fs);subplot(2,1,2);plot(f,abs(FFM);xlabel(频率f(kHz);ylabel(FFM);axis(-80,80,0,20);title(FM幅频特性);grid on;四、实验结果及分析1. 实验仿真结果图5图6从上至下依次是调制信号波形及频谱、FM信号波形及

16、频谱。由图5可以看出max|m(t)|约为6.5，信号带宽fm=1kHz。图6上仿真FM信号波形，其形状为疏密波，最大频偏5kHz/V。图6下为仿真FM信号频谱图，由图可以读出并计算带宽约为78-10=68kHz。2. 结果分析由于max|m(t)|=6.5，信号带宽fm=1KHz，Kf=5KHz/V，由卡松公式 ,计算得带宽为67KHz，与频域仿真结果基本相符。五、实验总结本实验中，我一开始对于坐标范围设置不合理，波形显示不够理想，通过修改坐标才使波形显示正确。而且我发现matlab中的help十分有用，在我不会用一些语句（如subplot）时，能够通过查询help进行学习。通过本次实验，进

17、一步理解了调频信号的波形与频谱分布，了解了波行的特点，频谱特点，特别是对于频谱的近似计算的必要性以及准确性。同时掌握的一些新的MATLAB语句的调用，受益匪浅。实验十一一、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、单极性归零码当发“1”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“0”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“1”码发正的窄脉冲，

18、“0”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2Rb 。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、仿真设计1. 仿真思路1）产生RZ码采用归

19、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，故采用了各个占空比的RZ码波形图和其功率谱进行横向对比的绘图方式，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

20、果使用多行的矩阵进行存储，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。2. 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3. 源代码%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。clear allclose allratio = 0.25,0.5,0.75,1;%占空比集合L = 128; % 每一个比特采样点数N = 214; % 总采样点

21、数M = N/L; %总比特数Rs = 10; %kbit/s符号传输速率Ts = 1/Rs; %传输一个符号所用时间T = M*Ts; % 仿真总时间fs = N/T; % 采样频率t = -T/2:1/fs:T/2-1/fs;df = 1/T; % 频率分辨率f = -fs/2:df:fs/2-df; %产生归零码ratiolen = length(ratio);Frz_unipolar = zeros(ratiolen,length(f);Frz_bipolar = zeros(ratiolen,length(f);rz_unipolar = zeros(ratiolen,L*M);rz

22、_bipolar = zeros(ratiolen,L*M);%产生不同占空比的归零码EP1=zeros(size(f)+eps;EP2=zeros(size(f)+eps;for ii = 1:ratiolen for loop = 1:200 %产生单极性序列 unip = (randn(1,M)0); %产生双极性序列 bip = sign(randn(1,M); tmp1 = zeros(L,M); % 产生一个L*M的零矩阵 tmp2 = zeros(L,M); Lii = L*ratio(ii); % 调整占空比 tmp1(1:Lii,:) = ones(Lii,1)*unip;

23、% 单极性归零码矩阵 tmp2(1:Lii,:) = ones(Lii,1)*bip; % 双极性归零码矩阵 rz_tmp1 = tmp1(:); rz_tmp2 = tmp2(:); Frz_tmp1 = t2f(rz_tmp1,fs); Frz_tmp2 = t2f(rz_tmp2,fs); %P1 = abs(Frz_tmp1).2/T; P1 = Frz_tmp1.*conj(Frz_tmp1)/T; %功率谱密度 P2 = Frz_tmp2.*conj(Frz_tmp2)/T; EP1 = (EP1*(loop-1)+P1+eps)/loop;%平均功率谱密度 EP2 = (EP2*

24、(loop-1)+P2+eps)/loop; end % 不同占空比的功率谱密度 EP11=10*log10(EP1); EP22=10*log10(EP2); rz_unipolar(ii,:) = rz_tmp1; % 时域 Frz_unipolar(ii,:) = EP11; % 频域 rz_bipolar(ii,:) = rz_tmp2; Frz_bipolar(ii,:) = EP22; end%单极性归零码图形显示（4*2）picnum = 1;figure(1)for jj = 1:ratiolen %波形横坐标为时间 subplot(ratiolen,2,picnum),plo

25、t(t,rz_unipolar(jj,:), xlabel(t),ylabel(s(t),grid on,axis(-1,+1,0,+1.1),title(单极性归零码:占空比,num2str(ratio(jj)*100),%), picnum = picnum+1; %功率谱密度图横坐标为频率 subplot(ratiolen,2,picnum),plot(f,Frz_unipolar(jj,:),axis(-100,+100,-80,+10),title(单极性RZ功率谱:占空比,num2str(ratio(jj)*100),%), xlabel(f),ylabel(S(f),grid o

26、n picnum = picnum+1;end%双极性归零码图形显示（4*2）picnum1 = 1;%第一种占空比图形显示figure(2)for gg = 1:ratiolen subplot(ratiolen,2,picnum1),plot(t,rz_bipolar(gg,:), xlabel(t),ylabel(s(t),grid on,axis(-1,+1,-1.1,+1.1), title(双极性归零码：占空比,num2str(ratio(gg)*100),%), picnum1 = picnum1+1; subplot(ratiolen,2,picnum1),plot(f,Frz

27、_bipolar(gg,:), axis(-100,+100,-80,+10), title(双极性RZ功率谱：占空比,num2str(ratio(gg)*100),%), xlabel(f),ylabel(S(f),grid on picnum1 = picnum1+1;end四、实验结果及分析1. 实验仿真结果图7图8从图7可以看出，单极性归零码的频谱主瓣宽度随占空比增加而减小，且含有冲激。从图8可以看出，双极性归零码的频谱主瓣宽度随占空比增加而减小，且不含冲激。2. 结果分析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

28、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。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。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、实验总结本实验刚开始，我就发现产生的功率谱图十分不理想，特别是单极性归零码的离散直流分量及离散的时钟分量不是脉冲形式的，功率谱毛刺多。经过仔细分析，发现是由于没有采用循环来产生归零码的功率谱，没有理解随机过程的功率谱是各个样本函数的功率谱的数学期望，而直接产生单个样本的功率谱。之后我

29、通过学习，以及对功率谱进行正确理解，取200作为循环，虽然仍然会产生一定的误差，但是所得的功率谱与理论结果基本一致。其次，当去dB形式的功率谱画图时，图中始终无曲线，经过分析发现，此时的功率谱为负值，而所设坐标范围为正值，故不能显示，更改坐标范围后显示正常。通过本次实验我发现了自己在对单双极性归零码码型以及功率谱学习方面的一些不足，通过实际产生，加深了对这一部分内容的理解，同时对随机过程的功率谱有了正确的认识。通过对实验过程中一些小的语法方面的错误的改正，进一步熟悉了matlab编程的技巧以及必备的常识。为之后的实验打下基础。实验十二一、实验内容仿真测量滚降系数为a=0.25的根升余弦滚降系统

30、的发送功率谱密度及眼图。二、实验原理1. 理想限带情况下的最佳基带传输：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

31、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、仿真设计1. 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。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x是时域取样值矢量，X是对应的傅氏变换，那么x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。我采用Matlab自带的画眼图的函数 eyediagram()进行绘图。2. 程序框图产生M个0、2等概随机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3. 源程序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=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=