信息与通信北邮通信原理软件实验报告

1、通信原理软件实验实验报告学院： 信息与通信工程学院 班级：姓名：&&&&学号：序号：+2012年12月25日一、模块实验实验七 SSB调制与解调（模块）1、信号产生框图：2、 系统产生的SSB信号：由于软件性能有限，所以设置高频载波是50Hz，信号是5Hz，如上图。3、SSB信号上边带频谱：频谱理论上计算为55Hz，频谱如上图可以看出符合理论值。4、 SSB解调框图：采用相关解调，混合信号最后通过低通滤波器完成解调。5、 原信号与解调出的信号进行对比：对比之下，虽然解调出的信号与原信号有相位差、幅度差，但是频率是一致的，所以符合解调要求。6、 解调出来的信号频谱

2、：原信号频率为10Hz，所以解调出的信号与原信号频率完全一致。7、实验心得：这次实验我仿真验证了理论课上学习的单边带调制知识，实验环境也很符合理论课上系统的模块化思想，所以做起来还是很简单的，结果很容易就能验证。通过观察实验框图里各点信号的变化我加深了对SSB调制的理解，学会了如何通过调节信号与载波的频率和大小来控制调制信号的形状。本来想把载波和信号频率调高，但是由于Scilab性能有限，仿真到一定时间就跳出了程序，所以虽然实验频率取的不是很符合实际，只能在较低频率下进行，但是实验结果还是能够反映理论原理。实验十 调频信号的产生（模块）1、调频和调相信号产生框图：2、 原信号和调频、调相信号波

3、形图：3、 调频信号频谱：4、 实验心得：这次实验我主要是观察了锁相环调频与调相信号的区别，仔细地分析了锁相环调频的原理，通过观察数据的流动情况理解了信号是如何控制锁相环产生角调信号的，而所产生的频谱比较乱，没有明显规律。实验十一 调频信号的解调（模块）1、 调频信号解调框图：2、 调频信号与包络解调信号：3、 解调信号的频谱图：4、 锁相环解调框图：5、 锁相环解调的解调信号：6、 解调信号的频谱：7、 实验心得：这次实验我主要了解了调频解调的两种方式：包络解调和锁相环解调。在包络解调里面，我主要认识到了Mathematical Expression是如何通过设置表达式进行整流的。而在锁相环

4、解调里面，我通过具体的操作，观察了解调时信号进入锁相环前后的信号变化，理解了锁相环反馈提取信号的原理，即理解了解调原理。实验十二 OOK调制与解调（模块）1、 OOK调制框图：2、 OOK调制信号：3、 OOK同步解调框图：4、 原信号、判决前的信号与同步解调出的波形：5、 非同步解调框图：没有相应原载波，提取大于零的调制信号后，通过低通滤波器之后判决输出信号。6、非同步解调波形：7、 实验总结：实验中使用的新模块是用来判决的Switch模块，我在这里研究了它的功能。而OOK调制解调与之前做的实验大同小异，所以也没有特别花时间去理解框图各部分的作用，所以在之前所做实验基础之上做好这次实验比较容

5、易。收获最大的也就是通过自己动手设置信号观察到了信号的产生与调制过程，更重要的是我观察到了解调时信号通过低通滤波器之前的状态，让我对解调时信号与载波相乘的方法有了很直观的体会。实验十三 2FSK调制（模块）1、 产生连续相位信号的框图：2、 产生的连续相位信号：3、 产生不连续相位信号的框图：4、 相位不连续的信号：5、 相干解调框图：6、 相干解调出的信号波形：由上图可以看出解调出的波形除了有一定延迟外与原信号是一致的。7、 实验心得：这个实验较之前的无论是理论还是动手实践上都要更复杂。先说模块吧，在不连续相位产生框图里，之前的Switch模块得到了充分的运用，其作用就类似于一个需要条件选择

6、的单刀双掷开关。而实验的难点主要在解调部分，最重要的是要理解实验原理，即通过将调制信号与两种载波相干解调然后再相加形成完整的信号。二、编程实验实验一假设基带信号为，载波频率为，仿真出AM、DSB-SC、SSB信号，观察已调信号的波形及频谱。（编程）1、源代码如下：/基带信号m(t)=sin(2000*pi*t)+2cos(1000*pi*t),fc=20khz,求AM,DSB-SC,SSBclear all exec t2f.sci; exec f2t.sci;fs=800;/采样速率T=200;/截短时间N=T*fs;/采样点数dt=1/fs; /时域采样间隔t=-T/2:dt:T/2-dt

7、; /时域采样点df=1/T; /频域采样间隔f=-fs/2:df:fs/2-df; /频域采样点数fm1=1; /待观测正弦波频率，单位KHz，下同fm2=0.5; /待观测余弦波频率fc=20; /载波频率/以上为初始化参数设置m1=sin(2*%pi)*fm1*t); /待观测正弦波部分M1=t2f(m1,fs); /傅里叶变换MH1=-%i*sign(f).*M1; /希尔伯特变换mh1=real(f2t(MH1,fs); /希尔伯特反变换m2=2*cos(2*%pi)*fm2*t); /待观测余弦波部分M2=t2f(m2,fs); /傅里叶变换MH2=-%i*sign(f).*M2;

8、 /希尔伯特变换mh2=real(f2t(MH2,fs); /希尔伯特反变换s1=(1+(m1+m2)/abs(max(m1+m2).*cos(2*%pi)*fc*t); /AM信号时域表达式S1=t2f(s1,fs); /AM信号频域表达式s2=(m1+m2).*cos(2*%pi)*fc*t); /DSB-SC信号时域表达式S2=t2f(s2,fs); /DSB-SC信号频域表达式s3=(m1+m2).*cos(2*%pi)*fc*t)-(mh1+mh2).*sin(2*%pi)*fc*t); /SSB信号时域表达式，以上边带为例S3=t2f(s3,fs); /SSB信号上边带频域表达式/

9、以上是仿真计算部分/以下为绘图部分/AM信号xset('window',1)plot(f,abs(S1)title('AM信号频谱')xlabel('f')ylabel('S(f)')mtlb_axis(-25,25,0,max(abs(S1);xset('window',2)plot(t,s1)title('AM信号波形')xlabel('t')ylabel('s(t)')mtlb_axis(-3,3,-3,3);/DSB-SC信号xset('window&

10、#39;,3)plot(f,abs(S2)title('DSB-SC信号频谱')xlabel('f')ylabel('S(f)')mtlb_axis(-25,25,0,max(abs(S2);xset('window',4)plot(t,s2)title('DSB-SC信号波形')xlabel('t')ylabel('s(t)')mtlb_axis(-1,4,-3,3);/SSB信号（以上边带为例）xset('window',5)plot(f,abs(S3)title

11、('SSB信号频谱')xlabel('f')ylabel('S(f)')mtlb_axis(-25,25,0,max(abs(S3)xset('window',6)plot(t,s3)title('SSB信号波形')xlabel('t')ylabel('s(t)')mtlb_axis(0,6,-3,3)2、 产生的波形图：1） AM信号：2） AM信号频谱：3） DSB-SC信号：4）DSB-SC信号的频谱：5） SSB信号波形：6）SSB信号频谱：3、 实验心得：做这个实验时的我的

12、理论知识已经准备得比较充分了，所以难点主要在编程方面。由于有了课件上的实例编程，所以对它们研究一番要编出相关程序也不是难事。这个实验给了我一种比课本上的理论更深的体会，因为这里的信号频率有多个，当画出信号波形的时候，我观察到了直观的多频信号形成的调制信号，这比书本上的公式来的深刻得多。而当调制的时候，我还专门研究了一下各种调制波形的形状，考虑了它们的形成与信号有什么关联。由于之前研究调幅都是在单频信号的情况下，而这里是多频率，所以这对我对调幅的理解十分有帮助。实验二假设基带信号，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。（编程

13、）1、源代码：/m(t)=sin(2000*pi*t)+2cos(1000*pi*t)+4sin(500*pi*t+pi/3),fc=40KHz,Kf=5kHz/V，仿真产生FM，观察频谱和波形/初始化参数设置clear all;exec t2f.sci;exec f2t.sci;xdel(winsid(); /关闭所有图形窗口fs=4000; /采样速率T=16; /截短时间N=T*fs;/采样点数dt=1/fs; /时域采样间隔t=-T/2:dt:T/2-dt; /时域采样点df=1/T; /频域采样间隔f=-fs/2:df:fs/2-df; /频域采样点数fm1=1;fm2=0.5;fm

14、3=0.25;fc=40;Kf=5; /频偏常数/仿真计算m1=sin(2*%pi)*fm1*t);phi1=(2*%pi)*Kf*cumsum(m1)*dt; /cumsum函数为求累积和，相当于积分m2=2*cos(2*%pi)*fm2*t);phi2=(2*%pi)*Kf*cumsum(m2)*dt;m3=4*sin(2*%pi)*fm3*t+%pi/3);phi3=(2*%pi)*Kf*cumsum(m3)*dt;s=cos(2*%pi)*fc*t+phi1+phi2+phi3); /FM信号时域表达式S=t2f(s,fs); /FM信号频域表达式m=sin(2*%pi*fm1*t)+

15、2*cos(2*%pi*fm2*t)+4*sin(2*%pi*fm3*t+%pi/3); /调制信号表达式M=t2f(m,fs);/绘图/FM已调信号xset('window',1)plot(f,abs(S)title('FM信号频谱')xlabel('f')ylabel('S(f)')mtlb_axis(-80,80,0,max(abs(S);xset('window',2)plot(t,s)title('FM信号波形')xlabel('t')ylabel('s(t)

16、9;)mtlb_axis(0,3,-2,2);/调制信号xset('window',3)plot(f,abs(M)title('m(t)信号频谱')xlabel('f')ylabel('S(f)')mtlb_axis(-5,5,0,max(abs(M);xset('window',4)plot(t,m)title('m(t)信号波形')xlabel('t')ylabel('m(t)')mtlb_axis(-8,8,-6,8);2、画出的波形：1）m(t)信号：2） m

17、(t)信号频谱：3） FM信号：4）FM信号频谱：3、 实验心得：调频实验延续实验一的风格，信号采用了多频率。记得刚开始画出信号波形图的时候我都以为自己弄错了，因为之前很少观察符合频率波的波形，所以一下子难以接受，为什么它是这样子的呢？在一番观察验证之后，我的观念很快就调整过来，这对我是一个启发，因为我们所研究的真实信号一定是多频率的，所以当我们使用单频信号研究透了某个调制解调原理之后，一定要使用多频信号再去仿真研究一下，因为这时候所做的工作才是更加符合真实情况的。之后我观察了调制信号的波形图与频谱图，发现的确和单频信号产生的调制信号有很大的区别。实验三通过仿真测量占空比为25%、50%、75

18、%以及100%的单双极性归零码波形及其功率谱。（编程）1、源代码：clear all;exec t2f.sci; exec f2t.sci;L=32; /每个码元采样点数N=213; /总采样点数M=N/L; /码元数Rb=2; /码元速率Ts=1/Rb; /比特间隔fs=L/Ts; /采样速率T=N/fs; /截断时间Bs=fs/2; /系统带宽t=-T/2+0:N-1/fs; /时域采样点f=-Bs+0:N-1/T; /频域采样点EP1=zeros(1,N);EP2=zeros(1,N);L0=input('您所需的占空比是？（输入01范围内的数）：')for loop=1

19、:1000 tmp1=zeros(L,M); tmp2=zeros(L,M); a=(rand(1,M)>0.5)+0; /单极性序列 b=sign(a-0.5); /双极性序列 L1=L*L0; /L0是占空比 /单极性码 tmp1(1:L1,:)=ones(L1,1)*a; s1=tmp1(:)' S1=t2f(s1,fs); /样本信号的功率谱密度 P1=abs(S1).2/T; /随机过程的功率谱是各个样本功率谱的数学期望 EP1=EP1*(1-1/loop)+P1/loop; /双极性 tmp2(1:L1,:)=ones(L1,1)*b; s2=tmp2(:)'

20、 S2=t2f(s2,fs); /样本信号的功率谱密度 P2=abs(S2).2/T; /随机过程的功率谱是各个样本功率谱的数学期望 EP2=EP2*(1-1/loop)+P2/loop;endxset("window",1)plot(t,s1)set(gca(),"grid",1,1) title('单极性码时域图')xlabel('t')ylabel('S(t)')mtlb_axis(-3,3,-1.5,1.5);xset("window",2) plot(f,10*log10(EP

21、1+%eps)set(gca(),"grid",1,1) title('单极性码功率谱图(dB)')xlabel('f')ylabel('功率') xset("window",3)plot(t,s2)set(gca(),"grid",1,1) title('双极性码时域图')xlabel('t')ylabel('S(t)')mtlb_axis(-3,3,-1.5,1.5);xset("window",4) plot(f,

22、10*log10(EP2+%eps)set(gca(),"grid",1,1) title('双极性码功率谱图(dB)')xlabel('f')ylabel('功率') 2、波形图：1）占空比为25%单极性归零码波形及其功率谱。2） 占空比为25%双极性归零码波形及其功率谱。通过1）2）组对比发现，双极性归零码的功率谱没有离散的冲激，而单极性功率谱则有，这是因为单极性信号的均值不为零。3） 占空比为50%单极性归零码波形及其功率谱。4） 占空比为50%双极性归零码波形及其功率谱。5） 占空比为75%单极性归零码波形及其功率谱。

23、6） 占空比为75%双极性归零码波形及其功率谱。当信号占空比增大，可以发现对应的信号功率谱变得更加密集。7） 占空比为100%单极性归零码波形及其功率谱。8） 占空比为100%双极性归零码波形及其功率谱。占空比为100%的单极性信号功率谱只在频率为0处有冲激，这是因为其余离散冲激刚好位于零点，所以看不出来。3、 实验心得：这次实验比较简单，虽然数据较多，但是原理相同。通过实验，我主要是对比了单双极性信号波形以及信号功率谱之间的区别，比较了不同占空比的信号的功率谱之间的区别。实验四利用编程实现数字基带传输系统（参考第2章编程语法-实验题-附录.pdf中例5）1）画出发送端输入码序列波形和功率谱、

24、发送滤波器输出波形和功率谱2）画出接收端采样判决后码序列波形和功率谱、接收滤波器输出波形和功率谱3）画出接收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（Pes/n0曲线），并在同坐标系中画出理论误码曲线5）改变采样点重复1）4）。1、源代码：clear allexec t2f.sci ;exec f2t.sci ;function eyes(result,L,Na) N=length(result); tt=0:1:Na*L; set(gca(),"auto_clear&qu

25、ot;,"off") for jj=1:Na*L:N-Na*L plot(tt,result(jj:jj+Na*L); endset(gca(),"auto_clear","on")endfunctionk=input('请输入采样点数2k:（输入k值）');/输入采样点数aa=0.5;N=2k;L=8;M=N/L;Rs=2; /码率2MbpsTs=1/Rs; /码元间隔dt=Ts/L; /时域采样间隔fs=1/dt;df=1/(N*dt); /频域采样间隔T=N*dt; /截断时间Bs=N*df/2; /系统带宽t=

26、-T/2+dt/2:dt:T/2; /时域横坐标f=-Bs+df/2:df:Bs; /频域横坐标alpha=input('所需要的滚降系数是（01范围）：'); / 设置滚降系数Hcos=zeros(1,N); / 升余弦滤波器算法i1=find(abs(f)>(1-alpha)/(2*Ts)&abs(f)<=(1+alpha)/(2*Ts); Hcos(i1)=Ts/2*(1+cos(%pi*Ts/alpha*(abs(f(i1)-(1-alpha)/(2*Ts); i2=find(abs(f)<=(1-alpha)/(2*Ts); Hcos(i2)

27、=Ts; /接受及发送的根升余弦滤波器GT=sqrt(Hcos); GR=GT; / for loop1=1:20; /用来改变信噪比的循环，方便之后画信噪比-误码率曲线 Eb_N0(loop1)=(loop1-1); / 信噪比 eb_n0(loop1)=10(Eb_N0(loop1)/10); EP=1; n0=EP/eb_n0(loop1); /信道的噪声谱密度 sita=n0*Bs; / 信道中噪声功率 n_err=0; / 误码数 EP1=1;/发送序列功率谱 EP2=1;/zeros(1,N); EP3=1;/经过接收滤波器后信号功率谱 for loop2=1:20; /用来平均累

28、计运算求功率谱 b=sign(rand(1,M,"normal"); s=zeros(1,N); /产生冲激序列 s(L/2:L:N)=b/dt; /发送序列 SS=t2f(s,fs); /序列傅氏变换 P=abs(SS).2/T; /序列功率谱密度 EP1=EP1*(1-1/loop2)+P/loop2; /序列功率谱 S2=SS.*GT; / /信道的傅式变化 s2=real(f2t(S2,fs); /PAM信号 P2=abs(S2).2/T; /PAM信号功率谱密度 EP=EP*(1-1/loop2)+P2/loop2; /PAM信号功率谱 nr=sqrt(sita)

29、*rand(1,N,"normal"); / 信道噪声 sr=s2+nr; / PAM信号经过信道传输加噪声 SR=t2f(sr,fs);/加噪信号傅氏变换 S=SR.*GR; /经过接收滤波器后信号傅氏变换 PS=abs(S).2/T; / EP3=EP3*(1-1/loop2)+PS/loop2; /经过接收滤波器后信号功率谱 sout=real(f2t(S,fs);/采样判决前信号 y=sout(L/2:L:N); / 信号采样 bb=sign(y); / 判决 s3=zeros(1,N); s3(L/2:L:N)=bb/dt; / 最后解码输出的信号 BB=t2f(

30、s3,fs); PB=abs(BB).2/T; EP2=EP2*(1-1/loop2)+PB/loop2; /解码输出的信号功率谱 n_err=n_err+length(find(bb=b);/错误累计 end Pe(loop1)=n_err/(M*loop2); xset("window",10) plot(Eb_N0,log10(Pe+%eps),'g'); /PeEb/N0 曲线画图 xlabel('Eb/N0');ylabel('Pe');title("PeEb/N0曲线"); eb_n0=10.(

31、Eb_N0/10); set(gca(),"auto_clear","off") plot(Eb_N0,log10(0.5*erfc(sqrt(eb_n0); mtlb_axis(0,15,-3.5,0); xlabel('Eb/N0') ylabel('Pe') legend('实际的','理论的'); set(gca(),"auto_clear","on") end xset("window",1) plot(f,EP1) ti

32、tle("序列功率谱") xlabel("f(kHz)") ylabel("功率谱(W/kHz)") mtlb_axis(-2,2,0,max(EP1) xgrid xset("window",2) plot(t,s) title("发送序列") xlabel("t(ms)") ylabel("s(t)(V)") mtlb_axis(0,5,-2,2) xgrid xset("window",3) plot(f,EP) title(&q

33、uot;发送PAM信号功率谱") xlabel("f(kHz)") ylabel("功率谱(W/kHz)") mtlb_axis(-2,2,0,max(EP) xgrid xset("window",4) plot(t,s2) title("发送的PAM信号波形") xlabel("t(ms)") ylabel("s2(t)(V)") mtlb_axis(0,5,-2.5,2.5) xgrid xset("window",5) plot(t,s3

34、) title("采样后的信号波形") xlabel("t(ms)") ylabel("y(t)(V)") mtlb_axis(0,5,-2,2) xgrid xset("window",6) plot(f,EP2) title("采样后的信号功率谱") xlabel("f(kHz)") ylabel("功率谱(W/kHz)") mtlb_axis(-2,2,0,max(EP2) xgrid xset("window",7) plot(

35、t,sout) title("接收滤波器输出波形") xlabel("t(ms)") ylabel("y(t)(V)") mtlb_axis(0,5,-2,2) xgrid xset("window",8) plot(f,EP3) title("通过接收滤波器后信号的功率谱") xlabel("f(kHz)") ylabel("功率谱(W/kHz)") mtlb_axis(-2,2,0,max(EP3) xgrid xset("window&qu

36、ot;,9) title("接收眼图") eyes(sout,L,3) xgrid 2、实验结果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(采样点为8192)。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） 画出接收端采样判决后码序列波形和功率谱、接收滤波器输出波形和功率谱：接收滤波器输出波形和功率谱：接收端采样判决后码序列波形和功率谱：3） 画出接收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）滚降系数为0:滚降系数为0.5:滚降系数为1:4） 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

37、实际误码曲线（Pes/n0曲线），并在同坐标系中画出理论误码曲线.滚降系数为0:滚降系数为0.5:滚降系数为1:5）改变采样点重复1）4）（将采样点改为1024）：l 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：l 画出接收端采样判决后码序列波形和功率谱、接收滤波器输出波形和功率谱接收滤波器输出波形和功率谱：接收端采样判决后码序列波形和功率谱：l 画出接收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）升余弦滚将系数分别为0：升余弦滚将系数分别为0.5：升余弦滚将系数分别为1：4）分别画出升余弦滚将系数

38、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（Pes/n0曲线），并在同坐标系中画出理论误码曲线升余弦滚将系数分别为0：升余弦滚将系数分别为0.5：升余弦滚将系数分别为1：3、 思考题：（1）数字基带系统中的升余弦滚降滤波器对输入信号进行的什么处理？结合实验1）和2）的实验结果，从频域和时域的角度叙述。答：升余弦滚降滤波器对信号进行滤波，使其频谱边缘变成升余弦形状，当进行时域采样时，频域进行周期性拓展，而升余弦形状能够使得周期性的频谱重叠后变成近似滤波之前的频谱。也就是说，信号等效为经过一个无限带宽的滤波器，频谱受到影响很小，那么再经过一个相同的升余弦滤波器就可以比较准确地恢复

39、出原信号经过发送滤波器之前的频谱，也就是原信号的频谱，从而大大减小码间干扰，准确地恢复原信号。（2）根据实验3）的实验结果，分析滚降系数大小对眼图清晰度和眼睛大小的影响。答：滚降系数越大，眼图越清晰，眼睛睁得越大。（3） 比较并分析实验5）与实验1）4）结果的异同。答：更改采样点数，图形大致相同，但是由于采样点数减少，图形失真图形失真图形失真图形失真情况相对明显，眼图质量降低。（4） 结合数字基带传输系统结果分析滚降系数大小与误码性能、信道带宽的关系。答：滚降系数越大，信道带宽越宽。从实验获得的数据看，改变滚降系数对误码率不产生影响。但是可能是由于发送码的原因导致对误码率影响不明显。 （5）

40、计算机仿真精度与哪些因素有关？答:总采样点数、码元采样点数、时域采样密度、频域采样密度利用模块实现扩展实验1、 QPSK调制与解调：1、 调制框图：2、 调制信号产生：3、 解调框图：4、 将解调部分组合为超级模块：5、 解调结果：2、 数字基带传输系统（综合类）1、 方法一（只用模块实现）：l 实现框图：l 发送序列频谱：l 基带解调信号频谱：l 对接收信号模拟采样l 示波器输出：l 眼图输出：2、 方法二（用编程实现升余弦滤波器模块）：l 实现框图：l Context中程序：在 Diagram菜单中的Context中对这个符号进行预先定义。 在本次系统设计中，需要在【Diagram】中的“Context”中进行如下内容设置： *t2f* function X=t2f(x) H=fft(x); X=H(mtlb_imp(mtlb_a(N/2,1)