通信系统建模与仿真实验报告

1、课程名称通信系统建模与仿真实验项目名称通信系统建模与仿真软件实验实验类型实验学时班级20110822学号2011082227姓名杨俊良指导教师何忠秋实验室名称实验时间实验成绩预习部分实验过程表现实验报告部分总成绩教师签字日期哈尔滨工程大学教务处制实验一：低通采样定理和内插与抽取实现一、实验目的用Matlab编程实现自然采样与平顶采样过程，根据实验结果给出二者的结论；掌握利用MATLAB实现连续信号采样、频谱分析和采样信号恢复的方法。二、实验原理1抽样定理若f(t)是带限信号，带宽为,f(t)经采样后的频谱F(o)就是将f(t)的ms频谱F(o)在频率轴上以采样频率o为间隔进行周期延拓。因此，当

2、oossm时，不会发生频率混叠；而当oo时将发生频率混叠。sm2信号重建经采样后得到信号f(t)经理想低通h(t)则可得到重建信号f(t)，即：f(t)=sf(t)*h(t)so其中：f(t)=f(t)心(t-nT)=区f(nT)5(t-nT)，h(t)=Ts击Sa(C)TOC o 1-5 h zssssgg所以：f(t)=f(t)*h(t)=f(nT)5(t-nT)*T巳Sa(ot)ssss兀c-g=T区f(nT)Sao(t-nT)s兀scs-g上式表明，连续信号可以展开成抽样函数的无穷级数。利用MATLAB中的sinc(t)=翌来表示Sa(t)，有Sa(t)=sinc()，所以可兀t兀以得

3、到在MATLAB中信号由f(nT)重建f(t)的表达式如下：sogof(t)=T乙f(nT)sinc(t-nT)s兀s兀s-g我们选取信号f(t)=Sa(t)作为被采样信号，当采样频率o=2o时，称为临sm界采样。我们取理想低通的截止频率=。下面程序实现对信号f(t)=Sa(t)的cm采样及由该采样信号恢复重建Sa(t):三、实验内容已知信号x(t)=9(m+l)cos(2兀(100m+50)t)，试以以下采样频率对信号采样：m=0(a)f=20000Hz；(b)f=10000Hz；(c)f=30000Hz，sss求x(t)信号原信号和采样信号频谱，及用采样信号重建原信号x(t)时序图。假定重

4、构滤波器为fs/2的理想低通滤波器，具有带通增益为Ts=1/fs.四、实验步骤1设置采样时间间隔ts=l/fs，以及时间范围。输入已知信号。对原始信号进行傅里叶变换。4画出原信号的频谱。利用firpmord,firpm以及freqz,conv函数求出采样重建信号。fp=fs/2-500;fs1=fs/2;n,f0,m0,w=firpmord(fpfs1,10,0.00010.001,fs);b=firpm(n,f0,m0,w);figure(4)freqz(b,1,1024,fs)y=conv(x,b);对重建信号进行傅里叶变换。画出重建信号的波形及频谱。参数设置Fs:采样频率ts：采样间隔T

5、:截取时间df：频域间隔fs分别为20000Hz10000Hz;30000Hz;ts二;T=0.05;df=;t=0:ts:T-ts；x=0；form=0:99x=x+(m+1)*cos(2*Pi*(100*m+50)*t)；使用firpmord构造重建滤波器信号重建对原始信号进行FFT变换并画出时域频域波形结束流程图五、实验结果分析结论Figure4FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHelp芒剧赴削零最虜打凰|日覺l|口10002000300040005000600070008000900010000Frequen-cy(Hz)LO60100020003

6、00040005000600070008000900010000Frequen-cy(Hz)-10000-16000量B岂CD曇CLQFigure6FileEditVie-wInsertToolsDesktopWindowHelp%丸的毀銘厂迥；口EQmepn-E芝_40111111111aSOO100015002000250030003500400045005000Frequency(HzFrequen-cy(Hz)40002000-20U0-4000a025日寸冋t(gp)apnlc嚳“4Frequency(Hz)FrequencyHz)藍CDSE上aFileEditViewInseirt

7、ToolsQeEktopWindowHelpDE俗I独企黔跟於7貝/口目二：口3UUOOHZ重建频谱3iiUUUk2_-1-06x10心得体会：本次实验要用到采样定理，信号内插和重建的一些知识，学会了如dyadup命令等一些新的指令和思考方法，感觉到受益匪浅。附程序：clearallclcfs=20000;ts=1/fs;T=0.05;df=1/T;t=0:ts:T-ts;x=0;form=0:99x=x+(m+1)*cos(2*pi*(100*m+50)*t);endfigure(1)subplot(211)plot(t,x)title(原始信号波形);xlabel(时间t);ylabel(

8、幅度);y=dyadup(x,0);y=dyadup(y,0);X,f=fftseq(y,ts);subplot(212)plot(f,fftshift(abs(X);title(原始频谱),xlabel(f),ylabel(X)fs1=10000;ts1=1/fs1;T1=0.05;df1=1/T1;t1=0:ts1:T1-ts1;x1=0;form=0:99x1=x1+(m+1)*cos(2*pi*(100*m+50)*t1);endfigure(2)subplot(211)plot(t1,x1)title(10000Hz扌由样波形);xlabel(时间t);ylabel(幅度);y1=d

9、yadup(x1,0);y1=dyadup(y1,0);X1,f1=fftseq(y1,ts1);subplot(212)plot(f1,fftshift(abs(X1);title(以10000Hz采样频谱),xlabel(f),ylabel(X)fs3=30000;%由样频率ts3=1/fs3;T3=0.05;df3=1/T3;t3=0:ts3:T3-ts3;x3=0;form=0:99x3=x3+(m+1)*cos(2*pi*(100*m+50)*t3);endfigure(3)subplot(211)plot(t3,x3)title(30000Hz扌由样波形);xlabel(时间t);

10、ylabel(幅度);y3=dyadup(x3,0);y3=dyadup(y3,0);X3,f3=fftseq(y3,ts3);subplot(212)plot(f3,fftshift(abs(X3);title(以30000Hz采样频谱),xlabel(f),ylabel(X)fp=fs/2-500;fs1=fs/2;n,f0,m0,w=firpmord(fpfs1,10,0.00010.001,fs);b=firpm(n,f0,m0,w);figure(4)freqz(b,1,1024,fs)y=conv(x,b);figure(5)subplot(211)plot(t,y(n:lengt

11、h(y)-1);title(重建原始信号时域);xlabel(时间t);ylabel(幅度);y=dyadup(x,0);y=dyadup(y,0);X,f=fftseq(y(n:length(y)-1),ts);subplot(212)plot(f,fftshift(abs(X)title(重建原始信号频谱);xlabel(f);ylabel(PSD);fp1=fs1/2-500;fs11=fs1/2;n1,f01,m01,w1=firpmord(fp1fs11,10,0.00010.001,fs1);b1=firpm(n1,f01,m01,w1);figure(6)freqz(b1,1,1

12、024,fs1)y1=conv(x1,b1);figure(7)subplot(211)plot(t1,y1(n1:length(y1)-1);title(10000Hz重建);xlabel(时间t);ylabel(幅度);y1=dyadup(x1,0);y1=dyadup(y1,0);X1,f1=fftseq(y1(n1:length(y1)-1),ts1);subplot(212)plot(f1,fftshift(abs(X1)title(10000Hz重建频谱);xlabel(f);ylabel(PSD);fp3=fs3/2-500;fs13=fs3/2;n3,f03,m03,w3=fi

13、rpmord(fp3fs13,10,0.00010.001,fs3);b3=firpm(n3,f03,m03,w3);figure(8)freqz(b3,1,1024,fs3)y3=conv(x3,b3);figure(9)subplot(211)plot(t3,y3(n3:length(y3)-1);title(30000Hz重建);xlabel(时间t);ylabel(幅度);y3=dyadup(x3,0);y3=dyadup(y3,0);X3,f3=fftseq(y3(n3:length(y3)-1),ts3);subplot(212)plot(f3,fftshift(abs(X3)ti

14、tle(30000Hz重建频谱);xlabel(f);ylabel(PSD);实验二：带通信号的低通等效和随机信号的频带转换一、实验目的根据内插与抽取原理，用Matlab编程实现等效低通信号与频带信号的采样过程，比较二者采样率大小。掌握利用MATLAB实现连续信号采样、频谱分析和采样信号恢复的方法。二、实验原理x(t)oX(f)x(t)=Hx(t)=x(t)*丄=丄J+X(t)dr兀t兀ptrz(t)=x(t)+jx(t),x(t)oj-X(f)sgn(f)xZ(f)=X(f)+sgn(f)=X(f)+X(f)sgn(f)xZ(f)=2X(f)u(f),2u(f)=1+sgn(f)xx(t)=

15、A(t)cos2兀ft+0(t)0 x(t)=A(t)cos0(t)cos2兀ftA(t)sin0(t)sin2兀ft00=x(t)cos2兀ftx(t)sin2兀ftc0s0其中x(t)=A(t)cos0(t),x(t)=A(t)sin0(t)csx(t)=Rex(t)exp(j2兀ft),x(t)=A(t)exp(j0(t)ox(t)=A(t)cos0(t)+jA(t)sin0(t)x(t)0(t)=arctanx(t)c=x(t)+jx(t)csA(t)=Jx2(t)+jx2(t),X(f)=X(f)+jX(f)csX(f)=；X(ff)+X*(ff)200带通信号的等效低通信号，就是其

16、正频域的等效时域信号进行频移。（带通信号，首先消除负频部分，为了保证功率不变，相当于正频部分功率*2,然后将正频部分移到基带。此基带信号对应的就是复包络。）一个带通信号的复包络实际上就是它的等效低通信号。带通信号s（t），中心频率f0，做hilbert变换，得到s（t）.解析信号为s（t）=s（t）+js（t）;（正频域的等效时域信号)解析信号可以表示成s(t)=s，(t)exp(j*2*pi*f0*t)则s是一个复信号，叫做s的复包络。s，(t)还能表示成s，(t)exp(j*theta);s，是实信号，叫做s的包络，theta为s的相位。s为实值带通信号时，由于经过了hilbert变换，s

17、，通常为复值信号。三、实验内容对带通信号x(t)=2Sinc(20t)cos2兀x100t+Sinc(5t).(1)画出该信号和它的幅度谱。(2)求出该信号的解析信号，并画出它的幅度谱;(3)求出并画出该信号的包络。(4)分别假设f0=100Hz和f0=50Hz，求该信号的低通等效，并画出它的幅度谱。若对该低通等效信号进行抽取，试设计取样频率，并重画抽取之后低通等效信号的频谱。(5)取该带通信号的低通等效部分：x(t)=2Sinc(20t)ejSinc(5t试设计它的取样频率，并画出它的时域波形和它的幅度谱。四、实验步骤设置采样时间间隔。ts=0.002。因载波频率为100Hz,故采样时间间隔

18、ts=0.002.设置采样频率。fs=1/ts。t=-1:ts:1DFT的分辨率：df=fs/length(t);生成频率矢量：f=-250:df:250-df输入带通信号x求信号频谱，因为原始信号是模拟信号，根据采样定理，需要在计算出的fft后除以fs才能得到x的傅里叶变换X二fft(x)/fs;求x的解析信号xa。求xa频谱分别按照要求画出前四问的图形Theoriginalsignalwaveformintimedomain22itedu00.1A-2-2-101time/sAnalyticsignalamplitudespectrum0.20.05Theoriginalsignalspe

19、ctrum0.10-400-2000200400Frequency/HzAnalyticsignalamplitudewaveinthetime4220-2-101time/s0-400-2000200400Frequency/HzAnalyticsignalamplitudespectrumf=1OOHAnalyticsignalamplitudespectrum?f=50Hz)0.20.2w/DS0010.0o20-002004w/DSo20-002004Frequency/HzFrequency/Hz流程图：开始参数设置fs；ts；df求原始信号的频谱fO=1OOHz时利用解析信号求原始

20、信号的低通等效信号求其频谱并画图使用hilbert求原始信号的解析信号xa，求其频谱并画图f0=50Hz时利用解析信号求原始信号的低通等效信号求其频谱并画图对低通等效信号采样，求采样后的频谱并画图画低通等效部分的波形及频谱结束第五问的程序：wm=12.5;%低通等效信号带宽wc=wm;%滤波器截止频率Ts=pi/wm;%周期临界采样fs=1/Ts;%采样频率ws=2*pi/Ts;%采样角频率t1=-Ts*(length(t)-1)/2:Ts:Ts*(length(t)-1)/2;%f1=-fs*(length(f)-1)/2:fs:fs*(length(f)-1)/2;%n=-100:100;

21、nTs=n*Ts;%时域采样点xln=xa.*exp(-j*2*pi*f01*tl);%采样信号Xln=fft(xln);figure(5)subplot(2,l,l);stem(tl,xln);axis(-30,30,-2,2);title(低通等效信号采样后信号);xlabel(n);subplot(2,1,2);plot(f1,fftshift(abs(Xln);title(低通等效信号采样后信号幅度谱);xlabel(f);ts=0.025;fs=1/ts;%采样频率t=-1:ts:1;df=fs/length(t);%DFI的分辨率f=-31.25:df:31.25-df;%生成频率

22、矢量xx=2*sinc(20*t).*exp(j*sinc(5*t);figure(6)subplot(2,l,l);plot(t,xx);grid;title(低通等效部分波形);xlabel(时间t);XX,f=fftseq(xx,ts);subplot(212)plot(f,fftshift(abs(XX);title(低通等效部分频谱),xlabel(f),ylabel(X)五、实验结果分析结论低通等效信号采样后的信号210-1-20-100102030-30f16QAM调制解调实验步骤：参数设置Fs，ts，Fs100，ts100，N,fc产生N个16进制码元进行QAM调制100点采样

23、求I、Q分量并做图求原信号并画出其时域、频域波形drIIThepassbandsignalIwaveformintimedomainiTiffl.11.ijin.1.实验结果：-500.10.20.30.40.50.60.70.80.91time/sx10-3ThepassbandsignalQwaveformintimedomain匕im0.20.30.40.50.60.70.8time/sThepassbandsignalwaveformintimedomain0.91x10-30.20.30.40.50.60.70.80.91time/sx10-3Frequency/Hzx107上课实验

24、程序：clearall;clc;Fs=1e6;ts=1/Fs;Fs100=100*Fs;ts100=1/Fs100;N=1000;t=0:ts100:N*ts-ts100;fc=1e7;t_c=cos(2*pi*fc*t);t_s=sin(2*pi*fc*t);M=15x=randi(M,1,N);h=modem.qammod(16)y=modulate(h,x);I=100y100(1:N*I)=0;fork=1:Nendendyc=real(y100).*t_c;ys=imag(y100).*t_s;figure(1);subplot(3,1,1)plot(t,yc,r);title(Th

25、epassbandsignalIwaveformintimedomain);xlabel(time/s);ylabel(Amplitude);subplot(3,1,2)plot(t,ys,k);title(ThepassbandsignalQwaveformintimedomain);xlabel(time/s);fori=1:Iy100(I*k-I+i)=y(k);ylabel(Amplitude);yy=yc-ys;2subplot(3,1,3)plot(t,yy);title(Thepassbandsignalwaveformintimedomain);xlabel(time/s);y

26、label(Amplitude);figure(2);X,f=fftseq(yy,ts100);plot(f,fftshift(abs(X);title(Theoriginalsignalspectrum);xlabel(Frequency/Hz);ylabel(PSD/w);实验三升余弦滚降和根升余弦滚降滤波器设计一、实验目的1掌握升余弦滚降滤波器设计原理和设计方法；2掌握根升余弦滚降滤波器设计原理和设计方法二、实验原理定义h(t)为升余弦脉冲成型函数。h(t)升余弦函数定义如下./兀tsm()h(t)=Tc兀t、cos(t)14a2T2c对应的频谱为：1a0IfI2Tc1a1+a7T|f|

27、2Tc2.定义h(t)为根升余弦脉冲成型函数。h(t)根升余弦函数定义如下rrsin(n*(1a)+4a*cos(兀十(1+a)h(t)=rTcTnTc(1+cos(c(IfI2a井)cct22c对应的频谱为：H(f)rc1X2tifi1+X2T1(X0ifi2*k7、第11个数为1k=108、in与h卷积开始参数设置：如左步骤：k,m,alfa据公式生成（根）升余弦滚降滤波器对设计的滤波器进行抽样画图结束五、实验分析当a=1时候，眼图睁开最大，峰值失真最小。但由图可见它的主瓣最宽，频带利用率最低,这是它所付出的代价。当a=0.05时候,频带利用率高，但眼图最不明显，码间干扰最大，同时对抽样时

28、间定时要求特别严格，这使得他在物理上比较难实现。当a=0.5时候，虽然两个性能都不是最优，但综合两因素，它还是不错，因此实际中，常采用此系统。为此，后面的实验考虑到直观性，没有考虑带宽限制，均取a=1。六、程序设计clearclcfs=3000;Tc=0.001;%fc=1000;%k=20;m=4;alfa=0.3;fors=1:200n=s-1;ifn=80h1(s)=1;elseh1(s)=sin(pi*(n/k-m)*cos(pi*alfa*(n/k-m)/pi/(n/k-m)/(1-4*alfa*alfa*(n/k-m)*(n/k-m);%raisedcosinefilter%h(s

29、)=(sin(pi*(n/k-m+eps)*(1-alfa)+4*alfa*(n/k-m+eps)*cos(pi*(n/k-m)*(1+alfa)./pi./(n/k-m+eps)./(1-4*4*alfa*alfa*(n/k-m)*(n/k-m);%root-raisedcosinefilterendendfors=1:200n=s-1;ifn=100%n=k*mh2(s)=1;elseh2(s)=sin(pi*(n/k-m-1)*cos(pi*alfa*(n/k-m-1)/pi/(n/k-m-1)/(1-4*alfa*alfa*(n/k-m-1)*(n/k-m-1);%raisedcosi

30、nefilter%h2(s)=(sin(pi*(n/k-m+eps-1)*(1-alfa)+4*alfa*(n/k-m+eps-1)*cos(pi*(n/k-m-1)*(1+alfa)./pi./(n/k-m+eps-1)./(1-4*4*alfa*alfa*(n/k-m-1)*(n/k-m-1);%root-raisedcosinefilterendendin=zeros(1,200);%1012*kin(21)=1;%k=10out1=conv(in,h1);%out2=conv(in,h2);t=0:0.1:20;figure(1)stem(t,out1(1:201),k.);%out(

31、1:k1)holdon;stem(t,out2(1:201),r*);holdoff;gridxlabel(时间)ylabel(幅度)legend(h(t),h(t-Tc),Location,northeast)实验四QPSK调制信号经瑞利衰落信道性能一、实验目的学会用MATLAB实现QPSK调制信号在瑞利衰落信道下系统性能仿真分析。二、实验原理在陆地移动通信中，移动台往往受到各种障碍物和其他移动体的影响，以致到达移动台的信号是来自不同传播路径的信号之和。而描述这样一种信道的常用信道模型便是瑞利衰落信道。瑞利衰落信道(Rayleighfadingchannel)是一种无线电信号传播环境的统计模

32、型。这种模型假设信号通过无线信道之后，其信号幅度是随机的，表现为“衰落”特性，并且多径衰落的信号包络服从瑞利分布。由此，这种多径衰落也称为瑞利衰落。这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短波信道，以及建筑物密集的城市环境。瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号的情况，否则应使用莱斯衰落信道作为信道模型。假设经反射(或散射)到达接收天线的信号为N个幅值和相位均随机的且统计独立的信号之和。信号振幅为r,相位为0，则其包络概率密度函数为r-r2P(r)二e26,r0(r0)b2相位概率密度函数为：P(0)=12兀，(0W0W2兀)三、上机实验内容1.验证实验原理中所述的相关程序，CLARK(ex2.m),Jakes(Rayleigh.m)信道模型。验证QPSK调制信号经根生余弦滚降成形滤波之后在瑞利衰落信道下系统误比特和误符号性能，实现参考程序ex11main.m，ex11.mdl。四、结果分析实验步骤：1、验证CLARK(ex2.m)信道模型开始参数