新版通信原理实验报告

通信原理试验汇报学院电子信息工程学院专业通信工程学生姓名学号班级一月试验一FM调制及解调试验目标1、利用所学知识实现对简单信号调整和解调。2、在对信号幅度，频率等调制中，掌握方法，观察调制波形。3、了解MATLAB关于信号调用子函数二、基本原理单音频信号经FM调制后表示式为其中同试验一中相仿，定义必要仿真参数，在此基础上可得到载波信号和调制信号。依照可得到频偏，由此可写出最终FM信号表示式进行仿真计算。对FM信号进行傅里叶变换可得频谱特征，变换依旧使用试验一中给出t2f.m函数。三仿真方案四、仿真代码clearallts=0.001;%信号抽样时间间隔t=0:ts:10-ts;%时间向量fs=1/ts;%抽样频率df=fs/length(t);%fft频率分辨率msg=randint(100,1,[-3,3],123);%生成消息序列,随机数种子为123msg1=msg*ones(1,fs/10);%扩展成取样信号形式msg2=reshape(msg1.',1,length(t));Pm=fft(msg2)/fs;%求消息信号频谱f=-fs/2:df:fs/2-df;subplot(2,1,1)plot(t,fftshift(abs(Pm)))title('消息信号频谱')int_msg(1)=0;%消息信号积分forii=1:length(t)-1int_msg(ii+1)=int_msg(ii)+msg2(ii)*ts;endkf=50;fc=250;%载波频率Sfm=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_msg);%调频信号Pfm=fft(Sfm)/fs;%FM信号频谱subplot(2,1,2)plot(f,fftshift(abs(Pfm)))%画出已调信号频谱title('FM信号频谱')Pc=sum(abs(Sfm).^2)/length(Sfm)%已调信号功率Ps=sum(abs(msg2).^2)/length(msg2)%消息信号功率fm=50;betaf=kf*max(msg)/fm%调制指数W=2*(betaf+1)*fm%调制信号带宽试验结果及分析分析：Pc=0.5000Ps=0.5000betaf=1W=200已调信号功率：Pc=0.5007消息信号功率：Ps=0.4975调制指数：betaf=1调制信号带宽：W=200得出FM信号解调采取解调器是具备频率—电压转换特征鉴频器，因而解调出消息信号幅度是伴随输入频率改变。假如调制信号经过AWGN信道，解调出信号会叠加上噪声，而且是伴随消息信号幅度叠加。试验二2PSK调制数字通信系统一、试验题目设计一个采取2PSK调制数字通信系统1.设计系统整体框图及数学模型；2.产生离散二进制信源，进行信道编码（汉明码），产生BPSK信号；3.加入信道噪声（高斯白噪声）；4.BPSK信号相干解调，信道解码；5.系统性能分析（信号波形、频谱，白噪声波形、频谱，信道编解二试验基本原理数字信号传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具备带通特征而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道特征相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号过程称为数字调制。数字调制技术两种方法：①利用模拟调制方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制一个特例，把数字基带信号当做模拟信号特殊情况处理；②利用数字信号离散取值特点经过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，比如对载波相位进行键控，便可取得相移键控（PSK）基本调制方式。图1对应信号波形示例调制原理数字调相：假如两个频率相同载波同时开始振荡，这两个频率同时达成正最大值，同时达成零值，同时达成负最大值，它们应处于"同相"状态；假如其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。假如一个达成正最大值时，另一个达成负最大值，则称为"反相"。通常把信号振荡一次（一周）作为360度。假如一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，"1"码控制发0度相位，"0"码控制发180度相位。载波初始相位就有了移动，也就带上了信息。相移键控是利用载波相位改变来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通惯用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”。所以，2PSK信号时域表示式为解调原理2PSK信号解调方法是相干解调法。因为PSK信号本身就是利用相位传递信息，所以在接收端必须利用信号相位信息来解调信号。下列图2-3中给出了一个2PSK信号相干接收设备原理框图。图中经过带通滤波信号在相乘器中与当地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决。即正抽样值判为1，负抽样值判为0.2PSK信号相干解调各点时间波形如图所表示.当恢复相干载波产生180°倒相时,解调出数字基带信号将与发送数字基带信号恰好是相反,解调器输出数字基带信号全部犯错.2PSK信号相干解调各点时间波形这种现象通常称为"倒π"现象.因为在2PSK信号载波恢复过程中存在着180°相位含糊,所以2PSK信号相干解调存在随机"倒π"现象,从而使得2PSK方式在实际中极少采取.三、仿真边框图四、程序源代码clearall;closeall;clc;max=15;s=randint(1,max);%长度为max随机二进制序列Sinput=[];forn=1:length(s);ifs(n)==0;A=zeros(1,);elses(n)==1;A=ones(1,);endSinput=[SinputA];endfigure(1);subplot(211);plot(Sinput);gridonaxis([0*length(s)-22]);title('输入信号波形');Sbianma=encode(s,7,4,'hamming');%汉明码编码后序列a1=[];b1=[];f=1000;t=0:2*pi/1999:2*pi;forn=1:length(Sbianma);ifSbianma(n)==0;B=zeros(1,);%每个值个点elseSbianma(n)==1;B=ones(1,);enda1=[a1B];%s(t),码元宽度c=cos(2*pi*f*t);%载波信号b1=[b1c];%与s(t)等长载波信号，变为矩阵形式endfigure(2);subplot(211)plot(a1);gridon;axis([0*length(Sbianma)-22]);title('编码后二进制信号序列');a2=[];b2=[];forn=1:length(Sbianma);ifSbianma(n)==0;C=ones(1,);%每个值点d=cos(2*pi*f*t);%载波信号elseSbianma(n)==1;C=ones(1,);d=cos(2*pi*f*t+pi);%载波信号enda2=[a2C];%s(t)，码元宽度b2=[b2d];%与s(t)等长载波信号endtiaoz=a2.*b2;%e(t)调制figure(3);subplot(211);plot(tiaoz);gridon;axis([0*length(Sbianma)-22]);title('2psk已调制信号');figure(2);subplot(212);plot(abs(fft(a1)));axis([0*length(Sbianma)0400]);title('编码后二进制信号序列频谱');figure(3);subplot(212);plot(abs(fft(tiaoz)));axis([0*length(Sbianma)0400]);title('2psk信号频谱')%-----------------带有高斯白噪声信道----------------------tz=awgn(tiaoz,10);%信号tiaoz加入白噪声，信噪比为10figure(4);subplot(211);plot(tz);gridonaxis([0*length(Sbianma)-22]);title('经过高斯白噪声后信号');figure(4);subplot(212);plot(abs(fft(tz)));axis([0*length(Sbianma)0800]);title('加入白噪声2psk信号频谱');%-------------------同时解调-----------------------------jiet=2*b1.*tz;%同时解调figure(5);subplot(211);plot(jiet);gridonaxis([0*length(Sbianma)-22]);title('相乘后信号波形')figure(5);subplot(212);plot(abs(fft(jiet)));axis([0*length(Sbianma)0800]);title('相乘后信号频率');%----------------------低通滤波器---------------------------fp=500;fs=700;rp=3;rs=20;fn=11025;ws=fs/(fn/2);wp=fp/(fn/2);%计算归一化角频率[n,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs);%计算阶数和截止频率[b,a]=butter(n,wn);%计算H（z）figure(6);freqz(b,a,1000,11025);subplot(211);axis([040000-1003])title('lpf频谱图');jt=filter(b,a,jiet);figure(7);subplot(211);plot(jt);gridonaxis([0*length(Sbianma)-22]);title('经低通滤波器后信号波形');figure(7);subplot(212);plot(abs(fft(jt)));axis([0*length(Sbianma)0800]);title('经低通滤波器后信号频率');%-----------------------抽样判决--------------------------form=1:*length(Sbianma);ifjt(m)<0;jt(m)=1;elsejt(m)>0;jt(m)=0;endendfigure(8);subplot(211);plot(jt)gridonaxis([0*length(Sbianma)-22]);title('经抽样判决后信号jt(t)波形')figure(8);subplot(212);plot(abs(fft(jt)));axis([0*length(Sbianma)0800]);title('经抽样判决后信号频谱');gridon;n=500::*length(Sbianma);a5=[];a5=[a5jt(n)];s1=decode(a5,7,4,'hamming');a6=[];forn=1:length(s1);ifs1(n)==0;G=zeros(1,);elses1(n)==1;G=ones(1,);enda6=[a6G];endfigure(1);subplot(212);plot(a6);gridonaxis([0*length(s)-22]);title('汉明码译码后波形')gridon%------------------2psk误码率仿真-------------------------snrdB_min=-10;snrdB_max=10;snrdB=snrdB_min:1:snrdB_max;Nsymbols=200;snr=10.^(snrdB/10);h=waitbar(0,'SNRIteration');len_snr=length(snrdB);forj=1:len_snrwaitbar(j/len_snr);sigma=sqrt(1/(2*snr(j)));error_count=0;fork=1:Nsymbolsd=round(rand(1));%随即数据x_d=2*d-1;%0，1分别转化为-1，1n_d=sigma*randn(1);%加噪y_d=x_d+n_d;%加噪后接收ify_d>0d_est=1;elsed_est=0;endif(d_est~=d)error_count=error_count+1;endenderrors(j)=error_count;endber_sim=errors/Nsymbols;ber_theor=(erfc(sqrt(snr))).*(1-0.5*erfc(sqrt(snr)));figure(9);semilogy(snrdB,ber_theor,'-',snrdB,ber_sim,'*');axis([snrdB_minsnrdB_max0.00011]);xlabel('信噪比');ylabel('误码率');title('2psk信噪比误码率关系图');legend('理论值','实际值')五、试验结果及分析信号经过汉明码译码后得到与输入波形相同信号，可得出这个2psk通信系统可实现。可看出输入信号经过汉明码编码后波形与理论推出序列相同如图所表示是信号加入高斯白噪声后波形，其中信噪比可调，试验中信噪比为10dB。在频谱图下方能够看到高斯白噪声频谱密度，和理论高斯白噪声频谱密度相同。试验三2FSK试验一、试验目标（1）熟悉2FSK调制原理。（2）学会利用Matlab编写2FSK调制程序。（3）会画出原信号和调制信号波形图。（4）掌握数字通信2ASK和2FSK调制方式。二、基本原理二进制频率调制是用二进制数字信号控制正弦波频率随二进制数字信号改变而改变。因为二进制数字信息只有两个不一样符号，所以调制后已调信号有两个不一样频f1和f2，f1对应数字信息“1”，f2对应数字信息“0”。二进制数字信息及已调载波如图2-1所表示。图2-12FSK信号2FSK产生在2FSK信号中，当载波频率发生改变时，载波相位通常来说是不连续，这种信号称为不连续2FSK信号。相位不连续2FSK通惯用频率选择法产生，如图2-2所表示：2-22FSK信号调制器两个独立振荡器作为两个频率发生器，他们受控于输入二进制信号。二进制信号经过两个与门电路，控制其中一个载波经过。调制器各点波形如图2-3所表示：图2-32FSK调制器各点波形由图2-3可知，波形g是波形e和f叠加。所以，二进制频率调制信号2FSK能够看成是两个载波频率分别为f1和f22ASK信号和。因为“1”、“0”统计独立，所以，2FSK信号功率谱密度等于这两个2ASK信号功率谱密度之和，即由图2-4看出，2FSK信号功率谱现有连续谱又有离散谱，离散谱位于两个载波频率f1和f2处，连续谱分布在f1和f2附近，若取功率谱第一个零点以内成份计算带宽，显然2FSK信号带宽为为了节约频带，同时也能区分f1和f2，通常取|f1-f2|=2fs，所以2FSK信号带宽为当|f1-f2|=fs时，图2-4中2FSK功率谱由双峰变成单峰，此时带宽为对于功率谱是单峰2FSK信号，可采取动态滤波器来解调。此处介绍功率谱为双峰2FSK信号解调。原理框图仿真程序a=[1,0,1,1,0,1];subplot(3,1,1);stem(a);title('随机信号');fori=1:length(a)t=i-1:0.001:i;if(a(i)==1)s=sin(2*pi*t);endif(a(i)==0）s=sin(4*pi*t);endholdon;subplot(3,1,2);plot(t,s);title('2FSK调制后信号')end试验结果及分析2FSK信号调制解调原理是经过带通滤波器将2FSK信号分解为上下两路2FSK信号后分别解调，然后进行抽样判决输出信号。本试验对信号2FSK采取相干解调进行解调。对于2FSK系统抗噪声性能，本试验采取同时检测法。设“1”符号对应载波频率f1，“0”符号对应载波频率f2。在原理图中采取两个带通滤波器来区分中心频率分别为f1和f2信号。中心频率为f1带通滤波器之允许中心频率为f1信号频谱成份经过，滤除中心频率为f2信号频谱成份。接收端上下支路两个带通滤波器输出波形中H1,H2。在H1,H2波形中在分别含有噪声n1,n2，其分别为高斯白噪声ni经过上下两个带通滤波器输出噪声——窄带高斯噪声，其均值同为0，方差同为(σn)2,只是中心频率不一样而已。其抽样判决是直接比较两路信号抽样值大小，能够不专门设置门限。判决规制应与调制规制相呼应，调制时若要求“1”符号对应载波频率f1，则接收时上支路抽样较大，应判为“1”，反之则判为“0”。在（0，Ts）时间内发送“1”符号（对应ω1），则上下支路两个带通滤波器输出波形H1,H2。H1,H2分别经过相干解调（相乘—低通）后，送入抽样判决器进行判决。比较两路输入波形分别为上支路st1=a+n1,下支路st2=n2，其中a为信号成份；n1和n2均为低通型高斯噪声，其均值为零，方差为（σn）2。当st1抽样值st1(i)小于st2抽样值st2(i),判决器输出“0”符号，造成将“1”判为“0”错误。试验四PCM试验一、试验目标1、经过本课程设计，巩固通信原理PCM编码关于知识；2、熟悉A律和律非均匀量化编码原理；3、确定PCM编码量化误差；4、学会用MATLAB来进行通信系统仿真。二、试验原理脉冲编码调制(PCM，PulseCodeModulation)在通信系统中完成将语音信号数字化功效。是一个对模拟信号数字化取样技术，将模拟信号变换为数字信号编码方式，尤其是对于音频信号。PCM对信号每秒钟取样8000次；每次取样为8个位，总共64kbps。PCM实现主要包含三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号二进制表示。依照CCITT提议，为改进小信号量化性能，采取压扩非均匀量化，有两种提议方式，分别为A律和律方式，本设计采取了A律方式。因为A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码，采取非均匀量化PCM编码示意图如图1所表示。程序源代码clearall;t=0:0.01:5;m=sin(2*pi*t+2*pi*rand(1));v=1;mm=m/v;smm=floor(mm*2048);subplot(4,1,1);plot(t,m);ylim([-22]);y1=pcm_encode(smm);y2=pcm_decode(y1,v)subplot(4,1,2);plot(t,y2);ylim([-11]);x=6*0.5*sin(2*pi*t+2*pi*rand(1));xx=x/(6*0.5);v=6*0.5;sxx=floor(xx*2048);y=pcm_encode(sxx);yy=pcm_decode(y,v);nq=sum((x-yy).*(x-yy))/length(x);sq=mean(yy.^2);snr=(sq/nq);snrq=10*log10(mean(snr))subplot(4,1,3);plot(t,x);subplot(4,1,4);plot(t,yy);函数一pcm_encode.mfunction[out]=pcm_encode(x)%xencodetopcmcoden=length(x);%-4096<x<4096fori=1:nifx(i)>0out(i,1)=1;%符号位elseout(i,1)=0;%符号位endifabs(x(i))>=0&abs(x(i))<32out(i,2)=0;out(i,3)=0;out(i,4)=0;step=2;st=0;elseif32<=abs(x(i))&abs(x(i))<64out(i,2)=0;out(i,3)=0;out(i,4)=1;step=2;st=32;elseif64<=abs(x(i))&abs(x(i))<128out(i,2)=0;out(i,3)=1;out(i,4)=0;step=4;st=64;elseif128<=abs(x(i))&abs(x(i))<256out(i,2)=0;out(i,3)=1;out(i,4)=1;step=8;st=128;elseif256<=abs(x(i))&abs(x(i))<512out(i,2)=1;out(i,3)=0;out(i,4)=0;step=16;st=256;elseif512<=abs(x(i))&abs(x(i))<1024out(i,2)=1;out(i,3)=0;out(i,4)=1;step=32;st=512;elseif1024<=abs(x(i))&abs(x(i))<2048out(i,2)=1;out(i,3)=1;out(i,4)=0;step=64;st=1024;elseif2048<=abs(x(i))&abs(x(i))<4096out(i,2)=1;out(i,3)=1;out(i,4)=1;step=128;st=2048;elseout(i,2)=1;out(i,3)=1;out(i,4)=1;step=128;st=2048;endif(abs(x(i))>=4096)out(i,2:8)=[1111111];elsetmp=floor((abs(x(i))-st)/step);t=dec2bin(tmp,4)-48;%函数dec2bin输出是ASCII字符串，48对应0out(i,5:8)=t(1:4);endendout=reshape(out',1,8*n);%行变列函数二pcm_decode.mfunction[out]=pcm_decode(in,v)%decodetheinputpcmcode%in:inputthepcmcode8bitssample%v:quantizedleveln=length(in);in=reshape(in',8,n/8)';%列变行slot(1)=0;slot(2)=32;slot(3)=64;slot(4)=128;slot(5)=256;slot(6)=512;slot(7)=1024;slot(8)=2048;step(1)=2;step(2)=2;step(3)=4;step(4)=8;step(5)=16;step(6)=32;step(7)=64;step(8)=128;fori=1:n/8ss=2*in(i,1)-1;%+1-1tmp=in(i,2)*4+in(i,3)*2+in(i,4)+1;%2进制转换10进制st=slot(tmp);dt=(in(i,5)*8+in(i,6)*4+in(i,7)*2+in(i,8))*step(tmp)+0.5*step(tmp);out(i)=ss*(st+dt)/4096*v;end四、试验结果及分析五、设计总结经过本课程设计学习，复习所学专业知识，使课堂学习理论知识应用于实践，经过本课程设计实践使自己具备一定实践操作能力；又掌握Matlab，并能熟练利用该软件设计并仿真通信系统；经过信息处理实践课程设计实践，掌握设计信息处理系统思维方法和基本开发过程。经过Matlab仿真对PCM调制系统采样、量化、编码仿真与计算，使得分析PCM调制系统变得直观简单。试验五循环码试验一、试验目标1、经过试验了解循环码工作原理。2、深刻了解RS码结构、RS编译码等相关概念和算法。二、试验原理1、RS循环码编译码原理与特点设C使某线性分组码码字集合，假如对任它循环移位也属于C，则称该码为循环码。该码在结构上有