通信原理课程设计-matlab实习报告

第1页共24页石家庄铁道大学电气与电子工程学院课程设计报告实习类别：通信原理课程设计专业：通信工程班级：姓名： 学号：实习时间：2013年3月16日——4月13日正文：一实验目的在本实验中使用的软件工具是MATLAB。设计本实验的目的是希望在以下几方面有所收获：1.会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，知道怎样通过仿真的方法去研究通信问题。3.加深对信号与系统和通信原理及其相关课程内容的理解。二实验特点与硬件实验相比，软件实验具如下一些特点：1.软件实验具有广泛的实用性和极好的灵活性。在硬件实验中改变系统参数也许意味着要重做硬件，而在软件实验中这只是该一两个数据，或者只是在屏幕上按几下鼠标。2.软件实验更有助于我们较为全面地研究通信系统。有许多问题，通过硬件试验来研究可能非常困难，但在软件实验中却易于解决。3.硬件实验的精确度取决于元器件及工艺水平，软件实现的精确度取决于CPU的运算速度或者说是程序的运算量。4.软件实验开发周期短，成本低。三上机实验要求掌握matlab的基本操作及了解基本的仿真方法，分析运行范例程序。按以下要求编制仿真程序并调试运行基本信号的仿真模拟调制与解调的仿真数字基带传输码型的仿真数字基带系统的仿真数字调制与解调的仿真脉冲编码调制仿真四实验内容1、编程实现基本信号的仿真（1）产生并绘出以下信号:a单位脉冲序列b单位阶跃序列c正弦信号及其频谱d周期锯齿波sawtooth()e周期方波square()f实指数序列y(n)=2ngsin2πf1t*cos2πf2tf1=50Hzf2=2000Hz（2）产生一条-2到2之间的Sa(200t)曲线。（3）产生下面信号，并绘出频谱t0<t<t0/4s(t)=-t+t0/4t0/4<t<3t0/4t-t03t0/4<t<t0假设t0=0.5s2、编程实现模拟调制与解调的仿真(DSB必做，SSB\AM\FM选择其中一种)设消息信号m(t)的表达式为：10≤t≤t0/3m(t)=-2t0/3≤t≤2t0/30其他（注：m(t)也可自己选用其它的信号）（1）DSB中，已调信号的时域表达式：u(t)=m(t)c(t)=Ac*m(t)cos(2πfct)假设用信号m(t)以DSB方式调制载波c(t)=cos(2πfct)，所得到的已调信号记为u(t)；并假设t0=0.15s和fc=250Hz。绘制调制信号、已调信号和解调信号等各相关点处的时域波形和频谱。（2）以上例中提供的信号进行SSB调制，试绘制调制信号、已调信号和解调信号等各相关处的时域波形和频谱。（提示：上边带调制信号：ussb=m.*c-imag(hilbert(m)).*b；下边带调制信号：lssb=m.*c+imag(hilbert(m)).*b。）（3）以上例中提供的信号进行AM调制，给定的调制指数a=0.8，试绘制调制信号、已调信号和解调信号等各相关处点的时域波形和频谱。AM调制信号的时域表达式为：u(t)=AC[1+amn(t)]cos(2πfct)这里a是调制指数，mn(t)是经过归一化处理的消息信号，式中mn(t)=m/max(abs(m))。（4）以上例中提供的信号进行频率调制，采用载波：c(t)=cos(2πfct)进行调频，fc=200Hz,t0=0.15s，偏移常数KF=50。试绘制调制信号、已调信号和解调信号等各相关点处的时域波形和频谱。调频信号的时域表达式为：M(t)=Accos（5）高斯噪声的产生设高斯噪声限带为（-Bs,Bs），双边带功率谱密度为，则总功率为，设高斯噪声幅度为x，则有：＝，所以高斯噪声可表示成x=sqrt(Bs*no)*randn(1,M)M为随机码元个数在模拟调制中加上噪声后波形作对比。3、编程实现数字基带信号的码型的仿真（1）试做单极性归零码、双极性非归零码、单极性非归零码、双极性归零码，占空比50%（选择其中2种）；（2）双相码、AMI码、HDB3码等的仿真（选其中2种）。4、数字基带通信系统的仿真（1）一个升余弦频谱的滤波器，已知，画出α等于0.1,0.5,1时的波形。参数要求：，在内仿真10个点，仿真区间为-10ms～10ms。（2）利用matlab的SIMULINK功能建立一个基带传输模型，采用单极性,或双极性码作为基带信号，发送滤波器为上述升余弦滤波器，发送数据率为1000bps，分别观察输出信号在无噪声干扰及有噪声干扰下波形及眼图。注意：必须首先运行实验步骤1中的程序得出h(t)后，才能运行该模型。（3）建立基带接收机模型，观察判决输出，与发送数码进行比较。（选做）5、数字调制与解调的仿真(选择两种调制与解调方式)根据2FSK、2PSK、2DPSK等的调制和解调的原理框图，绘出的各点波形及其频谱或功率谱。加上噪声作对比。（发送的二进制信息序列可自己设定，例如假设发送的二进制信息序列为1，一个码元周期内含有两个载波周期。）6、脉冲编码调制仿真（选作）若输入A律PCM编码器的正弦信号为x(t)=sin(1600πt),抽样序列为x(n)=sin(0.2πn),n=0，1，2…，10，将其进行PCM编码，给出编码器的输出码组序列。绘出译码后的波形（选作）。二.程序及运行结果1、编程实现基本信号的仿真（1）产生并绘出以下信号:a单位脉冲序列程序如下：n0=[1,2,3];x=zeros(1,10);x(1,n0)=1;stem(x);title('单位脉冲序列')单位脉冲序列b单位阶跃序列程序如下：ns=0;nf=10;n0=1;n=[ns:nf];x=[(n-n0)>=0];stem(x);title('单位阶跃序列');单位阶跃序列c正弦信号及其频谱程序如下:t=-1:0.01:1;

x=5*sin(2*pi*10*t);

N=length(x);

fx=fft(x);

df=100/N;

n=0:N/2;

f=n*df;

subplot(2,1,1);

plot(t,x);grid;

subplot(2,1,2);

plot(f,abs(fx(n+1))*2/N);grid;正弦信号及其频谱d周期锯齿波sawtooth()Fs=10000;t=0:1/Fs:1;x1=sawtooth(2*pi*50*t,0);x2=sawtooth(2*pi*50*t,1);subplot(2,1,1),plot(t,x1),axis([0,0.2,-1,1]);title('锯齿波1');subplot(2,1,2),plot(t,x2),axis([0,0.2,-1,1]);title('锯齿波2')e.周期方波square()程序如下：Fs=10000;t=0:1/Fs:1;x1=square(2*pi*50*t,20);plot(t,x1);title('周期方波');axis([0,0.2,-1.5,1.5]);f实指数序列y(n)=2na=2;x=a.^n;stem(n,x);title('实指数序列')gsin2πf1t*cos2πf2tf1=50Hzf2=2000Hzf1=50;f2=2000t=0:0.01:10;a=sin(2*pi*f1*t);b=cos(2*pi*f2*t);y=a.*b;plot(t,y);title('sin2pif1t*cos2pif2t')（2）产生一条-2到2之间的Sa(200t)曲线。t=linspace(-2,2);y=sinc(200*t);plot(t,y);title('y=sa(200t)')z=fft(y)plot(abs(z))（3）产生下面信号，并绘出频谱t0<t<t0/4s(t)=-t+t0/4t0/4<t<3t0/4t-t03t0/4<t<t0假设t0=0.5s源程序：clearall;closeall;clc;t0=0.5;t=0:0.01:0.5;s=t.*(t>0&t<=t0/4)+(-t+t0/4).*(t>=t0/4&t<=3*t0/4)+(t-t0).*(t>=3*t0/4&t<t0);plot(t,s)2．模拟调制与解调的仿真（1）信号的DSB调制与解调clearall;closeall;clc;t0=0.15;dt=0.0001;t=[0:dt:1];fc=250;phi0=0;ct=cos(2*pi*fc*t+phi0);%载波信号fm=10;fun=@(t)1.*(t>=0&t<=t0/3)+(-2).*(t>=t0/3&t<=2*t0/3)+0.*(t>=2*t0/3);mt=fun(t);ut=1.5*mt.*ct;figure(1)subplot(3,1,1),plot(t,mt),title('mt调制信号')subplot(3,1,2),plot(t,ct),title('ct载波信号')subplot(3,1,3),plot(t,ut),title('ut已调信号')[m,n]=size(ut);ni=0.05*randn(m,n);u0=ut+ni;figure(2)subplot(3,1,1),plot(t,ni),title('ni高斯白噪声')subplot(3,1,2),plot(t,u0),title('u0=ut+ni已调信号+高斯白噪声')w1=2*dt*(fc-2*fm);w2=2*dt*(fc+2*fm);[b,a]=butter(4,[w1,w2],'bandpass');u1=filter(b,a,u0);subplot(3,1,3),plot(t,u1),title('u1信号进入带通滤波器')figure(3)u2=u1.*ct;subplot(3,1,1),plot(t,u2),title('u2与载波相乘后的波形')B=2*fm;wn3=2*dt*B;[b,a]=butter(4,wn3,'low');u3=filter(b,a,u2);subplot(3,1,2),plot(t,-u3),title('u3解调后的信号')subplot(3,1,3),plot(t,-u3),holdon,title('解调后的信号与原调制信号比较')plot(t,mt,'r');dt=t(2)-t(1);%采样周期f=1/dt;%采样频率(Hz)X=fft(ut);%计算x的快速傅立叶变换XN=1/dt;F=X(1:N/2+1);%F(k)=X(k)(k=1:N/2+1)f=f*(0:N/2)/N;%使频率轴f从零开始figure(4)plot(f,abs(F)),title('dsb调制信号频谱图');xlim([0,fc*2]);xlabel('Frequency');ylabel('|F(k)|')（2）SSB方式clearall;closeall;clc;t0=0.15;dt=0.0001;t=[0:dt:1];fc=250;phi0=0;ct=cos(2*pi*fc*t+phi0);%载波信号fm=10;fun=@(t)1.*(t>=0&t<=t0/3)+(-2).*(t>=t0/3&t<=2*t0/3)+0.*(t>=2*t0/3);mt=fun(t);mh=imag(hilbert(mt));b=sin(2*pi*fc.*t)ussb=mt.*ct-imag(hilbert(mt)).*b;lssb=mt.*ct+imag(hilbert(mt)).*b;figure(1)subplot(3,1,1),plot(t,mt),title('mt调制信号')subplot(3,1,2),plot(t,ussb),title('ussb载波信号')subplot(3,1,3),plot(t,lssb),title('lssb已调信号')dt=t(2)-t(1);%采样周期f=1/dt;%采样频率(Hz)X1=fft(ussb);%计算x的快速傅立叶变换XX2=fft(lssb);N=1/dt;F1=X1(1:N/2+1);%F(k)=X(k)(k=1:N/2+1)F2=X2(1:N/2+1);f=f*(0:N/2)/N;%使频率轴f从零开始figure(4)subplot(3,1,1),plot(f,abs(F1)),holdon,title('ussb调制信号频谱图');plot(-f,abs(F1));xlim([-fc*2,fc*2]);subplot(3,1,2),plot(f,abs(F2)),holdon,title('lssb');plot(-f,abs(F2));xlim([-fc*2,fc*2]);xlabel('Frequency');ylabel('|F(k)|')（3）高斯白噪声n0=30;fc=250;t=[0:0.0005:0.15];u=cos(2*pi*fc.*t);M=length(u);x=sqrt(4*n0)*randn(1,M);plot(t,x(1:length(t)));3、编程实现数字基带信号的码型的仿真(1)单极性非归零码functiony=snrz(x)%本函数实现将输入的一段二进制代码编为相应的单极性非归零码输出%输入x为二进制码，输出y为编好的码%给出计算每一个码元的点数，因为我们只有用离散的点来得出连续的函数表示。grid=300;t=0:1/grid:length(x);fori=1:length(x),%计算码元的值if(x(i)==1),%如果信息为1forj=1:grid,%该码元对应的点值取1y((i-1)*grid+j)=1;endelseforj=1:grid;%反之，信息为0，该码元对应的点值取0y((i-1)*grid+j)=0;end;end;endy=[y,x(i)];M=max(y);m=min(y);subplot(2,1,1);plot(t,y);axis([0,i,m-0.1,M+0.1]);%采用title命令来实现标记出各码元对应的二进制信息title('100110000101');制与解调方式)(2)、双极性归零码：源程序：%双极性归零码functiony=drz(x)%本函数实现将输入的一段二进制代码编为相应的双极性归零码输出%输入x为二进制码，输出y为编好的码grid=300;t=0:1/grid:length(x)%定义对应时间序列fori=1:length(x),%进行编码if(x(i)==1),%如果信息为1forj=1:grid/2,y(grid/2*(2*i-2)+j)=1;%定义前半时间为1y(grid/2*(2*i-1)+j)=0;%定义后半时间为0endelseforj=1:grid/2%反之，信息为0，该码元对应的点值取0y(grid/2*(2*i-2)+j)=-1;%定义前半时间为-1y(grid/2*(2*i-1)+j)=0;%定义后半时间为0end;end;endy=[y,x(i)];M=max(y);m=min(y);plot(t,y);axis([0,i,m-0.1,M+0.1]);%采用title命令来实现标记出各码元对应的二进制信息title('100110000101');(3).ami码x=[100110000101]程序如下functiony=ami(x)grid=300;t=0:1/grid:length(x);k=-1;%定义对应时间序列fori=1:length(x),%进行编码if(x(i)==1),k=-k;%如果信息为1forj=1:grid/2,y(grid/2*(2*i-2)+j)=k;%定义前半时间为1y(grid/2*(2*i-1)+j)=k;%定义后半时间为0endelseforj=1:grid/2%反之，信息为0，该码元对应的点值取0y(grid/2*(2*i-2)+j)=0;%定义前半时间为-1y(grid/2*(2*i-1)+j)=0;%定义后半时间为0end;end;endy=[y,x(i)];M=max(y);m=min(y);plot(t,y);axis([0,i,m-0.1,M+0.1]);%采用title命令来实现标记出各码元对应的二进制信息title('100110000101');(4).双相码x=[100110000101]程序如下:%双相码functiony=mechester(x)%本函数实现将输入的一段二进制代码编为相应的双相码输出%输入x为二进制码，输出y为编好的码grid=300;t=0:1/grid:length(x)%定义对应时间序列fori=1:length(x),%进行编码if(x(i)==1),%如果信息为1forj=1:grid/2,y(grid/2*(2*i-2)+j)=1;%定义前半时间为1y(grid/2*(2*i-1)+j)=0;%定义后半时间为0endelseforj=1:grid/2%反之，信息为0，该码元对应的点值取0y(grid/2*(2*i-2)+j)=1;%定义前半时间为1y(grid/2*(2*i-1)+j)=0;%定义后半时间为0end;end;endy=[y,x(i)];M=max(y);m=min(y);plot(t,y);axis([0,i,m-0.1,M+0.1]);%采用title命令来实现标记出各码元对应的二进制信息title('100110000101');4、利用SIMULINK实现数字调制与解调的仿真(选择两种调制与解调方式2PSK调制采用图２－１（b）所示方法，当源信号为０时传送载波，当源信号为１时传送相移180度的载波，即产生2PSK信号。2PSK解调采用如图２－２所示方法，将2PSK信号在频域上与载波相乘，再经过低通滤波，然后进行抽样判决得到解调信号。2PSK调制和解调各环节仿真波形如下各图所示。图３－１源信号、载波时间波形和频谱源信号和载波如图３－１所示，其中源信号是随机产生的二进制码元，载波频为fc=200Hz，幅度为１的余弦波。图３－２噪声、未加噪声调制、加噪声调制时间波形和频谱源信号经过2PSK调制后产生未加噪声调制信号，从频域上看是源信号中心频率经调制后搬移到了载波频率上。调制后信号的时间波形由两种相位不同的波形组成，而且两种波形是反相的，即相位相差180度，且相位变化随着源信号变化而变化（异变同不变），但振幅和频率保持不变。2PSK信号后经过加性高斯白噪声信道后得到加噪声调制信号，设信噪比为SNR=10dB，各时间波形和频谱如图３－２所示，由图可见，2PSK信号经过SNR=10dB加性高斯白噪声信道后的波形有明显的毛刺出现。图３－３相干解调后、低通后、抽样判决后及源信号时间波形和频谱解调时加有SNR=10dB噪声的2PSK信号与同步载波在频域相乘再经过70Hz低通滤波后，再经过抽样判决后恢复出原始数字信号，各时间波形和频谱如图３－３所示，抽样判决后信号时域波形和频谱与源信号相比是一致的，说明没有产生误码。图３－４SNR=1dB时抽样判决后及源信号时间波形和频谱当加性高斯白噪声信道信噪比SNR=1dB时，抽样判决后信号时域波形和频谱与源信号相比还是一致的，说明也没有产生误码，如图３－４所示。2DPSK调制采用如图２－４所示方法，先对源信号进行差分编码（码变换），再根据相对码绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。2DPSK解调采用如图２－５所示方法，对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。2DPSK调制和解调各环节仿真波形如下各图所示。图３－５源信号、码变换后、载波时间波形和频谱源信号是随机产生二进制码元，载波频为fc=200Hz，幅度为１的余弦波，源信号经过码变换（差分编码）产生码变换后信号，各时间波形和频谱如图３