通信原理软件matlab实验

通信原理软件实验报告目录实验一调幅信号波形频谱仿真2一、实验题目2二、基本原理2三、仿真源代码4四、图形和实验结果及分析7五、实验中遇到的问题和解决方法9实验二调频信号波形频谱仿真10一、实验题目10二、基本原理10三、框图11四、仿真源代码11五、图形和实验结果及分析12六、实验中遇到的问题和解决方法13实验三单双极性归零码波形及功率谱仿真13一、实验题目13二、基本原理14三、框图14四、仿真源代码14五、仿真图片及结果分析16六、实验中遇到的问题和解决方法19实验四根升余弦滚降功率谱密度及眼图仿真20一、实验题目20二、基本原理20三、程序框图21四、仿真源代码22五、仿真图片及实验结果分析23六、实验中遇到的问题和解决方法24选做题仿真一个完整的数字基带系统25一、实验题目25二、基本原理26三、程序框图28四、仿真源码28五、仿真图片及结果分析30六、实验中遇到的问题和解决方法33实验一调幅信号波形频谱仿真一、实验题目假设基带信号为，载波频率为，请仿真出AM、DSB-SC、SSB信号，观察已调信号的波形及频谱。二、基本原理1、AM调制原理对于基带信号进行AM调制的结果为S(t)=Ac(1+a*Mn(t)cos(Wc*t)其中调幅系数，要求以免过调引起包络失真。框图：由和分别表示AM信号波形包络最大值和最小值，则AM信号的调幅系数为2、DSB-SC调制原理DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘DSB信号的时域表达式为频域表达式为框图：3、SSB调制原理由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了。这就又演变出另一种新的调制方式单边带调制（SSB）。框图：图中，为希尔伯特滤波器，它实质上是一个宽带相移网络，对中的任意频率分量均相移三、仿真源代码% 清屏 %clear allclose allclc% 初始化 %fs = 800; % 取样频率T = 200; % 观察时间N = T*fs; % 取样点dt = 1/fs; % 时间分辨率t = -T/2:dt:T/2-dt; df = 1/T; % 频域分辨率f = -fs/2:df:fs/2-df;fm= 1; % kHzmt = sin(2*pi*fm*t)+2*cos(pi*fm*t);mnt=mt/max(mt);fc = 20; % kHzct = cos(2*pi*fc*t);Ac = 1;a=0.6% AM %st1 = Ac*(1+a*mnt).*ct; Sf1 = t2f(st1,fs); surf1 = abs(hilbert(st1); % 画图标识幅度用figure(1)% 调制信号波形subplot(2,2,1),plot(t,mt),grid on,axis(0,+4,-3,+3),title(AM调制信号波形),xlabel(t),ylabel(m(t)% 载波波形subplot(2,2,2),plot(f,abs(Sf1),axis(16,24,0,max(abs(Sf1),grid on,title(AM已调信号频谱(正频率部分),xlabel(f),ylabel(S(f)% 已调信号波形subplot(2,2,3),plot(t,st1,t,surf1,-r),grid on,axis(0,60/fc,-2*Ac,+2*Ac),title(AM已调信号波形),xlabel(t),ylabel(s(t)% 已调信号频谱subplot(2,2,4),plot(f,abs(Sf1),axis(-30,+30,0,max(abs(Sf1),grid on,title(AM已调信号频谱),xlabel(f),ylabel(S(f)% DSB-SC %st2 = Ac*mt.*ct;Sf2 = t2f(st2,fs);figure(2)% 调制信号波形subplot(2,2,1),plot(t,mt),grid on,axis(0,+4,-3,+3),title(DSB-SC调制信号波形),xlabel(t),ylabel(m(t)% 载波波形subplot(2,2,2),plot(f,abs(Sf2),axis(16,24,0,max(abs(Sf2),grid on,title(DSB-SC已调信号频谱(正频率部分),xlabel(f),ylabel(S(f)% 已调信号波形subplot(2,2,3),plot(t,st2),grid on,axis(0,60/fc,-3*Ac,+3*Ac),title(DSB-SC已调信号波形),xlabel(t),ylabel(s(t)% 已调信号频谱subplot(2,2,4),plot(f,abs(Sf2),axis(-30,+30,0,max(abs(Sf2),grid on,title(DSB-SC已调信号频谱),xlabel(f),ylabel(S(f)% SSB %Mt = t2f(mt,fs);Mh = -j*sign(f).*Mt;mh = real(f2t(Mh,fs);st3 = mt.*cos(2*pi*fc*t)-mh.*sin(2*pi*fc*t);Sf3 = t2f(st3,fs);figure(3)% 调制信号波形subplot(2,2,1),plot(t,mt),grid on,axis(0,+4,-3,+3),title(SSB调制信号波形),xlabel(t),ylabel(m(t)% 载波波形subplot(2,2,2),plot(f,abs(Sf3),axis(16,24,0,max(abs(Sf3),grid on,title(SSB已调信号频谱(正频率部分),xlabel(f),ylabel(S(f)% 已调信号波形subplot(2,2,3),plot(t,st3),grid on,axis(0,60/fc,-6*Ac,+6*Ac),title(SSB已调信号波形),xlabel(t),ylabel(s(t)% 已调信号频谱subplot(2,2,4),plot(f,abs(Sf3),axis(-30,+30,0,max(abs(Sf3),grid on,title(SSB已调信号频谱),xlabel(f),ylabel(S(f)四、图形和实验结果及分析（1）AM调制图1.1 仿真AM波形和频谱实验结果分析：1 AM信号波形的包络与输入基带信号m(t)成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。 但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足a0);%产生随机码 tmp=zeros(L,M); %产生L*M的全零矩阵 L1=L.*ratio(i); tmp(1:L1,:)=ones(L1,1)*b; s=tmp(:); S=t2f(s,fs); P=abs(S).2/T; EP1=EP1*(1-1/loop)+P/loop; end EP11=10*log10(EP1); %双极性 EP2=zeros(1,N);%创建一行N列0矩阵 for loop=1:2000;%产生数据数列 b1=(randn(1,M)0);%产生随机码 b1=2*b1-1; tmp1=zeros(L,M); %产生L*M的全零矩阵 tmp(1:L1,:)=ones(L1,1)*b1; s1=tmp(:); S1=t2f(s1,fs); P1=abs(S1).2/T; EP2=EP2*(1-1/loop)+P1/loop; end EP22=10*log10(EP2); %画图 figure(i) %单极性波形 subplot(2,2,1);plot(t,s);grid on;axis(-0.8,0.8,-1.5,1.5); title(strcat(占空比,name(count:count+2),的单极性NRZ);xlabel(t);ylabel(s(t) %单极性频谱 subplot(2,2,3),plot(f,EP11),axis(-100,100,-80,0),grid on title(strcat(占空比,name(count:count+2),单极性NRZ的功率谱),xlabel(f),ylabel(P(f)/dB) %双极性波形 subplot(2,2,2);plot(t,s1);grid on;axis(-0.8,0.8,-1.5,1.5); title(strcat(占空比,name(count:count+2),的双极性NRZ);xlabel(t);ylabel(s1(t) %双极性频谱 subplot(2,2,4),plot(f,EP22),grid on,axis(-100,100,-80,0) title(strcat(占空比,name(count:count+2),双极性NRZ的功率谱),xlabel(f),ylabel(P1(f)/dB) % count=count+3;end五、仿真图片及结果分析结果分析：1. 把占空比为100%的单极性归零码看做为单极性不归零码（NRZ），那么： 单极性 NRZ 信号的功率谱 只有连续谱和直流分量。由离散谱仅含直流分量可知， 单极性 NRZ 信号的功率谱 不含可用于提取同步信息的 分量。 由图可以看出，占空比为100%的单极性归零码（不归零码）的带宽为10Hz，正好为码元速率Rb。2. 单极性 RZ 信号的功率谱 不但有连续谱，而且在 等处还存在离散谱。由离散谱可知，单极性 RZ 信号的功率谱含可用于提取同步信息的 fb分量。 由连续谱可求出 单极性 RZ 信号的功率谱 的带宽近似为1/t。3. 把占空比为100%的双极性归零码看做为双极性不归零码，那么双极性 NRZ 信号的功率谱只有连续谱，不含任何离散分量。当然，也不含可用于提取同步信息的分量。 双极性 NRZ 信号的功率谱 的带宽同于单极性 NRZ 信号，为带宽为10Hz，正好为码元速率Rb4. 双极性 RZ 信号的功率谱 只有连续谱，不含任何离散分量。当然，不含可用于提取同步信息的分量。双极性 RZ 信号的功率谱 的带宽同于单极性 RZ 信号，为1/t。六、实验中遇到的问题和解决方法1. 此实验有4个分频比，最开始想的是做4次一样的工作，就能得到4仿真图了。后来和同学讨论了发现可以用一个循环来做。这样大大的节省了代码。2. 一开始不知道怎么产生RZ信号，再看了书之后，书上的代码里面有一句很关键，却又不太清楚它的意思：“tmp(1:L1,:)=ones(L1,1)*b; s=tmp(:);”。 后来，在查阅了MATLAB有关的书籍和简单的试验后，知道这句代码的意思。其实它的作用就是调解占空比并且形成我们需要的波形。3 . 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。但是我一开始并没有意思到这是个随即过程的功率谱，而只用了一个信号然后“P=abs(S).2/T;”，忘了还要取各个样本的数学期望。当知道要这样做以后，也想了很久，在查阅了书上的代码后，发现应该在外边加一个循环，然后最后加上这样一个代码即可“EP1=EP1*(1-1/loop)+P/loop;”。其中EP1的初始为“EP1=zeros(1,N);%创建一行N列0矩阵”4.具体说一下这个“EP1=EP1*(1-1/loop)+P/loop;”它利用的是累积平均的编程方法。可以利用前后2项相减得到。实验四根升余弦滚降功率谱密度及眼图仿真一、实验题目仿真测量滚降系数为的根升余弦滚降系统的发送功率谱密度及眼图。二、基本原理1、升余弦滚降当 取一般值时，余弦滚降传输特性 可表示为它所对应的冲激响应为显见，其在码元传输速率为时无码间串扰。输出信号频谱所占据的带宽 。当 时， ，频带利用率为 2Baud/Hz ； 时， ，频带利用率为 1Baud/Hz ；一般情况下， =0 1 时， ，频带利用率为 2 1Baud/Hz 。可以看出 越大， “尾部” 衰减越快，但带宽越宽，频带利用率越低。因此，用滚降特性来改善理想低通，实质上是以牺牲频带利用率为代价换取的。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： 最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻； 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； 在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量； 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误判决； 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、程序框图输入冲击序列采样判决接收滤波器GR（f）发送滤波器GT(f)加性高斯白噪声四、仿真源代码clear allclose allclc%N=213; %采样点M=29; %码元个数L=N/M; %每个码中的采样点数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f=-N/2:(N/2-1)/T;%频域采样点t=-T/2:1/fs:(T/2-1/fs);%时域采样点%根升余弦传递函数alpha=0.25;hcos=zeros(1,N);ii=find(abs(f)(1-alpha)/(2*Ts)&abs(f)=(1+alpha)/(2*Ts);hcos(ii)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(ii)-(1-alpha)/(2*Ts);ii=find(abs(f)(1-alpha)/(2*Ts)&abs(f)=(1+alpha)/(2*Ts);hcos(ii)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(ii)-(1-alpha)/(2*Ts);ii=find(abs(f)=(1-alpha)/(2*Ts);hcos(ii)=Ts;G=sqrt(hcos);EP=zeros(1,N);%创建一行N列0矩阵EPy= zeros(1,N);Eb_N0_dB = 1:15;%信噪比for ii =1:15 Eb_N0(ii) = 10(Eb_N0_dB(ii)/10); Eb = 1; N0 = Eb/Eb_N0(ii); err_sum =0; for loop=1:2000;%产生数据数列 %输入 a=sign(randn(1,M); s1=zeros(1,N); s1(1:L:N)=a*fs; S1=t2f(s1,fs); S2=S1.*G; s2=real(f2t(S2,fs); P=abs(S2).2/T; EP=EP*(1-1/loop)+P/loop; %输出 nw=sqrt(N0*Bs)*randn(1,N); r=s2+nw; R = t2f(r,fs); Y=R.*G; y=real(f2t(Y,fs); Py=abs(Y).2/T; EPy = EPy*(1-1/loop)+Py/loop; %采样判决 os = y(1:L:N); outs = sign(os); err = nnz(outs = a); err_sum = err_sum+err; end Pe(ii) = err_sum/(M*loop);endfigure(1)plot(t,s2),axis(-8,8,min(s2),max(s2)title(输入信号的波形),xlabel(t),ylabel(s（t）)figure(2)plot(t,y),axis(-8,8,min(y),max(y)title(输出信号的波形),xlabel(t),ylabel(y（t）)figure(3)plot(f,EP),axis(-2,2,0,max(EP)title(输入信号的功率谱),xlabel(f),ylabel(P(f)figure(4)plot(f,EPy),axis(-2,2,0,max(EPy)title(输出信号的功率谱),xlabel(f),ylabel(P(f) figure(5)semilogy(Eb_N0_dB,Pe,r-.)xlabel(Eb/N0);ylabel(Pe);title(误码率曲线); grideyediagram(y,3*L,3) 五、仿真图片及结果分析分析：送端的波形，为PAM信号，是由冲击序列和根升余弦卷积而得。分析：这是在信噪比为15DB时的接收端的波形，与发送端的波形比较，差别很小。由于高信噪比时，误码率很小，几乎为零。故采样判决后，发端与收端信号序列几乎一致。分析：这是接收信号的功率谱，和实验三的功率谱是一样的。带宽都为1.25.分析：此为为收端判决前信号的眼图。和实验三比较而言，噪声容限都为约为1，但是看起来要凌乱一些，这是因为有噪声的影响。分析：和教材上给出的图像基本相同，当信噪比越大的时候，误码率越低。随着信噪比的增大，一开始误码率下降得比较缓慢，后来愈来愈快。信噪比为10的时候，误码率已经到了10的-6次方，非常之小了。六、实验中遇到的问题和解决方法1.这个选做实验，是在实验四的基础上，加上噪声和接收端的采样判决。故程序上基本没问题，只有在误码率这一块是一个难点。2.因为要画出误码率随着信噪比变化的曲线，所以想到的就是以信噪比为循环，求出每一次的误码率。然后利用“semilogy”做出图形。3误码率的计算式在看了书上的例子才知道的，但是一开始只算了一次的误码率，发现这样是很不准确的。于是的在外面加一个循环，计算2000次的一个平均误码率，这样就可以得到想要的图形了。33