通信原理软件实验

通信原理软件实验实验报告一、实验题目：实验三 仿真观察单、双极性归零码的波形及其功率谱二、实验目的：1、培养学生综合运用信号与系统、通信原理等课程知识的能力；2、培养学生模块化系统设计及系统开发的思想；3、培养学生利用软件进行通信系统仿真的能力。三、实验原理1、单极性归零码：单极性归零码波形如图 1所示，脉冲宽度小于码元宽度，每 个电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平，发送“1”时在整个码元期间内只 持续一段时间，在码元的其余时间内返回零电平。 H u HiI H图i单极性归零码的主要特点有：有直流分量，没有检错能力； 波形之间有间隔，码间干扰小； 可直接提取同步信息，但信号能量减小，是其他码型提取同步信息需采用的 一个过渡码型；抗噪性能差；需一端接地。2、双极性归零码：双极性归零码波形如图 2 所示，脉冲宽度小于码元宽度，每 个电脉冲在小于码元长度内总要回归到零电平，发送“ 1”时在整个码元期间高 电平只持续一段时间，在码元的其余时间内返回到零电平；发送“0”时在整个 码元期间低电平只持续一段时间，在码元的其余时间内返回到零电平。图2双极性归零码的主要特点有：可能无直流分量；波形之间有间隔； 可直接提取同步信息，但信号能量减小； 抗噪性能好； 无需一端接地，可以在电缆上等无接地线上传输； 双极性归零码具有抗干扰能力强及码中不含直流成分的优点，应用比较广泛。3、单极性归零信号的功率谱设单极性归零信号波形的脉冲宽度为T，且T Ts，如图3 (a)所示，其频谱函 数为：Ts 兀G(f) = 2 Sa(fTs)2此时，单极性归零信号的功率谱密度函数为Ps(f) = 02(兀 f) + ；兰 Sai)8(f -mfs)(2)16 2 16 2m=g单极性归零信号波形及其功率谱密度曲线如图3所示，由式(2)及图3 (b)可 知，频谱中含有直流分量、连续谱和离散谱。4、双极性归零信号的功率谱如图4 (a)所示，则有Ps(f)=扌 Sa 2( f)(3)双极性归零信号波形及其功率谱密度函数曲线如图4所示，由式(3)及图4 (b) 可知，频谱中只有连续谱，无直流分量和离散谱成分。四、仿真方案1、要产生单极性归零波形，首先要产生 M 个 0、1 随机分布的码元，可以用 rand (1, M)产生(0,1)之间分布的随机数，然后用round ()函数四舍五入取整，这样就产生了值为0或1的随机数，因此产生M个单极性码元的函数为：round(rand(1,M )2、同理，要产生双极性归零波形，可用函数：sign(randn(1,M )3、设单极性归零码时域表达式为s(t)，其傅里叶变换为S(f)，由于单极性归零码属于随机 信号，只能通过截短函数求其功率谱，表达式为Ps(f)=S (f )2其中，T为码元持续时间。又因为|S (f )|2 = S (f) - S * (f)故求功率谱函数的函数如下：Ps(f) = S(f) *conj(S(f)/T另外，为保证画出图形的平滑性，采用多次求功率谱求平均的办法。4、同理，双极性归零码的功率谱也可由上式实现。5、仿真流程图NOj100ES结束开始傅里叶变换（FFT ）产生频谱 坐标变换得到功率谱并求累计平均画图 图像设置调用子程序产生单或双极性归零码信号设置时间坐标调用子程序产生 单极性或双极性归零码信号参数设置：N,Fs,Ts,tao,flag画图 图像设置五、实验结果1、单极性归零信号波形及其功率谱：占空比为 50%：图 5 （ a ）图 5 （ b ）Unipolar R2x10图 6 （ a ）图 6 （ b ）占空比为 100%：图 7 （ a ）图 7 （ b ）2、双极性归零码的波形及其功率谱占空比 50%：图 8 （ a ）图 8 （ b ）占空比 75%：图 9 （ a ）PSD of Daublepolar RZ图 9 （ b ）占空比 100%：oublepolar RZ图 10 （ a ）PSD of Double polar RZ图 10 （ b ）六、结果分析1、由图 5-图 7 可知，当占空比1 时，单极性归零信号频谱含有直流分量、连续谱和离散谱。 当占空比为 100%时，只在 0 频处存在尖峰脉冲，其他地方无尖峰脉冲，即存在 直流分量，但无离散谱，此时的单极性归零信号变为单极性非归零信号。 占空比越大，频谱越集中。2、由图 8-图 10 可知， 双极性归零信号频谱中只有连续谱，无直流分量和离散谱成分。 占空比越大，频谱越集中。七、程序代码主程序：%产生单、双极性归零码的波形及其功率谱密度,占空比可调，只需改变 tao 的 值即可%N:总采样点数fs:每个码元采样点数Ts:码元宽度tao:占空比flag:为1是单极性，为 2是双极性%s 是所产生的单、双极性归零码时域波形%S 是所产生的单、双极性归零码时、频域波形%Ps 是所产生的单、双极性归零码的功率谱%调用了子程序 frz.m%张希希 2014.6.14N=214;fs=64;Ts=1/(2*106);tao=1;flag=1; s=frz(N,fs,Ts,tao,flag);dt=Ts/fs;%采样间隔T=dt*N;%截取时间t=linspace(-T/2,T/2,N) ;%时间坐标figure(1)plot(t,s,r)gridaxis(-5*10(-6),5*10(-6),-1.5,15)xlabel(t/s) ylabel(s(t)/v) title(Unipolar RZ)EP=zeros(1,N);for j=1:100s=frz(N,fs,Ts,tao,flag)S=fft(s); S=fftshift(S);S=abs(S);P=S*conj(S)/T;EP=(EP*(j-1)+P)/j; endPs=10*log10(EP+eps);% 傅里叶变换%单极性归零码的功率%累计平均%加 eps 以避免除以零df=1/T;%频域各点间隔B=N*df/2;%带宽f=linspace(-B,B,N);% 频域坐标 figure(2)plot(f,Ps,b-)gridaxis(-20*106,20*106,min(Ps),max(Ps) xlabel(f/Hz)ylabel(Ps(f) title(PSD of Unipolar RZ)子程序：%功能：产生单极性或双极性归零信号，flag=1时产生单极性归零信号，flag=2 时产生双极性信号%N:总采样点数%fs:每个码元采样点数%Ts: 码元宽度%tao: 占空比%flag:为1是单极性，为2是双极性%张希希 2014.6.14function s=frz(N,fs,Ts,tao,flag) codenumber=N/fs; %码元个数 dt=Ts/fs;%采样间隔T=dt*N;%截取时间duration1=tao*fs; %1 的持续点数if(flag=1)a=round (rand (1, codenumber) ) ; %产生随机码元，个数为 codenumber elsea=sign (randn (1, codenumber) ) ; %产生随机码元，个数为 codenumber ends=zeros(1,N);%产生一个零序列，长度为 samplenumberfor i=1:duration1%产生单极性归零码s(i+0:(codenumber-1)*fs)=a;endreturnend八、心得体会通过本次实验，我掌握了使用 MATLAB 产生不同占空比单、双极性归零码的 波形及其功率谱，本次实验的难点是产生随机分布 0、1 码元，在编程序时发现 如果采用子程序调用的方法会使工作量大大减少。本程序的主要优点是设置了占 空比tao,单双极性标志flag,在实验时只需修改这两个参数就可以获得不同占 空比的单极性或双极性波形，方便快捷。本次实验验证了理论课所学知识的正确性，使我更深刻理解了理论课所学的 相关知识，进一步掌握了单、双极性归零码的性质和特点，使我对理论知识更印 象深刻。