通信原理实验报告实验三四.doc

通信原理实验三实验报告实验日期：2014年12月18日 学 院：信息工程学院 班 级：12级电子信息工程二班 学 号：2012600119 姓 名：张正洁 指导老师：彭思齐 实验三 二进制数字信号调制仿真实验一、实验目的 1. 加深对数字调制的原理与实现方法； 2. 掌握 OOK、2FSK、2PSK 功率谱密度函数的求法； 3. 掌握 OOK、2FSK、2PSK 功率谱密度函数的特点及其比较； 4. 进一步掌握 MATLAB 中M 文件的调试、子函数的定义和调用方法。 二、实验内容 1. 复习二进制数字信号幅度调制的原理 2. 编写 MATLAB 程序实现 OOK调制； 3. 编写 MATLAB 程序实现 2FSK 调制； 4. 编写 MATLAB 程序实现 2PSK 调制； 5. 编写 MATLAB 程序实现数字调制信号功率谱函数的求解。 三、实验原理 在数字通信系统中，需要将输入的数字序列映射为信号波形在信道中传输，此时信源输出数字序列，经过信号映射后成为适于信道传输的数字调制信号。数字序列中每个数字产生的时间间隔称为码元间隔，单位时间内产生的符号数称为符号速率，它反映了数字符号产生的快慢程度。由于数字符号是按码元间隔不断产生的，经过将数字符号一一映射为响应的信号波形后，就形成了数字调制信号。根据映射后信号的频谱特性，可以分为基带信号和频带信号。通常基带信号指信号的频谱为低通型，而频带信号的频谱为带通型。 调制信号为二进制数字基带信号时，对应的调制称为二进制调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率和相位只有两种变化状态。相应的调制方式有二进制振幅键控(OOK/2ASK)、二进制频移键控(2FSK)和二进制相移键控(2PSK)。四、实验内容 （1）按照如上介绍的方法，分别产生一组长度为 500 的二进制单极性不归零信号和归零信号，存档名为 Q3_1。并求分别求出它们的功率谱密度。请写出相应的 MATLAB程序，将不归零信号波形及功率谱和归零信号波形及功率谱分别画在同一图形的四个子图中，将结果图保存，贴在下面的空白处。 编写的 MATLAB 程序为：clear all; close all; A=1 fc=2; %2Hz; N_sample=8; N=500; %码元数 Ts=1; %1 Baud/s dt=Ts/fc/N_sample; %波形采样间隔 t=0:dt:N*Ts-dt; Lt=length(t); %产生二进制信源 d=sign(randn(1,N); %dd=sigexpand(d+1)/2,fc*N_sample); N1=length(d+1)/2); dd=zeros(fc*N_sample,N1); dd(1,:)=(d+1)/2; dd=reshape(dd,1,fc*N_sample*N1); gt=ones(1,fc*N_sample);%NRZ 波形 gt2=ones(1,fc*N_sample/2)%RZboxing/figure(1) subplot(221);%输入 NRZ信号波形（单极性） d_NRZ=conv(dd,gt); plot(t,d_NRZ(1:length(t); axis(0 10 0 1.2); ylabel (输入信号); subplot(222);%输入NRZ频谱 dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T; N=length(d_NRZ(1:length(t); f=-N/2*df:df:N/2*df-df; d_NRZf=fft(d_NRZ(1:length(t); d_NRZf=T/N*fftshift(d_NRZf); plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).2/T); axis(-2 2 -50 10);ylabel(输入信号功率谱密度（dB/Hz); %/subplot(223);%输入 NRZ信号波形（单极性） d_RZ=conv(dd,gt2); plot(t,d_RZ(1:length(t); axis(0 10 0 1.2); ylabel (输入信号); subplot(224);%输入NRZ频谱 dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T; N=length(d_RZ(1:length(t); f=-N/2*df:df:N/2*df-df; d_RZf=fft(d_RZ(1:length(t); d_RZf=T/N*fftshift(d_RZf); plot(f,10*log10(abs(d_RZf).2/T); axis(-2 2 -50 10);ylabel(输入信号功率谱密度（dB/Hz);结果图为：（2）对刚才产生的长度为 500 的不归零波形对载波频率为 2Hz，幅度为 1 的余弦信号进行 OOK 调制，并求出调制信号的功率谱密度。编写程序实现之，存档名为 Q3_2。要求将不归零信号波形及功率谱和 OOK 调制信号波形及功率谱分别画在同一图形的四个子图中，图形名为图 2，将结果图保存，贴在下面的空白处。 编写的程序为： clear all; close all; A=1 fc=2; %2Hz; N_sample=8; N=500; %码元数 Ts=1; %1 Baud/s dt=Ts/fc/N_sample; %波形采样间隔 t=0:dt:N*Ts-dt; Lt=length(t); %产生二进制信源 d=sign(randn(1,N); %dd=sigexpand(d+1)/2,fc*N_sample); N1=length(d+1)/2); dd=zeros(fc*N_sample,N1); dd(1,:)=(d+1)/2; dd=reshape(dd,1,fc*N_sample*N1); gt=ones(1,fc*N_sample);%NRZ 波形 figure(1) subplot(221);%输入 NRZ信号波形（单极性） d_NRZ=conv(dd,gt); plot(t,d_NRZ(1:length(t); axis(0 10 0 1.2); ylabel (输入信号); subplot(222);%输入NRZ频谱 dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T; N=length(d_NRZ(1:length(t); f=-N/2*df:df:N/2*df-df; d_NRZf=fft(d_NRZ(1:length(t); d_NRZf=T/N*fftshift(d_NRZf); plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).2/T); axis(-2 2 -50 10);ylabel(输入信号功率谱密度（dB/Hz); ht=A*cos(2*pi*fc*t); s_2ask=d_NRZ(1:Lt).*ht; subplot(223) plot(t,s_2ask); axis(0 10 -1.2 1.2); ylabel(OOK); dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T; N=length(s_2ask); f=-N/2*df:df:N/2*df-df; s_2askf=fft(s_2ask); s_2askf=T/N*fftshift(s_2askf); subplot(224) plot(f,10*log10(abs(s_2askf).2/T); axis(-fc-4 fc+4 -50 10); ylabel(OOK功率谱密度（dB/Hz）);结果图为：（3）按照 3.3 所提供的 2FSK 调制的思路和范例程序，运用（1）产生的不归零码组对载波频率为 2Hz，幅度为1 的余弦信号进行 2FSK 调制，存档为 Q3_3，并将所得的结果存盘，贴在下面空格处。 编写的程序为： clear all; close all; A=1 fc=2; %2Hz; N_sample=8; N=500; %码元数 Ts=1; %1 Baud/s dt=Ts/fc/N_sample; %波形采样间隔 t=0:dt:N*Ts-dt; Lt=length(t); %产生二进制信源 d=sign(randn(1,N); %dd=sigexpand(d+1)/2,fc*N_sample); N1=length(d+1)/2); dd=zeros(fc*N_sample,N1); dd(1,:)=(d+1)/2; dd=reshape(dd,1,fc*N_sample*N1); gt=ones(1,fc*N_sample);%NRZ 波形 figure(1) subplot(221);%输入 NRZ信号波形（单极性） d_NRZ=conv(dd,gt); plot(t,d_NRZ(1:length(t); axis(0 10 0 1.2); ylabel (输入信号); subplot(222);%输入NRZ频谱 dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T; N=length(d_NRZ(1:length(t); f=-N/2*df:df:N/2*df-df; d_NRZf=fft(d_NRZ(1:length(t); d_NRZf=T/N*fftshift(d_NRZf); plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).2/T); axis(-2 2 -50 10);ylabel(输入信号功率谱密度（dB/Hz); %2FSK %s_2fsk=A*cos(2*pi*fc*t+int(2*d_NRZ-1); sd_2fsk=2*d_NRZ-1; s_2fsk=A*cos(2*pi*fc*t+2*pi*sd_2fsk(1:length(t).*t); subplot(223) plot(t,s_2fsk); axis(0 10 -1.2 1.2 ); xlabel(t); ylabel(2FSK) subplot(224) %f,s_2fsk=T2F(t,s_2fsk); dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T; N=length(s_2fsk); f=-N/2*df:df:N/2*df-df; s_2fsk=fft(s_2fsk); s_2fsk=T/N*fftshift(s_2fsk); plot(f,10*log10(abs(s_2fsk).2/T); axis(-fc-4 fc+4 -50 10);xlabel(f); ylabel(2FSK 功率谱密度(dB/Hz);结果为：（4）按照 3.4 所提供的 2PSK 调制的思路和范例程序，运用（1）产生的不归零码组对载波频率为 2Hz，幅度为1 的余弦信号进行 2PSK 调制，存档为 Q3_4，并将所得的结果存盘，贴在下面空格处。 编写的程序为：clear all; close all; A=1 fc=2; %2Hz; N_sample=8; N=500; %码元数 Ts=1; %1 Baud/s dt=Ts/fc/N_sample; %波形采样间隔 t=0:dt:N*Ts-dt; Lt=length(t); %产生二进制信源 d=sign(randn(1,N); %dd=sigexpand(d+1)/2,fc*N_sample); N1=length(d+1)/2); dd=zeros(fc*N_sample,N1); dd(1,:)=(d+1)/2; dd=reshape(dd,1,fc*N_sample*N1); gt=ones(1,fc*N_sample);%NRZ 波形 figure(1) subplot(221);%输入 NRZ信号波形（单极性） d_NRZ=conv(dd,gt); plot(t,d_NRZ(1:length(t); axis(0 10 0 1.2); ylabel (输入信号); subplot(222);%输入NRZ频谱 dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T; N=length(d_NRZ(1:length(t); f=-N/2*df:df:N/2*df-df; d_NRZf=fft(d_NRZ(1:length(t); d_NRZf=T/N*fftshift(d_NRZf); plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).2/T); axis(-2 2 -50 10);ylabel(输入信号功率谱密度（dB/Hz); ht=A*cos(2*pi*fc*t); %2PSK 信号 d_2psk=2*d_NRZ-1; s_2psk=d_2psk(1:Lt).*ht; subplot(223) plot(t,s_2psk); axis(0 10 -1.2 1.2); ylabel(2PSK); subplot(224) %f,s_2pskf=T2F(t,s_2psk); dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T; N=length(s_2psk); f=-N/2*df:df:N/2*df-df; s_2pskf=fft(s_2psk); s_2pskf=T/N*fftshift(s_2pskf); plot(f,10*log10(abs(s_2pskf).2/T); axis(-fc-4 fc+4 -50 10); ylabel(PSK 功率谱密度（dB/Hz）);结果为：（5）按照 3.4 所提供用两路不同频率的 2ASK 信号合成一路 2FSK 信号的思想，设计相关程序实现之，存档为 Q3_5，并将所得的结果存盘，贴在下面空格处。 程序为： clear all;close all;clc;%随机产生一个包含十个元素的数组，该数组中的元素非0即1，用作FSK信号的输入数据。 x=1 0 1 1 0 0 0 1 0 1; %产生10个非零数N=length(x); %码元个数fl=100; %载频低频fh=500; %载频高频fs=10000; %采样频率ts=1/100; %码元速率100波特，即每秒传递100个码元，ts为传递一个码元的时间 N1=ts*fs/fh; %传递一个码元的时间间隔含有的采样波形数为5个，高频的N2=ts*fs/fl; %传递一个码元的时间间隔含有的采样波形数为1个，低频的tt=(0:1/fs:ts-1/fs); %传递一个码元的时间间隔内，以每一个采样波形的周期为间隔划分时间,采样N_tt=length(tt); %一个码元时间间隔内的采样点数,100t=0:1/fs:N*ts-1/fs; %时间间隔串，以一个码元传递时间为时间间隔%对该输入信号FSK调制%循环语句实现调制for i=1:1:N for j=1:1:N_tt y(i,j)=x(i)*cos(2*pi*fh*tt(j)+x(i)*cos(2*pi*fl*tt(j); end end%改变矩阵大小y=reshape(y,1,);%绘制图形%调制前的二进制随机序列图subplot(311)stem(0:N-1,x(1:N),bx);title(调制前的二进制随机序列)xlabel(Time);ylabel(Amplitude);hold on subplot(312)plot(t,y);title(FSK信号的时域图形); N_y=length(y); %时域调制信号长度1000y_fft=fft(y)/N_y; %傅里叶变换 y_fft=fftshift(y_fft); f=linspace(-fs/2,fs/2,N_y); %频域向量（-5000Hz-5000Hz）hold onsubplot(313)plot(f,abs(y_fft); %绘图title(FSK信号的频域图形); set(gca,XTick,-fs/2:5000:fs/2); 实验结果为：（6）根据上面的介绍，我们可以获得基带信号、2ASK调制信号、2FSK调制信号和2PSK调制信号的功率谱，请分析并比较这四个信号功率谱曲线的异同。通信原理实验四实验报告实验日期：2014年12月18日 学 院：信息工程学院 班 级：12级电子信息工程二班 学 号：2012600119 姓 名：张正洁 指导老师：彭思齐 实验四 模拟信号数字传输仿真实验一、实验目的 1. 进一步理解抽样定理的原理和实现方法； 2. 掌握非均匀量化的原理和实现方法； 3. 掌握编码的原理和实现方法； 4. 掌握 MATLAB中 M 文件的调试方法及子函数的定义与调用。 二、实验内容 1. 编写 MATLAB 程序实现对模拟信号的抽样 2编写 MATLAB 程序实现运用 A 律13折线法对抽样后的信号进行量化 3编写 MATLAB 程序实现运用 u 律对抽样后的信号进行量化 4编写 MATLAB 程序实现PCM 编码 三、实验原理 实验中的信源通常都是模拟的，如电视信号、麦克风拾取的语音信号等。为了能够利用数字通信的方式，需要将模拟信号进行数字化。数字化的过程一般由抽样、量化和编码组成。其中，抽样要保证不丢失原始数据，量化要满足一定的质量，编码解决信号的表示。四、实验步骤 （1）按照 3.1 介绍的抽样原理，运行提供的范例程序，将得到的结果图贴在如下的空白处。 实验结果图为： （2）修改 3.1 中的范例，将其抽样速率降低到 4Hz 以下，在同一图形的三个子图中分别画出原低通信号波形、抽样序列和从抽样序列中恢复出的信号。 修改后的程序为：clear all; close all; dt=0.01; t=0:dt:10; xt=0.1*cos(0.15*pi*t)+1.5*sin(2.5*pi*t)+0.5*cos(4*pi*t); f,xf=T2F(t,xt); %抽样信号，抽样速率为4Hz fs=2; sdt=1/fs; t1=0:sdt:10; st=0.1*cos(0.15*pi*t1)+1.5*sin(2.5*pi*t1)+0.5*cos(4*pi*t1); f1,sf=T2F(t1,st); t2=-50:dt:50; gt=sinc(fs*t2); stt=sigexpand(st,sdt/dt); xt_t=conv(stt,gt); figure(1) subplot(311); plot(t,xt); axis(0 10 -4 4); title(原始信号); xlabel(t); hold on; plot(t1,st,go); axis(0 10 -4 4); subplot(312); plot(t1,st,ro); axis(0 10 -4 4); title(抽样信号); xlabel(t1); subplot(313); t3=-50:dt:60+sdt-dt; plot(t3,xt_t); title(抽样恢复信号); hold on; plot(t,xt,r-); axis(0 10 -4 4);实验结果图为：请问，此时的恢复信号与原信号是否一致？如果不一致，是什么原因造成的？答： （3）运行 3.2 中的程序program4_1，改实验结果图贴在下面。 （4）修改 3.2 中的程序program4_2，使之画出第一、三象限内的 u 律压缩特性和 15折线近似曲线。 修改后的程序为：clear all; close all; dx=0.01; x=-1:dx:1; u=255; %A=87.6; % u law yu=sign(x).*log(1+u*abs(x)/log(1+u); %program 4_2 figure(2) plot(x,yu,k.:); title(u law); xlabel(x); ylabel(y); grid on; hold on; xx=-1,-127/255,-63/255,-31/255,-15/255,-7/255,-3/255,-1/255,1/255,3/255,7/255,15/255,31/255,63/255,127/255,1; yy=-1,-7/8,-6/8,-5/8,-4/8,-3/8,-2/8,-1/8,1/8,2/8,3/8,4/8,5/8,6/8,7/8,1; plot(xx,yy,r); stem(xx,yy,b-.); legend(u律压缩折线,折线近似u律); axis(-1,1,-1,1);实验结果图为： （5）运行 program4_3，将结果图保存并粘贴在下面，要求分析量化信号的 A 律PCM 编码，经过传输后，接收端进行 PCM译码的全过程中信号变化的情况。 实验结果图为： 信号变化分析如下：