通信原理实验报告.docx
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通信原理实验报告
实验内容
（一）数字基带传输系统的研究
1.单极性归零码波形的功率谱密度。
2.升余弦滚降波形的眼图及功率谱。
滚降系数
。
发送码元取值为0、2
3.
曲线，升余弦滚降
，取样时间的偏差是
。
4.
，升余弦滚降
，取样时间无偏差，但信道是多径信道
，
。
（二）自选题目：
1.2ASK调制与解调及功率谱
2.2FSK调制与解调及功率谱
3.2PSK调制与解调及功率谱
实验原理
（一）必做题
1.单极性归零码波形的功率谱密度。
用（a=round（rand（1,M））forjj=1:
Rt*Lrz（jj+（0:
M-1）*L）=a;end）来产生单极性归零码，然后再抽样，再求其功率铺。
由于信号的产生具有随机性，所以在此程序中多取几次生成函数并取其平均，这样不矢一般性
2.升余弦滚降波形的眼图及功率谱。
滚降系数
。
发送码元取值为0、2。
随机产生一定长度的，取值为0和2的冲激序列，间隔为Tb，然后通过升余弦滚降滤波器，生成适合信道传输的码元序列，再对其进行傅氏变换，通过多次去平均值求出功率谱，并画出眼图。
3.
曲线，升余弦滚降
，取样时间的偏差是
。
升余弦滚降滤波器的产生很简单，直接用公式计算就可以了。
为了得到最
佳传输系统，要求发送和接受滤波器互为共扼，这里忽略时延，直接取发送和接收滤波器为升余弦模值的开根号。
这里涉及到下列问题：
a）高斯噪声的产生：
函数randn（1,N）产生N个互不相关的、均值为零、方差为1的高斯随机数，所以可用它来产生白高斯噪声。
设仿真系统的取样点数是N，系统带宽为
，矢量x=n0*Bs*randn（1,N）的总功率为n0*Bs，最高频率分量为Bs，并且各样点的值互不相关，故它代表双边功率谱密度为
的白噪声。
b）
理论的误码率为Pe=1/2erfc（sqrt（eb_n0））.为得到实际的的误码率曲线，需要对接收信号进行误码计数。
接收信号为发送信号和随机噪声的和，所以接收侧要对它进行取样判决，一般取样时刻在码元的中心值，由于本题目的取样时间偏差为Ts/4，即取样时刻偏离中心Ts/4。
由于本题目采用双极性不归零序列，所以最佳判决门限是0，并用n_err=n_err+length（find（aa~=a））;对接收码元进行误码计数
c）随机码序列的生成:
首先产生随机码a=sign（randn（1,M））;然后是冲击序列imp=zeros（1,N）;imp（L/2:
L:
N）=a/dt;然后得到频域函数IMP=t2f（imp）;最后用s（t）=f2t（IMP.*H）得到发送序列s（t）.
4.
，升余弦滚降
，取样时间无偏差，但信道是多径信道
，
除了在4）中需要考虑的问题外，主要是多径信道的表示C=1-0.5*exp（-j*（2*pi*f*tao））
（二）自选题目：
1.2ASK调制与解调及功率谱
调制过程：
解调过程：
用相关型解调器进行解调，使得在码元结束时刻输出信噪比最大。
2.2FSK调制与解调及功率谱
调制过程：
其中，s1（t）和s2（t）两信号波形之间的互相关系数应为0，Eb为平均比特能量即：
解调过程：
利用相关型解调器，实现最佳解调
3.2PSK调制与解调及功率谱
调制过程：
2PSK信号的表达式为：
解调过程：
采用相关型解调器，实现最佳解调
实验一单极性归零（RZ）波形的功率谱
实验源程序
%单极性归零码
%本程序中时间单位是微秒
%频率单位为MHz
%码元速率单位是Mb/s
globaldtdftfN
closeall
N=2^13;%采样点数
L=64;%每码元的采样点数
M=N/L%码元数
Rb=2;
Ts=0.5%码元宽度是0.5us
dt=Ts/L;
df=1/（N*dt）%MHz
Rt=0.5%占空比
T=N*dt%截短时间
Bs=N*df/2%系统带宽
t=[-T/2+dt/2:
dt:
T/2];%时域横坐标
f=[-Bs+df/2:
df:
Bs];%频域横坐标
figure
（1）
set（1,'Position',[10,50,400,200]）
%设定窗口位置及大小
figure
（2）
set（2,'Position',[500,50,400,200]）
%设定窗口位置及大小
EP=zeros（1,N）;
forii=1:
100;
a=round（rand（1,M））;
rn=zeros（1,N）;
forii=1:
Rt*Ts/dt;%产生单极性rz
rn（ii+[0:
M-1]*L）=a;
end
RN=t2f（rn）;
P=RN.*conj（RN）/T;
EP=（EP*（ii-1）+P）/ii;
figure
（1）
aa=30+10*log10（EP+eps）;
plot（f,aa,'g'）;
grid
axis（[-8,+8,-50,+50]）
xlabel（'f（MHZ）'）
ylabel（'Ps（f）（dBm/MHz）'）
figure
（2）
plot（t,rn,'g'）
grid
axis（[-2,+10,-1.5,+1.5]）
xlabel（'t（us）'）
ylabel（'s（t）（v）'）
end
实验波形
实验二升余弦滚降波形的眼图及功率谱
要求：
滚降系数α=0.5，发送码元取值为0、2。
实验源程序
%升余弦眼图及功率谱
%本程序中时间单位是微秒
%频率单位为MHz
%码速率单位是Mb/s
globaldttdfN
closeall
N=2^13;%采样点数
L=32;%每码元的采样点数
M=N/L%码元数
Rb=2;%码速率是2Mb/s
Ts=1/Rb;%码元间隔
dt=Ts/L;%时域采样间隔
df=1/（N*dt）%频域采样间隔
T=N*dt%截短时间
Bs=N*df/2%系统带宽
Na=4;%示波器扫描宽度为4个码元
alpha=input（'滚降系数=[0.5]'）;
ifisempty（alpha）,alpha=0.5;end
t=[-T/2+dt/2:
dt:
T/2];%时域横坐标
f=[-Bs+df/2:
df:
Bs];%频域横坐标
g1=sin（pi*t/Ts）./（pi*t/Ts）;
g2=cos（alpha*pi*t/Ts）./（1-（2*alpha*t/Ts）.^2）;
g=g1.*g2;%升余弦脉冲波形
G=t2f（g）;
figure
（1）
set（1,'Position',[10,50,300,200]）
%设定窗口位置及大小
figure
（2）
set（2,'Position',[400,50,300,200]）
%设定窗口位置及大小
holdon
grid
xlabel（'tinus'）
ylabel（'s（t）inV'）
EP=zeros（size（f））+eps;
forii=1:
100
a=sign（randn（1,M））+1;%产生值为0，2的发送信号
imp=zeros（1,N）;%产生冲激序列
imp（L/2:
L:
N）=a/dt;
S=t2f（imp）.*G;%升余弦信号的傅氏变换
s=f2t（t2f（imp）.*G）;%升余弦信号的时域波形
s=real（s）;
P=S.*conj（S）/T;%升余弦信号的功率谱
EP=（EP*（ii-1）+P+eps）/ii;
figure
（1）
plot（f,30+10*log10（EP）,'g'）;
grid
axis（[-3,+3,-50,50]）
xlabel（'f（MHz）'）
ylabel（'Ps（f）（dBm/MHz）'）
figure
（2）%生成眼图
tt=[0:
dt:
Na*L*dt];
forjj=1:
Na*L:
N-Na*L
plot（tt,s（jj:
jj+Na*L））;
end
end
实验波形
实验三Pe~Eb/N0曲线
要求：
升余弦滚降α=0.5，取样时间的偏差是Ts/4
实验源程序
globaldttfdfNT
closeall
clearEb_N0Pe
N=2^13;%采样点数
L=4;%每码元的采样点数
M=N/L%码元数
Rb=2;%码速率是2Mb/s
Ts=1/Rb;%码元间隔
dt=Ts/L;%时域采样间隔
df=1/（N*dt）%频域采样间隔
T=N*dt%截短时间
Bs=N*df/2%系统带宽
alpha=0.5%滚降系数
t=linspace（-T/2,T/2,N）;%时域横坐标
f=linspace（-Bs,Bs,N）+eps;%频域横坐标
figure
（1）
set（1,'Position',[10,50,400,300]）
%设定窗口位置及大小
%升余弦
hr1=sin（pi*t/Ts）./（pi*t/Ts）;
hr2=cos（alpha*pi*t/Ts）./（1-（2*alpha*t/Ts）.^2）;
hr=hr1.*hr2;
HR=abs（t2f（hr））;
%取模是为了忽略时延
GT=sqrt（HR）;
GR=GT;
forloop1=1:
20
Eb_N0（loop1）=（loop1-1）%Eb/N0indB
eb_n0（loop1）=10^（Eb_N0（loop1）/10）;
Eb=1;
n0=Eb/eb_n0（loop1）;%信道的噪声谱密度
sita=n0*Bs;%信道中噪声功率
n_err=0;%误码计数
forloop2=1:
3
a=sign（randn（1,M））;
imp=zeros（1,N）;%产生冲激序列（发送码元）
imp（1+L/4:
L:
N）=a/dt;
IMP=t2f（imp）;
n_ch=sqrt（sita）*randn（size（t））;%信道噪声
nr=real（f2t（t2f（n_ch）.*GR））;%输出噪声
sr=real（f2t（IMP.*HR））+nr;%接收信号（s（t）=g（t）+n（t））
y=sr（L/2:
L:
N）;%取样
aa=sign（y）;%判决
n_err=n_err+length（find（aa~=a））
end
Pe（loop1）=n_err/（M*loop2）%误码率Pe=n_err/（M*loop2）（总的误码数除以总的码元数）
figure
（1）
semilogy（Eb_N0,Pe,'g'）;
eb_n0=10.^（Eb_N0/10）;
holdon
semilogy（Eb_N0,0.5*erfc（sqrt（eb_n0）））;
axis（[0,10,1e-4,1]）
xlabel（'Eb/N0'）
ylabel（'Pe'）
end
end
实验波形
实验四Pe~Eb/N0曲线
要求：
升余弦滚降α=0.5，取样时间无偏差，多径信道，C（f）=|1-0.5e^（-j2πfτ）|,τ=Ts/2
实验源程序
%多径传输
globaldttfdfNT
closeall
clearEb_N0Pe
N=2^13;%采样点数
L=8;%每码元的采样点数
M=N/L%码元数
Rb=2;%码速率是2Mb/s
Ts=1/Rb;%码元间隔
dt=Ts/L;%时域采样间隔
df=1/（N*dt）;%频域采样间隔
T=N*dt;%截短时间
Bs=N*df/2;%系统带宽
alpha=0.5;%滚降系数
tao=Ts/2;
T=N*dt;
t=linspace（-T/2,T/2,N）;%时域横坐标
f=linspace（-Bs,Bs,N）+eps;%频域横坐标
figure
（1）
set（1,'Position',[10,50,400,300]）
%设定窗口位置及大小
%升余弦
hr1=sin（pi*t/Ts）./（pi*t/Ts）;
hr2=cos（alpha*pi*t/Ts）./（1-（2*alpha*t/Ts）.^2）;
hr=hr1.*hr2;
HR=abs（t2f（hr））;
GT=sqrt（HR）;
GR=GT;
forloop1=1:
10
Eb_N0（loop1）=（loop1-1）%Eb/N0indB
eb_n0（loop1）=10^（Eb_N0（loop1）/10）;
Eb=1;
n0=Eb/eb_n0（loop1）;%信道的噪声谱密度
sita=n0*Bs;%信道中噪声功率
n_err=0;%误码计数
forloop2=1:
30
a=sign（randn（1,M））;
imp=zeros（1,N）;%产生冲激序列（发送码元）
imp（L/2:
L:
N）=a/dt;
IMP=t2f（imp）;
n_ch=sqrt（sita）*randn（size（t））;%信道噪声
nr=real（f2t（t2f（n_ch）.*GR））;%输出噪声
C=abs（1-0.5*exp（-j*pi*f*tao））;
H=C.*HR;
sr=real（f2t（IMP.*H））+nr;%接收信号（s（t）=g（t）+n（t））
y=sr（L/2:
L:
N）;%取样
aa=sign（y）;%判决
n_err=n_err+length（find（aa~=a））
end
Pe（loop1）=n_err/（M*loop2）%误码率Pe=n_err/（M*loop2）（总的误码数除以总的码元数）
figure
（1）
semilogy（Eb_N0,Pe,'g'）;
eb_n0=10.^（Eb_N0/10）;
holdon
semilogy（Eb_N0,0.5*erfc（sqrt（eb_n0）））;
axis（[0,10,1e-4,1]）
xlabel（'Eb/N0'）
ylabel（'Pe'）
end
end
实验波形
选做实验一2ASK
实验源程序
%ASK调制与解调及其功率谱
globaltdtNT
closeall
t=0:
0.001:
1;%取样范围
dt=0.001;%时域取样间隔
N=1001;%抽样点总数
T=1;%截短时间
y=cos（400*pi*t）;%高频载波
x=[ones（1,100）,zeros（1,100）,ones（1,100）,zeros（1,100）,zeros（1,100）,ones（1,100）,zeros（1,100）,ones（1,100）,ones（1,100）,ones（1,101）];%基带信号
z=y.*x;%调制
Z=fft（z）;
Z=[Z（（1000/2+1）:
1001）,Z（1:
500）]*0.001;
p=（Z.*conj（Z））/10;%功率谱
r=y.*z;%相干解调
f=linspace（-500,500,1001）;
subplot（2,1,1）
plot（f,p）
title（'ASK的功率普密度'）;
subplot（2,1,2）
plot（t,z）
title（'已调信号'）;
pause;
subplot（3,1,1）
plot（t,r）
title（'相干解调后的信号'）;
r_f=T2F（r）;
subplot（3,1,2）
plot（f,abs（r_f））;
pause;
r_f（[1:
300]）=0;
r_f（[700:
1001]）=0;
r_new=F2T（r_f）;
subplot（3,1,3）
plot（t,abs（r_new））
title（'低通滤波后的信号'）;
实验波形
选做实验一2FSK
实验源程序
globaltdtfdtN
closeall
clearall
t=0:
0.001:
1;%取样范围
dt=0.001;%时域取样间隔
fs=1/dt;%频域取样间隔
Bs=fs/2;%系统带宽
df=fs/1001;
f=[-Bs+df/2:
df:
Bs];
N=1001;%抽样点总数
T=1;%截短时间
y=cos（50*pi*t）;%载波1为25Hz，载波2为325Hz
x=[ones（1,100）,zeros（1,100）,ones（1,100）,ones（1,100）,zeros（1,100）,zeros（1,100）,ones（1,100）,zeros（1,100）,ones（1,100）,zeros（1,101）];
z=cos（t.*（50*pi+600*x））;
Z=T2F（z）;
p=（Z.*conj（Z））/T;%功率谱
f=linspace（-500,500,1001）;
subplot（2,1,1）
plot（f,p）
title（'FSK的功率普密度'）;
subplot（2,1,2）
plot（t,z）
title（'已调信号'）;
pause;
r=y.*z;%相干解调
subplot（3,1,1）
plot（t,r）
title（'解调后的信号'）;
r_f=T2F（r）;
subplot（3,1,2）
plot（f,abs（r_f））;
fp=35;
kc=fp/fs*N;
r_f（1:
（500-kc））=0;%带通滤波
r_f（（500+kc）:
1001）=0;
r_new=ifft（ifftshift（r_f））;
subplot（3,1,3）
plot（t,real（r_new））;
实验波形
选做实验一2PSK
实验源程序
globaltdtfdtN
closeall
clearall
t=0:
0.001:
1;%取样范围
dt=0.001;%时域取样间隔
N=1001;%抽样点总数
T=1;%截短时间
y=cos（200*pi*t）;%高频载波
x=[ones（1,100）,-1.*ones（1,100）,ones（1,100）,ones（1,100）,-1.*ones（1,100）,-1.*ones（1,100）,ones（1,100）,-1.*ones（1,100）,ones（1,100）,-1.*ones（1,101）];%基带信号
z=y.*x;
Z=T2F（z）;
p=（Z.*conj（Z））/T;%功率谱
f=linspace（-500,500,1001）;
subplot（2,1,1）
plot（f,p）
title（'PSK的功率普密度'）;
subplot（2,1,2）
plot（t,z）
title（'已调信号'）;
pause;
r=y.*z;%相干解调
subplot（3,1,1）
plot（t,r）
title（'解调后的信号'）;
r_f=fft（r）;
subplot（3,1,2）
plot（f,abs（r_f））;
r_f（100:
1001）=0;
r_new=ifft（r_f）;
subplot（3,1,3）
plot（t,real（r_new））;
实验波形
实验心得
这次实验是我第一次接触到matlab软件，以前也接触过一些类似的，所以学起来很快就上手了。
相比其他的设计软件，matlab更像是一个强大的数学工具。
这次实验中，我觉得主要的原理都是通信原理课本上的，我们只是借助电脑，用matlab把他们在数学上实现出来。
实验一求算单极性归零码的功率谱密度。
在实现上我采用了对0到1上均匀分布的数组四舍五入，这样就能够得到一组等概出现的0和1，通过对单位码元前半段赋值得到归零码。
后来经过思考，我发现，对一组正态分布的数取符号函数就可以得到一组等概的1、-1。
对单位码元整段赋值就能够得到不归零码。
这样单（双）（不）归零码就都可以实现了。
其余的实验均为结合通信原理书上的数学公式，使用matlab实现。
在自选实验中我选的单双边带的调制与解调，老师所给的LPF低通滤波器我不是看的太懂。
我用sinc函数的进行复利叶变换作了低通，但实现的时候解调出来的信号没有失真，但是幅度小很多，需要通过最后增大幅度实现。
这次实验做完之后收获很多，一是又学会了一样有力的工具的使用，二是学会了把模拟信号数字实现的方法。
感谢实验中心和老师为我们提供了这样一次颇具收获的好机会。
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