通信系统MATLAB仿真实验FALLWord文件下载.docx
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1/fs:
0.1;
%仿真时间长度0.1s
mt=sin（2*pi*fm*t）;
%基带信号,可选多音调制比如mt=sin（2*pi*fm*ts）+cos（2*pi*3*fm*ts）
s_am=（mt+A0）.*sin（2*pi*fc*t）;
观察调制信号波形
plot（t,s_am）
观察调制信号频谱
periodogram（s_am,[],'
twosided'
[],1/ts）；
%有关此函数的用法参考matlab随机帮助文档
思考题：
看到的谱线如何？
如何观察到更清晰的谱线？
1.2信号在信道中传输
仅考虑加性高斯白噪声信道。
信号在高斯白噪声信道中传输时会叠加高斯白噪声，这里介绍两种叠加高斯白噪声的方法。
利用randn或wgn函数产生与信号长度相同的白噪声序列
函数randn（1,N）产生1行N列互不相关的、均值为零、标准差为1的高斯随机数，N等于输入信号的长度，也意味着采样频率与信号的采样频率相同，如果信号的采样频率为fs,则噪声单边功率谱密度
其中Bn=fs/2为噪声带宽,这里需要区别所加噪声功率与解调器输入噪声功率.解调器输入噪声功率是经过带通滤波以后的噪声功率Ni=N0B,B为信号带宽,B<
Bn.噪声功率就是其方差，改变噪声功率可以通过给所有的采样值乘以一个系数（标准差来完成），例如：
产生方差为1的高斯噪声：
x=randn（1,N）；
产生方差为4的高斯噪声：
x=2*randn（1,N）；
%可以利用matlab函数var（x）来验证x的方差.
利用Matlab提供的函数awgn
awgn函数的用法为:
y=awgn（x,snr）;
x.为输入信号,snr为信噪比,单位是dB.如果x是复数,awgn加复噪声.这种用法假定x的功率是0dBW.（1w）
信号功率x（单位w）与dBW的关系是：
dBW=10log10（x/1w）.
y=awgn（x,snr,sigpower）；
x,snr同上,sigpower指定信号功率,单位是dBW.
y=awgn（x,snr,'
measured'
）；
让Matlab自动测量信号功率。
代码举例如下
nt=randn（1,length（t））;
%产生高斯白噪声，功率1w（假定单位电阻上的功率）
r_am=s_am+nt;
%思考题：
假定负载是1ohm的电阻。
信号表示的是电压，单位是伏，信号的功率是多少，换算成dBW
此时的信噪比是多少，
利用awgn函数的代码例子如下
r_am=awgn（s_am,3,’measured’）；
%snr=3dB，自动测量信号功率
可用plot函数观察信号和噪声的混合波形。
1.3AM信号相干解调
相干解调原理如图1-2。
这里重点介绍滤波器设计，Matlab提供了非常丰富的滤波器设计手段，在通信系统中为了避免信号失真，一般采用线性相位滤波器，数字系统里的线性相位滤波器通常采用FIR形式，这里只介绍其中一种滤波器设计函数:
’fir1’.
图1-2相干解调原理框图
滤波器设计
fir1函数的一般用法：
b=fir1（n,n）;
b:
输出的滤波器系数
n:
输入的滤波器阶数
如果是标量，设计出的是低通滤波器，截至频率为n。
如果是两个元素的矢量n=[12]，设计出的是带通滤波器，通带为1≤≤2。
为归一化的频率，取值[0，1]。
归一化可以理解为实际频率与采样频率的一半的比值。
例如设计一个48th-阶的FIR带通滤波器，通带为0.35≤≤0.65
b=fir1（48,[0.350.65]）;
用freqz函数显示其频率与相位响应
freqz（b,1,512）;
%freqz函数的用法参考matlab帮助文档
结果如下图：
图1-3带通滤波器的频率与相位响应
滤波器阶数n的选取与要求的过渡带宽度和阻带衰减值有关。
Matlab也提供一种滤波器设计的图形用界面，在matlab的命令窗口输入fdatool即可打开该界面。
滤波操作由filter函数实现，具体语法为：
y=filter（b,a,X）；
y:
滤波器输出。
x:
滤波器输入。
滤波器分子多项式系数。
a:
滤波器分母多项式系数，对于FIR滤波器，a=1。
AM信号的相干解调：
%设计带通滤波器:
bp=fir1（48,[0.2,0.3]）;
%观察带通滤波器的频率响应
freqz（bp,1,512）
%观察滤波前信号的频谱
periodogram（r_am,[],'
512,fs）
%带通滤波
r=filter（bp,1,r_am）;
periodogram（r,[],'
%相干解调
r=r.*cos（2*pi*fc*t）;
%下变频
b=fir1（48,0.1）;
%设计低通滤波器
freqz（b,1,512）%观察滤波器的特性
r=filter（b,1,r）;
%低通滤波器
plot（r）%显示输出波形.
AM信号的包络检波法解调：
%带通滤波
r=filter（bp,1,r_am）;
%整流
r=abs（r）;
%低通
r=filter（b,1,r）;
plot（r）%显示输出波形.
将调制信号频率改为40Hz,重复上述调制解调过程,在实验报告中描述你遇到的问题以及你的解决办法.
2DSB信号的调制解调
自行设计DSB调制解调系统,比较信道信噪比为[0,5,10,15]dB时的解调器输出信号质量
3SSB信号的调制解调
fs=800;
%采样频率
%载波频率
fm=40;
%信号频率
t=0:
2;
%信号持续时间
mt=cos（2*pi*fm*t）;
%产生基带信号
%设计低通滤波器,保留上边带
b=fir1（48,0.25）;
%查看滤波器的频率响应’
freqz（b,1,512）
%产生双边带调制信号
s_dsb=mt.*cos（2*pi*fc*t）;
%滤波法形成单边带信号
s_ssb=filter（b,1,s_dsb）;
%查看单边带信号的波形
plot（s_ssb）
%查看单边带信号的频谱
periodogram（s_ssb,[],'
%信道加噪声
r=awgn（s_ssb,100,'
）;
%plot（r）
%设计带通滤波器
bp=fir1（48,[0.15,0.25]）;
%思考题通带频率范围是多少?
freqz（bp,1,512）
periodogram（r,[],'
%滤波
r=filter（bp,1,r）;
figure
（2）
相干解调
r=r.*cos（2*pi*fc*t）;
%设计低通滤波器
b=fir1（48,0.12）;
%思考题滤波器截至频率是多少?
freqz（b,1,512）
%观察输出信号波形.
plot（r）
思考题:
1,将调制信号频率分别改为10Hz,5Hz,观察调制信号波形,如何调整模型参数才能得到质量更好的单边带调制信号.
2,编写用移相法形成单边带信号的matlab代码.
4模拟调频系统
4.1信号调制：
FM信号的瞬时频率f（t）与基带信号m（t）呈线性关系，即:
（1-2）
Fc是固有角频率，Kf是调频器灵敏度，单位是Hz/秒·
伏。
其瞬时相角
（1-3）
0为载波的初始相位,不失一般性,可以认为0=0,上式说明FM波的瞬时相角与m（t）的积分呈线性关系。
于是FM波的表达式为
（1-4）
FM信号产生的matlab代码如下,设调制信号为单一频率的正弦波，fm=1Hz，载波频率为10Hz：
fm=1;
%基带信号频率1Hz
fc=10;
%载波频率10Hz
fs=100;
%采样频率100Hz
5;
%时间5秒
kf=3;
%调频灵敏度
%基带信号
mt_integral=cumsum（mt）/fs;
%调制信号的时域积分
s_fm=sin（2*pi*fc*t+kf*mt_integral）;
%产生FM信号
观察基带信号与调频波间的关系:
plot（t,s_fm）;
holdon
plot（t,mt_integral,'
r'
）
xlim（[0,2]）;
ylim（[-2,2]）
FM信号通过AWGN信道
r_fm=awgn（s_fm,10,’measured’）;
1
2
3
4
4.1
4.2FM信号解调
采用鉴频器法解调FM信号。
鉴频器原理如图1-4：
图1-4鉴频法解调FM信号的原理框图
设计带通滤波器:
bp=fir1（48,[0.1,0.3]）;
r_fm=filter（bp,1,r_fm）;
%微分
r_fm=diff（r_fm）*fs;
%整流
r_fm=abs（r_fm）;
%设计地通滤波器
lp=fir1（48,0.05）;
低通滤波
rs=filter（lp,1,r_fm）;
%观察输出波形
plot（rs）
1.在高信噪比条件下,观察解调信号的质量如何,给出提高解调信号质量的方案并编写相应的代码验证你的方案？
2.在0~20dB的信噪比范围内，观察解调信号质量的变化。
实验二 无线计算器
综合应用所学知识,设计无线数字传输系统，加深对通信原理所涉及内容的理解。
实验内容:
利用声音波段作为载波，设计一个基于两台电脑和两个耳麦的无线数据传输系统。
在电脑A上输入一系列命令，对其作编码调制后，通过耳麦传送到电脑B,电脑B执行命令后将结果返回到电脑A。
实验平台：
1.两台普通个人电脑；
2.2个低质量耳麦，分别连接到一台电脑上；
3.应用软件：
Matlab
技术指标：
1.在“发送电脑”上输入一个整数四则运算式（+、-、*、/），运算式中数字为0~10000的整数。
输入完成后，这个算式通过耳麦被传输到“接收电脑”上，“接收电脑”对算式进行处理后将正确的结果同样通过耳麦返回到“发送电脑”上，“发送电脑”对此接收后显示结果。
2.在算式输入完毕后1秒钟内要将结果显示出来。
如果在传输过程中出现错误，要能自动进行重传。
重传N次，最长的等待时间就为N秒。
3.两个耳麦的距离为10cm.
4.传输时，声卡上所有的音量（录、放）都将调为最大值。
5.使用Matlab时用M文件编写，每台电脑上只允许运行一个Matlab进程。
各小组负责短距离无线计算器的开发，所要求的产品是由一系列实现无线计算服务的MATLAB函数组成。
最终的产品应提供一批m-文件，这些m-文件能在一台标准电脑上作为发射机或接收机运行。
可能用到的函数
键盘输入:
input
显示:
disp
输入声音信号:
wavrecord
声音播放:
wavplay,sound
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