通信原理实验指导书DOCWord格式文档下载.docx
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，从而利用有关知识可以产生信道中所叠加的高斯白噪声。
1.2信道加性高斯白噪声
信道中加性高斯白噪声功率由于其均值为0，故其方差
即为其平均功率，其中
为高斯白噪声单边带功率谱密度；
B为信道带宽。
在图1中，信道噪声的功率谱密度图可以看出，当
=16Hz时，叠加于信道的高斯噪声带宽为8Hz，信道中的加性高斯白噪声通过带宽为2Hz，幅度为1的理想带通滤波器后，输出的窄带噪声的平均功率即为相干解调器输入噪声的平均功率
，其功率谱密度不变，仍为
可以看出，
与信道加性高斯白噪声功率
之间有一定的关系，其共同点是其功率谱密度相同，从图1也可以观察出来，为-20dB。
因此，在理想通信系统中，利用已给解调器输入信噪比及已调信号功率和带宽，可以计算出
，从而算出信道加性高斯白噪声的方差，由于其均值为0，故该方差为其平均功率，利用它可以生成信道加性高斯白噪声。
转换关系为：
，因此
或
，E是接收信号平均能量。
图1系统采样频率为16Hz时的噪声
1.3实验内容
调制信号为
，利用AM调制方式调制载波
，假设
，直流分量为3，采样频率1000Hz，解调器输入信噪比为25dB，采用相干方式解调编写matlab程序实现AM信号的调制解调。
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
参考程序：
主程序
%AM调制解调
clearall;
closeall;
echoon
%----------------系统仿真参数
A=3;
%直流分量
fc=250;
%载波频率（Hz）
t0=0.15;
%信号时长
snr=25;
%解调器输入信噪比dB
dt=0.001%系统时域采样间隔
fs=1/dt;
%系统采样频率
df=0.2;
%所需的频率分辨率
t=0:
dt:
t0;
Lt=length（t）;
%仿真过程中，信号长度
snr_lin=10^（snr/10）;
%解调器输入信噪比
%-------------画出调制信号波形及频谱
%产生模拟调制信号
m=[ones（1,t0/（3*dt））,-2*ones（1,t0/（3*dt））,zeros（1,t0/（3*dt）+1）];
L=2*min（m）;
R=2*max（abs（m））+A;
pause%画出调制信号波形及频谱
clf
figure
（1）
subplot（321）;
plot（t,m（1:
length（t）））;
%画出调制信号波形
axis（[0t0-R/2R/2]）;
xlabel（'
t'
）;
ylabel（'
调制信号'
subplot（322）;
[M,m,df1,f]=T2F（m,dt,df,fs）;
%求出调制信号频谱
[Bw_eq]=signalband（M,df,t0）;
%求出信号等效带宽
f_start=fc-Bw_eq;
f_cutoff=fc+Bw_eq;
plot（f,fftshift（abs（M）））%画出调制信号频谱
f'
调制信号频谱'
pause%画出载波及频谱
subplot（323）;
c=cos（2*pi*fc*t）;
%载波
plot（t,c）;
axis（[0t0-1.21.2]）;
载波'
subplot（324）%载波频谱
[C,c,df1,f]=T2F（c,dt,df,fs）;
plot（f,fftshift（abs（C）））%画出载波频谱
载波频谱'
pause%画已调信号及其频谱
subplot（325）%画已调信号
u=（A+m（1:
Lt））.*c（1:
Lt）;
%已调信号
plot（t,u）;
%画出已调信号波形
axis（[0t0-RR]）;
已调信号'
subplot（326）;
[U,u,df1,f]=T2F（u,dt,df,fs）;
plot（f,fftshift（abs（U）））%画出已调信号频谱
已调信号频谱'
%----------该图为figure
（1）--------%
%-----------将已调信号送入信道
%先根据所给信噪比产生高斯白噪声
signal_power=power_x（u（1:
Lt））;
%已调信号的平均功率
noise_power=（signal_power*fs）/（snr_lin*4*Bw_eq）;
%求出噪声方差（噪声均值为0）
noise_std=sqrt（noise_power）;
%噪声标准偏差
noise=noise_std*randn（1,Lt）;
%产生噪声
pause%画出信道高斯白噪声波形及频谱，此时，噪声已实现，为确知信号，可求其频谱
figure
（2）
plot（t,noise）;
%画出噪声波形
噪声信号'
[noisef,noise,df1,f]=T2F（noise,dt,df,fs）;
%噪声频谱
plot（f,fftshift（abs（noisef）））%画出噪声频谱
噪声频谱'
pause%画出叠加了噪声的已调信号波形及频谱
sam=u（1:
Lt）+noise（1:
%叠加了噪声的已调信号
%画出叠加了噪声的已调信号波形
plot（t,sam）;
信道中的信号'
subplot（324）;
[samf,sam,df1,f]=T2F（sam,dt,df,fs）;
%求出叠加了噪声的已调信号频谱
plot（f,fftshift（abs（samf）））%画出叠加了噪声的已调信号频谱
信道中信号频谱'
[H,f]=bp_f（length（sam）,f_start,f_cutoff,df1,fs,1）;
%求带通滤波器
plot（f,fftshift（abs（H）））%画出带通滤波器
带通滤波器'
%----------该图为figure
（2）--------%
%-----------------经过带通滤波器
pause%经过理想带通滤波器后的信号及其频谱
DEM=H.*samf;
%滤波器输出的频谱
[dem]=F2T（DEM,fs）;
%滤波器的输出波形
figure（3）
subplot（321）%经过理想带通滤波器后的信号波形
plot（t,dem（1:
Lt））%画出经过理想带通滤波器后的信号波形
理想BPF输出信号'
[demf,dem,df1,f]=T2F（dem（1:
Lt）,dt,df,fs）;
%求经过理想带通滤波器后信号频谱
subplot（322）
plot（f,fftshift（abs（demf）））;
%画出经过理想带通滤波器后信号频谱
理想BPF输出信号频谱'
%--------------和本地载波相乘，即混频
pause%混频后的信号，先画本地载波及其频谱
subplot（323）
plot（t,c（1:
本地载波'
[C,c,df1,f]=T2F（c（1:
本地载波频谱'
pause%再画混频后信号及其频谱
der=dem（1:
Lt）.*c（1:
%混频
subplot（325）%画出混频后的信号
plot（t,der）;
混频后的信号'
subplot（326）
[derf,der,df1,f]=T2F（der,dt,df,fs）;
%求混频后的信号频谱
plot（f,fftshift（abs（derf）））%画出混频后的信号的频谱
混频后信号频谱'
%----------该图为figure（3）--------%
%--------------------经过低通滤波器
pause%画出理想低通滤波器
figure（4）
[LPF,f]=lp_f（length（der）,Bw_eq,df1,fs,2）;
%求低通滤波器
plot（f,fftshift（abs（LPF）））;
%画出理想低通滤波器
理想LPF'
pause%混频信号经理想低通滤波器后的频谱及波形
DM=LPF.*derf;
%理想低通滤波器输出的频谱
[dm]=F2T（DM,fs）;
plot（t,dm（1:
%画出经过低通滤波器后的解调出的波形
LPF输出信号'
subplot（324）
[dmf,dm,df1,f]=T2F（dm（1:
%求LPF输出信号的频谱
plot（f,fftshift（dmf））;
%画出LPF输出信号的频谱
LPF输出信号频谱'
axis（[-fs/2fs/200.5]）;
%--------去除解调信号中的直流分量
%----------该图为figure（4）--------%
pause%去除解调信号中的直流分量
dmd=dm（1:
Lt）-mean（dm（1:
subplot（325）
plot（t,dmd）;
%画出恢复信号（去除直流分量）
恢复信号'
[dmdf,dmd,df1,f]=T2F（dmd,dt,df,fs）;
%求恢复信号的频谱
plot（f,fftshift（dmdf））;
%画出恢复信号的频谱
恢复信号的频谱'
axis（[-fs/2fs/200.2]）;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
*********************************************************************
●序列的傅立叶变换
function[M,m,df]=fftseq（m,ts,df）
%各参数含义与子函数T2F中的完全相同，完成
fs=1/ts;
ifnargin==2
n1=0;
else
n1=fs/df;
end
n2=length（m）;
n=2^（max（nextpow2（n1）,nextpow2（n2）））;
M=fft（m,n）;
m=[m,zeros（1,n-n2）];
df=fs/n;
●计算信号功率
functionp=power_x（x）
%x:
输入信号
%p:
返回信号的x功率
p=（norm（x）.^2）./length（x）;
●信号从频域转换到时域
function[m]=F2T（M,fs）
%-------------------------输入参数
%M：
信号的频谱
%fs:
系统采样频率
%--------------------输出（返回）参数
%m:
傅里叶逆变换后的信号，注意其长度为2的整数次幂，利用其画波形时，要注意选取m的一部分，选取长度和所给时间序列t的长度要一致，plot（t,m（1:
length（t））），否则会出错。
m=real（ifft（M））*fs;
●信号从时域转换到频域
function[M,m,df1,f]=T2F（m,ts,df,fs）
%------------------------输入参数
信号
%ts:
系统时域采样间隔
%df:
所需的频率分辨率
%---------------------输出（返回）参数
%M:
傅里叶变换后的频谱序列
输入信号参与过傅里叶变换后对应的序列，需要注意的是，该序列与输入信号m的区别，其长度是不一样的，输入的m长度不一定是2的整数次幂，而傅里叶变换要求输入信号长度为2的整数次幂，故傅里叶变换前需对输入的m信号进行补零，其长度有所增加，故输出参数中的m为补零后的输入信号，其长度与输入参数m不一样，但与M,f长度是一样的，并且，其与时间序列t所对应的序列m（1:
length（t））与输入参数中的m是一致的。
%df1:
返回的频率分辨率
%f:
与M相对应的频率序列
[M,m,df1]=fftseq（m,ts,df）;
f=[0:
df1:
df1*（length（m）-1）]-fs/2;
%频率向量
M=M/fs;
●带通滤波器
Function[H,f]=bp_f（n,f_start,f_cutoff,df1,fs,p）
%带通滤波器函数输入设计的滤波器参数，产生带通滤波器频率特性函数H和频率向量f
%n带通滤波器的输入信号长度
%f_start通带起始频率
%f_cutoff带通滤波器的截止频率
%df1频率分辨率
%fs抽样频率
%p滤波器幅度
%----------------------输出（返回）参数
%H带通滤波器频率响应
%f频率向量
%设计滤波器
n_cutoff=floor（f_cutoff/df1）;
n_start=floor（f_start/df1）;
df1*（n-1）]-fs/2;
H=zeros（size（f））;
H（n_start+1:
n_cutoff）=p*ones（1,n_cutoff-n_start）;
H（length（f）-n_cutoff+1:
length（f）-n_start）=p*ones（1,n_cutoff-n_start）;
●低通滤波器
function[H,f]=lp_f（n,f_cutoff,df1,fs,p）
%低通滤波器函数输入设计的滤波器参数，产生低通滤波器频率特性函数H和频率向量f
%n低通滤波器的输入信号长度
%f_cutoff低通滤波器的截止频率
%H低通滤波器频率响应
%设计滤波器
H（1:
n_cutoff）=p*ones（1,n_cutoff）;
length（f））=p*ones（1,n_cutoff）;
●计算信号有效带宽
function[Bw_eq]=signalband（sf,df,T）
%计算信号等效带宽
%sf：
信号频谱
频率分辨率
%T：
信号持续时间
sf_max=max（abs（sf））;
Bw_eq=sum（abs（sf）.^2）*df/T/sf_max.^2
实验2数字基带传输系统
●掌握数字基带信号及其功率谱密度的表示
●理解眼图的含义
●掌握部分响应系统的原理及设计
2.1数字基带信号
1.利用波形的不通幅度表示不同数字的信号称为脉冲幅度调制（PAM）信号，可写成
其中，
是该数字信号的波形，
的取值与第n时刻的数字符号取值一一映射。
例如，数字符号0、1分别对应幅度+1V、-1V，波形
数字PAM信号可以看成是一个输入的数字序列经过脉冲形成滤波器形成的信号，如图所示
2.数字PAM信号的功率谱密度
设输入的数字序列是平稳的，则PAM信号的功率谱密度可通过夏式计算得到：
是序列
的自相关函数，
是
的频谱，
是码元间隔。
由上式可以看出，PAM信号的功率谱密度不仅受信号波形的影响，同时受序列的自相关特性的影响。
因此，可以构造不同的自相关特性序列来改变数字基带信号的功率谱形状，即基带信号的码型，适应信道的频率特性。
实验内容1：
用matlab画出如下数字基带信号波形及其功率谱密度。
（1）若
，输入二进制序列取值为0、1（且假设等概出现），此波形称为单极性非归零（NRZ）波形。
（2）若
，输入二进制序列取值为0、1（且假设等概出现），此波形称为单极性归零（RZ）波形。
（3）若
，输入二进制序列取值为-1、+1（且等概出现）。
%数字基带信号的功率谱密度
Ts=1;
N_sample=8;
%每个码元的抽样点数
dt=Ts/N_sample;
%抽样时间间隔
N=1000;
%码元数
（N*N_sample-1）*dt;
T=t（end）;
gt1=ones（1,N_sample）;
%NRZ非归零波形
gt2=ones（1,N_sample/2）;
%RZ归零波形
gt2=[gt2zeros（1,N_sample/2）];
mt3=sinc（（t-5）/Ts）;
%sinc（pi*t/Ts）/（pi*t/Ts）波形，截取10个码元
gt3=mt3（1:
10*N_sample）;
d=（sign（randn（1,N））+1）/2;
data=sigexpand（d,N_sample）;
%对序列间隔插入N_sample-1个0
st1=conv（data,gt1）;
%调用matlab卷积函数
st2=conv（data,gt2）;
d=2*d-1;
%变成双极性序列
st3=conv（data,gt3）;
[f,st1f]=T2FF（t,[st1（1:
length（t））]）;
[f,st2f]=T2FF（t,[st2（1:
[f,st3f]=T2FF（t,[st3（1:
subplot（321）
plot（t,[st1（1:
grid;
axis（[020-1.51.5]）;
单极性NRZ波形'
plot（f,10*log10（abs（st1f）.^2/T））;
axis（[-55-4010]）;
单极性NRZ功率谱密度（dB/Hz）'
plot（t,[st2（1:
grid
单极性RZ波形'
plot（f,10*log10（abs（st2f）.^2/T））;
单极性RZ功率谱密度（dB/Hz）'
plot（t-5,[st3（1:
axis（[020-22]）;
双极性sinc波形'
t/Ts'
plot（f,10*log10（abs（st3f）.^2/T））;
sinc波形功率谱密度'
f*Ts'
子函数：
◆sigexpand函数
function[out]=sigexpand（d,M）
%将输入序列扩展成间隔为N-1个0的序列
N=length（d）;
out=zeros（M,N）;
out（1,:
）=d;
out=reshape（out,1,M*N）;
◆T2FF函数
function[f,fs]=T2FF（t,st）
dt=t
（2）-t
（1）;
df=1/T;
N=length（st）;
f=-N/2*df:
df:
N/2*df-df;
fs=fft（st）;
f
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