通信原理软件实验报告.docx
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通信原理软件实验报告
信息与通信工程学院
通信原理软件实验报告
班级：
2008211113
姓名：
学号：
序号：
日期：
2010年11月
实验一调幅信号波形频谱仿真
一、实验题目
假设基带信号为
，载波频率为
，请仿真出AM、DSB-SC、SSB信号，观察已调信号的波形及频谱。
二、基本原理
1、AM调制原理
对于单音频信号
进行AM调制的结果为
其中调幅系数
，要求
以免过调引起包络失真。
由
和
分别表示AM信号波形包络最大值和最小值，则AM信号的调幅系数为
2、DSB-SC调制原理
DSB信号的时域表达式为
频域表达式为
3、SSB调制原理
SSB信号只发送单边带，比DSB节省一半带宽，其表达式为：
三、仿真思路
定义时域采样率、截断时间和采样点数，可得到载波和调制信号，容易根据调制原理写出各调制信号表达式，由此可以画出时域波形图。
另外，对时域信号进行FFT变换，此处使用预先定义的t2f.m函数替代，进行傅立叶变换，得到频谱，在频域作图即可。
四、程序框图
五、仿真源代码
%Assumebasebandsignal:
m（t）=sin（2000*pi*t）+2*cos（1000*pi*t）
%carrierfrequencyisfc=20kHz,thatiscos（2*pi*fc*t）
%prepareworkspace
Clearall
closeall
%-------------------------------------------------------------------
%Commondefinitions
fs=800;%samplingfrequency
T=200;%Time-domaintruncation
N=T*fs;%samplepoints
dt=1/fs;%timeresolution
t=-T/2:
dt:
T/2-dt;
df=1/T;%minimumfrequency-domainresolution
f=-fs/2:
df:
fs/2-df;
%-------------------------------------------------------------------
fm1=1;%kHz
fm2=0.5;%kHz
mt=sin（2*pi*fm1*t）+2*cos（2*pi*fm2*t）;
mt1=mt/3;%normalization
fc=20;%kHz
ct=cos（2*pi*fc*t）;
Ac=1;
%-------------------------------------------------------------------
%%SimulateAM
a=0.8;
st1=Ac*（1+a*mt1）.*ct;%AMEquation
Sf1=t2f（st1,fs）;%FourierTransform
surf1=abs（hilbert（st1））;%envelope
figure
（1）
%plotModulatingSignal
subplot（2,2,1）,plot（t,mt）,gridon,axis（[0,+4,-3,+3]）,
title（'ModulatingSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'m（t）'）
%plotCarrierSignal
subplot（2,2,2）,plot（t,ct）,gridon,axis（[0,2/fc,-1,1]）,
title（'CarrierSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'c（t）'）
%plotModulatedSignalanditsenvelope
subplot（2,2,3）,plot（t,st1,t,surf1,'r:
'）,gridon,
axis（[0,60/fc,-2*Ac,+2*Ac]）,
title（'ModulatedSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'s（t）'）
%plotFrequencySpectrum
subplot（2,2,4）,plot（f,abs（Sf1））,
axis（[-30,+30,0,max（abs（Sf1））]）,gridon,
title（'FrequencySpectrum'）,xlabel（'f'）,ylabel（'S（f）'）
%-------------------------------------------------------------------
%%SimulateDSB-SC
st2=Ac*mt.*ct;
Sf2=t2f（st2,fs）;%FourierTransform
surf2=abs（hilbert（st2））;%envelope
figure
（2）
%plotModulatingSignal
subplot（2,2,1）,plot（t,mt）,gridon,axis（[0,+4,-3,+3]）,
title（'ModulatingSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'m（t）'）
%plotCarrierSignal
subplot（2,2,2）,plot（t,ct）,gridon,axis（[0,2/fc,-1,1]）,
title（'CarrierSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'c（t）'）
%plotModulatedSignal
subplot（2,2,3）,plot（t,st2）,gridon,axis（[0,60/fc,-3*Ac,+3*Ac]）,
title（'ModulatedSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'s（t）'）
%plotFrequencySpectrum
subplot（2,2,4）,plot（f,abs（Sf2））,axis（[-30,+30,0,max（abs（Sf2））]）,
gridon,title（'FrequencySpectrum'）,xlabel（'f'）,ylabel（'S（f）'）
%-------------------------------------------------------------------
%%SimulateSSB
%uset2fandf2tfunctiontodohilberttransform
%ormayusemh=hilbert（mt）;
Mt=t2f（mt,fs）;
Mh=-1j*sign（f）;
mh=real（f2t（Mh,fs））;
%GernerateSSBSignal（rightside）
st3=mt.*cos（2*pi*fc*t）-mh.*sin（2*pi*fc*t）;
Sf3=t2f（st3,fs）;
figure（3）
%plotModulatingSignal
subplot（2,2,1）,plot（t,mt）,gridon,axis（[0,+4,-3,+3]）,
title（'ModulatingSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'m（t）'）
%plotCarrierSignal
subplot（2,2,2）,plot（t,ct）,gridon,axis（[0,2/fc,-1,1]）,
title（'CarrierSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'c（t）'）
%plotModulatedSignal
subplot（2,2,3）,plot（t,st3）,gridon,axis（[0,60/fc,-6*Ac,+6*Ac]）,
title（'ModulatedSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'s（t）'）
%plotFrequencySpectrum
subplot（2,2,4）,plot（f,abs（Sf3））,
axis（[-30,+30,0,max（abs（Sf3））]）,gridon,
title（'FrequencySpectrum'）,xlabel（'f'）,ylabel（'S（f）'）
%-------------------------------------------------------------------
%Endofprogram
附注t2f.m函数代码，此函数在后续实验中也有使用：
%傅里叶正变换
functionS=t2f（s,fs）%s代表输入信号，S代表s的频谱，fs是采样频率
N=length（s）;%样点总数
T=1/fs*N;%观察时间
f=[-N/2:
（N/2-1）]/T;%频率采样点
tmp1=fft（s）/fs;
tmp2=N*ifft（s）/fs;
S（1:
N/2）=tmp2（N/2+1:
-1:
2）;
S（N/2+1:
N）=tmp1（1:
N/2）;
S=S.*exp（j*pi*f*T）;
end
六、实验结果及分析
图1.1仿真AM波形和频谱
图1.1为AM调制的波形和频谱图，从仿真的结果看出，AM调制系数定义为
时信号包络清晰，包络已显式绘出，可利用包络检波恢复原信号，接收设备较为简单。
其频谱含有离散大载波，从理论分析可知，此载波占用了较多发送功率，使得发送设备功耗较大。
图1.2仿真DSB-SC波形和频谱
图1.2为双边带抑制载波调幅信号波形和频谱，其时域波形有相位翻转，频谱不含离散大载波。
必须使用相干解调，可用多种方法提取载波，常用方式为在发端加入离散导频分量，在收端利用调谐于载频
的窄带滤波器滤出导频分量。
图1.3仿真SSB波形和频谱
图1.3为SSB信号波形和频谱仿真图。
SSB信号比DSB信号节省一半带宽，适合于语声信号的调制，因为其没有直流分量，也没有很低频的成分。
解调时可采用相干解调或者在发端加入离散大载波进行包络检波。
实验二调频信号波形频谱仿真
一、实验题目
假设基带信号
，载波频率为40kHz，仿真产生FM信号，观察波形与频谱，并与卡松公式做对照。
FM的频率偏移常数为5kHz/V。
二、基本原理
单音频信号
经FM调制后的表达式为
其中
调制指数
。
由卡松公式可知FM信号的带宽为
三、仿真思路
同实验一中相仿，定义必要的仿真参数，在此基础上可得到载波信号和调制信号。
根据
可得到频偏，由此可写出最终的FM信号的表达式进行仿真计算。
对FM信号进行傅里叶变换可得频谱特性，变换依旧使用实验一中给出的t2f.m函数。
四、程序框图
五、仿真源代码
%Assumebasebandsignal:
%m（t）=sin（2000*pi*t）+2*cos（1000*pi*t）+4*sin（500*pi*t+pi/3）
%carrierfrequencyisfc=40kHz,thatiscos（2*pi*fc*t）
%prepareworkspace
clearall
closeall
%--------------------------------------------------------------------
%%Commondefinitions
fs=800;%samplingfrequency（kHz）
T=16;%Time-domaintruncation（ms）
N=T*fs;%samplepoints
dt=1/fs;%timeresolution
t=-T/2:
dt:
T/2-dt;
df=1/T;%minimumfrequency-domainresolution
f=-fs/2:
df:
fs/2-df;
%--------------------------------------------------------------------
fm1=1;%kHz
fm2=0.5;%kHz
fm3=0.25;%kHz
fc=40;%kHz
%Basebandsignal
mt=sin（2*pi*fm1*t）+2*cos（2*pi*fm2*t）+4*sin（2*pi*fm3*t+pi/3）;
%Carriersignal
ct=cos（2*pi*fc*t）;
Kf=5;%kHz/V
phi=2*pi*Kf*cumsum（mt）*dt;%phasedeviation
%--------------------------------------------------------------------
%%GenerateFMsignal
st=cos（2*pi*fc*t+phi）;%FMsignal
Sf=t2f（st,fs）;%FourierTransform
%--------------------------------------------------------------------
%%Plotfigures
figure
（1）%plotModulatingSignal
subplot（1,2,1）,plot（t,mt）,gridon,axis（[0,+8,-7,+7]）,
title（'ModulatingSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'m（t）'）
%plotCarrierSignal
subplot（1,2,2）,plot（t,ct）,gridon,axis（[0,2/fc,-1,1]）,
title（'CarrierSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'c（t）'）
figure
（2）%plotModulatedSignalanditsenvelope
plot（t,st）,gridon,axis（[0,180/fc,-1.5,+1.5]）,
title（'ModulatedSignal'）,xlabel（'t'）,ylabel（'s（t）'）
figure（3）%plotFrequencySpectrum
plot（f,abs（Sf））,axis（[-90,+90,0,max（abs（Sf））]）,gridon,
title（'FrequencySpectrum'）,xlabel（'f'）,ylabel（'S（f）'）
%--------------------------------------------------------------------
六、实验结果及分析
图2.1基带信号和载波信号波形
如图2.2为仿真FM信号波形，其形状为疏密波，最大频偏5kHz/V。
图2.2仿真FM信号波形
如图2.3所示为仿真FM信号频谱图，由图可以读出并计算带宽为
。
由图2.1读出
，频偏为
。
利用卡松公示进行理论计算为：
仿真与理论计算值基本相符。
验证了卡松公式的有效性。
图2.3仿真FM信号频谱
实验三单双极性归零码波形及功率谱仿真
一、实验题目
通过仿真测量占空比为25%、50%、75%以及100%的单双极性归零码波形及其功率谱。
二、基本原理
1、单极性归零码
当发
码时，发出正电流，但持续时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉冲；当发
码时，仍然不发送电流。
单极性归零码在符号等概出现且互不相关的情况下，功率谱主瓣宽度为
，其频谱含有连续谱、直流分量、离散始终分量及其奇次谐波分量。
2、双极性归零码
其中
码发正的窄脉冲，
码发负的窄脉冲，两个码元的时间间隔可以大于每一个窄脉冲的宽度，取样时间是对准脉冲的中心。
双极性归零码在符号等概且不相关的情况下，功率谱仅含有连续谱，其主瓣宽度为
。
3、各种码的比较
不归零码（NoneReturnZeroCode）在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步。
归零码（NoneReturnZeroCode）的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。
单极性码会积累直流分量；双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的。
三、仿真思路
1、产生RZ码
采用归零矩形脉冲波形的数字信号，可以用以下方法产生信号矢量
。
设
是码元矢量，N是总取样点数，M是总码元数，L是每个码元内的点数，
是要求的占空比，
是仿真系统的时域采样间隔，则RZ信号的产生方法是
2、仿真功率谱密度
任意信号
的功率谱的定义是
其中
是
截短后的傅氏变换，
是
的能量谱，
是
在截短时间内的功率谱。
对于仿真系统，若
是时域取样值矢量，X是对应的傅氏变换，那么
的功率谱便为
。
针对随机过程
，其平均功率谱密度定义为各样本功率谱密度的数学期望
3、作出仿真图
由于需要作出的图形较多，且图形间需要对比，故采用了两种视图进行绘图，一是各个占空比的RZ码波形图和其功率谱进行横向对比，二是分别作出各占空比下的单双极性归零码波形，以便于观察。
另外，各个占空比的RZ码波形和其频谱变换后的结果使用多行的矩阵进行存储，方便最后作图，因而代码显得有些冗余。
可改用定义函数，输入参数的方式给出不同占空比下的计算与绘图。
四、程序框图
对于单极性归零码：
对于双极性归零码：
五、仿真源代码
%%Thisisexp11ofcommunicationmatlabexperiment.
%Simulatedigitalcodingwaveanditspowerspectrum
%dutyratio25%,50%,75%,100%
%bothbipolarandunipolarRZcode
%Prepareworkspace
clearall
closeall
%--------------------------------------------------------------------
%commondefinitions
ratio=[0.25,0.5,0.75,1];
L=128;%samplepointseverybitinterval
N=2^14;%totalsamplepoints
M=N/L;%totalbits
Rs=10;%kbit/s
Ts=1/Rs;%bits'timeinterval
T=M*Ts;%period
fs=N/T;%samplingrate
t=-T/2:
1/fs:
T/2-1/fs;%timedomain
df=1/T;%minimumfrequency-domainresolution
f=-fs/2:
df:
fs/2-df;%frequecydomain
%--------------------------------------------------------------------
%%generateunipolarRZcode
%prelocatespaceforspeed
ratiolen=length（ratio）;
Frz_unipolar=zeros（ratiolen,length（f））;
Frz_bipolar=zeros（ratiolen,length（f））;
rz_unipolar=zeros（ratiolen,L*M）;
rz_bipolar=zeros（ratiolen,L*M）;
%looptogenerateRZcodeindifferentdutyratio
EP1=zeros（size（f））+eps;
EP2=zeros（size（f））+eps;
forii=1:
ratiolen
forloop=1:
200
%generateunipolardata
unip=（randn（1,M）>0）;
%generatebipolardata
bip=sign（randn（1,M））;
tmp1=zeros（L,M）;%zeromatrix:
LbyM
tmp2=zeros（L,M）;
Lii=L*ratio（ii）;%applydutyratio
tmp1（1:
Lii,:
）=ones（Lii,1）*unip;%unipolarRZcodematrix
tmp2（1:
Lii,:
）=ones（Lii,1）*bip;%bipolarRZcodematrix
rz_tmp1=tmp1（:
）';%unipolarrzcodearray
rz_tmp2=tmp2（:
）';%bipolarrzcodearray
Frz_tmp1=t2f（rz_tmp1,fs）;%FourierTransform
Frz_tmp2=t2f（rz_tmp2,fs）;
%P1=abs（Frz_tmp1）.^2/T;
P1=Frz_tmp1.*conj（Frz_tmp1）/T;%PowerSpectrum
P2=Frz_tmp2.*conj（Frz_tmp2）/T;
EP1=（EP1*（loop-1）+P1+eps）/loop;
EP2=（EP2*（loop-1）+P2+eps）/loop;
end
%differentdutyratiocodeindifferentrow
EP11=10*log10（EP1）;
EP22=10*log10（EP2）;
rz_unipolar（ii,:
）=rz_tmp1;%timedomain
Frz_unipolar（ii,:
）=EP11;%frequecydomain
rz_bipolar（ii,:
）=rz_tmp2;
Frz_bipolar（ii,:
）=EP22;
end
%--------------------------------------------------------------------
%%visualizeunipolarRZcode
picnum=1;
%%firstview
%allinonefugure,subplot4by2
figure
（1）
forjj=1:
ratiolen
%plotwaveintime-domain
subplot（ratio
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