北邮通原软件实验报告.docx
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北邮通原软件实验报告
2013年通信原理软件实验报告
学院：
信息与通信工程学院
班级：
2011211104
姓名：
学号：
班内序号：
实验一调幅信号波形频谱仿真..............................4
一.实验题目.............................................................4
二.基本原理.............................................................4
1.AM调制原理.........................................................4
2.DSB调制原理............................................................4
3.SSB调制原理........................................................4
三.仿真思路................................................................4
四.程序框图................................................................5
五.仿真源代码..............................................................5
六.仿真结果及分析.......................................................8
实验二调频信号频谱仿真.................................................10
一.实验题目............................................................10
二.基本原理............................................................10
三.仿真思路............................................................10
四.程序框图............................................................11
五.仿真源代码..........................................................11
六.仿真结果分析........................................................12
实验三单双极性波形及功率谱仿真.........................................13
一.实验题目............................................................13
二.基本原理............................................................13
1.单极性归零码.......................................................13
2.双极性归零码.......................................................13
3.各种码的比较.......................................................13
三.仿真思路............................................................13
1.产生RZ码..........................................................13
2.仿真功率谱密度.....................................................13
四.程序框图............................................................14
五。
仿真源代码..........................................................14
六.仿真及结果分析......................................................17
实验四根升余弦滚降功率谱密度及眼图仿真..................................25
一.实验题目............................................................25
二.基本原理............................................................25
1.升余弦滚降.........................................................25
2.眼图...............................................................25
三.仿真思路............................................................26
四.程序框图............................................................26
五.仿真源代码............................................................................................................................26
六.仿真结果及分析......................................................27
心得体会.............................................................29
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
1.傅里正变换函数代码：
functionS=t2f（s,fs）
%傅里叶正变换,s表示输入信号，S代表s的频谱，fs是采样率
N=length（s）;%总样点数
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
2.傅里叶反变换函数代码：
functions=f2t（S,fs）
%傅里叶反变换
N=length（S）;
T=N/fs;
t=[-（T/2）:
1/fs:
（T/2-1/fs）];%时域采样点
tmp1=fft（S）/T;
tmp2=N*ifft（S）/T;
s（1:
N/2）=tmp1（N/2+1:
-1:
2）;
s（N/2+1:
N）=tmp2（1:
N/2）;
s=s.*exp（-j*pi*t*fs）;
End
3.AM信号仿真代码：
clearall;closeall;
fs=800;T=200;%确定基本的采样参数
N=T*fs;dt=1/fs;df=1/T;
t=[-T/2:
dt:
T/2-dt];
f=[-fs/2:
df:
fs/2-df];
%kHz
fm1=1;fm2=0.5;%设定该题目参量
fc=20;a=1/3;%调幅指数
m=sin（2*pi*fm1*t）+2*cos（2*pi*fm2*t）;%待调制基带信号
M=t2f（m,fs）;%待调制基带信号傅里叶变换
c=cos（2*pi*fc*t）;%载波信号
s=（1+a*m）.*cos（2*pi*fc*t）;%AM信号
S=t2f（s,fs）;%AM信号傅里叶变换
figure
（1）
subplot（2,2,1）%做基带待调制信号波形
plot（t,m）,axis（[-2,2,-max（abs（m）+0.5）,max（abs（m）+0.5）]）
xlabel（'t（s）'）,ylabel（'m（t）（V）'）,title（'基带待调制信号'）
subplot（2,2,2）%做载波信号波形
plot（t,c）,axis（[-0.1,0.1,-max（abs（c）+0.5）,max（abs（c）+0.5）]）
xlabel（'t（s）'）,ylabel（'c（t）（V）'）,title（'载波信号'）
subplot（2,2,3）%做AM信号波形
plot（t,s）,axis（[-2.5,1.5,-3,3]）
xlabel（'t（ms）'）,ylabel（'s（t）（V）'）,title（'AM时域波形'）
subplot（2,2,4）%做AM信号幅频特性
plot（f,abs（S））,axis（[18,22,0,max（abs（S）+10）]）
xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'|AM（f）|（V/Hz）'）,title（'AM幅频特性'）
4.DSB信号仿真代码：
clearall;closeall;
fs=800;T=200;%设置采样基本参数
N=T*fs;dt=1/fs;df=1/T;
t=[-T/2:
dt:
T/2-dt];
f=[-fs/2:
df:
fs/2-df];
%kHz
fm1=1;fm2=0.5;fc=20;%设置该题目参数
m=sin（2*pi*fm1*t）+2*cos（2*pi*fm2*t）;%基带待调制信号
M=t2f（m,fs）;%待调制信号频谱
s=m.*cos（2*pi*fc*t）;%DSB信号
S=t2f（s,fs）;%DSB信号频谱
figure
（1）
subplot（2,1,1）%做出DSB信号波形
plot（t,s）,axis（[-2.5,1.5,-4,4]）
xlabel（'t（ms）'）,ylabel（'s（t）（V）'）
title（'DSB-SC时域波形'）
subplot（2,1,2）%做出DSB信号频谱
plot（f,abs（S））,axis（[18,22,0,max（abs（S）+10）]）
xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'|DSB-SC（f）|（V/Hz）'）
title（'DSB-SC幅频特性'）
5.SSB信号仿真代码：
clearall;closeall;
fs=800;T=200;%设置基本采样参数
N=T*fs;dt=1/fs;df=1/T;
t=[-T/2:
dt:
T/2-dt];
f=[-fs/2:
df:
fs/2-df];
%kHz
fm1=1;fm2=0.5;fc=20;%设置本题目参数
m=sin（2*pi*fm1*t）+2*cos（2*pi*fm2*t）;%基带待调制信号
M=t2f（m,fs）;%基带待调制信号傅里叶变换
MH=-j*sign（f）.*M;%基带待调制信号的希尔伯特变换
mh=real（f2t（MH,fs））;
s=m.*cos（2*pi*fc*t）-mh.*sin（2*pi*fc*t）;%SSB信号
S=t2f（s,fs）;%SSB信号的傅里叶变换
figure
（1）
subplot（2,1,1）%画出SSB信号的时域波形
plot（t,s）,axis（[-3,3,-4,4]）
xlabel（'t（ms）'）,ylabel（'s（t）（V）'）
title（'SSB时域波形'）
subplot（2,1,2）%画出SSB信号的频谱
plot（f,abs（S））,axis（[18,23,0,max（abs（S）+10）]）
xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'|SSB（f）|（V/Hz）'）
title（'SSB幅频特性'）
六．仿真结果及分析
1.AM信号仿真结果
上图为AM信号的仿真结果，在本题目仿真中，取调幅系数为1/3，得到的AM信号可以正确的显示原信号的包络特性，可以通过AM信号通过包络检波恢复原信号。
从幅频特性上可以看出，AM信号不仅含有基带信号的边频分量，还含有离散大载波分量，且载波分量的幅值很大，说明调制效率很低。
2.DSB信号仿真结果
上图为位DSB信号的仿真结果，其时域波形无法显示出原信号的包络特性，但是，从频谱可以看出，DSB信号仍携带有原信号的频率分量，且不含有离散大载波分量，提高了调制效率，没有改变传输带宽，且不能用包络检波解调。
3.SSB信号仿真结果
上图为SSB信号，可以看出SSB信号的包络也无法显示原信号的包络特性，不能用包络检波的方式回复原信号，但是，从频谱图可以看出，SSB信号中不含有离散大载波分量，相较AM提高了调频效率，同时，这里为上边带信号，相较DSB信号又节省了带宽。
综合以上三种调幅信号可知，AM信号可以利用包络展示原信号特性，可以利用包络检波的方式解调输出，但是由于具有离散大载波分量，调制效率低；DSB信号不能用包络检波的方式解调，但是由于去掉了离散大载波分量，因此，调制效率提高；SSB信号也不能用包络检波的方式解调，但是由于去掉了离散大载波且只取了一个边带，因此，调制效率高且节省啦带宽。
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
clearall;closeall;
fs=800;T=16;%设置基本采样参数
N=T*fs;dt=1/fs;
t=[-T/2:
dt:
T/2-dt];df=1/T;
f=[-fs/2:
df:
fs/2-df];
%kHz
fm1=1;fm2=0.5;%设置本题目参数
fm3=0.25;fc=40;
Kf=5;thea=pi/3;
m=sin（2*pi*fm1*t）+2*cos（2*pi*fm2*t）+4*sin（2*pi*fm3*t+thea）;%基带待调制信号
phi=2*pi*Kf*cumsum（m）*dt;%计算调频产生的相位偏移
s=cos（2*pi*fc*t+phi）;%FM信号
S=t2f（s,fs）;%FM信号的傅里叶变换
figure
（1）
subplot（2,1,1）%画出时域的调频信号
plot（t,s）,axis（[0,5,-1.2,1.2]）
subplot（2,1,2）%画出调频信号的频谱
plot（f,abs（S））,axis（[0,90,0,max（abs（S）+0.2）]）
六．仿真结果及分析
上图为FM信号的仿真结果图，从时域波形图中可以看出，FM信号时域波形的频率疏密变化。
从FM的频谱图可以看出，FM信号的带宽约为：
。
又由题可知，
，频偏为
。
利用卡松公示进行理论计算为：
可以看出理论计算值可实际仿真结果基本相同，验证了卡松公式的有效性
对比试验一，二可以看出，FM以牺牲带框的代价换取了高的调制效率。
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：
a=（randn（1,M）>0）;%先产生随机的0,1序列
tmp=zeros（L,M）;%将原本不归零的信号按照设定占空比归零，形成的归零序列
L1=L*tao;%tao为占空比
tmp（[1:
L1],:
）=ones（L1,1）*a;
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
四、程序框图
单极性归零：
双极性归零：
五．仿真源代码
1.单极性归零码仿真代码：
clearall;closeall;
L=64;%每隔数码元间隔内的采样点数
N=4096;%总采样点数
M=N/L;%总码元数
Rs=5;Ts=1/Rs;T=M*Ts;fs=N/T;%设置基本采样参数
t=[-（T/2）:
1/fs:
（T/2-1/fs）];
f=[-（fs/2）:
1/T:
（fs/2-1/T）];
tao=1;%占空比为100%，将其改成0.25,0.5,0.75,可以求出对应的仿真结果
EP=zeros（1,N）;
forloop=1:
10000%累积求和产生功率谱密度
a=（randn（1,M）>0）;
tmp=zeros（L,M）;
L1=L*tao;
tmp（[1:
L1],:
）=ones（L1,1）*a;
s=tmp（:
）';
S=t2f（s,fs）;
%样本信号的功率谱密度
P=abs（S）.^2/T;
EP=EP*（1-1/loop）+P/loop;
end
figure
（1）
plot（t,s）,axis（[-5,5,-0.2,1.2]）
xlabel（'t（ms）'）,ylabel（'s（t）（V）'）,title（'单极性归零码波形（占空比为100%）'）
figure
（2）
subplot（2,1,1）
plot（f,EP）,axis（[-30,30,0,max（EP）+0.02]）
xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'功率谱（W/kHz）'）,title（'单极性归零码功率谱（占空比为100%）'）
subplot（2,1,2）
plot（f,10*log10（EP+eps））,axis（[-20,20,-200,0]）
xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'功率谱（db）'）,title（'单极性归零码功率谱（db）（占空比为100%）'）
2.双极性归零码仿真代码：
clearall;closeall;
%设置基本采样参数
L=64;%每隔数码元间隔内的采样点数
N=2048;%总采样点数
M=N/L;%总码元数
Rs=5;Ts=1/Rs;T=M*Ts;fs=N/T;
t=[-（T/2）:
1/fs:
（T/2-1/fs）];
f=[-（fs/2）:
1/T:
（fs/2-1/T）];
%累积求和得到功率谱
tao=1;%占空比
EP=zeros（1,N）;
forloop=1:
10000
a=（rand（1,M）>0.5）;
aa=1-2*a;
tmp=zeros（L,M）;
L1=L*tao;
tmp（[1:
L1],:
）=ones（L1,1）*aa;
s=tmp（:
）';
S=t2f（s,fs）;
%样本信号的功率谱密度
P=abs（S）.^2/T;
EP=EP*（1-1/loop）+P/loop;
end
figure
（1）
plot（t,s）,axis（[-3,3,-1.2,1.2]）%双极性归零码波形
xlabel（'t（ms）'）,ylabel（'s（t）（V）'）
grid
title（'双极性归零码波形'）
figure
（2）%双极性归零码功率谱
subplot（2,1,1）
plot（f,EP）,axis（[-50,50,0,max（EP）+0.02]）
xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'功率谱（W/kHz）'）
title（'双极性归零码功率谱（占空比100%）'）
subplot（2,1,2）
plot（f,10*log10（EP+eps））,axis（[-20,20,-200,0]）
xlabel（'f（kHz）'）,ylab
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