北邮通原软件报告.docx

1、北邮通原软件报告信息与通信工程学院通信原理软件实验报告班 级： 2011211106 姓 名： 吴淳 学 号： 2011210180 班内序号： 27 日 期： 2013年 12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、具有离散大载波的双边带幅度调制信号AM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。如下图：图1.1 AM调幅图由和分别表示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、双边带抑制载波调幅（DSBSC AM）信号的产生D

2、SB信号的时域表达式为： 频域表达式为： 若调制信号m(t)是确定的，其相应的傅立叶频谱为M(f)，载波信号c(t)的傅立叶频谱是C(f),调制信号s(t)的傅立叶频谱S(f)由M(f)和C(f)相卷积得到，因此经过调制之后，基带信号的频谱被搬移到了载频fc处，若模拟基带信号带宽为W，则调制信号带宽为2W，并且频谱中不含有离散的载频分量，只是由于模拟基带信号的频谱成分中不含离散的直流分量。3、单边带调幅SSB信号SSB信号只发送单边带，比DSB节省一半带宽，其表达式为：其表达式： 或 其频谱图为：图1.2 单边带调幅图三、仿真思路定义时域采样率、截短时间和采样点数，可得到载波和调制信号，写出各

3、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，即得到频谱。四、程序框图 图1.3 程序框图五、仿真源代码1.原信号及调制信号clear allclose all%-初始化参数设置- fs=800; %采样速率 KHZT=200; %截短时间 msN=T*fs; %采样点数dt=1/fs;%时域采样间隔t=-T/2:dt:T/2-dt;%时域采样点df=1/T; %频域采样间隔f=-fs/2:df:fs/2-df; %频域采样点a=0.6;%调幅系数fm1=1; %待观测正弦波频率，单位 KHz fm2=0.5; %

4、待观测余弦波频率，单位 KHz fc=20; %载波频率，单位 KHz %-波形变换-m1=sin(2*pi)*fm1*t); %待观测正弦波部分M1=t2f(m1,fs); %傅里叶变换 MH1=-i*sign(f).*M1; %希尔伯特变换mh1=real(f2t(MH1,fs); %希尔伯特反变换 m2=2*cos(2*pi)*fm2*t); %待观测余弦波部分M2=t2f(m2,fs); %傅里叶变换 MH2=-i*sign(f).*M2; %希尔伯特变换mh2=real(f2t(MH2,fs);%希尔伯特反变换 s1=(1+a*(m1+m2)/abs(max(m1+m2).*cos(

5、2*pi)*fc*t); %AM信号时域表达式S1=t2f(s1,fs); %AM信号频域表达式 s2=(m1+m2).*cos(2*pi)*fc*t);%DSB-SC信号时域表达式S2=t2f(s2,fs); %DSB-SC信号频域表达式s3=(m1+m2).*cos(2*pi*fc*t)-(mh1+mh2).*sin(2*pi*fc*t);%SSB信号时域表达式 S3=t2f(s3,fs);%SSB信号上边带频域表达式%-绘图-%AM信号figure(1) subplot(2,1,1)plot(f,abs(S1) title(AM信号频谱) xlabel(f) ylabel(S(f) ax

6、is(-25,25,0,max(abs(S1); subplot(2,1,2)plot(t,s1) title(AM信号波形) xlabel(t) ylabel(s(t) axis(-3,3,-2,2); %DSB-SC信号 figure(2) subplot(2,1,1)plot(f,abs(S2) title(DSB-SC信号频谱) xlabel(f) ylabel(S(f) axis(-25,25,0,max(abs(S2); subplot(2,1,2)plot(t,s2) title(DSB-SC信号波形) xlabel(t) ylabel(s(t) axis(-1,4,-3,3);

7、 %SSB信号上边带figure(3) subplot(2,1,1)plot(f,abs(S3) title(SSB信号频谱) xlabel(f) ylabel(S(f) axis(-25,25,0,max(abs(S3) subplot(2,1,2)plot(t,s3) title(SSB信号波形) xlabel(t) ylabel(s(t) axis(0,6,-4,4)2.t2f.m函数代码%傅里叶正变换function S = t2f(s,fs) %s代表输入信号，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)

8、/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);End3.t2f.m函数代码：%傅里叶反变换function s = f2t(S,fs) 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

9、(-j*pi*t*fs);end六、实验结果及分析图1.4 仿真AM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，包络已绘出，可利用包络检波恢复原信号，接收设备较为简单。此外，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1.5 仿真DSB-SC波形和频谱图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1.6 仿真SSB波形和频谱图SSB信号比DSB信号节省一半带宽，适合于语声信号的调制。解调时可采用相干解调或者在发端

10、加入离散大载波进行包络检波。七、遇到问题及解决方法开始时对于信道仿真原理不清楚，很多地方不知道如何去做，即使是很简单的时域波形输出，也要做一定的处理，要进行时域的采样。在参考了老师提供的参考资料后，对于基本的通信变换有了基本的了解。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、基本原理调频信号表达式为：单频调制信号包括无穷多频率分量，实际应用中，运用等效带宽这个概念。定义为：包含98%或者99%的已调信号总功率的带宽，根据卡松公式有：。三、仿真思路定义仿真参数，得到载波信号

11、和调制信号。根据可得到频偏，写出FM信号的表达式进行仿真计算。四、程序框图图2.1 程序框图五、仿真源代码clear allclose all fs = 800; % 采样速率 KHZT = 16; % 截短时间 msN = T*fs; %采样点数dt = 1/fs; %时域采样间隔t = -T/2:dt:T/2-dt;%时域采样点df = 1/T; %频域采样间隔 f = -fs/2:df:fs/2-df; %频域采样点fm1 = 1;%kHzfm2 = 0.5;%kHzfm3 = 0.25;%kHz fc = 40; %载波频率，单位 KHz m = sin(2*pi*fm1*t)+2*c

12、os(2*pi*fm2*t)+4*sin(2*pi*fm3*t+pi/3); %基带信号时域表达式 c = cos(2*pi*fc*t);%载波信号时域表达式Kf = 5; % 调频系数kHz/V phi = 2*pi*Kf*cumsum(m)*dt;s = cos(2*pi*fc*t+phi); %FM信号时域表达式 S = t2f(s,fs);%FM信号频域表达式 %-绘图-%AM信号figure(1) subplot(2,1,1)plot(f,abs(S) title(FM信号频谱) xlabel(f) ylabel(S(f) axis(-60,60,0,max(abs(S); subp

13、lot(2,1,2)plot(t,s) title(FM信号波形) xlabel(t/s) ylabel(s(t) axis(-1.5,1.5,-2,2);六、实验结果及分析如图2.2为仿真FM信号波形及频谱图，最大频偏5kHz/V。图2.2 仿真FM信号波形图2.3 m(t)仿真波形由图2.2可知max(m(t)=6.481，图2.3知信号带宽fm=1KHz，且Kf=5KHz/V，由卡松公式计算得带宽理论值为： =2*（5*6.481+1）= 66.810kHz。仿真与理论计算值基本相符。验证了卡松公式的有效性。七、遇到问题及解决方法这个实验总体来说比较简单，过程也不复杂。但是在绘制FM信号

14、波形时，开始时选取的横坐标坐标值范围比较小，导致画出的调频图调频效果不明显，后来增大了横坐标坐标值范围，增加到-1.5到1.5，基本可以看出来是调频波了，波形随着调制信号的大小而变密或变疏。 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

15、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(None Return Zero Code)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(None Return Zero Code)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

16、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、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

17、，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、程序框图图3.1 程序框图五、仿真源代码clear allclose allL=64; %每个码元间隔内的采样点N=1024; %总采样点M=N/L; %总码元数Rs=10; %码元速率kbit/sTs=1/Rs; %码元间隔fs=L/Ts; %采样速率（时间分辨率）T=N/fs; %截短时间Bs=fs/2; %系统带宽df=1/T; %频率分辨率t=-(T/2):1/fs:(T/2-1/fs); %时域采样点f=-Bs:df:

18、Bs-df; %频域采样点a=(randn(1,M)0);%产生随机码tmp=zeros(L,M); %产生L*M的全零矩阵tmp1=zeros(L,M); %产生L*M的全零矩阵duty=0.25,0.5,0.75,1;name=25%,50%,75%,100%;count=1;for i=1:4 L1=L.*duty(i); tmp(1:L1,:)=ones(L1,1)*a; s=tmp(:);%单极性 a1=2*a-1; tmp1(1:L1,:)=ones(L1,1)*a1; s1=tmp1(:);%双极性 figure(i) %单极性波形 subplot(2,2,1);plot(t,s

19、);grid on;axis(-0.8,0.8,-1.5,1.5); title(strcat(占空比,name(count:count+2),的单极性NRZ);xlabel(t);ylabel(s(t) %双极性波形 subplot(2,2,2);plot(t,s1);grid on;axis(-0.8,0.8,-1.5,1.5); title(strcat(占空比,name(count:count+2),的双极性NRZ);xlabel(t);ylabel(s1(t) %单极性频谱 EP1=zeros(1,N);%创建一行N列0矩阵 for loop=1:2000;%产生数据数列 b=(ra

20、ndn(1,M)0);%产生随机码 tmp=zeros(L,M); %产生L*M的全零矩阵 L1=L.*duty(i); tmp(1:L1,:)=ones(L1,1)*b; s=tmp(:); S=t2f(s,fs); P=abs(S).2/T; EP1=EP1*(1-1/loop)+P/loop; end EP11=10*log10(EP1); subplot(2,2,3),plot(f,EP11),grid on,axis(-100,100,-80,0),title(strcat(占空比,name(count:count+2),单极性RZ的功率谱),xlabel(f(kHz),ylabel

21、(P(f)(db)%双极性频谱 EP2=zeros(1,N);%创建一行N列0矩阵 for loop=1:2000;%产生数据数列 b1=(randn(1,M)0);%产生随机码 b1=2*b1-1; tmp1=zeros(L,M); %产生L*M的全零矩阵 tmp(1:L1,:)=ones(L1,1)*b1; s1=tmp(:); S1=t2f(s1,fs); P1=abs(S1).2/T; EP2=EP2*(1-1/loop)+P1/loop; end EP22=10*log10(EP2); subplot(2,2,4),plot(f,EP22),grid on,axis(-100,100

22、,-80,0), title(strcat(占空比,name(count:count+2),双极性RZ的功率谱),xlabel(f(kHz),ylabel(P1(f)(db) count=count+3;end六、实验结果及分析从仿真图3.1和3.2可以清楚地看到，仿真结果与原理部分介绍的波形和功率谱相吻合。图3.2 不同占空比归零码波形和功率谱图单极性码含离散分量，双极性码不含。由于符号等概且不相关时，双极性码均值为零，即不含直流成分。从仿真结果还可以看出，单极性和双极性归零码功率谱的主瓣宽度都随占空比增大而减小，对于25%、50%、75%、100%的占空比的带宽分别对应为码元速率B的4倍、

23、2倍、1.33倍和1倍。七、遇到问题及解决方法 实验过程中，开始时得到的功率谱密度和书本中的差别很大，仔细检查了好几遍也没发现有什么问题，和同学讨论也没发现。后来突然间才发现是纵坐标的不同所导致的，书本上的很多图纵坐标的单位都是DB，对纵坐标取10*log10(EP)，最终得到了合适的图形。 实验四 根升余弦滚降功率谱密度及眼图仿真一、实验题目仿真测量滚降系数为的根升余弦滚降系统的发送功率谱密度及眼图。二、基本原理1、升余弦滚降数字信号在传输过程中受到叠加干扰与噪声，从而出现波形失真。奈奎斯特第一准则是抽样点无失真准则，或无码间串扰（ISIFree）准则，是关于接收机不产生码间串扰的接收脉冲形

24、状问题。对于基带传输系统，要到达无码间串扰，系统传输函数 H(f) 是单边带宽为 1/2T 的矩形函数（理想奈奎斯特滤波器），其时域波形为 h(t)=sinc(t/T)，称为理想奈奎斯特脉冲成形。理想奈奎斯特滤波系统（保证无码间串扰）的传输函数形状为矩形，其脉冲响应为无限长，显然该脉冲成形滤波器在物理上是不可实现的，只能近似，称为奈奎斯特滤波器和奈奎斯特脉冲。奈奎斯特滤波器的频率传输函数可以表示为矩形函数和任意一个因此，奈奎斯特滤波器以及相应的奈奎斯特脉冲为无穷多个，其中，常用的是升余弦成形滤波器，其中 称为滚降系数。当0时，就是理想奈奎斯特滤波器，此时的传输带宽是理想奈奎斯特滤波器的最小带宽

25、，但当 0 时，系统传输带宽就超过了奈奎斯特最小带宽，这时码率速率 Rs 就小于小于 2 倍带宽。 当取一般值时，余弦滚降传输特性可表示为它所对应的冲激响应为2、眼图实际通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统产生畸变，总是在不同程度上存在码间干扰的，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。而眼图可以直观地估价系统码间干扰和噪声的影响，是常用的测试手段。眼图分析中常用结论：(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻；(2)眼睛闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感；(3)在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；(4)在取样

26、时刻上，上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；(5)阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。三、仿真思路本仿真实验中首先产生随机序列，然后让序列经过升余弦滤波器，从而可以计算功率谱密度，并由傅里叶反变换得到时域波形，作出眼图。功率谱的仿真计算方法为的功率谱：。眼图是利用Matlab自带的画眼图的函数 eyediagram()进行绘图。四、程序框图图4.1 程序框图五、仿真源代码clear allclose all N= 213; %采样点数 L= 16; %每码元的采样点数 M= N/L;

27、 %码元数 Rs= 2; %码元速率Ts= 1/Rs; %比特间隔 fs= L/Ts; %采样速率 Bs= fs/2; %系统带宽 T= N/fs; %截短时间 t= -T/2+0:N-1/fs; %时域采样点 f= -Bs+0:N-1/T; %频域采样点 alpha= 0.25; %升余弦滚降系数 Hcos= zeros(1,N); ii= find(abs(f)(1-alpha)/(2*Ts)&abs(f)=(1+alpha)/(2*Ts); Hcos(ii)= Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(ii)-(1-alpha)/(2*Ts); ii= find(ab

28、s(f)=(1-alpha)/(2*Ts); Hcos(ii)= Ts; %根升余弦特性 Hrcos= sqrt(Hcos); EP= zeros(1,N); for loop= 1:2000 %产生数据序列 a= sign(randn(1,M); %产生PAM信号 s1= zeros(1,N); s1(1:L:N)= a*fs; %冲激序列 S1= t2f(s1,fs); S2= S1.*Hrcos; s2= real(f2t(S2,fs); %发送的PAM信号 P= abs(S2).2/T; EP= EP*(1-1/loop)+P/loop; %累积平均 if rem(loop,100)=0 fprintf(n %d,loop) end end %信道 N0= 0.01; nw= sqrt(N0*Bs)*randn(1,N); %白高斯噪声 r= s2+nw; %接收信号 R= t2f(r,fs); Y= R.*Hrcos; %匹配滤波 y= real(f2t(Y,fs); %采样前的信号 plot(f,EP) xlabel(f(kHz) ylabel(功率谱(W/kHz) axis(-2,2,0,max(EP) grid eyediagram(y,3*L,3,9);六、实验结果及分析图4.2 升余弦滚降系统功率谱仿真图由升余弦滚