通信原理软件实验报告.docx

1、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

2、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%Assume baseband signal:m(t)=sin(2000*pi*t)+2*cos(1000*pi*t)%carrier frequency is fc=20kHz,that is cos(2*pi*fc*t) %prepare workspaceClear allclose all%-%Common definition

3、sfs = 800; % sampling frequencyT = 200; % Time-domain truncation N = T*fs; % sample pointsdt = 1/fs; % time resolutiont = -T/2:dt:T/2-dt; df = 1/T; % minimum frequency-domain resolutionf = -fs/2:df:fs/2-df;%- fm1 = 1; %kHzfm2 = 0.5; %kHzmt = sin(2*pi*fm1*t)+2*cos(2*pi*fm2*t);mt1 = mt/3; % normalizat

4、ionfc = 20; %kHzct = cos(2*pi*fc*t);Ac = 1;%-%Simulate AMa = 0.8;st1 = Ac*(1+a*mt1).*ct; % AM Equation Sf1 = t2f(st1,fs); % Fourier Transformsurf1 = abs(hilbert(st1); % envelopefigure(1)%plot Modulating Signalsubplot(2,2,1),plot(t,mt),grid on,axis(0,+4,-3,+3),title(Modulating Signal),xlabel(t),ylabe

5、l(m(t)%plot Carrier Signalsubplot(2,2,2),plot(t,ct),grid on,axis(0,2/fc,-1,1),title(Carrier Signal),xlabel(t),ylabel(c(t)%plot Modulated Signal and its envelopesubplot(2,2,3),plot(t,st1,t,surf1,r:),grid on,axis(0,60/fc,-2*Ac,+2*Ac),title(Modulated Signal),xlabel(t),ylabel(s(t)%plot Frequency Spectru

6、msubplot(2,2,4),plot(f,abs(Sf1),axis(-30,+30,0,max(abs(Sf1),grid on,title(Frequency Spectrum),xlabel(f),ylabel(S(f)%-%Simulate DSB-SCst2 = Ac*mt.*ct;Sf2 = t2f(st2,fs); % Fourier Transformsurf2 = abs(hilbert(st2); % envelopefigure(2)%plot Modulating Signalsubplot(2,2,1),plot(t,mt),grid on,axis(0,+4,-

7、3,+3),title(Modulating Signal),xlabel(t),ylabel(m(t)%plot Carrier Signalsubplot(2,2,2),plot(t,ct),grid on,axis(0,2/fc,-1,1),title(Carrier Signal),xlabel(t),ylabel(c(t)%plot Modulated Signalsubplot(2,2,3),plot(t,st2),grid on,axis(0,60/fc,-3*Ac,+3*Ac),title(Modulated Signal),xlabel(t),ylabel(s(t)%plot

8、 Frequency Spectrumsubplot(2,2,4),plot(f,abs(Sf2),axis(-30,+30,0,max(abs(Sf2),grid on,title(Frequency Spectrum),xlabel(f),ylabel(S(f) %-%Simulate SSB%use t2f and f2t function to do hilbert transform%or may use mh = hilbert(mt);Mt = t2f(mt,fs);Mh = -1j*sign(f);mh = real(f2t(Mh,fs);%Gernerate SSB Sign

9、al (right side)st3 = mt.*cos(2*pi*fc*t)-mh.*sin(2*pi*fc*t);Sf3 = t2f(st3,fs);figure(3)%plot Modulating Signalsubplot(2,2,1),plot(t,mt),grid on,axis(0,+4,-3,+3),title(Modulating Signal),xlabel(t),ylabel(m(t)%plot Carrier Signalsubplot(2,2,2),plot(t,ct),grid on,axis(0,2/fc,-1,1),title(Carrier Signal),

10、xlabel(t),ylabel(c(t)%plot Modulated Signalsubplot(2,2,3),plot(t,st3),grid on,axis(0,60/fc,-6*Ac,+6*Ac),title(Modulated Signal),xlabel(t),ylabel(s(t)%plot Frequency Spectrumsubplot(2,2,4),plot(f,abs(Sf3),axis(-30,+30,0,max(abs(Sf3),grid on,title(Frequency Spectrum),xlabel(f),ylabel(S(f)%-%End of pro

11、gram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function S= 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

12、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

13、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%Assume baseband sign

14、al:% m(t)=sin(2000*pi*t)+2*cos(1000*pi*t)+4*sin(500*pi*t+pi/3)%carrier frequency is fc=40kHz,that is cos(2*pi*fc*t) %prepare workspaceclear allclose all%-%Common definitionsfs = 800; % sampling frequency (kHz)T = 16; % Time-domain truncation (ms)N = T*fs; % sample pointsdt = 1/fs; % time resolutiont

15、 = -T/2:dt:T/2-dt; df = 1/T; % minimum frequency-domain resolutionf = -fs/2:df:fs/2-df;%-fm1 = 1; % kHzfm2 = 0.5; % kHzfm3 = 0.25; % kHzfc = 40; % kHz%Baseband signalmt = sin(2*pi*fm1*t)+2*cos(2*pi*fm2*t)+4*sin(2*pi*fm3*t+pi/3);%Carrier signalct = cos(2*pi*fc*t);Kf = 5; % kHz/Vphi = 2*pi*Kf*cumsum(m

16、t)*dt; % phase deviation%-%Generate FM signalst = cos(2*pi*fc*t+phi); % FM signalSf = t2f(st,fs); % Fourier Transform%-%Plot figuresfigure(1)%plot Modulating Signalsubplot(1,2,1),plot(t,mt),grid on,axis(0,+8,-7,+7),title(Modulating Signal),xlabel(t),ylabel(m(t)%plot Carrier Signalsubplot(1,2,2),plot

17、(t,ct),grid on,axis(0,2/fc,-1,1),title(Carrier Signal),xlabel(t),ylabel(c(t)figure(2)%plot Modulated Signal and its envelopeplot(t,st),grid on,axis(0,180/fc,-1.5,+1.5),title(Modulated Signal),xlabel(t),ylabel(s(t)figure(3)%plot Frequency Spectrumplot(f,abs(Sf),axis(-90,+90,0,max(abs(Sf),grid on,titl

18、e(Frequency Spectrum),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

19、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(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 Retur

20、n 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

21、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%This is exp11 of communication matlab experiment.%Simulate digital co

22、ding wave and its power spectrum%duty ratio 25%,50%,75%,100% %both bipolar and unipolar RZ code %Prepare workspaceclear allclose all%-%common definitionsratio = 0.25,0.5,0.75,1;L = 128; % sample points every bit intervalN = 214; % total sample pointsM = N/L; % total bitsRs = 10; %kbit/sTs = 1/Rs; %b

23、its time intervalT = M*Ts; % periodfs = N/T; % sampling ratet = -T/2:1/fs:T/2-1/fs; % time domaindf = 1/T; % minimum frequency-domain resolutionf = -fs/2:df:fs/2-df; %frequecy domain%-%generate unipolar RZ code%prelocate space for speedratiolen = length(ratio);Frz_unipolar = zeros(ratiolen,length(f)

24、;Frz_bipolar = zeros(ratiolen,length(f);rz_unipolar = zeros(ratiolen,L*M);rz_bipolar = zeros(ratiolen,L*M);%loop to generate RZ code in different duty ratioEP1=zeros(size(f)+eps;EP2=zeros(size(f)+eps;for ii = 1:ratiolen for loop = 1:200 %generate unipolar data unip = (randn(1,M)0); %generate bipolar

25、 data bip = sign(randn(1,M); tmp1 = zeros(L,M); % zero matrix : L by M tmp2 = zeros(L,M); Lii = L*ratio(ii); % apply duty ratio tmp1(1:Lii,:) = ones(Lii,1)*unip; % unipolar RZ code matrix tmp2(1:Lii,:) = ones(Lii,1)*bip; % bipolar RZ code matrix rz_tmp1 = tmp1(:); % unipolar rz code array rz_tmp2 =

26、tmp2(:); % bipolar rz code array Frz_tmp1 = t2f(rz_tmp1,fs); % Fourier Transform Frz_tmp2 = t2f(rz_tmp2,fs); %P1 = abs(Frz_tmp1).2/T; P1 = Frz_tmp1.*conj(Frz_tmp1)/T; %Power Spectrum P2 = Frz_tmp2.*conj(Frz_tmp2)/T; EP1 = (EP1*(loop-1)+P1+eps)/loop; EP2 = (EP2*(loop-1)+P2+eps)/loop; end % different

27、duty ratio code in different row EP11=10*log10(EP1); EP22=10*log10(EP2); rz_unipolar(ii,:) = rz_tmp1; % time domain Frz_unipolar(ii,:) = EP11; % frequecy domain rz_bipolar(ii,:) = rz_tmp2; Frz_bipolar(ii,:) = EP22; end%-%visualize unipolar RZ codepicnum = 1;%first view%all in one fugure,subplot 4 by 2figure(1)for jj = 1:ratiolen %plot wave i