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.docx
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北邮通原软件实验报告
信息与通信工程学院
通信原理软件实验报告
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目录
实验一调幅信号波形频谱仿真1
一、实验题目1
二、基本原理1
1、AM调制原理1
2、DSB-SC调制原理1
3、SSB调制原理1
三、仿真思路2
四、程序框图2
五、仿真源代码2
六、实验结果及分析5
实验二调频信号波形频谱仿真6
一、实验题目6
二、基本原理6
三、仿真思路7
四、程序框图7
五、仿真源代码7
六、实验结果及分析8
实验三单双极性归零码波形及功率谱仿真10
一、实验题目10
二、基本原理10
1、单极性归零码10
2、双极性归零码10
3、各种码的比较10
三、仿真思路11
1、产生RZ码11
2、仿真功率谱密度11
3、作出仿真图11
四、程序框图12
五、仿真源代码12
六、实验结果及分析15
实验四根升余弦滚降功率谱密度及眼图仿真17
一、实验题目17
二、基本原理17
1、升余弦滚降17
2、眼图17
三、仿真思路18
四、程序框图18
五、仿真源代码18
六、实验结果及分析19
附录:
心得体会21
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=(E
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