四川大学现代电子技术实验 实验五.doc

现代电子技术专业实验实验报告课 程 现代电子技术专业实验 实验题目 matlab信道仿真实验 一、 实验目的1. 了解matlab如何编程模拟信道的传输。2. 了解通信系统构成的具体模块。3. 了解各种编码和解码方式。4. 了解噪声对于通信系统的影响。5. 了解各种参数对于通信信道传输系统的影响。二、 实验分析（1）理想信道传输实验 一个理想无噪声的数字收发系统如图 1 所示：阅读程序代码 main_ideal_system_tx_rx.m，根据上述原理框图理解并学习程序。 实验要求： 1、 详细说明本实验的调制类型。 答：本实验采用的调制类型是PAM脉冲幅度调制，实验输入信号是若干的ASCII码，通过函数ASCII2pam4将信号编码为4位的4进制序列，通过过采样器和低通滤波器，再在混频器中与载波相剩，得以调制。脉冲编码调制实质就是采样。2、 运行实验例程，解释接收端重建的符号序列和发送的符号序列之间的差异及原因。答：运行结果如下： main_ideal_system_tx_rxcluster_variance = 2.7570e-05percentage_symbol_errors = 0ans =dropping last 3 PAM symbolssendmessage =123 I have a dream, haha, I am dreaming 4567890reconstructed_message =123 I have a dream, haha, I am dreaming 456789 可以看到，接收端重建序列和发送端序列之间有略微差异，那就是，接收端最后一位0不见了。原因在于采样间隔太大，丢失了3位PAM符号，导致最后一位ASCII码不能重建。3、 解释程序运行后绘制的各个图的含义。答：第一幅图：可以看到这是在PAM调制后，经过低通滤波器后的信号时域图和频域图，可以看到，其频谱集中在低频附近。第二张图：第二张图表示接受端接收到信号通过混频器，低通滤波器，脉冲相关滤波器和减采样器之后，归一化到正负1和正负3的序列图。4、 改变载波的频率 fc=50,30,3,1，有些能正常，有些不正常，其原因是什么？ 答：由下图可知，基带频率最高频率Fm大概在1.5左右。采样频谱应该大于等于Fm。否则不能回复原始信号。载波频率分别为30,3的时候，输出序列都正常。输出为： cluster_variance（方差） = 4.5913和2.7570e-05和3.7647e-05percentage_symbol_errors = 0ans =dropping last 3 PAM symbolssendmessage =123 I have a dream, haha, I am dreaming 4567890reconstructed_message =123 I have a dream, haha, I am dreaming 456789当载频为50和1时，虽然结果显示无异，但是在接收端归一化序列图有失真。当载频为50时，cluster_variance（方差） = 4.5913，可看到归一化到了正负2和正负6。但是也能回复原始信号。、当载频为1时，cluster_variance =0.0864，归一化值均有偏差。但也能恢复原始信号。而当载频为0.5时，产生混叠，不能恢复原始信号。cluster_variance =0.2229percentage_symbol_errors = 45.4545ans =dropping last 3 PAM symbolssendmessage =123 I have a dream, haha, I am dreaming 4567890reconstructed_message =effeYeiefeeeeefeeiieieieieYeeieefeeiijfeeeffii5、 检测不同过采样的效果，改变 M=1000,25,10，有些能正常，有些不正常，其限制因素是什么？ 答：M=1000，25时，过采样频率大于原采样频率16，所以能接收到正确的序列，当M靠近16或者比16小的时候，就会出现方差变大的情况。当M=10时reconstructed_message =1330M0hqre0q0dseqm,0hqhq,0M0qm0dseqminc0453389序列也更乱，不能恢复信号。6、 如何移除接收机前端的低通滤波器（LPF）是否能正常检测信号，如果同时存在别的用 户会有什么影响？发射端增加一个载频 fc=30 的用户，修改程序实现正常检测发射信号。 答：当去掉接收机前端低通滤波器后显然不能正常恢复信号，其恢复出的序列是：sendmessage =123 I have a dream, haha, I am dreaming 4567890reconstructed_message =effeYeiefeeeeefeeiieieieieYeeieefeeiijfeeeffii若同时存在其他用户，在同一载频上将无法区分两个信号，无法分离。当在发送端加一个载频30的用户，可添加如下代码实现可实现正常发射：fc=40; % carrier frequencyfc2 = 30;c=cos(2*pi*fc*t); % carrier c2 = cos(2*pi*fc2*t);r=c.*x + c2.*x; 在接收端分别同两个载频的余弦波相剩，再分别通过低通滤波器后和分别获取到信号。7、 接收机前端低通滤波器（LPF）最低和最高截止频率是多少？ 答：由上面第4小题可知，基带信号最高频率约在1.5左右。则低通滤波器的截止频谱因大于1.5，小于2倍载频，即60。8、 将调制方式改为 BPSK，修改发射和接收程序实现信息的正常检测。 答：将调制方式改为BPSK后的源代码如下：-发送端-% clear all;% BPSKsendmessage=123 I have a dream, haha, I am dreaming becoming 4567890;% % ASCII码转为8为2进制数N=length(sendmessage); % length of stringf=zeros(1,8*N); % 82for k=0:N-1 % change to base 2 f(8*k+1:8*k+8)=dec2base(sendmessage(k+1),2,8)-48;end % 转换为双极性编码N=length(f); % 82m=zeros(1,N); % for k=1:N if f(k)=1 m(k)=1; end if f(k)=0 m(k)=-1; end end % 过采样M=100; mup=zeros(1,N*M); mup(1:M:end)=m; % oversampling factor% Hamming pulse filter with T/M-spaced impulse responsep=hamming(M); % blip pulse of width Mx=filter(p,1,mup); % convolve pulse shape with datafigure(1), plotspec(x,1/M) % BPSK调制N=length(mup);bpsk_m=zeros(1,N);% j=1;k=1;for i=1:N bpsk_m(i)=mup(i)*cos(2*pi*(length(m)/N)*i);end% - 接收端- %接收端% am demodulation of received signal sequence r% 相干解调n=1:1:N;bpsk_m2=bpsk_m.*cos(2*pi*(length(m)/N)*n);% % 滤波fl=50; %fbe=0 0.4 0.5 1; damps=1 1 0 0 ; % fbedampsb=remez(fl,fbe,damps); %x3=2*filter(b,1,bpsk_m2); %y=filter(fliplr(p)/(pow(p)*M),1,x3);z=y(0.5*fl+M:M:end); %N=length(z);for i=1:N if z(i)0&z(i)-1&z(i)0; z(i)=-1; endendfigure(3), plot(1:length(z),z,.) % % 转换成2进制mprime=quantalph(z,-1,1); %+/-1 for k=1:length(mprime) % if mprime(k)=1 mprime(k)=1; end if mprime(k)=-1 mprime(k)=0; end end % 由2进制转换为十进制S = length(mprime);off = mod(S,8);if off = 0sprintf(dropping last %i PAM symbols,off)mprime = mprime(1:S-off);endN = length(mprime)/8;reconstructed=zeros(1,N);for k = 0:N-1reconstructed(k+1) = base2dec(char(mprime(8*k+1:8*k+8)+48),2); end% 重建信号reconstructed_message = char(reconstructed);sendmessagereconstructed_message执行结果：9、 （选做，加 10 分）将调制方式改为 QPSK，修改发射和接收程序实现信息的正常检测。（2）非理想信道传输实验 在实际的通信中，理想环境是不可能存在的，实际的通信系统会由于各种失真引起性能的恶 化，接收机会无法准确同步发射机的相关参数。在实际的通信中需要考虑如下问题： 1、 信道中的噪声对接收机会造成什么影响？ 2、 如果信道中存在反射或折射，同时有多条路径到达接收端，及存在多径干扰时会怎样？ 3、 如果接收机对发射机的载波初始相位未知，对接收信号会产生什么影响？ 4、 如果发射机的震荡频率有一点偏移（存在较小的频偏），即接收机的载波和发射机的载 波不能完全同步，接收端能正常恢复信号吗？ 5、 如果采样间隔不准确导致接收信号的采样在“错误”的时间会有什么影响？ 6、 如果接收机对符号的采样个数与发射机的不同又有什么影响？ 阅读程序代码 main_nonideal_sys_tx_rx.m，程序中仿真了各种损害带来的影响。 实验要求： 1、 根据程序说明每一个设置参数所代表的物理意义。 2、 改变噪声增益，观察噪声对信号的影响，分析噪声增益超过多大时误码率明显上升，原 因是什么？ 3、 分析第 2 个图和第 3 个图的异同，解析其中的原因？ 4、 分析三种多径干扰的异同和带来的影响。 5、 利用通信原理的知识分析相位误差对接收信号的影响，取相位偏移分别为 0.7 和/2， 观察误码率的变化。 6、 利用通信原理的知识分析频偏对接收信号的影响，使用参数为 0.01%的频偏，根据图和 输出解码结果分析其原因。 7、 由于信号从发射机传输到接收机存在传输延时，而实际上接收机是无法准