北邮通原软件实验报告.

1、信息与通信工程学院通信原理软件实验报告i2013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:信息与通信工程学院通信原理软件实验报告目录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41. AM调制原理 42. DSB调制原理43.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

2、原理131. 单极性归零码 132. 双极性归零码 133. 各种码的比较13三. 仿真思路131. 产生RZ码132. 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251. 升余弦滚降252. 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2923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m（t）用n（200二t） 2cos（100二t），载波频率为20kHz，请仿真出AM DSB-SC SSB信号，观察已调信号的波形及

3、频谱。二. 基本原理1.AM调制原理对于单音频信号m(t) = Am sin(2二 fmt)进行AM调制的结果为Sam 二Ac(AAm si n(2 二fmt)si n 2-f二AcA(1as in (2 二fmt)si n 2 二fct其中调幅系数A，要求a乞1以免过调引起包络失真。由Amax和Amin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Amax Amin a 二AmaxAmin2.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：认(/) = &加(/) cos InfJ + Ac

4、m (r)sin耳期(/) = Acm (/)cos Infj - Acmt)sin Ufct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fTh确定载波fA确定f飞确定基本AM,DSB,FFT变换采样参数1和基带待SSB 的一得到信号作图调制信号条信号频谱五. 仿真源代码1.傅里正变换函数代码：fun ctio nS =t2f( s,fs )%傅里叶正变换,s表示输入信号，S代表s

5、的频谱，fs是采样率N=le ngth(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);End2. 傅里叶反变换函数代码:fun ctio ns = f2t( S,fs )%傅里叶反变换N=le ngth(S);T=N/fs;t=-(T/2):1/fs:(T/2-1/fs); tmp1=fft(S)/T;tmp2=N*ifft(S)/T; s(1:N/2

6、)=tmp1(N/2+1:-1:2); s(N/2+1:N)=tmp2(1:N/2);%时域采样点s=s.*exp(-j*pi*t*fs);End3.AM信号仿真代码：clear all ;close allfs=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;%kHzfm1=1; fm2=0.5;fc=20; a=1/3;%设定该题目参量%调幅指数m=si n(2*pi*fm1*t)+2*cos(2*pi*fm2*t);M=t2f(m,fs);c=cos(2*pi*fc*t);s=(1

7、+a*m).*cos(2*pi*fc*t);S=t2f(s,fs);%待调制基带信号%待调制基带信号傅里叶变换%载波信号%AM言号%AMt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)

8、 ),ylabel( c(t)(V) ),title( 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( 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)载波信号)AM时域波形),title( AM 幅频特性)4.DSB信号仿真代码：clear all ;close all ;fs=800;T=200;%

9、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;%kHzfm仁1;fm2=0.5;fc=20;%设置该题目参数m=si n(2*pi*fm1*t)+2*cos(2*pi*fm2*t); M=t2f(m,fs);%基带待调制信号%待调制信号频谱s=m.*cos(2*pi*fc*t);%DSB 言号S=t2f(s,fs);%DSB言号频谱figure(1) subplot(2,1,1) plot(t,s),axis(-2.5,1.5,-4,4) xlabel( t(ms) ),ylabel( s(t)(V) tit

10、le( DSB-SC 时域波形) subplot(2,1,2)%故出DSB信号波形)%故出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:clear all ;close allfs=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;%kHzfm仁1;fm2=0.5;fc=20;%设置本题目参数m=s

11、i n(2*pi*fm1*t)+2*cos(2*pi*fm2*t);M=t2f(m,fs);MH=-j*sig n(f).*M;mh=real(f2t(MH,fs);%基带待调制信号%基带待调制信号傅里叶变换%基带待调制信号的希尔伯特变换%SSB信号%ssbB号的傅里叶变换s=m.*cos(2*pi*fc*t)-mh.*si n( 2*pi*fc*t);S=t2f(s,fs);subplot(2,1,2) plot(f,abs(S),axis(18,23,0,max(abs(S)+10) xlabel( f(kHz) ),ylabel( title( SSB幅频特性)|SSB(f)|(V/Hz

12、)figure(1)subplot(2,1,1) plot(t,s),axis(-3,3,-4,4) xlabel( t(ms) ),ylabel( title( SSB时域波形)%画出SSB信号的时域波形s(t)(V)%画出SSB信号的频谱六. 仿真结果及分析1.AM信号仿真结果1S -1-0.50 站 11.51.载液信号-Q.0S -OH04-0.0200.02孤04 0K .080.1tfrns)側朗特性=1III100 -5Qd-.2iB1营中目 a ns519S20 2052121 622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

13、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DSSSC时捕遊搭t(in&562D.59.丄1919篩HWIIJO誥哲一上图为位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SSBAFt域戒邢-U估50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，

14、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 m（t） =sin（200 二t） 2cos（

15、100二t） 4sin（50 二t 二 /3），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m(t)二 acos(2二 fmt)经FM调制后的表达式为SFM(t) *cos2二以：(t)其中aKf门:(t)-sin 2二 fmt = : sin 2二 fmtfm调制指数fm。由卡松公式可知 FM信号的带宽为B 2C1)fm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t据.；m(t)dt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

16、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f确定基本确定载波确定FMFFT变换采样参数和基带待信号得到信号作图调制信号频谱五. 仿真源代码all ;% 设置基本采样参数%设置本题目参数clear all ;closefs=800;T=16;N=T*fs;dt=1/fs; t=-T/2:dt:T/2-dt;df=1/T; f=-fs/2:df:fs/2-df;%kHzfm1= 1;fm2=0.5;fm3=0.25;fc=40;Kf=5;thea=pi/3;%基带% 计算调频产m=si n(2*pi*fm1*t)+2*cos(2*pi*fm2*t)+4*si n(

17、 2*pi*fm3*t+thea);待调制信号phi=2*pi*Kf*cumsum(m)*dt;生的相位偏移s=cos(2*pi*fc*t+phi);%FM言号S=t2f(s,fs);%FM言号的傅里叶变换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

18、宽约为：W 78kHz-8kHz=70kHz。又由题可知，理论计算为：fm 4kHz，频偏为-:fmax 6V 5kHz/V 30kHz。利用卡松公示进行B 2(1)fm = 2( fmax fm)2(5 6 4) = 68kHz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.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1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

19、0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2尺，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1码发正的窄脉冲，0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2RbO信息与通信工程学院通信原理软件实验报告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 Ze

20、ro 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s。设a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，Rt是要求的占空比，dt是仿真系统的时域采样间隔，则a=(ra ndn (1,M)0);% tmp=zeros(L,M); % L1=L*tao; %taoRZ信号的产生方法是：先产生随机的0,1序列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 为占空比

21、tmp(1:L1,:)=o nes(L1,1)*a;2、仿真功率谱密度任意信号s(t)的功率谱的定义是PS(f)二 limTT：t其中(f)是s(t)截短后的傅氏变换,|ST(f)|2鸟/是的能量谱，t是X是对应的傅氏变换，那么X的功率谱便为&在截短时间内的功率谱。对于仿真系统，若x是时域取样值矢量,P二X.*conj X /T。针对随机过程X(t)，其平均功率谱密度定义为各样本功率谱密度的数学期望PX(f)=+K Pk(f)K km四、程序框图单极性归零：确定基本产生0,1按照占空 比产生对累积求和jr%采样参数随机码序应的归零得到功率作图II列码序列谱密度L丿14信息与通信工程学院通信原理

22、软件实验报告双极性归零:确定基本 采样参数产生0,1随机码序 列按照占空 比产生对 应的归零 码序列作图50五. 仿真源代码1单极性归零码仿真代码：clear all ;close all ;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);for loop=1:10

23、000%累积求和产生功率谱密度a=(ra ndn (1,M)0);tmp=zeros(L,M);L1=L*tao;tmp(1:L1,:)=o nes(L1,1)*a;s=tmp(:);S=t2f(s,fs);%样本信号的功率谱密度P=abs(SF2/T;EP=EP*(1-1/loop)+P/loop;endfigure(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,

24、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：clear all ;close all ;%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/

25、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);for loop=1:10000a=(ra nd(1,M)0.5);aa=1-2*a;tmp=zeros(L,M);L1=L*tao;tmp(1:L1,:)=o nes(L1,1)*aa;s=tmp(:);S=t2f(s,fs);%样本信号的功率谱密度P=abs(S).A2/T;EP=EP*(1-1/loop)+P/loop;endfigure(1)plot(t,s),axis(-3,3,-1

26、.2,1.2)%双极性归零码波形xlabel( t(ms) ),ylabel( s(t)(V)gridtitle(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) ),ylabel( 功率谱(db)title( 双极性归零码功

27、率谱(db)(占空比100%)六. 实验结果及分析1.单极性归零码(1 )占空比为100%时：单极性归零码波形占空比为t(ms)单极性归零码功率谱占空比为100%)1.510.50-30-20-1001020RkHz)单按性归雾码功率谱占空比100%)30可以看出占空比为 100%时，主瓣带宽为 5kHz(2 )占空比为75%时：单极性归零码浪形(占空比为了5%t(ms)单极性归零码功率ig(db)占空比为羽)f(kHz)可以看出占空比为 75%时，主瓣带宽为7kHz(3 )占空比为50%时：单极性归零码波形(占空比为別t(ms)单扱性归零码功率谱(占空比为0%)O4 3 2 1 0*3O,0

28、0.OM玉畧B掛IIRiI BIIIAi-20-100102030f(kHz)单极性归零码功率谱占空比为50%)可以看出占空比为 50%时，主瓣带宽为10kHz(4 )占空比为25%时:单极性归零码波形(占空比为茁)t(msl单极性归零码功率谱（占空比为2%）0-30单极性归零码功率谱但臥占空比25%）(qp) se可以看出占空比为 50%时，主瓣带宽为20kHz2双极性归零码（1 ）占空比为100% :汝极性归零职波形（占空比10 80.60402 o-0.24 4-0 64 8I- - rIII1T *11iliti|i N k hr - 111_ _ L r L - 11i1 Tl1ii

29、T _ HNh*-3-2-10123t(ms)O2 5 15 0-5O-1-O-o O肯工WQS5掛曰双极性归雾码功率谱（占空比100%）40-30-20-1001020304060f(kHz)双极性归零码功率谱db)(占空比100%)(qp)薛悴O0-220-16 J0 巧05101520ffkHz)可以看出当双极性归零码占空比为100%时，主瓣带宽为 5kHz（2 ）占空比为75%-202t(ms)欢极性归零码功率谱（占空比西鳴N工壬AA)ssaeO40-30-20-1001020304050f(kHz)双极性归零码功率谱(db)(占空比75%)0-2活05ffkHz)101520可以看出

30、双极性归零码占空比为75%时，主瓣带宽约为 7kHz占空比为50%t(ms)双扱性归零码功率谱(占空比0%04O020-5040 导 0-20-10 D 10203040fi(kHz)双极性归零码功率谱tdb) C占空比60%)05043mJ-協-100150-20 d5 -10-505101520ffkHz)可以看出双极性归零码占空比为75%时，主瓣带宽约为10kHz(4)占空比为25% :20双极性归零码功率谱（占空比25%）恳工乂多塑(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=fi nd(abs(f)=(1-alpha)/(2*Ts);Hcos(ii)=Ts;%根升余弦特性Hrcos=sqrt(Hcos);EP=zeros(1,N);for loop=1