通信原理实验报告

1、 通信原理实验报告学 院 电子信息工程学院 专 业 通信工程 学生姓名 学 号 班级 二一五年一月实验一 FM 调制及解调1、 实验目的 1、运用所学知识实现对简单信号的调整和解调。 2、在对信号的幅度，频率等的调制中，掌握方法，观察调制波形。 3、了解MATLAB有关信号调用的子函数二、基本原理 单音频信号 经FM调制后的表达式为 其中 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。 三 仿真方案 四 、仿真代码clear

2、allts=0.001; %信号抽样时间间隔t=0:ts:10-ts; %时间向量 fs=1/ts; %抽样频率df=fs/length(t); %fft的频率分辨率msg=randint(100,1,-3,3,123); %生成消息序列,随机数种子为123 msg1=msg*ones(1,fs/10); %扩展成取样信号形式msg2=reshape(msg1.,1,length(t);Pm=fft(msg2)/fs; %求消息信号的频谱f=-fs/2:df:fs/2-df;subplot(2,1,1)plot(t,fftshift(abs(Pm)title(消息信号频谱)int_msg(1)

3、=0; %消息信号积分for ii=1:length(t)-1int_msg(ii+1)=int_msg(ii)+msg2(ii)*ts;endkf=50;fc=250; %载波频率Sfm=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_msg); %调频信号Pfm=fft(Sfm)/fs; % FM信号频谱subplot(2,1,2)plot(f,fftshift(abs(Pfm) % 画出已调信号频谱title(FM信号频谱)Pc=sum(abs(Sfm).2)/length(Sfm) %已调信号功率Ps=sum(abs(msg2).2)/length(msg2) %消息信号功率fm=

4、50;betaf=kf*max(msg)/fm % 调制指数W=2*(betaf+1)*fm % 调制信号带宽5、 实验结果及分析分析：Pc = 0.5000 Ps = 0.5000 betaf =1 W = 200 已调信号的功率：Pc =0.5007 消息信号的功率：Ps =0.4975调制指数：betaf =1 调制信号的带宽：W =200 得出FM信号的解调采用的解调器是具有频率电压转换特性的鉴频器，因而解调出的消息信号幅度是随着输入频率变化的。 如果调制信号通过AWGN信道，解调出的信号会叠加上噪声，而且是随着消息信号的幅度叠加的。 实验二 2PSK调制数字通信系统一 、实验题目 设

5、计一个采用2PSK调制的数字通信系统 1.设计系统整体框图及数学模型； 2.产生离散二进制信源，进行信道编码（汉明码），产生BPSK信号； 3.加入信道噪声（高斯白噪声）； 4.BPSK信号相干解调，信道解码； 5.系统性能分析（信号波形、频谱，白噪声的波形、频谱，信道编解 二 实验基本原理 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。 数字调制技术的两种方法：利

6、用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，比如对载波的相位进行键控，便可获得相移键控（PSK）基本的调制方式。 图1 相应的信号波形的示例 调制原理 数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于同相状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为反相。一般把信号振荡一次（一周）作为360度。如果一个波比另一个波相差半

7、个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，1码控制发0度相位，0码控制发180度相位。载波的初始相位就有了移动，也就带上了信息。 相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为 解调原理 2PSK信号的解调方法是相干解调法。由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。下图2-3中给出了一种2PSK信号相干接收设备的原理框图。图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判

8、决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0. 2PSK信号相干解调各点时间波形如图所示. 当恢复的相干载波产生180倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错. 2PSK信号相干解调各点时间波形 这种现象通常称为倒现象.由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180的相位模糊,所以2PSK信号的相干解调存在随机的倒现象,从而使得2PSK方式在实际中很少采用. 三 、仿真边框图四 、程序源代码clear all; close all; clc; max = 15; s=randint(1,max); %长度为max的随机二进制序

9、列 Sinput=; for n=1:length(s); if s(n)=0; A=zeros(1,2000); else s(n)=1; A=ones(1,2000); end Sinput=Sinput A; end figure(1);subplot(211); plot(Sinput); grid on axis(0 2000*length(s) -2 2); title(输入信号波形); Sbianma=encode (s,7,4,hamming); %汉明码编码后序列 a1=; b1=; f=1000; t=0:2*pi/1999:2*pi; for n=1:length(Sbi

10、anma); if Sbianma(n)=0; B=zeros(1,2000); %每个值2000个点 else Sbianma(n)=1; B=ones(1,2000); end a1=a1 B; %s(t),码元宽度2000 c=cos(2*pi*f*t); %载波信号 b1=b1 c; %与s(t)等长的载波信号，变为矩阵形式end figure(2); subplot(211) plot(a1); grid on; axis(0 2000*length(Sbianma) -2 2);title(编码后二进制信号序列); a2=; b2=; for n = 1:length(Sbianm

11、a); if Sbianma(n) = 0; C = ones(1,2000); %每个值2000点 d = cos(2*pi*f*t); %载波信号 else Sbianma(n) = 1; C = ones(1,2000); d = cos(2*pi*f*t+pi); %载波信号 end a2 = a2 C; %s(t)，码元宽度2000 b2 = b2 d; %与s(t)等长的载波信号 end tiaoz = a2.*b2; %e(t)调制figure(3); subplot(211); plot(tiaoz); grid on; axis(0 2000*length(Sbianma)

12、-2 2); title(2psk已调制信号); figure(2); subplot(212); plot(abs(fft(a1); axis(0 2000*length(Sbianma) 0 400); title(编码后二进制信号序列频谱);figure(3); subplot(212); plot(abs(fft(tiaoz); axis(0 2000*length(Sbianma) 0 400); title(2psk信号频谱) %-带有高斯白噪声的信道- tz=awgn(tiaoz,10); %信号tiaoz加入白噪声，信噪比为10 figure(4); subplot(211);

13、 plot(tz); grid on axis(0 2000*length(Sbianma) -2 2); title(通过高斯白噪声后的信号); figure(4); subplot(212); plot(abs(fft(tz); axis(0 2000*length(Sbianma) 0 800); title(加入白噪声的2psk信号频谱); %-同步解调- jiet=2*b1.*tz; %同步解调 figure(5); subplot(211);plot(jiet); grid on axis(0 2000*length(Sbianma) -2 2);title(相乘后的信号波形) f

14、igure(5); subplot(212); plot(abs(fft(jiet); axis(0 2000*length(Sbianma) 0 800); title(相乘后的信号频率); %-低通滤波器- fp=500; fs=700; rp=3; rs=20; fn=11025; ws=fs/(fn/2); wp=fp/(fn/2);%计算归一化角频率 n,wn=buttord(wp,ws,rp,rs); %计算阶数和截止频率 b,a=butter(n,wn); %计算H（z） figure(6); freqz(b,a,1000,11025); subplot(211); axis(0

15、 40000 -100 3) title(lpf频谱图); jt=filter(b,a,jiet); figure(7); subplot(211); plot(jt); grid on axis(0 2000*length(Sbianma) -2 2 ); title(经低通滤波器后的信号波形); figure(7); subplot(212); plot(abs(fft(jt); axis(0 2000*length(Sbianma) 0 800); title(经低通滤波器后的信号频率); %-抽样判决- for m=1:2000*length(Sbianma); if jt(m)0;

16、jt(m)=0; end end figure(8); subplot(211); plot(jt) grid on axis(0 2000*length(Sbianma) -2 2); title(经抽样判决后信号jt(t)波形) figure(8); subplot(212); plot(abs(fft(jt); axis(0 2000*length(Sbianma) 0 800); title(经抽样判决后的信号频谱); grid on; n=500:2000:2000*length(Sbianma); a5=; a5=a5 jt(n); s1=decode (a5,7,4,hammin

17、g); a6=; for n=1:length(s1); if s1(n)=0; G=zeros(1,2000); else s1(n)=1; G=ones(1,2000); end a6=a6 G; end figure(1); subplot(212); plot(a6); grid on axis(0 2000*length(s) -2 2); title(汉明码译码后的波形) grid on %-2psk误码率仿真- snrdB_min=-10; snrdB_max=10; snrdB=snrdB_min:1:snrdB_max; Nsymbols=200; snr=10.(snrdB

18、/10); h=waitbar(0,SNR Iteration); len_snr=length(snrdB); for j=1:len_snr waitbar(j/len_snr); sigma=sqrt(1/(2*snr(j); error_count=0; for k=1:Nsymbols d=round(rand(1); %随即数据 x_d=2*d-1; %0，1分别转化为-1，1 n_d=sigma*randn(1); %加噪 y_d=x_d+n_d; %加噪后接收 if y_d0 d_est=1; else d_est=0; end if(d_est=d) error_count=

19、error_count+1; end end errors(j)=error_count; end ber_sim=errors/Nsymbols; ber_theor=(erfc(sqrt(snr).*(1-0.5*erfc(sqrt(snr); figure(9); semilogy(snrdB,ber_theor,-,snrdB,ber_sim,*); axis(snrdB_min snrdB_max 0.0001 1); xlabel(信噪比); ylabel(误码率); title(2psk信噪比误码率关系图); legend(理论值,实际值)五 、实验结果及分析信号经过汉明码译码后

20、得到与输入波形相同的信号，可得出这个2psk通信系统可实现。可看出输入信号经过汉明码编码后的波形与理论推出的序列相同 如图所示是信号加入高斯白噪声后的波形，其中信噪比可调，实验中信噪比为10dB。在频谱图下方可以看到高斯白噪声的频谱密度，和理论的高斯白噪声频谱密度相同。 实验三 2FSK实验一、实验目的（1）熟悉2FSK调制原理。 （2）学会运用Matlab编写2FSK调制程序。 （3）会画出原信号和调制信号的波形图。 （4）掌握数字通信的2ASK和2FSK的调制方式。二、基本原理 二进制频率调制是用二进制数字信号控制正弦波的频率随二进制数字信号的变化而变化。由于二进制数字信息只有两个不同的符

21、号，所以调制后的已调信号有两个不同的频f1和f2，f1对应数字信息“1”，f2对应数字信息“0”。二进制数字信息及已调载波如图2-1所示。 图2-1 2FSK信号2FSK的产生 在2FSK信号中，当载波频率发生变化时，载波的相位一般来说是不连续的，这种信号称为不连续2FSK信号。相位不连续的2FSK通常用频率选择法产生，如图2-2所示： 2-2 2FSK信号调制器两个独立的振荡器作为两个频率发生器，他们受控于输入的二进制信号。二进制信号通过两个与门电路，控制其中的一个载波通过。调制器各点波形如图2-3所示： 图2-3 2FSK调制器各点波形 由图2-3可知，波形g是波形e和f的叠加。所以，二进

22、制频率调制信号2FSK可以看成是两个载波频率分别为f1和f2的2ASK信号的和。由于“1”、“0”统计独立，因此，2FSK信号功率谱密度等于这两个2ASK信号功率谱密度之和，即 由图2-4看出，2FSK信号的功率谱既有连续谱又有离散谱，离散谱位于两个载波频率f1和f2处，连续谱分布在f1和f2附近，若取功率谱第一个零点以内的成分计算带宽，显然2FSK信号的带宽为 为了节约频带，同时也能区分f1和f2，通常取|f1-f2|=2fs，因此2FSK信号的带宽为 当|f1-f2|=fs时，图2-4中2FSK的功率谱由双峰变成单峰，此时带宽为 对于功率谱是单峰的2FSK信号，可采用动态滤波器来解调。此处

23、介绍功率谱为双峰的2FSK信号的解调。3、 原理框图 4、 仿真程序a=1,0,1,1,0,1;subplot(3,1,1);stem(a);title(随机信号);for i=1:length(a) t=i-1:0.001:i;if(a(i)=1) s=sin(2*pi*t);endif(a(i)=0） s=sin(4*pi*t); end hold on; subplot(3,1,2);plot(t,s);title(2FSK调制后的信号)end5、 实验结果及分析 2FSK信号的调制解调原理是通过带通滤波器将2FSK信号分解为上下两路2FSK信号后分别解调，然后进行抽样判决输出信号。本实

24、验对信号2FSK采用相干解调进行解调。对于2FSK系统的抗噪声性能，本实验采用同步检测法。设“1”符号对应载波频率f1，“0”符号对应载波频率f2。在原理图中采用两个带通滤波器来区分中心频率分别为f1和f2的信号。中心频率为f1的带通滤波器之允许中心频率为f1的信号频谱成分通过，滤除中心频率为f2的信号频谱成分。 接收端上下支路两个带通滤波器的输出波形中H1,H2。在H1,H2波形中在分别含有噪声n1,n2，其分别为高斯白噪声ni经过上下两个带通滤波器的输出噪声窄带高斯噪声，其均值同为0，方差同为(n)2,只是中心频率不同而已。 其抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判

25、决规制应与调制规制相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率f1，则接收时上支路的抽样较大，应判为“1”，反之则判为“0”。 在（0，Ts）时间内发送“1”符号（对应1），则上下支路两个带通滤波器输出波形H1,H2。H1,H2分别经过相干解调（相乘低通）后，送入抽样判决器进行判决。比较的两路输入波形分别为上支路st1=a+n1,下支路st2=n2，其中a为信号成分；n1和n2均为低通型高斯噪声，其均值为零，方差为（n）2。当st1的抽样值st1(i)小于st2的抽样值st2(i),判决器输出“0”符号，造成将“1”判为“0”的错误。实验四 PCM实验一、实验目的1、 通过本课程设计，巩固通信原

26、理PCM编码的有关知识；2、 熟悉A律和m律非均匀量化编码原理； 3、 确定PCM编码量化误差； 4、 学会用MATLAB来进行通信系统仿真。二、实验原理 脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation)在通信系统中完成将语音信号数字化功能。是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。PCM 对信号每秒钟取样 8000 次；每次取样为8个位，总共64kbps。PCM的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有

27、两种建议方式，分别为A律和m律方式，本设计采用了A律方式。 由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码，采用非均匀量化PCM编码示意图如图1所示。 3、 程序源代码clear all; t=0:0.01:5; m=sin(2*pi*t+2*pi*rand(1); v=1; mm=m/v; smm=floor(mm*2048); subplot(4,1,1); plot(t,m); ylim(-2 2); y1=pcm_encode(smm); y2=pcm_decode(y1,v) subplot(4,1,2); plot(t,y2); ylim(-1 1); x=6*0.5*sin(2*pi

28、*t+2*pi*rand(1); xx=x/(6*0.5); v=6*0.5; sxx=floor(xx*2048); y=pcm_encode(sxx); yy=pcm_decode(y,v); nq=sum(x-yy).*(x-yy)/length(x); sq=mean(yy.2); snr=(sq/nq); snrq=10*log10(mean(snr) subplot(4,1,3); plot(t,x); subplot(4,1,4); plot(t,yy); 函数一pcm_encode.mfunction out=pcm_encode(x)%x encode to pcm code

29、n=length(x);%-4096x0 out(i,1)=1;%符号位 else out(i,1)=0;%符号位 end if abs(x(i)=0&abs(x(i)32 out(i,2)=0;out(i,3)=0;out(i,4)=0;step=2;st=0; elseif 32=abs(x(i)&abs(x(i)64 out(i,2)=0;out(i,3)=0;out(i,4)=1;step=2;st=32; elseif 64=abs(x(i)&abs(x(i)128 out(i,2)=0;out(i,3)=1;out(i,4)=0;step=4;st=64; elseif 128=a

30、bs(x(i)&abs(x(i)256 out(i,2)=0;out(i,3)=1;out(i,4)=1;step=8;st=128; elseif 256=abs(x(i)&abs(x(i)512 out(i,2)=1;out(i,3)=0;out(i,4)=0;step=16;st=256; elseif 512=abs(x(i)&abs(x(i)1024 out(i,2)=1;out(i,3)=0;out(i,4)=1;step=32;st=512; elseif 1024=abs(x(i)&abs(x(i)2048 out(i,2)=1;out(i,3)=1;out(i,4)=0;st

31、ep=64;st=1024; elseif 2048=abs(x(i)&abs(x(i)=4096) out(i,2:8)=1 1 1 1 1 1 1; else tmp=floor(abs(x(i)-st)/step); t=dec2bin(tmp,4)-48; %函数dec2bin输出的是ASCII字符串，48对应0 out(i,5:8)=t(1:4); endendout=reshape(out,1,8*n);%行变列函数二pcm_decode.mfunction out=pcm_decode(in,v)%decode the input pcm code %in:input the p

32、cm code 8 bits sample%v:quantized leveln=length(in);in=reshape(in,8,n/8);%列变行slot(1)=0;slot(2)=32;slot(3)=64;slot(4)=128;slot(5)=256;slot(6)=512;slot(7)=1024;slot(8)=2048;step(1)=2;step(2)=2;step(3)=4;step(4)=8;step(5)=16; step(6)=32;step(7)=64;step(8)=128;for i=1:n/8 ss=2*in(i,1)-1;%+1 -1 tmp=in(i,

33、2)*4+in(i,3)*2+in(i,4)+1;%2进制转换10进制 st=slot(tmp); dt=(in(i,5)*8+in(i,6)*4+in(i,7)*2+in(i,8)*step(tmp)+0.5*step(tmp); out(i)=ss*(st+dt)/4096*v;end四、实验结果及分析五、设计总结 通过本课程设计的学习，复习所学的专业知识，使课堂学习的理论知识应用于实践，通过本课程设计的实践使自己具有一定的实践操作能力；又掌握Matlab，并能熟练运用该软件设计并仿真通信系统；通过信息处理实践的课程设计的实践，掌握设计信息处理系统的思维方法和基本开发过程。通过Matlab仿真对PCM调制系统的采样、量化、编码的仿真与计算，使得分析PCM调制系统变得直观简单。实验五 循环码实验一、实验目的 1、通过实验了解循环码的工作原理。 2、深刻理解RS 码构造、RS 编译码等相关概念和算法。 二、实验原理 1、RS循环码编译码原理与特点 设C使某线性分组码的码字集合，如果对任它的循环移位也属于C，则称该码为循环码。 该码在结构上有另外的限制，即一个码字任意循环移位的结果仍是一个有效码字。其特点是：（1）可以用反馈移位寄存器很容易实现编码和伴随式的计算；（2）由于循环码有很多固有的代数结构，从而可以找