第9章-MATLAB在通信原理中的应用课件

第9章MATLAB在通信原理中的应用9.1模拟调制9.2数字基带传输9.3数字频带传输9.4综合实例第9章MATLAB在通信原理中的应用9.1模拟调制9.1.1常规调幅9.1模拟调制9.1.1常规调幅9.1模拟调制第9章-MATLAB在通信原理中的应用课件9.1.2抑制载波的双边带调幅9.1.2抑制载波的双边带调幅例9-1已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦信号，假设载波频率为16Hz,使用Matlab编程并画出（1）模拟基带信号；（2）模拟基带信号的功率谱密度（3）DSB-SC调制信号（4）该调制信号的功率谱密度例9-1已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦%抑制载波的双边带调幅Ts=1/2048;%采样时间间隔T=2;%信号时长Fm=2;%信源信号频率Fc=16%载波频率t=0:Ts:T-Ts;mt=0.5*cos(2*pi*Fm*t);%信源信号t_dsb=mt.*cos(2*pi*Fc*t);%时域调制信号delta_f=1/T;N=length(t_dsb);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];f_mt=fft(mt);f_mt=T/N*fftshift(f_mt);psf_mt=(abs(f_mt).^2+eps)/T;f_dsb=fft(t_dsb);f_dsb=T/N*fftshift(f_dsb);psf_dsb=(abs(f_dsb).^2+eps)/T;%抑制载波的双边带调幅subplot(221);plot(t,mt);gridon;xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号')subplot(222);plot(f,abs(f_mt));gridon;%plot(f,10*log10(psf_mt));xlabel('f');ylabel('psf');title('基带信号功率谱')axis([-202001]);subplot(223)plot(t,t_dsb);gridon;xlabel('t');ylabel('amp');title('DSB信号')subplot(224)plot(f,abs(f_dsb));gridon;%plot(f,10*log10(psf_dsb));xlabel('f');ylabel('psf');title('DSB信号功率谱')axis([-202001]);subplot(221);图9-2DSB信号的波形及功率谱图9-2DSB信号的波形及功率谱9.1.3单边带调幅例9-2已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦信号，假设载波频率为20Hz,使用Matlab编程并画出（1）模拟基带信号；（2）模拟基带信号的功率谱密度；（3）SSB-SC调制信号；（4）该调制信号的功率谱密度。9.1.3单边带调幅例9-2已知模拟基带信号为频率为2H：%单边带幅度信号调制closeallclearallTs=1/2048;%采样时间间隔T=2;%信号时长Fm=2;%信号频率Fc=20;%载波频率t=0:Ts:T-Ts;mt=0.5*cos(2*pi*Fm*t);%基带信号t_ssb=real(hilbert(mt).*exp(j*2*pi*Fc*t));%时域调制信号delta_f=1/T;N=length(t_ssb);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_mt=fft(mt);f_mt=T/N*fftshift(f_mt);psf_mt=(abs(f_mt).^2+eps)/T;f_ssb=fft(t_ssb);f_ssb=T/N*fftshift(f_ssb);psf_ssb=(abs(f_ssb).^2+eps)/T;subplot(221);：plot(t,mt);gridonxlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号')subplot(222);plot(f,10*log10(psf_mt));gridonxlabel('f');ylabel('psf');title('基带信号功率谱')axis([-2525-500]);subplot(223)plot(t,t_ssb);gridonxlabel('t');ylabel('amp');title('SSB信号')subplot(224)plot(f,10*log10(psf_ssb));gridonxlabel('f');ylabel('psf');title('SSB信号功率谱')axis([-2525-500]);plot(t,mt);gridon图9-3SSB信号的波形及功率谱图9-3SSB信号的波形及功率谱9.1.4幅度调制的解调9.1.4幅度调制的解调第9章-MATLAB在通信原理中的应用课件例9-3已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦信号，假设载波频率为16Hz,使用Matlab编程并画出（1）模拟基带信号；（2）DSB信号相干解调后信号波形。例9-3已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦clearall；closeall;Ts=1/2048;%采样时间间隔T=2;%信号时长Fm=2;%信源信号频率Fc=16%载波频率t=0:Ts:T-Ts;mt=0.5*cos(2*pi*Fm*t);%信源信号t_dsb=mt.*cos(2*pi*Fc*t);%时域调制信号delta_f=1/T;N=length(t_dsb);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];f_mt=fft(mt);f_mt=T/N*fftshift(f_mt);psf_mt=(abs(f_mt).^2+eps)/T;f_dsb=fft(t_dsb);f_dsb=T/N*fftshift(f_dsb);psf_dsb=(abs(f_dsb).^2+eps)/T;t_demod=t_dsb.*cos(2*pi*Fc*t);f=delta_f*[-N/2:N/2-1];第9章-MATLAB在通信原理中的应用课件f_demod=fft(t_demod);f_demod=fftshift(f_demod);f_lpf=zeros(1,length(f));bf=[-floor(2*Fm/delta_f):floor(2*Fm/delta_f)]+floor(length(f)/2);f_lpf(bf)=1;f_demod=f_demod.*f_lpf;%f_demod=T/N*fftshift(f_demod);f_demod=fftshift(f_demod);st=ifft(f_demod);st=real(st);subplot(211);plot(t,mt);xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号')subplot(212);plot(t,st);%plot(f,10*log10(psf_mt));xlabel('t');ylabel('amp');title('相干解调后输出信号')f_demod=fft(t_demod);图9-6基带信号和DSB信号相干解调后信号波形图9-6基带信号和DSB信号相干解调后信号波形9.1.5角度调制9.1.5角度调制调频信号解调基本模型

经微分后的信号其包络变化反映了基带信号的变化，因此经过包络检波器后既可得到原来的基带信号调频信号解调基本模型经微分后的信号其包络变化反映了基带信号例9-4设基带信号为频率1Hz，幅度为1V的余弦信号，载波中心频率8Hz，频率偏移常数为5，载波平均功率为1W。（1）画出基带信号与该调频信号的时域波形；（2）画出该调频信号的功率谱密度；（3）使用鉴频器解调调频信号，并与输入信号做比较。%调频的调制解调过程clearall;closeall;Kf=5;Fm=1;Fc=8;T=2;例9-4设基带信号为频率1Hz，幅度为1V的余弦信号，载波dt=0.001;t=0:dt:T-dt;delta_f=1/T;N=length(t);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];A=sqrt(2);mt=cos(2*pi*Fm*t);mti=1/2/pi/Fm*sin(2*pi*Fm*t);t_fm=A*cos(2*pi*Fc*t+2*pi*Kf*mti);f_fm=fft(t_fm);f_fm=T/N*fftshift(f_fm);psf_fm=(abs(f_fm).^2+eps)/T;figure(1)subplot(311);plot(t,t_fm);gridon;holdon;plot(t,mt,'--');xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号和调频信号');dt=0.001;subplot(312)plot(f,10*log10(psf_fm));gridon;xlabel('f');ylabel('psf');title('调频信号功率谱');axis([-2525-500]);%调频信号解调fork=1:length(t_fm)-1t_dfm(k)=(t_fm(k+1)-t_fm(k))/dt;endt_dfm(length(t_fm))=0;subplot(313)plot(t,t_dfm);gridon;holdon;plot(t,A*2*pi*Kf*mt+A*2*pi*Fc,'--');xlabel('t');ylabel('amp');title('调频信号微分后包络');subplot(312)图9-8FM信号的波形及功率谱图9-8FM信号的波形及功率谱9.2数字基带传输数字基带传输系统的基本结构9.2.1数字基带信号常用的数字基带信号:单极性非归零码;单极性归零码;双极性非归零码;双极性归零码;双相码、差分双相码密勒码等。9.2数字基带传输数字基带传输系统的基本结构9.2.1

例9-5使用单极性非归零码来表示一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布），画出信号波形示意图和功率谱图。%随机数生成x=(sign(randn(1,16))+1)/2;functiony=snrz(x)Fs=128;Ts=1/Fs;T=length(x);t=0:Ts:length(x)-Ts;fori=1:length(x)forj=1:Fsy((i-1)*Fs+j)=x(i);endenddelta_f=1/T;N=length(y);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_snrz=fft(y);f_snrz=T/N*fftshift(f_snrz);例9-5使用单极性非归零码来表示一个随机生成的二元psf=(abs(f_snrz).^2+eps)/T;subplot(211)plot(t,y,'k');gridon;axis([0,i,-0.2,1.2]);xlabel('t');ylabel('amp');title('单极性非归零码');subplot(212);plot(f,psf,'k');gridon;xlabel('f');ylabel('psf');title('单极性非归零码功率谱');axis([-440max(psf)]);在commandwindow中键入如下命令观看运行结果：x=(sign(randn(1,16))+1)/2；snrz(x)；psf=(abs(f_snrz).^2+eps)/T;图9-10单极性非归零码的波形及功率谱图9-10单极性非归零码的波形及功率谱例9-6使用双极性归零码表示一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布），画出信号波形示意图和功率谱图。%随机数生成functiony=drz(x)Fs=128;Ts=1/Fs;T=length(x);t=0:Ts:length(x)-Ts;fori=1:length(x)forj=1:Fs/2y(Fs/2*(2*i-2)+j)=sign(x(i)-0.5);y(Fs/2*(2*i-1)+j)=0;endenddelta_f=1/T;例9-6使用双极性归零码表示一个随机生成的二元序列（假设“N=length(y);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_snrz=fft(y);f_snrz=T/N*fftshift(f_snrz);psf=(abs(f_snrz).^2+eps)/T;subplot(211)plot(t,y);gridon;axis([0,i,-1.2,1.2]);xlabel('t');ylabel('amp');title('双极性归零码');subplot(212);plot(f,psf);gridon;xlabel('f');ylabel('psf');title('双极性归零码功率谱');axis([-440max(psf)]);在commandwindow中键入如下命令观看运行结果：x=(sign(randn(1,16))+1)/2;drz(x)N=length(y);图9-11双极性归零码的波形及功率谱图9-11双极性归零码的波形及功率谱结论：二进制基带信号的占空比越小，占用频带越宽。若以谱的第1个零点计算，其带宽为1/

，其中为脉冲宽度。单极性NRZ信号中没有定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变换；等概的双极性信号没有离散谱。结论：9.2.2带限系统下的基带信号

带限系统下的基带信号设计的重要原则就是如何设计无码间干扰的信号波形。9.2.2带限系统下的基带信号

带限系统下的基带信号设计的例9-7使用Matlab编程并画出的升余弦滚降系统的时域波形和频谱特性。%升余弦函数clearallcloseallTd=1;Fs=33;Ts=1/Fs;delta_f=1.0/(20.0*Td);t=-10*Td:Ts:10*Td;f=-2/Td:delta_f:2/Td;alpha=[00.51];forn=1:length(alpha)fork=1:length(f)ifabs(f(k))>0.5*(1+alpha(n))/TdXf(n,k)=0;elseifabs(f(k))<0.5*(1-alpha(n))/TdXf(n,k)=Td;else例9-7使用Matlab编程并画出的升余弦滚降系统的时域波Xf(n,k)=0.5*Td*(1+cos(pi*Td/(alpha(n)+eps)*(abs(f(k))-0.5*(1-alpha(n))/Td)));endendxt(n,:)=sinc(t/Td).*(cos(alpha(n)*pi*t/Td))./(1-4*alpha(n)^2*t.^2/Td^2+eps);endfigure(1)plot(f,Xf);gridonaxis([-1101.2]);xlabel('f/Ts');ylabel('')title('升余弦滚降频谱');figure(2)plot(t,xt);gridonaxis([-1010-.51.1]);gridonxlabel('t');ylabel('amp');title('升余弦滚降波形');Xf(n,k)=0.5*Td*(1+cos(pi*Td/(a第9章-MATLAB在通信原理中的应用课件图9-12升余弦滚降波形图9-12升余弦滚降波形升余弦滚降特性波形在抽样点上（Ts的整数倍）是周期性零点，而且它的尾部衰减较快，这样就可以实现在抽样值点上无码间干扰传输。随着滚降系数的增加，其带宽也是增加的，这就意味着系统的频带利用率降低。升余弦滚降特性波形在抽样点上（Ts的整数倍）是周期性零点，而9.2.3最佳基带系统最佳基带系统就是既能消除码间干扰，又有最好的抗噪声性能的系统，其系统如图无码间干扰：

AWAN信道上的最佳接收：

通常满足最佳基带系统设计的发送滤波器和接收滤波器的幅度谱可以采用升余弦滚降特性的根号函数9.2.3最佳基带系统无码间干扰：例9-8使用Matlab设计一个最佳基带系统，并使用眼图验证该系统的性能。%最佳基带系统实现clearall;closeall;M=256;Rb=2;Tb=1/Rb;Fs=32;L=Fs/Rb;N=M*L;Bs=Fs/2;T=M*Tb;t=-T/2+[0:N-1]/Fs;例9-8使用Matlab设计一个最佳基带系统，并使用眼图验f=-Bs+[0:N-1]/T;alpha=0.5;Hcos=zeros(1,N);ii=find(abs(f)>(1-alpha)/(2*Tb)&abs(f)<=(1+alpha)/(2*Tb));Hcos(ii)=Tb/2*(1+cos(pi*Tb/alpha*(abs(f(ii))-(1-alpha)/(2*Tb))));ii=find(abs(f)<=(1-alpha)/(2*Tb));Hcos(ii)=Tb;Hrcos=sqrt(Hcos);Htcos=Hrcos;EP=zeros(1,N);forloop=1:2000a=sign(randn(1,M));s1=zeros(1,N);s1(1:L:N)=a*Fs;S1=t2f(s1,Fs);S2=S1.*Htcos;s2=real(f2t(S2,Fs));P=abs(S2).^2/T;

f=-Bs+[0:N-1]/T;EP=EP*(1-1/loop)+P/loop;%ifrem(loop,100)==0%fprintf('\n%d',loop)%endEndN0=0.01;nw=sqrt(N0*Bs)*randn(1,N);%高斯白噪声r=s2+nw;%接收信号R=t2f(r,Fs);Y=R.*Hrcos;%匹配滤波y=real(f2t(Y,Fs));plot(f,EP,'k');xlabel('f');ylabel('psf');title('最佳基带系统频谱图');axis([-2,20,max(EP)])eyediagram(y,3*L,3,9);EP=EP*(1-1/loop)+P/loop;第9章-MATLAB在通信原理中的应用课件图9-14最佳基带系统频谱及眼图图9-14最佳基带系统频谱及眼图9.3数字频带传输

数字信号的传输方式分为基带传输和频带传输;调制后的信号就是频带信号，传送数字频带信号的通信系统就称为数字频带传输系统。2OOK、2PSK和2FSK在AWGN信道下的性能。

9.3数字频带传输数字信号的传输方式分为基带传输和频带传9.3.1振幅键控2ASK中载波幅度是随调制信号变化，其表达式为调制框图9.3.1振幅键控2ASK中载波幅度是随调制信号变化，其表OOK信号解调方法：非相干解调（包络检波）和相干解调（a）非相干解调模型（b）相干解调模型OOK信号解调方法：非相干解调（包络检波）和相干解调（a）非例9-9使用一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布），画出OOK信号波形和频谱图及相干解调后的波形。%ookclearall;closeall;A=1;Fc=2;%2HzFs=128;Ts=1/Fs;M=20;%二进制码元个数Td=1;T=M*Td;t=0:Ts:T-Ts;N=length(t);d=sign(randn(1,M));%产生0、1等概分布的随机序列例9-9使用一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布dd=sigexpand((d+1)/2,Fs);gt=ones(1,Fs);figure(1)subplot(221);t_snrz=conv(dd,gt);%生成基带信号delta_f=1/T;N=length(t);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_snrz=fft(t_snrz(1:length(t)));f_snrz=T/N*fftshift(f_snrz);psf=(abs(f_snrz).^2+eps)/T;plot(t,t_snrz(1:length(t)));gridonaxis([01001.2]);xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号');subplot(222);%plot(f,10*log10(abs(f_snrz).^2/T+eps));gridonplot(f,abs(f_snrz).^2/T+eps);gridonaxis([-22010]);xlabel('f');ylabel('psf');title('基带信号功率谱');%OOK信号ht=A*cos(2*pi*Fc*t);t_2ask=t_snrz(1:N).*ht;dd=sigexpand((d+1)/2,Fs);f_2ask=fft(t_2ask);f_2ask=T/N*fftshift(f_2ask);psf=(abs(f_2ask).^2+eps)/T;subplot(223)plot(t,t_2ask);gridonaxis([010-1.21.2]);ylabel('OOK');xlabel('t');ylabel('amp');title('OOK信号');subplot(224)%plot(f,10*log10(abs(f_2ask).^2/T+eps));gridonplot(f,abs(f_2ask).^2/T+eps);gridonaxis([-Fc-4Fc+405]);xlabel('f');ylabel('psf');title('OOK信号功率谱');%sigexpand函数function[out]=sigexpand(d,M)N=length(d);out=zeros(M,N);out(1,:)=d;out=reshape(out,1,M*N);f_2ask=fft(t_2ask);图9-17OOK信号波形及功率谱OOK信号的带宽是基带信号带宽的2倍，且含有载频分量。图9-17OOK信号波形及功率谱OOK信号的带宽是基图8-182FSK信号调制框图9.3.2频移键控2FSK中载波频率是随调制信号变化，其表达式为图8-182FSK信号调制框图9.3.2频移键控2FS2FSK信号的解调同样也可以用非相干解调和相干解调两种方法。其非相干解调框图如所示，2FSK信号的解调同样也可以用非相干解调和相干解调两种方法。例9-10使用一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布），画出2FSK信号波形和频谱图。%2fskA=1;Fc1=2;Fc2=4;%2HzFs=128;Ts=1/Fs;M=20;%二进制码元个数Td=1;T=M*Td;t=0:Ts:T-Ts;N=length(t);d=sign(randn(1,M));%产生0、1等概分布的随机序列dd=sigexpand((d+1)/2,Fs);gt=ones(1,Fs);figure(1)subplot(221);t_snrz=conv(dd,gt);%生成基带信号例9-10使用一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分delta_f=1/T;N=length(t);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_snrz=fft(t_snrz(1:length(t)));f_snrz=T/N*fftshift(f_snrz);psf=(abs(f_snrz).^2+eps)/T;plot(t,t_snrz(1:length(t)));gridonaxis([0501.2]);xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号');subplot(222);%plot(f,10*log10(abs(f_snrz).^2/T+eps));gridonplot(f,abs(f_snrz).^2/T+eps);gridonaxis([-22010]);xlabel('f');ylabel('psf');title('基带信号功率谱');ht1=A*cos(2*pi*Fc1*t);ht2=A*cos(2*pi*Fc2*t);t_2fsk=(1-t_snrz(1:N)).*ht1+t_snrz(1:N).*ht2;delta_f=1/T;f_2fsk=fft(t_2fsk(1:N));f_2fsk=T/N*fftshift(f_2fsk);psf=(abs(f_2fsk).^2+eps)/T;%2PSK信号subplot(223)plot(t,t_2fsk);gridon;axis([05-1.21.2]);xlabel('t');ylabel('amp');title('2FSK信号');subplot(224)plot(f,abs(f_2fsk).^2/T+eps);gridon;axis([-101002]);xlabel('f');ylabel('psf');title('2FSK信号功率谱');f_2fsk=fft(t_2fsk(1:N));图9-202FSK信号波形及功率谱图9-202FSK信号波形及功率谱9.3.3相移键控2PSK中载波相位是随调制信号变化，其表达式为2PSK的调制实现框图与OOK相同，2PSK信号只能用相干解调法进行解调，其接收端框图与OOK相干解调法框图一样9.3.3相移键控2PSK中载波相位是随调制信号变化，其表例9-11使用一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布），画出2PSK信号波形和频谱图。A=1;Fc=2;%2HzFs=128;Ts=1/Fs;M=20;%二进制码元个数Td=1;T=M*Td;t=0:Ts:T-Ts;N=length(t);d=sign(randn(1,M));%产生0、1等概分布的随机序列dd=sigexpand((d+1)/2,Fs);gt=ones(1,Fs);figure(1)例9-11使用一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分subplot(221);t_snrz=conv(dd,gt);%生成基带信号delta_f=1/T;N=length(t);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_snrz=fft(t_snrz(1:length(t)));f_snrz=T/N*fftshift(f_snrz);psf=(abs(f_snrz).^2+eps)/T;plot(t,t_snrz(1:length(t)));gridonaxis([0501.2]);xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号');subplot(222);%plot(f,10*log10(abs(f_snrz).^2/T+eps));gridonplot(f,abs(f_snrz).^2/T+eps);gridonaxis([-22010]);xlabel('f');ylabel('psf');title('基带信号功率谱');ht=A*cos(2*pi*Fc*t);subplot(221);t_2psk=(2*t_snrz(1:N)-1).*ht;f_2psk=fft(t_2psk(1:N));f_2psk=T/N*fftshift(f_2psk);psf=(abs(f_2psk).^2+eps)/T;%2PSK信号subplot(223)plot(t,t_2psk);gridon;axis([05-1.21.2]);xlabel('t');ylabel('amp');title('2PSK信号');subplot(224)plot(f,abs(f_2psk).^2/T+eps);gridon;axis([-Fc-4Fc+402]);xlabel('f');ylabel('psf');title('2PSK信号功率谱');t_2psk=(2*t_snrz(1:N)-1).*ht;图9-212PSK信号波形及功率谱由图可知，2PSK信号的是基带信号带宽的2倍，且不含载频分量。图9-212PSK信号波形及功率谱由图可知，2PSK信号9.4综合实例正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM）是一种新型的调制技术。随着要求传输的码元速率不断提高，传输带宽也越来越宽，而移动通信的传输信道是多径衰落严重的无线信道，信号传输带宽和传输信道相关带宽的不匹配会使得信号传输受到严重影响。为了解决这个问题，并行调制体制再次受到重视。OFDM技术就是一种多载波并行调制体制，它的特点如下：为了提高频谱效率，增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠；各路已调信号是严格正交的；每路子载波是多进制调制，且调制制度可以不同，可根据信道特性采用不同的体制。9.4综合实例正交频分复用（OrthogonalFreq9.4综合实例正交频分复用框图

9.4综合实例正交频分复用框图9.4综合实例正交频分复用频谱图9.4综合实例正交频分复用频谱图66

以上有不当之处，请大家给与批评指正，谢谢大家！66第9章MATLAB在通信原理中的应用9.1模拟调制9.2数字基带传输9.3数字频带传输9.4综合实例第9章MATLAB在通信原理中的应用9.1模拟调制9.1.1常规调幅9.1模拟调制9.1.1常规调幅9.1模拟调制第9章-MATLAB在通信原理中的应用课件9.1.2抑制载波的双边带调幅9.1.2抑制载波的双边带调幅例9-1已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦信号，假设载波频率为16Hz,使用Matlab编程并画出（1）模拟基带信号；（2）模拟基带信号的功率谱密度（3）DSB-SC调制信号（4）该调制信号的功率谱密度例9-1已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦%抑制载波的双边带调幅Ts=1/2048;%采样时间间隔T=2;%信号时长Fm=2;%信源信号频率Fc=16%载波频率t=0:Ts:T-Ts;mt=0.5*cos(2*pi*Fm*t);%信源信号t_dsb=mt.*cos(2*pi*Fc*t);%时域调制信号delta_f=1/T;N=length(t_dsb);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];f_mt=fft(mt);f_mt=T/N*fftshift(f_mt);psf_mt=(abs(f_mt).^2+eps)/T;f_dsb=fft(t_dsb);f_dsb=T/N*fftshift(f_dsb);psf_dsb=(abs(f_dsb).^2+eps)/T;%抑制载波的双边带调幅subplot(221);plot(t,mt);gridon;xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号')subplot(222);plot(f,abs(f_mt));gridon;%plot(f,10*log10(psf_mt));xlabel('f');ylabel('psf');title('基带信号功率谱')axis([-202001]);subplot(223)plot(t,t_dsb);gridon;xlabel('t');ylabel('amp');title('DSB信号')subplot(224)plot(f,abs(f_dsb));gridon;%plot(f,10*log10(psf_dsb));xlabel('f');ylabel('psf');title('DSB信号功率谱')axis([-202001]);subplot(221);图9-2DSB信号的波形及功率谱图9-2DSB信号的波形及功率谱9.1.3单边带调幅例9-2已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦信号，假设载波频率为20Hz,使用Matlab编程并画出（1）模拟基带信号；（2）模拟基带信号的功率谱密度；（3）SSB-SC调制信号；（4）该调制信号的功率谱密度。9.1.3单边带调幅例9-2已知模拟基带信号为频率为2H：%单边带幅度信号调制closeallclearallTs=1/2048;%采样时间间隔T=2;%信号时长Fm=2;%信号频率Fc=20;%载波频率t=0:Ts:T-Ts;mt=0.5*cos(2*pi*Fm*t);%基带信号t_ssb=real(hilbert(mt).*exp(j*2*pi*Fc*t));%时域调制信号delta_f=1/T;N=length(t_ssb);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_mt=fft(mt);f_mt=T/N*fftshift(f_mt);psf_mt=(abs(f_mt).^2+eps)/T;f_ssb=fft(t_ssb);f_ssb=T/N*fftshift(f_ssb);psf_ssb=(abs(f_ssb).^2+eps)/T;subplot(221);：plot(t,mt);gridonxlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号')subplot(222);plot(f,10*log10(psf_mt));gridonxlabel('f');ylabel('psf');title('基带信号功率谱')axis([-2525-500]);subplot(223)plot(t,t_ssb);gridonxlabel('t');ylabel('amp');title('SSB信号')subplot(224)plot(f,10*log10(psf_ssb));gridonxlabel('f');ylabel('psf');title('SSB信号功率谱')axis([-2525-500]);plot(t,mt);gridon图9-3SSB信号的波形及功率谱图9-3SSB信号的波形及功率谱9.1.4幅度调制的解调9.1.4幅度调制的解调第9章-MATLAB在通信原理中的应用课件例9-3已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦信号，假设载波频率为16Hz,使用Matlab编程并画出（1）模拟基带信号；（2）DSB信号相干解调后信号波形。例9-3已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦clearall；closeall;Ts=1/2048;%采样时间间隔T=2;%信号时长Fm=2;%信源信号频率Fc=16%载波频率t=0:Ts:T-Ts;mt=0.5*cos(2*pi*Fm*t);%信源信号t_dsb=mt.*cos(2*pi*Fc*t);%时域调制信号delta_f=1/T;N=length(t_dsb);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];f_mt=fft(mt);f_mt=T/N*fftshift(f_mt);psf_mt=(abs(f_mt).^2+eps)/T;f_dsb=fft(t_dsb);f_dsb=T/N*fftshift(f_dsb);psf_dsb=(abs(f_dsb).^2+eps)/T;t_demod=t_dsb.*cos(2*pi*Fc*t);f=delta_f*[-N/2:N/2-1];第9章-MATLAB在通信原理中的应用课件f_demod=fft(t_demod);f_demod=fftshift(f_demod);f_lpf=zeros(1,length(f));bf=[-floor(2*Fm/delta_f):floor(2*Fm/delta_f)]+floor(length(f)/2);f_lpf(bf)=1;f_demod=f_demod.*f_lpf;%f_demod=T/N*fftshift(f_demod);f_demod=fftshift(f_demod);st=ifft(f_demod);st=real(st);subplot(211);plot(t,mt);xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号')subplot(212);plot(t,st);%plot(f,10*log10(psf_mt));xlabel('t');ylabel('amp');title('相干解调后输出信号')f_demod=fft(t_demod);图9-6基带信号和DSB信号相干解调后信号波形图9-6基带信号和DSB信号相干解调后信号波形9.1.5角度调制9.1.5角度调制调频信号解调基本模型

经微分后的信号其包络变化反映了基带信号的变化，因此经过包络检波器后既可得到原来的基带信号调频信号解调基本模型经微分后的信号其包络变化反映了基带信号例9-4设基带信号为频率1Hz，幅度为1V的余弦信号，载波中心频率8Hz，频率偏移常数为5，载波平均功率为1W。（1）画出基带信号与该调频信号的时域波形；（2）画出该调频信号的功率谱密度；（3）使用鉴频器解调调频信号，并与输入信号做比较。%调频的调制解调过程clearall;closeall;Kf=5;Fm=1;Fc=8;T=2;例9-4设基带信号为频率1Hz，幅度为1V的余弦信号，载波dt=0.001;t=0:dt:T-dt;delta_f=1/T;N=length(t);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];A=sqrt(2);mt=cos(2*pi*Fm*t);mti=1/2/pi/Fm*sin(2*pi*Fm*t);t_fm=A*cos(2*pi*Fc*t+2*pi*Kf*mti);f_fm=fft(t_fm);f_fm=T/N*fftshift(f_fm);psf_fm=(abs(f_fm).^2+eps)/T;figure(1)subplot(311);plot(t,t_fm);gridon;holdon;plot(t,mt,'--');xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号和调频信号');dt=0.001;subplot(312)plot(f,10*log10(psf_fm));gridon;xlabel('f');ylabel('psf');title('调频信号功率谱');axis([-2525-500]);%调频信号解调fork=1:length(t_fm)-1t_dfm(k)=(t_fm(k+1)-t_fm(k))/dt;endt_dfm(length(t_fm))=0;subplot(313)plot(t,t_dfm);gridon;holdon;plot(t,A*2*pi*Kf*mt+A*2*pi*Fc,'--');xlabel('t');ylabel('amp');title('调频信号微分后包络');subplot(312)图9-8FM信号的波形及功率谱图9-8FM信号的波形及功率谱9.2数字基带传输数字基带传输系统的基本结构9.2.1数字基带信号常用的数字基带信号:单极性非归零码;单极性归零码;双极性非归零码;双极性归零码;双相码、差分双相码密勒码等。9.2数字基带传输数字基带传输系统的基本结构9.2.1

例9-5使用单极性非归零码来表示一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布），画出信号波形示意图和功率谱图。%随机数生成x=(sign(randn(1,16))+1)/2;functiony=snrz(x)Fs=128;Ts=1/Fs;T=length(x);t=0:Ts:length(x)-Ts;fori=1:length(x)forj=1:Fsy((i-1)*Fs+j)=x(i);endenddelta_f=1/T;N=length(y);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_snrz=fft(y);f_snrz=T/N*fftshift(f_snrz);例9-5使用单极性非归零码来表示一个随机生成的二元psf=(abs(f_snrz).^2+eps)/T;subplot(211)plot(t,y,'k');gridon;axis([0,i,-0.2,1.2]);xlabel('t');ylabel('amp');title('单极性非归零码');subplot(212);plot(f,psf,'k');gridon;xlabel('f');ylabel('psf');title('单极性非归零码功率谱');axis([-440max(psf)]);在commandwindow中键入如下命令观看运行结果：x=(sign(randn(1,16))+1)/2；snrz(x)；psf=(abs(f_snrz).^2+eps)/T;图9-10单极性非归零码的波形及功率谱图9-10单极性非归零码的波形及功率谱例9-6使用双极性归零码表示一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布），画出信号波形示意图和功率谱图。%随机数生成functiony=drz(x)Fs=128;Ts=1/Fs;T=length(x);t=0:Ts:length(x)-Ts;fori=1:length(x)forj=1:Fs/2y(Fs/2*(2*i-2)+j)=sign(x(i)-0.5);y(Fs/2*(2*i-1)+j)=0;endenddelta_f=1/T;例9-6使用双极性归零码表示一个随机生成的二元序列（假设“N=length(y);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_snrz=fft(y);f_snrz=T/N*fftshift(f_snrz);psf=(abs(f_snrz).^2+eps)/T;subplot(211)plot(t,y);gridon;axis([0,i,-1.2,1.2]);xlabel('t');ylabel('amp');title('双极性归零码');subplot(212);plot(f,psf);gridon;xlabel('f');ylabel('psf');title('双极性归零码功率谱');axis([-440max(psf)]);在commandwindow中键入如下命令观看运行结果：x=(sign(randn(1,16))+1)/2;drz(x)N=length(y);图9-11双极性归零码的波形及功率谱图9-11双极性归零码的波形及功率谱结论：二进制基带信号的占空比越小，占用频带越宽。若以谱的第1个零点计算，其带宽为1/

，其中为脉冲宽度。单极性NRZ信号中没有定时分量，若想获取定时分量，要进行波形变换；等概的双极性信号没有离散谱。结论：9.2.2带限系统下的基带信号

带限系统下的基带信号设计的重要原则就是如何设计无码间干扰的信号波形。9.2.2带限系统下的基带信号

带限系统下的基带信号设计的例9-7使用Matlab编程并画出的升余弦滚降系统的时域波形和频谱特性。%升余弦函数clearallcloseallTd=1;Fs=33;Ts=1/Fs;delta_f=1.0/(20.0*Td);t=-10*Td:Ts:10*Td;f=-2/Td:delta_f:2/Td;alpha=[00.51];forn=1:length(alpha)fork=1:length(f)ifabs(f(k))>0.5*(1+alpha(n))/TdXf(n,k)=0;elseifabs(f(k))<0.5*(1-alpha(n))/TdXf(n,k)=Td;else例9-7使用Matlab编程并画出的升余弦滚降系统的时域波Xf(n,k)=0.5*Td*(1+cos(pi*Td/(alpha(n)+eps)*(abs(f(k))-0.5*(1-alpha(n))/Td)));endendxt(n,:)=sinc(t/Td).*(cos(alpha(n)*pi*t/Td))./(1-4*alpha(n)^2*t.^2/Td^2+eps);endfigure(1)plot(f,Xf);gridonaxis([-1101.2]);xlabel('f/Ts');ylabel('')title('升余弦滚降频谱');figure(2)plot(t,xt);gridonaxis([-1010-.51.1]);gridonxlabel('t');ylabel('amp');title('升余弦滚降波形');Xf(n,k)=0.5*Td*(1+cos(pi*Td/(a第9章-MATLAB在通信原理中的应用课件图9-12升余弦滚降波形图9-12升余弦滚降波形升余弦滚降特性波形在抽样点上（Ts的整数倍）是周期性零点，而且它的尾部衰减较快，这样就可以实现在抽样值点上无码间干扰传输。随着滚降系数的增加，其带宽也是增加的，这就意味着系统的频带利用率降低。升余弦滚降特性波形在抽样点上（Ts的整数倍）是周期性零点，而9.2.3最佳基带系统最佳基带系统就是既能消除码间干扰，又有最好的抗噪声性能的系统，其系统如图无码间干扰：

AWAN信道上的最佳接收：

通常满足最佳基带系统设计的发送滤波器和接收滤波器的幅度谱可以采用升余弦滚降特性的根号函数9.2.3最佳基带系统无码间干扰：例9-8使用Matlab设计一个最佳基带系统，并使用眼图验证该系统的性能。%最佳基带系统实现clearall;closeall;M=256;Rb=2;Tb=1/Rb;Fs=32;L=Fs/Rb;N=M*L;Bs=Fs/2;T=M*Tb;t=-T/2+[0:N-1]/Fs;例9-8使用Matlab设计一个最佳基带系统，并使用眼图验f=-Bs+[0:N-1]/T;alpha=0.5;Hcos=zeros(1,N);ii=find(abs(f)>(1-alpha)/(2*Tb)&abs(f)<=(1+alpha)/(2*Tb));Hcos(ii)=Tb/2*(1+cos(pi*Tb/alpha*(abs(f(ii))-(1-alpha)/(2*Tb))));ii=find(abs(f)<=(1-alpha)/(2*Tb));Hcos(ii)=Tb;Hrcos=sqrt(Hcos);Htcos=Hrcos;EP=zeros(1,N);forloop=1:2000a=sign(randn(1,M));s1=zeros(1,N);s1(1:L:N)=a*Fs;S1=t2f(s1,Fs);S2=S1.*Htcos;s2=real(f2t(S2,Fs));P=abs(S2).^2/T;

f=-Bs+[0:N-1]/T;EP=EP*(1-1/loop)+P/loop;%ifrem(loop,100)==0%fprintf('\n%d',loop)%endEndN0=0.01;nw=sqrt(N0*Bs)*randn(1,N);%高斯白噪声r=s2+nw;%接收信号R=t2f(r,Fs);Y=R.*Hrcos;%匹配滤波y=real(f2t(Y,Fs));plot(f,EP,'k');xlabel('f');ylabel('psf');title('最佳基带系统频谱图');axis([-2,20,max(EP)])eyediagram(y,3*L,3,9);EP=EP*(1-1/loop)+P/loop;第9章-MATLAB在通信原理中的应用课件图9-14最佳基带系统频谱及眼图图9-14最佳基带系统频谱及眼图9.3数字频带传输

数字信号的传输方式分为基带传输和频带传输;调制后的信号就是频带信号，传送数字频带信号的通信系统就称为数字频带传输系统。2OOK、2PSK和2FSK在AWGN信道下的性能。

9.3数字频带传输数字信号的传输方式分为基带传输和频带传9.3.1振幅键控2ASK中载波幅度是随调制信号变化，其表达式为调制框图9.3.1振幅键控2ASK中载波幅度是随调制信号变化，其表OOK信号解调方法：非相干解调（包络检波）和相干解调（a）非相干解调模型（b）相干解调模型OOK信号解调方法：非相干解调（包络检波）和相干解调（a）非例9-9使用一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布），画出OOK信号波形和频谱图及相干解调后的波形。%ookclearall;closeall;A=1;Fc=2;%2HzFs=128;Ts=1/Fs;M=20;%二进制码元个数Td=1;T=M*Td;t=0:Ts:T-Ts;N=length(t);d=sign(randn(1,M));%产生0、1等概分布的随机序列例9-9使用一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布dd=sigexpand((d+1)/2,Fs);gt=ones(1,Fs);figure(1)subplot(221);t_snrz=conv(dd,gt);%生成基带信号delta_f=1/T;N=length(t);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_snrz=fft(t_snrz(1:length(t)));f_snrz=T/N*fftshift(f_snrz);psf=(abs(f_snrz).^2+eps)/T;plot(t,t_snrz(1:length(t)));gridonaxis([01001.2]);xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号');subplot(222);%plot(f,10*log10(abs(f_snrz).^2/T+eps));gridonplot(f,abs(f_snrz).^2/T+eps);gridonaxis([-22010]);xlabel('f');ylabel('psf');title('基带信号功率谱');%OOK信号ht=A*cos(2*pi*Fc*t);t_2ask=t_snrz(1:N).*ht;dd=sigexpand((d+1)/2,Fs);f_2ask=fft(t_2ask);f_2ask=T/N*fftshift(f_2ask);psf=(abs(f_2ask).^2+eps)/T;subplot(223)plot(t,t_2ask);gridonaxis([010-1.21.2]);ylabel('OOK');xlabel('t');ylabel('amp');title('OOK信号');subplot(224)%plot(f,10*log10(abs(f_2ask).^2/T+eps));gridonplot(f,abs(f_2ask).^2/T+eps);gridonaxis([-Fc-4Fc+405]);xlabel('f');ylabel('psf');title('OOK信号功率谱');%sigexpand函数function[out]=sigexpand(d,M)N=length(d);out=zeros(M,N);out(1,:)=d;out=reshape(out,1,M*N);f_2ask=fft(t_2ask);图9-17OOK信号波形及功率谱OOK信号的带宽是基带信号带宽的2倍，且含有载频分量。图9-17OOK信号波形及功率谱OOK信号的带宽是基图8-182FSK信号调制框图9.3.2频移键控2FSK中载波频率是随调制信号变化，其表达式为图8-182FSK信号调制框图9.3.2频移键控2FS2FSK信号的解调同样也可以用非相干解调和相干解调两种方法。其非相干解调框图如所示，2FS