四川大学现代电子技术实验-实验五

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信道仿真实验实验目的了解matlab如何编程模拟信道的传输。了解通信系统构成的具体模块。了解各种编码和解码方式。了解噪声对于通信系统的影响。了解各种参数对于通信信道传输系统的影响。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：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，实验输入信号是假设干的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。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=droppinglast3PAMsymbolssendmessage=123Ihaveadream,haha,Iamdreaming4567890reconstructed_message=123Ihaveadream,haha,Iamdreaming456789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，丧失了3位PAM符号，导致最后一位ASCII码不能重建。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。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：由下列图可知，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。否那么不能回复原始信号。eq\o\ac(○,1)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=droppinglast3PAMsymbolssendmessage=123Ihaveadream,haha,Iamdreaming4567890reconstructed_message=123Ihaveadream,haha,Iamdreaming456789eq\o\ac(○,2)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。eq\o\ac(○,3)、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。eq\o\ac(○,4)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=droppinglast3PAMsymbolssendmessage=123Ihaveadream,haha,Iamdreaming4567890reconstructed_message=effeYeiefeeeeefeeiieieieieYeeieefeeiijfeeeffii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。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=123Ihaveadream,haha,Iamdreaming4567890reconstructed_message=effeYeiefeeeeefeeiieieieieYeeieefeeiijfeeeffii假设同时存在其他用户，在同一载频上将无法区分两个信号，无法别离。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;%carrierfrequencyfc2=30;c=cos(2*pi*fc*t);%carrierc2=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。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。那么低通滤波器的截止频谱因大于1.5，小于2倍载频，即60。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-----------------·--------------%%·¢ËͶËclearall;%BPSKsendmessage='123Ihaveadream,haha,Iamdreamingbecoming4567890';%·¢Ë͵ÄÐÅÏ¢%%ASCII码转为8为2进制数N=length(sendmessage);%lengthofstringf=zeros(1,8*N);%´æ8λ2½øÖÆÊýfork=0:N-1%changeto"base2"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);%8λ2½øÖÆÊýÊý×éµÄ³¤¶Èm=zeros(1,N);%Ë«¼«ÐÔ±àÂëfork=1:Niff(k)==1m(k)=1;endiff(k)==0m(k)=-1;endend%%过采样M=100;mup=zeros(1,N*M);mup(1:M:end)=m;%oversamplingfactor%HammingpulsefilterwithT/M-spacedimpulseresponsep=hamming(M);%blippulseofwidthMx=filter(p,1,mup);%convolvepulseshapewithdatafigure(1),plotspec(x,1/M)%»­³ö»ù´øÐźŵÄͼÏñ%%BPSK调制N=length(mup);bpsk_m=zeros(1,N);%j=1;k=1;fori=1:Nbpsk_m(i)=mup(i)*cos(2*pi*(length(m)/N)*i);end%%---------------------------接收端----------------------------%%接收端%amdemodulationofreceivedsignalsequencer%%相干解调n=1:1:N;bpsk_m2=bpsk_m.*cos(2*pi*(length(m)/N)*n);%Ïà¸É½âµ÷%%滤波fl=50;%Â˲¨Æ÷½×Êýfbe=[00.40.51];damps=[1100];%µÍͨÂ˲¨Æ÷µÄ·ù¶ÈÌØÐÔ£¬fbeΪ±ß½çƵÂÊÏòÁ¿£¬dampsΪ¶ÔÓ¦µÄ·ù¶ÈÏòÁ¿b=remez(fl,fbe,damps);%Éú³ÉµÍͨÂ˲¨Æ÷µÄµ¥Î»Âö³åÏìÓ¦ÏòÁ¿x3=2*filter(b,1,bpsk_m2);%¶Ô»ìƵÐźŽøÐеÍͨÂ˲¨y=filter(fliplr(p)/(pow(p)*M),1,x3);z=y(0.5*fl+M:M:end);%½µ²ÉÑùN=length(z);fori=1:Nifz(i)>0&z(i)<1;z(i)=1;elseifz(i)>-1&z(i)<0;z(i)=-1;endendfigure(3),plot([1:length(z)],z,'.')%»­³ö½µ²ÉÑùºóµÄ½á¹û%%转换成2进制mprime=quantalph(z,[-1,1])';%Á¿»¯Îª+/-1×Ö·ûfork=1:length(mprime)%ÓÉÁ¿»¯½á¹ûת»»Îª¶þ½øÖÆÊýifmprime(k)==1mprime(k)=1;endifmprime(k)==-1mprime(k)=0;endend%%由2进制转换为十进制S=length(mprime);off=mod(S,8);ifoff~=0sprintf('droppinglast%iPAMsymbols',off)mprime=mprime(1:S-off);endN=length(mprime)/8;reconstructed=zeros(1,N);fork=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，接收时机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时机造成什么影响？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𝜋𝜋/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