《北邮通信原理软软件实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北邮通信原理软软件实验报告.docx（22页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、实验八:一、实验目的假设基带信号为m(t)=sin(2000*pi*t)+2cos(1000*pi*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和频谱。二、实验模型基带信号m(t)可以分成两个信号的叠加，分别记为m1(t),m2(t)。借助公式 sDSB-=m(t)cos(2*pi*fc*t),SAM=(1+m(t)cos(2*pi*fc*t),sSSB=m(t)cos(2*pi*fc*t)+Hm(t)sin(2*pi*fc*t)分别仿真出m1(t)和m2(t)的信号波形，然后叠加便可以得到m(t)的波形和频谱三、仿真设计设计程序时先确定采样点、采样频
2、率，然后分别表示出m1(t)和m2(t)的表达式，然后表 示出后面仿真SSB信号所需要的两个信号的希尔伯特变换表达式。其中表示希尔伯特 变换时，采用的方法是先表示出频域的形式MH1和MH2,然后再傅里叶反变换得出对 应的mh1和mh2。对应代码如下：m1=sin(2*pi*fm1*t);M1=t2f(m1,fs);MH1=-j*sign(f).*M1;mh1=real(f2t(MH1,fs);m2(t)信号做相同的处理。处理完信号后，就利用上述的三个公式，表示出AM、DSB-SC和SSB信号s1、s2和 s3和其对应傅里叶变换得到其频谱S1、S2、S3。为了方便实验结果的观察与对比， 将这三组
3、图处理在一张图内，利用的函数是subploto四、实验结果五、是DSB-SC的一个边带，本实验中采用的上边带滤波。可见实验结果与理论结果是相一致的。六、思考题1.2.七、如何仿真VSB系统？答：将残留边带滤波器用M文件实现，然后当做函数使用，在程序中调用。在SSB的解调中，如果本地载波和发送载波存在固定的相位误差seta，如何用等效基带的方法仿真seta对输出信噪比的影响？答: seta为零时，输出信噪比最大，当seta值增大时输出信噪比减小。程序代码%基带信号 m(t)=sin(2000*pi*t)+2cos(1000*pi*t),fc=20khz，求 AM, DSB-SC, SSB fs=
4、800;T=200;N=T*fs;dt=1/fs;t=-T/2:dt:T/2-dt;df=1/T;f=-fs/2:df:fs/2-df;fm1=1;fm2=0.5;fc=20;m1=sin(2*pi*fm1*t);M1=t2f(m1,fs);MH1=-j*sign(f).*M1;mh1=real(f2t(MH1,fs);m2=2*cos(2*pi*fm2*t);M2=t2f(m2,fs);MH2=-j*sign(f).*M2;mh2=real(f2t(MH2,fs);s1=(m1+m2).*cos(2*pi*fc*t)+cos(2*pi*fc*t);S1=t2f(s1,fs);s2=(m1+m
5、2).*cos(2*pi*fc*t);S2=t2f(s2,fs);s3=(m1+m2).*cos(2*pi*fc*t)-(mh1+mh2).*sin(2*pi*fc*t);S3=t2f(s3,fs);subplot(3,2,1)plot(f,abs(S1)title(AM信号频谱)xlabel(f)ylabel(S(f)axis(10,30,0,max(S1)subplot(3,2,2)plot(t,s1)title(AM信号波形)xlabel(t)ylabel(s(t)axis(0,4,-1.2,1.2)subplot(3,2,3)plot(f,abs(S2)title(DSB-SC 信号频
6、谱)xlabel(f)ylabel(S(f)axis(10,30,0,max(S2)subplot(3,2,4)plot(t,s2)title(DSB-SC 信号波形)xlabel(t)ylabel(s(t)axis(0,4,-1.2,1.2)subplot(3,2,5)plot(f,abs(S3)title(SSB信号频谱) xlabel(f) ylabel(S(f)axis(10,30,0,max(abs(S3)subplot(3,2,6)plot(t,s3)title(SSB信号波形)xlabel(t)ylabel(s(t)axis(0,6,-3,3)实验九一、实验目的：假设基带信号为m
7、(t)=sin(2000*pi*t)+2cos(1000*pi*t)+4sin(500*pi*t+pi/3),载波频率为 40KHz,仿真产生FM信号，观察波形与频谱，并与卡松公式作对照。FM的频率偏移常数Kf=5kHz/V。二、仿真模型：基带信号m(t)可以分成两个信号的叠加，分别记为m1(t),m2(t),m3(t)。借助公式：si=A*cos(2*pi*fc*ti+phi)其中 phi=2*pi*Kf* S mkAt卡松公式：BfM2* (Kf*|m(t)|max+fm)三、仿真设计：设计程序时先确定采样点、采样频率，然后分别表示出m1(t)、m2(t)和m3(t)的表达式， 将m1(t
8、),m2(t),m3(t)对应的相位phi1，Phi2和Phi3分别表示出来，然后叠加在一起作为 m(t)的总相位Phi，然后带入上述公式。再进行傅里叶变换得频谱。即得该FM的波形 与频谱。同样适用了 subplot函数。四、实验结果五、分析讨论由FM信号波形疏密变化可见，FM信号的频率随基带信号而变化，而不是幅度随之变化。 由频谱可见，FM信号的频谱有fc+n*fm的频率分量，带宽应是无穷的，但是由于对于大 的n值而言，分量幅度很小可忽略。但是由于我们这是通过有限取样点来近似仿真得出， 所以时域和频域都被限定到了一定的范围之内。但总体上还是符合fc+nfm的分布形式。 卡松公式仅仅是适用于输
9、入的调制信号是单频率的正弦信号，对于输入的调制信号是多个 单频正弦信号的叠加的情况，其FM调制信号的带宽是不能够用卡松公式来进行计算的。六、思考题见实验八后面已回答七、程序代码%m(t)=sin(2000*pi*t)+2cos(1000*pi*t)+4sin(500*pi*t+pi/3),fc=40KHz,Kf=5kHz/V%仿真产生FM，观察频谱和波形，并与卡森公式作对照。clear allclose allfs=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;fm1=1;fm2=0.5;fm3=0.25;
10、fc=40;Kf=5;m1=sin(2*pi*fm1*t);phi1=2*pi*Kf*cumsum(m1)*dt;m2=2*cos(2*pi*fm2*t);phi2=2*pi*Kf*cumsum(m2)*dt; m3=4*cos(2*pi*fm3*t+pi/3); phi3=2*pi*Kf*cumsum(m3)*dt;s=cos(2*pi*fc*t+phi1+phi2+phi3);S=t2f(s,fs);subplot(2,1,1)plot(f,abs(S).A2) title(FM信号频谱) xlabel(f)ylabel(S(f)axis(0,80,0,max(abs(S).A2)subp
11、lot(2,1,2)plot(t,s)title(FM信号波形)xlabel(t)ylabel(s(t)axis(0,3,-2,2)实验一实验目的通过仿真测量占空比是25%, 50%、75%以及100%的单、双极性归零码波形及其功率 谱。二、仿真模型单极性归零码幅度值有两个可能的值：+1和0,发送滤波器是归零脉冲，当二进制符 号“ 1”“0”等概率出现、符号间互不相关时，单极性归零码功率谱不仅含有连续谱还 有离散的直流分量以及离散的时钟分量及其几次谐波分量，功率谱主瓣宽度为2Rb。当 归零脉冲的占空比为100%时归零码就变成了不归零码，此时在每个二进制符号间隔内 该信号波形的电平保持不变，或为
12、高电平或为低电平。此时功率谱仅含有离散的直流分 量及连续谱，功率谱主瓣宽度为Rb双极性归零码波形有两个可能幅度值：+1和-1。其2PAM发送滤波器的冲激响应也 是归零脉冲。当二进制符号“1”“0”等概率出现、符号间互不相关时，其功率谱仅含 连续谱，主瓣宽度为2Rb。当占空比为100%时变成双极性不归零码，此时功率谱仅含 连续谱，主瓣宽度为Rb。随机过程的功率谱是各个样本的功率谱的数学期望。三、仿真设计流程图：sz单极性信号仿真结束后，将上面产生单极性数据改成产生双极性数据，重新 改变占空比重新进行仿真。四、实验结果二 kHm)二ms)XJ Figure No. 11o 同3麻田岳制舀哥栖翥-诽
13、垃眉薄黑功率谱(Wk He)，畚 ，otsoCTlf(kHZ)nr田共渤胡取雪栖翥律s莓波，一.3 ，一05 0PF 一 1UT1ftftIEP-.l0)改成 u=|-2t(iuud(1，M)0.5)7然后依次改占空比得到不同占空比的双性 码的波形及功率谱-将程File EditItls er t Tools W i ruiow Help占空比是1W%的单极性归零码波形即不归零码2IIiIIiFile Edi t Vi ew Insert. Tools Window Help0.030.020.01-15-10-505101520f(kHz)占空比是25%的双极性归零码波形1*J Figure
14、 No.-n x*J Figure No. 1. XFile Edi t Vi ew Itleer t Tools WirLdow Helpdhb|az/|po占空比是即的双极性归零码波形即不归零码2IIIIIII：i n n jiiiiiii-2-1.5-1-0.500.511.52t(ms)(7工l套染料吞Figure No. 1. XFile Edi t Vi ew Itlser t Tools WirLdow Help芽口号|*A/|即N工l套瓠物吞File Edi t Vi ew Ins er + Tools Wirnlow Help20由单极性信号的仿真结果看见，单极性归零码功率谱
15、不仅含有连续谱还有离散的直流分 量以及离散的时钟分量及其几次谐波分量，功率谱主瓣宽度为2Rb，单极性不归零码功 率谱仅含有离散的直流分量及连续谱，功率谱主瓣宽度为Rb。有双极性信号的仿真结果可见，双极性归零码功率谱仅含连续谱，主瓣宽度为2Rb，双 极性归零码功率谱仅含连续谱，主瓣宽度为Rb。六、思考题：无。七、实验代码：下面是产生占空比是25%的单极性归零码波形及功率谱clear allclose allN=2A10;L=32;M=N/L;Rb=2;Ts=1/Rb;fs=L/Ts;Bs=fs/2;T=N/fs;t=-T/2+0:N-1/fs;f=-Bs+0:N-1/T;EP=zeros(1,N
16、);for loop=1:1000%产生单极性数据序列a=(randn(1,M)0);%NRZ编码tmp=zeros(L,M);L1=L*0.25;tmp(1:L1,:)=ones(L1,1)*a;%产生NRAZ波形s=tmp(:);S=t2f(s,fs);%样本信号的功率谱密度P=abs(S).A2/T;%随机序列的功率谱是每个样本的功率谱的数学期望EP=EP*(1-1/loop)+P/loop;endsubplot(2,1,1)plot(t,s)title(占空比是25%的单极性归零码波形)xlabel(t(ms)ylabel(s(t)(v)axis(-2,2,-2,2)subplot(2
17、,1,2)title(功率谱)plot(f,EP)xlabel(f(kHz)ylabel(功率谱(W/kHz)axis(-20,20,0,max(EP)做相应修改得到占空比是50%、75%和100%的单、双极性归零码波形和功率谱实验十二一、实验目的：仿真测量滚降系数为alpha=0.25的根升余弦滚降系统的发送功率谱密度和眼图二、仿真模型：升余弦滤波器的传递函数表达式是：(1) . 0=lfl=(1-alpha)/(2*Ts)时，X(f)=Ts;(2) . (1-alpha)/(2*Ts)lfl(1+alpha)/(2*Ts)时，X(f)=0;计算功率谱密度是要采用累计平均的思想，因为随机过程
18、的功率谱是各个样本的功率 谱的数学期望。眼图是数字信号在示波器上重复扫描得到的显示图形。仿真中，如果一幅图的水平点数 是Na，将长为N点的信号s分成N/Na段，重复画在图上即可得到眼图。若每个码元内的 采样点数是L，则Na应取为L的整倍数，以体现示波器与输入信号的同步关系。三、仿真设计：该仿真中，功率谱的仿真同前一个实验，眼图的仿真就直接使用MATLAB提供的函数 eyediagram。其中eyediagram的第一个输入s2是被观测的数字基带信号。第二个输入 是示波器的显示宽度(样点数)，取为L的整数倍表示同步。第三个输入“3”将横坐 标的现实范围置为-3/2,3/2。第四个输入相当于示波器
19、的水平移位。四、实验结果：File Edit View Insert Tools Desktop Window Help渗口昌 fe qn匡I 口功率谱File Edit View Insert Tools Desktop Window Help渗口骨 惶致纹C勾疆 B 口口Eye Diagram五、分析讨论：由功率谱可见，截止频率约是0.625,同理论值(1+alpha)/(2*Ts)算出的结果相一致。 由眼图可见，眼图在t=n*0.5处睁开最大，即为最佳采样时刻六、思考题：1、滚降系数的大小与升余弦滚降信号的眼图是什么关系？和信道带宽又是什么关系。答：alpha大时，对定时的精度要求不是那
20、么严格，占用带宽宽，眼图斜边越平缓。 Alpha=0时，对定时精度要求最严格，占用带宽最小，此时斜边最陡。Alpha越大，信道带宽越大，alpha越小，信号带宽越小。2、当信源中“ 1”的概率从0向1逐步提高时，AMI信号的功率会有什么变化？ 答：功率先变大后变小，当概率为0.5时，功率最大。七、程序代码：clear allclose allN=2048;M=128;T=M;L=N/M;fs=N/T;Ts=L/fs;f=-N/2:(N/2-1)/T;alpha=0.25;G=zeros(1,N);ii=find(abs(f)(1-alpha)/(2*Ts)&abs(f)=(1+alpha)/(
21、2*Ts);G(ii)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(ii)-(1-alpha)/(2*Ts);ii=find(abs(f)0.5);s1=zeros(1,N);%冲激序列s1(1:L:N)=a*fs;S1=t2f(s1,fs);S2=S1.*Gs2=real(f2t(S2,fs);% 发送的信号P=abs(S2).A2/T;EP=EP*(1-1/loop)+P/loop; % 累计平均 if rem(loop,100)=0 fprintf(n % d,loop)endendplot(f,EP)title(功率谱)xlabel(f(kHz)ylabel(功率谱(
22、kHz)axis(-1,1,0,max(EP)eyediagram(s2,3*L,3,9) grid选作:实验目的:、仿真一个完整的基带系统。画出眼图、功率谱、误码率等二、仿真模型：升余弦滤波器的传递函数表达式是：(1) . 0=lfl=(1-alpha)/(2*Ts)时，X(f)=Ts;(2) .( 1-alpha)/(2*Ts)lfl(1+alpha)/(2*Ts)时，X(f)=0;发送成形脉冲g(t)的频谱为G(f)=(H升(切人0.5.发送功率谱密度是 Ps(f)=1/Ts*lG(f)lA2=1/Ts*H 升(f).眼图是数字信号在示波器上重复扫描得到的显示图形。仿真中，如果一幅图的水
23、平点数 是Na，将长为N点的信号s分成N/Na段，重复画在图上即可得到眼图。若每个码元内的 采样点数是L，则Na应取为L的整倍数，以体现示波器与输入信号的同步关系。误码率=错误码元总数/发送码元总数。数字基带传输系统的符号级等效模型为下图：aiP F 一| 判决- f ni假设匹配滤波器的系数经过了适当的设计，使得采样输出可以表示为yi=ai+ni，其 中，ni是信道白高斯噪声通过匹配滤波器后产生的分量，其均值为0，方差为deltas.三、仿真设计：该仿真中，功率谱的仿真同前一个实验，不同的是循环中产生的随机数据序列是等概率 取之于+1，-1和0。眼图的仿真就直接使用MATLAB提供的函数ey
24、ediagram。其中 eyediagram的第一个输入y是被观测的数字基带信号，是采样前的信号，它是由接收信 号通过匹配滤波后的信号。匹配滤波器的就按前面所述的公式表示出来。误码率的仿真设计思想是：定义一个变量n_err，即误比特数，用循环的方式将采用的 接收信号与输入系列相比，若二者不相等则误比特数加一，循环结束后即得误比特数， 然后除以输入比特数即为误码率。四、实验结果：I ud回-10.51Eye Diagram0田 Figure 3: Eye DiagramFile Edit View Insert Tools Desktop Window Help渗口骨 fe qn b 口口五、分
25、析讨论有误码率图线可知，当增大Eb或减小N0值，均会使误码率减小，即增大发送信号功 率哦或减小加性噪声的功率谱密度均可减小系统平均误码率。由功率谱密度图，可见截 止频率是1.25，跟由Rb=2计算得到的理论值一致。六、思考题无。七、程序代码global dt t f df N T %全局变量close allclear Eb_N0 PeN=2F3;%采样点数L=8;%每码元的采样点数M=N/L%码元数Rb=2;%码速率是2Mb/sTs=1/Rb;%码元间隔fs=L/Ts;dt=Ts/L;%时域采样间隔df=1/(N*dt)%频域采样间隔T=N*dt%截短时间Bs=N*df/2%系统带宽alph
26、a=0.5%滚降系数=0.5N0=0.01;t=linspace(-T/2,T/2,N);%时域横坐标f=linspace(-Bs,Bs,N)+eps;%频域横坐标 alpha=0.25;Hcos=zeros(1,N);ii=find(abs(f)(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=find(abs(f)=(1-alpha)/(2*Ts);Hcos(ii)=Ts;Hrcos=sqrt(Hcos);for loop1=1:2
27、0Eb_N0(loop1)=(loop1-1)%分贝值变为真值eb_n0(loop1)=10A(Eb_N0(loop1)/10);Eb=1;n0=Eb/eb_n0(loop1);%信道噪声谱密度sita=n0*Bs; %噪声功率n_err=0;%误码计数for loop2=1:5a=sign(randn(1,M);% 发送码元s1=zeros(1,N);s1(L/2:L:N)=a/dt;%产生冲击脉冲S1=t2f(s1,fs);nw=sqrt(N0*Bs)*randn(1,N);% 白高斯噪声nr=real(f2t(t2f(nw,fs).*Hrcos,fs);sr=real(f2t(S1.*H
28、R,fs)+nr;yi=sr(L/4:L:N);%以 L/4 为起点，步长L,取样点Naa=sign(yi);%接收码元n_err=n_err+length(find(aa=a);endPe(loop1)=n_err/(M*loop2);%误码率 Pe=n_err/(M*loop2) figure(1)semilogy(Eb_N0,Pe,g);eb_n0=10.A(Eb_N0/10);% 还原为真值hold onsemilogy(Eb_N0,0.5*erfc(sqrt(eb_n0);axis(0,12,1e-6,1)xlabel(Eb/N0)ylabel(Pe)title(误码率曲线)endE
29、P=zeros(1,N);for loop3=1:2000a=sign(randn(1,M);s1=zeros(1,N);s1(1:L:N)=a*fs;S1=t2f(s1,fs);S2=S1.*Hrcos;s2=real(f2t(S2,fs);P=abs(S2).A2/T;EP=EP*(1-1/loop3)+P/loop3;if rem(loop3,100)=0fprintf(n % d,loop3)endend%信道nw=sqrt(N0*Bs)*randn(1,N);% 白高斯噪声r=s2+nw;R=t2f(r,fs);Y=R.*Hrcos;y=real(f2t(Y,fs);figure(2)plot(f,EP)xlabel(f(kHz)ylabel(功率谱(W/kHz)axis(-2,2,0,max(EP)grideyediagram(y,3*L,3,9)
