北邮通原软件实验报告综述.docx

北邮通原软件实验报告综述.docx

《北邮通原软件实验报告综述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北邮通原软件实验报告综述.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

北邮通原软件实验报告综述

2013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：

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.............................................................4

1.AM调制原理.........................................................4

2.DSB调制原理............................................................4

3.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.基本原理............................................................13

1.单极性归零码.......................................................13

2.双极性归零码.......................................................13

3.各种码的比较.......................................................13

三.仿真思路............................................................13

1.产生RZ码..........................................................13

2.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............................................................25

1.升余弦滚降.........................................................25

2.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.............................................................29

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

，载波频率为

，请仿真出AM、DSB-SC、SSB信号，观察已调信号的波形及频谱。

二．基本原理

1.AM调制原理

对于单音频信号

进行AM调制的结果为

其中调幅系数

，要求

以免过调引起包络失真。

由

和

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

2.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：

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。

4．程序框图

五.仿真源代码

1.傅里正变换函数代码：

functionS=t2f（s,fs）

%?

?

?

?

?

?

s?

?

?

?

?

?

S?

?

s?

?

?

fs?

?

?

?

N=length（s）;%?

?

?

?

T=1/fs*N;%?

?

?

?

f=[-N/2:

（N/2-1）]/T;%?

?

?

?

?

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）;

End

2.傅里叶反变换函数代码：

functions=f2t（S,fs）

%?

?

?

?

?

?

N=length（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）=tmp1（N/2+1:

-1:

2）;

s（N/2+1:

N）=tmp2（1:

N/2）;

s=s.*exp（-j*pi*t*fs）;

End

3.AM信号仿真代码：

clearall;closeall;

fs=800;T=200;%?

?

?

?

?

?

?

?

?

N=T*fs;dt=1/fs;df=1/T;

t=[-T/2:

dt:

T/2-dt];

f=[-fs/2:

df:

fs/2-df];

%kHz

fm1=1;fm2=0.5;%?

?

?

?

?

?

?

fc=20;a=1/3;%?

?

?

?

m=sin（2*pi*fm1*t）+2*cos（2*pi*fm2*t）;%?

?

?

?

?

?

?

M=t2f（m,fs）;%?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

c=cos（2*pi*fc*t）;%?

?

?

?

s=（1+a*m）.*cos（2*pi*fc*t）;%AM?

?

S=t2f（s,fs）;%AM?

?

?

?

?

?

?

figure

（1）

subplot（2,2,1）%?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

plot（t,m）,axis（[-2,2,-max（abs（m）+0.5）,max（abs（m）+0.5）]）

xlabel（'t（s）'）,ylabel（'m（t）（V）'）,title（'?

?

?

?

?

?

?

'）

subplot（2,2,2）%?

?

?

?

?

?

?

plot（t,c）,axis（[-0.1,0.1,-max（abs（c）+0.5）,max（abs（c）+0.5）]）

xlabel（'t（s）'）,ylabel（'c（t）（V）'）,title（'?

?

?

?

'）

subplot（2,2,3）%?

AM?

?

?

?

plot（t,s）,axis（[-2.5,1.5,-3,3]）

xlabel（'t（ms）'）,ylabel（'s（t）（V）'）,title（'AM?

?

?

?

'）

subplot（2,2,4）%?

AM?

?

?

?

?

?

plot（f,abs（S））,axis（[18,22,0,max（abs（S）+10）]）

xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'|AM（f）|（V/Hz）'）,title（'AM?

?

?

?

'）

4.DSB信号仿真代码：

clearall;closeall;

fs=800;T=200;%?

?

?

?

?

?

?

?

N=T*fs;dt=1/fs;df=1/T;

t=[-T/2:

dt:

T/2-dt];

f=[-fs/2:

df:

fs/2-df];

%kHz

fm1=1;fm2=0.5;fc=20;%?

?

?

?

?

?

?

m=sin（2*pi*fm1*t）+2*cos（2*pi*fm2*t）;%?

?

?

?

?

?

?

M=t2f（m,fs）;%?

?

?

?

?

?

?

s=m.*cos（2*pi*fc*t）;%DSB?

?

S=t2f（s,fs）;%DSB?

?

?

?

figure

（1）

subplot（2,1,1）%?

?

DSB?

?

?

?

plot（t,s）,axis（[-2.5,1.5,-4,4]）

xlabel（'t（ms）'）,ylabel（'s（t）（V）'）

title（'DSB-SC?

?

?

?

'）

subplot（2,1,2）%?

?

DSB?

?

?

?

plot（f,abs（S））,axis（[18,22,0,max（abs（S）+10）]）

xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'|DSB-SC（f）|（V/Hz）'）

title（'DSB-SC?

?

?

?

'）

5.SSB信号仿真代码：

clearall;closeall;

fs=800;T=200;%?

?

?

?

?

?

?

?

N=T*fs;dt=1/fs;df=1/T;

t=[-T/2:

dt:

T/2-dt];

f=[-fs/2:

df:

fs/2-df];

%kHz

fm1=1;fm2=0.5;fc=20;%?

?

?

?

?

?

?

m=sin（2*pi*fm1*t）+2*cos（2*pi*fm2*t）;%?

?

?

?

?

?

?

M=t2f（m,fs）;%?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

MH=-j*sign（f）.*M;%?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

mh=real（f2t（MH,fs））;

s=m.*cos（2*pi*fc*t）-mh.*sin（2*pi*fc*t）;%SSB?

?

S=t2f（s,fs）;%SSB?

?

?

?

?

?

?

?

figure

（1）

subplot（2,1,1）%?

?

SSB?

?

?

?

?

?

?

plot（t,s）,axis（[-3,3,-4,4]）

xlabel（'t（ms）'）,ylabel（'s（t）（V）'）

title（'SSB?

?

?

?

'）

subplot（2,1,2）%?

?

SSB?

?

?

?

?

plot（f,abs（S））,axis（[18,23,0,max（abs（S）+10）]）

xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'|SSB（f）|（V/Hz）'）

title（'SSB?

?

?

?

'）

6．仿真结果及分析

1.AM信号仿真结果

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

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

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，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

，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

经FM调制后的表达式为

其中

调制指数

。

由卡松公式可知FM信号的带宽为

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。

四．程序框图

五．仿真源代码

clearall;closeall;

fs=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];

%kHz

fm1=1;fm2=0.5;%?

?

?

?

?

?

?

fm3=0.25;fc=40;

Kf=5;thea=pi/3;

m=sin（2*pi*fm1*t）+2*cos（2*pi*fm2*t）+4*sin（2*pi*fm3*t+thea）;%?

?

?

?

?

?

?

phi=2*pi*Kf*cumsum（m）*dt;%?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

s=cos（2*pi*fc*t+phi）;%FM?

?

S=t2f（s,fs）;%FM?

?

?

?

?

?

?

?

figure

（1）

subplot（2,1,1）%?

?

?

?

?

?

?

?

?

plot（t,s）,axis（[0,5,-1.2,1.2]）

subplot（2,1,2）%?

?

?

?

?

?

?

?

?

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信号的带宽约为：

。

又由题可知，

，频偏为

。

利用卡松公示进行理论计算为：

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

一．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

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

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

，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

码发正的窄脉冲，

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

。

3.各种码的比较

不归零码（NoneReturnZeroCode）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（NoneReturnZeroCode）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

。

设

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，

是要求的占空比，

是仿真系统的时域采样间隔，则RZ信号的产生方法是：

a=（randn（1,M）>0）;%先产生随机的0,1序列

tmp=zeros（L,M）;%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

L1=L*tao;%tao为占空比

tmp（[1:

L1],:

）=ones（L1,1）*a;

2、仿真功率谱密度

任意信号

的功率谱的定义是

其中

是

截短后的傅氏变换，

是

的能量谱，

是

在截短时间内的功率谱。

对于仿真系统，若

是时域取样值矢量，X是对应的傅氏变换，那么

的功率谱便为

。

针对随机过程

，其平均功率谱密度定义为各样本功率谱密度的数学期望

4、程序框图

单极性归零：

双极性归零：

五．仿真源代码

1.单极性归零码仿真代码：

clearall;closeall;

L=64;%?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

N=4096;%?

?

?

?

?

M=N/L;%?

?

?

?

Rs=5;Ts=1/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）];

tao=1;%?

?

?

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）;

forloop=1:

10000%?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

a=（randn（1,M）>0）;

tmp=zeros（L,M）;

L1=L*tao;

tmp（[1:

L1],:

）=ones（L1,1）*a;

s=tmp（:

）';

S=t2f（s,fs）;

%?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

P=abs（S）.^2/T;

EP=EP*（1-1/loop）+P/loop;

end

figure

（1）

plot（t,s）,axis（[-5,5,-0.2,1.2]）

xlabel（'t（ms）'）,ylabel（'s（t）（V）'）,title（'?

?

?

?

?

?

?

?

（?

?

?

?

100%）'）

figure

（2）

subplot（2,1,1）

plot（f,EP）,axis（[-30,30,0,max（EP）+0.02]）

xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'?

?

?

（W/kHz）'）,title（'?

?

?

?

?

?

?

?

?

（?

?

?

?

100%）'）

subplot（2,1,2）

plot（f,10*log10（EP+eps））,axis（[-20,20,-200,0]）

xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'?

?

?

（db）'）,title（'?

?

?

?

?

?

?

?

?

（db）（?

?

?

?

100%）'）

2.双极性归零码仿真代码：

clearall;closeall;

%?

?

?

?

?

?

?

?

L=64;%?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

N=2048;%?

?

?

?

?

M=N/L;%?

?

?

?

Rs=5;Ts=1/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）];

%?

?

?

?

?

?

?

?

?

tao=1;%?

?

?

EP=zeros（1,N）;

forloop=1:

10000

a=（rand（1,M）>0.5）;

aa=1-2*a;

tmp=zeros（L,M）;

L1=L*tao;

tmp（[1:

L1],:

）=ones（L1,1）*aa;

s=tmp（:

）';

S=t2f（s,fs）;

%?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

P=abs（S）.^2/T;

EP=EP*（1-1/loop）+P/loop;

end

figure

（1）

plot（t,s）,axis（[-3,3,-1.2,1.2]）%?

?

?

?

?

?

?

?

xlabel（'t（ms）'）,ylabel（'s（t）（V）'）

grid

title（'?

?

?

?

?

?

?

?

'）

figure

（2）%?

?

?

?

?

?

?

?

?

subplot（2,1,1）

plot（f,EP）,axis（[-50,50,0,max（EP）+0.02]）

xlabel（'f（kHz）'）,ylabel（'?

?

?

（W/kHz）'）

title（'?

?

?

?

?

?

?

?

?

（?

?

?

100%）'）

subplot（2,1,2）

plot（f,10*log10（EP+eps））,axis（[-20,20,-200,0]）

xlabel（'f（kHz）'）,