通信原理实验报告.docx
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通信原理实验报告.docx
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通信原理实验报告
实验内容
(一)数字基带传输系统的研究
1.单极性归零码波形的功率谱密度。
2.升余弦滚降波形的眼图及功率谱。
滚降系数
。
发送码元取值为0、2
3.
曲线,升余弦滚降
,取样时间的偏差是
。
4.
,升余弦滚降
,取样时间无偏差,但信道是多径信道
,
。
(二)自选题目:
1.2ASK调制与解调及功率谱
2.2FSK调制与解调及功率谱
3.2PSK调制与解调及功率谱
实验原理
(一)必做题
1.单极性归零码波形的功率谱密度。
用(a=round(rand(1,M))forjj=1:
Rt*Lrz(jj+(0:
M-1)*L)=a;end)来产生单极性归零码,然后再抽样,再求其功率铺。
由于信号的产生具有随机性,所以在此程序中多取几次生成函数并取其平均,这样不矢一般性
2.升余弦滚降波形的眼图及功率谱。
滚降系数
。
发送码元取值为0、2。
随机产生一定长度的,取值为0和2的冲激序列,间隔为Tb,然后通过升余弦滚降滤波器,生成适合信道传输的码元序列,再对其进行傅氏变换,通过多次去平均值求出功率谱,并画出眼图。
3.
曲线,升余弦滚降
,取样时间的偏差是
。
升余弦滚降滤波器的产生很简单,直接用公式计算就可以了。
为了得到最
佳传输系统,要求发送和接受滤波器互为共扼,这里忽略时延,直接取发送和接收滤波器为升余弦模值的开根号。
这里涉及到下列问题:
a)高斯噪声的产生:
函数randn(1,N)产生N个互不相关的、均值为零、方差为1的高斯随机数,所以可用它来产生白高斯噪声。
设仿真系统的取样点数是N,系统带宽为
,矢量x=n0*Bs*randn(1,N)的总功率为n0*Bs,最高频率分量为Bs,并且各样点的值互不相关,故它代表双边功率谱密度为
的白噪声。
b)
理论的误码率为Pe=1/2erfc(sqrt(eb_n0)).为得到实际的的误码率曲线,需要对接收信号进行误码计数。
接收信号为发送信号和随机噪声的和,所以接收侧要对它进行取样判决,一般取样时刻在码元的中心值,由于本题目的取样时间偏差为Ts/4,即取样时刻偏离中心Ts/4。
由于本题目采用双极性不归零序列,所以最佳判决门限是0,并用n_err=n_err+length(find(aa~=a));对接收码元进行误码计数
c)随机码序列的生成:
首先产生随机码a=sign(randn(1,M));然后是冲击序列imp=zeros(1,N);imp(L/2:
L:
N)=a/dt;然后得到频域函数IMP=t2f(imp);最后用s(t)=f2t(IMP.*H)得到发送序列s(t).
4.
,升余弦滚降
,取样时间无偏差,但信道是多径信道
,
除了在4)中需要考虑的问题外,主要是多径信道的表示C=1-0.5*exp(-j*(2*pi*f*tao))
(二)自选题目:
1.2ASK调制与解调及功率谱
调制过程:
解调过程:
用相关型解调器进行解调,使得在码元结束时刻输出信噪比最大。
2.2FSK调制与解调及功率谱
调制过程:
其中,s1(t)和s2(t)两信号波形之间的互相关系数应为0,Eb为平均比特能量即:
解调过程:
利用相关型解调器,实现最佳解调
3.2PSK调制与解调及功率谱
调制过程:
2PSK信号的表达式为:
解调过程:
采用相关型解调器,实现最佳解调
实验一单极性归零(RZ)波形的功率谱
实验源程序
%单极性归零码
%本程序中时间单位是微秒
%频率单位为MHz
%码元速率单位是Mb/s
globaldtdftfN
closeall
N=2^13;%采样点数
L=64;%每码元的采样点数
M=N/L%码元数
Rb=2;
Ts=0.5%码元宽度是0.5us
dt=Ts/L;
df=1/(N*dt)%MHz
Rt=0.5%占空比
T=N*dt%截短时间
Bs=N*df/2%系统带宽
t=[-T/2+dt/2:
dt:
T/2];%时域横坐标
f=[-Bs+df/2:
df:
Bs];%频域横坐标
figure
(1)
set(1,'Position',[10,50,400,200])
%设定窗口位置及大小
figure
(2)
set(2,'Position',[500,50,400,200])
%设定窗口位置及大小
EP=zeros(1,N);
forii=1:
100;
a=round(rand(1,M));
rn=zeros(1,N);
forii=1:
Rt*Ts/dt;%产生单极性rz
rn(ii+[0:
M-1]*L)=a;
end
RN=t2f(rn);
P=RN.*conj(RN)/T;
EP=(EP*(ii-1)+P)/ii;
figure
(1)
aa=30+10*log10(EP+eps);
plot(f,aa,'g');
grid
axis([-8,+8,-50,+50])
xlabel('f(MHZ)')
ylabel('Ps(f)(dBm/MHz)')
figure
(2)
plot(t,rn,'g')
grid
axis([-2,+10,-1.5,+1.5])
xlabel('t(us)')
ylabel('s(t)(v)')
end
实验波形
实验二升余弦滚降波形的眼图及功率谱
要求:
滚降系数α=0.5,发送码元取值为0、2。
实验源程序
%升余弦眼图及功率谱
%本程序中时间单位是微秒
%频率单位为MHz
%码速率单位是Mb/s
globaldttdfN
closeall
N=2^13;%采样点数
L=32;%每码元的采样点数
M=N/L%码元数
Rb=2;%码速率是2Mb/s
Ts=1/Rb;%码元间隔
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
Na=4;%示波器扫描宽度为4个码元
alpha=input('滚降系数=[0.5]');
ifisempty(alpha),alpha=0.5;end
t=[-T/2+dt/2:
dt:
T/2];%时域横坐标
f=[-Bs+df/2:
df:
Bs];%频域横坐标
g1=sin(pi*t/Ts)./(pi*t/Ts);
g2=cos(alpha*pi*t/Ts)./(1-(2*alpha*t/Ts).^2);
g=g1.*g2;%升余弦脉冲波形
G=t2f(g);
figure
(1)
set(1,'Position',[10,50,300,200])
%设定窗口位置及大小
figure
(2)
set(2,'Position',[400,50,300,200])
%设定窗口位置及大小
holdon
grid
xlabel('tinus')
ylabel('s(t)inV')
EP=zeros(size(f))+eps;
forii=1:
100
a=sign(randn(1,M))+1;%产生值为0,2的发送信号
imp=zeros(1,N);%产生冲激序列
imp(L/2:
L:
N)=a/dt;
S=t2f(imp).*G;%升余弦信号的傅氏变换
s=f2t(t2f(imp).*G);%升余弦信号的时域波形
s=real(s);
P=S.*conj(S)/T;%升余弦信号的功率谱
EP=(EP*(ii-1)+P+eps)/ii;
figure
(1)
plot(f,30+10*log10(EP),'g');
grid
axis([-3,+3,-50,50])
xlabel('f(MHz)')
ylabel('Ps(f)(dBm/MHz)')
figure
(2)%生成眼图
tt=[0:
dt:
Na*L*dt];
forjj=1:
Na*L:
N-Na*L
plot(tt,s(jj:
jj+Na*L));
end
end
实验波形
实验三Pe~Eb/N0曲线
要求:
升余弦滚降α=0.5,取样时间的偏差是Ts/4
实验源程序
globaldttfdfNT
closeall
clearEb_N0Pe
N=2^13;%采样点数
L=4;%每码元的采样点数
M=N/L%码元数
Rb=2;%码速率是2Mb/s
Ts=1/Rb;%码元间隔
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
alpha=0.5%滚降系数
t=linspace(-T/2,T/2,N);%时域横坐标
f=linspace(-Bs,Bs,N)+eps;%频域横坐标
figure
(1)
set(1,'Position',[10,50,400,300])
%设定窗口位置及大小
%升余弦
hr1=sin(pi*t/Ts)./(pi*t/Ts);
hr2=cos(alpha*pi*t/Ts)./(1-(2*alpha*t/Ts).^2);
hr=hr1.*hr2;
HR=abs(t2f(hr));
%取模是为了忽略时延
GT=sqrt(HR);
GR=GT;
forloop1=1:
20
Eb_N0(loop1)=(loop1-1)%Eb/N0indB
eb_n0(loop1)=10^(Eb_N0(loop1)/10);
Eb=1;
n0=Eb/eb_n0(loop1);%信道的噪声谱密度
sita=n0*Bs;%信道中噪声功率
n_err=0;%误码计数
forloop2=1:
3
a=sign(randn(1,M));
imp=zeros(1,N);%产生冲激序列(发送码元)
imp(1+L/4:
L:
N)=a/dt;
IMP=t2f(imp);
n_ch=sqrt(sita)*randn(size(t));%信道噪声
nr=real(f2t(t2f(n_ch).*GR));%输出噪声
sr=real(f2t(IMP.*HR))+nr;%接收信号(s(t)=g(t)+n(t))
y=sr(L/2:
L:
N);%取样
aa=sign(y);%判决
n_err=n_err+length(find(aa~=a))
end
Pe(loop1)=n_err/(M*loop2)%误码率Pe=n_err/(M*loop2)(总的误码数除以总的码元数)
figure
(1)
semilogy(Eb_N0,Pe,'g');
eb_n0=10.^(Eb_N0/10);
holdon
semilogy(Eb_N0,0.5*erfc(sqrt(eb_n0)));
axis([0,10,1e-4,1])
xlabel('Eb/N0')
ylabel('Pe')
end
end
实验波形
实验四Pe~Eb/N0曲线
要求:
升余弦滚降α=0.5,取样时间无偏差,多径信道,C(f)=|1-0.5e^(-j2πfτ)|,τ=Ts/2
实验源程序
%多径传输
globaldttfdfNT
closeall
clearEb_N0Pe
N=2^13;%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/s
Ts=1/Rb;%码元间隔
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
alpha=0.5;%滚降系数
tao=Ts/2;
T=N*dt;
t=linspace(-T/2,T/2,N);%时域横坐标
f=linspace(-Bs,Bs,N)+eps;%频域横坐标
figure
(1)
set(1,'Position',[10,50,400,300])
%设定窗口位置及大小
%升余弦
hr1=sin(pi*t/Ts)./(pi*t/Ts);
hr2=cos(alpha*pi*t/Ts)./(1-(2*alpha*t/Ts).^2);
hr=hr1.*hr2;
HR=abs(t2f(hr));
GT=sqrt(HR);
GR=GT;
forloop1=1:
10
Eb_N0(loop1)=(loop1-1)%Eb/N0indB
eb_n0(loop1)=10^(Eb_N0(loop1)/10);
Eb=1;
n0=Eb/eb_n0(loop1);%信道的噪声谱密度
sita=n0*Bs;%信道中噪声功率
n_err=0;%误码计数
forloop2=1:
30
a=sign(randn(1,M));
imp=zeros(1,N);%产生冲激序列(发送码元)
imp(L/2:
L:
N)=a/dt;
IMP=t2f(imp);
n_ch=sqrt(sita)*randn(size(t));%信道噪声
nr=real(f2t(t2f(n_ch).*GR));%输出噪声
C=abs(1-0.5*exp(-j*pi*f*tao));
H=C.*HR;
sr=real(f2t(IMP.*H))+nr;%接收信号(s(t)=g(t)+n(t))
y=sr(L/2:
L:
N);%取样
aa=sign(y);%判决
n_err=n_err+length(find(aa~=a))
end
Pe(loop1)=n_err/(M*loop2)%误码率Pe=n_err/(M*loop2)(总的误码数除以总的码元数)
figure
(1)
semilogy(Eb_N0,Pe,'g');
eb_n0=10.^(Eb_N0/10);
holdon
semilogy(Eb_N0,0.5*erfc(sqrt(eb_n0)));
axis([0,10,1e-4,1])
xlabel('Eb/N0')
ylabel('Pe')
end
end
实验波形
选做实验一2ASK
实验源程序
%ASK调制与解调及其功率谱
globaltdtNT
closeall
t=0:
0.001:
1;%取样范围
dt=0.001;%时域取样间隔
N=1001;%抽样点总数
T=1;%截短时间
y=cos(400*pi*t);%高频载波
x=[ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),ones(1,101)];%基带信号
z=y.*x;%调制
Z=fft(z);
Z=[Z((1000/2+1):
1001),Z(1:
500)]*0.001;
p=(Z.*conj(Z))/10;%功率谱
r=y.*z;%相干解调
f=linspace(-500,500,1001);
subplot(2,1,1)
plot(f,p)
title('ASK的功率普密度');
subplot(2,1,2)
plot(t,z)
title('已调信号');
pause;
subplot(3,1,1)
plot(t,r)
title('相干解调后的信号');
r_f=T2F(r);
subplot(3,1,2)
plot(f,abs(r_f));
pause;
r_f([1:
300])=0;
r_f([700:
1001])=0;
r_new=F2T(r_f);
subplot(3,1,3)
plot(t,abs(r_new))
title('低通滤波后的信号');
实验波形
选做实验一2FSK
实验源程序
globaltdtfdtN
closeall
clearall
t=0:
0.001:
1;%取样范围
dt=0.001;%时域取样间隔
fs=1/dt;%频域取样间隔
Bs=fs/2;%系统带宽
df=fs/1001;
f=[-Bs+df/2:
df:
Bs];
N=1001;%抽样点总数
T=1;%截短时间
y=cos(50*pi*t);%载波1为25Hz,载波2为325Hz
x=[ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101)];
z=cos(t.*(50*pi+600*x));
Z=T2F(z);
p=(Z.*conj(Z))/T;%功率谱
f=linspace(-500,500,1001);
subplot(2,1,1)
plot(f,p)
title('FSK的功率普密度');
subplot(2,1,2)
plot(t,z)
title('已调信号');
pause;
r=y.*z;%相干解调
subplot(3,1,1)
plot(t,r)
title('解调后的信号');
r_f=T2F(r);
subplot(3,1,2)
plot(f,abs(r_f));
fp=35;
kc=fp/fs*N;
r_f(1:
(500-kc))=0;%带通滤波
r_f((500+kc):
1001)=0;
r_new=ifft(ifftshift(r_f));
subplot(3,1,3)
plot(t,real(r_new));
实验波形
选做实验一2PSK
实验源程序
globaltdtfdtN
closeall
clearall
t=0:
0.001:
1;%取样范围
dt=0.001;%时域取样间隔
N=1001;%抽样点总数
T=1;%截短时间
y=cos(200*pi*t);%高频载波
x=[ones(1,100),-1.*ones(1,100),ones(1,100),ones(1,100),-1.*ones(1,100),-1.*ones(1,100),ones(1,100),-1.*ones(1,100),ones(1,100),-1.*ones(1,101)];%基带信号
z=y.*x;
Z=T2F(z);
p=(Z.*conj(Z))/T;%功率谱
f=linspace(-500,500,1001);
subplot(2,1,1)
plot(f,p)
title('PSK的功率普密度');
subplot(2,1,2)
plot(t,z)
title('已调信号');
pause;
r=y.*z;%相干解调
subplot(3,1,1)
plot(t,r)
title('解调后的信号');
r_f=fft(r);
subplot(3,1,2)
plot(f,abs(r_f));
r_f(100:
1001)=0;
r_new=ifft(r_f);
subplot(3,1,3)
plot(t,real(r_new));
实验波形
实验心得
这次实验是我第一次接触到matlab软件,以前也接触过一些类似的,所以学起来很快就上手了。
相比其他的设计软件,matlab更像是一个强大的数学工具。
这次实验中,我觉得主要的原理都是通信原理课本上的,我们只是借助电脑,用matlab把他们在数学上实现出来。
实验一求算单极性归零码的功率谱密度。
在实现上我采用了对0到1上均匀分布的数组四舍五入,这样就能够得到一组等概出现的0和1,通过对单位码元前半段赋值得到归零码。
后来经过思考,我发现,对一组正态分布的数取符号函数就可以得到一组等概的1、-1。
对单位码元整段赋值就能够得到不归零码。
这样单(双)(不)归零码就都可以实现了。
其余的实验均为结合通信原理书上的数学公式,使用matlab实现。
在自选实验中我选的单双边带的调制与解调,老师所给的LPF低通滤波器我不是看的太懂。
我用sinc函数的进行复利叶变换作了低通,但实现的时候解调出来的信号没有失真,但是幅度小很多,需要通过最后增大幅度实现。
这次实验做完之后收获很多,一是又学会了一样有力的工具的使用,二是学会了把模拟信号数字实现的方法。
感谢实验中心和老师为我们提供了这样一次颇具收获的好机会。
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