重邮通信原理实验报告.docx
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重邮通信原理实验报告.docx
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重邮通信原理实验报告
通信原理实验报告
学院:
通信与信息工程学院
专业:
通信工程
班级:
姓名:
学号:
实验二:
模拟线性调制系统仿真
一、实验目的
1、掌握模拟调制系统的调制和解调原理;
2、理解相干解调。
二、实验内容
1、编写AM、DSB、SSB调制,并画出时域波形和频谱;
2、完成DSB调制和相干解调。
三、实验步骤
1、线性调制
1)假定调制信号为
载波
,
,
;绘制调制信号和载波的时域波形。
2)进行DSB调制,
;进行AM调制,
;绘制DSB已调信号和AM已调信号的波形,并与调制信号波形进行对照。
3)用相移法进行SSB调制,分别得到上边带和下边带信号,
,
,
。
4)对载波、调制信号、DSB已调信号、AM已调信号和SSB已调信号进行FFT变换,得到其频谱,并绘制出幅度谱。
2、DSB信号的解调
1)用相干解调法对DSB信号进行解调,解调所需相干载波可直接采用调制载波;
2)将DSB已调信号与相干载波相乘;
3)设计低通滤波器,将乘法器输出中的高频成分滤除,得到解调信号;
4)绘制低通滤波器的频率响应;
5)对乘法器输出和滤波器输出进行FFT变换,得到频谱;
6)绘制解调输出信号波形,绘制乘法器输出和解调器输出信号幅度谱;
7)绘制解调载波与发送载波同频但不同相时的解调信号的波形
实验代码:
DSB的源程序
fm=1000;
fc=10000;
fs=100000;
ts=1/fs;
tp=10/fm;
t=0:
ts:
(tp-ts);
m_sig=cos(2*pi*fm*t);
c_sig=cos(2*pi*fc*t);
y_sig=m_sig.*c_sig;
y1_sig=y_sig.*c_sig;
subplot(5,1,1);
plot(t,m_sig);
subplot(5,1,2);
plot(t,c_sig);
subplot(5,1,3);
plot(t,y_sig);
subplot(5,1,4);
plot(t,y1_sig);
fLPF=3000;
Wn=fLPF/(fs/2);
N=16;
B=fir1(N,Wn);
NFFT=2^20;
M_sig=fft(m_sig,NFFT);
f=(0:
NFFT-1)/NFFT*fs;
subplot(5,1,5);
plot(f,abs(M_sig));
axis([030000500]);
实验结果图:
思考题:
1、与调制信号比较,AM、DSB和SSB的时域波形和频谱有何不同?
答:
AM时域波形的上包络其形状与调制信号的波形相同,只是幅度有所增大;而DSB时域波形的上包络则不再与调制信号相同,但幅度却不变。
调制信号的频谱频率相对较低,只有一个冲击,功率较大;AM已调信号频谱集中出现在10kHz附近,有三个冲击,中间一个功率较大,且与调制信号的功率接近,其余两个大约为其一半;DSB已调信号频谱也是集中在10kHz左右,只有两个冲击,以10kHz为对称轴对称分布,功率为调制信号的一半左右;SSB已调信号频谱就是DSB已调信号两个冲击的分解。
3、采用相干解调时,接收端的本地载波与发送载波同频不同相时,对解调性能有何影响?
答:
导致载波失真,不能完好的解调原波形。
实验二:
PCM系统仿真
一、实验目的:
1、掌握脉冲编码调制原理;
2、理解量化级数、量化方法与量化信噪比的关系。
3、理解非均匀量化的优点。
二、实验内容:
1、对模拟信号进行抽样和均匀量化,改变量化级数和信号大小,根据MATLAB仿真获得量化误差和量化信噪比误差和量化信噪比。
三、实验步骤
1、均匀量化
1)产生一个周期的正弦波x(t)=cos(2*pi*t),以1000Hz频率进行采样,并进行8级均匀量化,用plot函数在同一张图上绘出原信号和量化后的信号。
2)以32Hz的抽样频率对x(t)进行抽样,并进行8级均匀量化。
绘出正弦波波形(用plot函数)、样值图,量化后的样值图、量化误差图(后三个用stem函数)。
3)以2000Hz对x(t)进行采样,改变量化级数,分别仿真得到编码位数为2~8位时的量化信噪比,绘出量化信噪比随编码位数变化的曲线。
另外绘出理论的量化信噪比曲线进行比较。
4)在编码位数为8和12时采用均匀量化,在输入信号衰减为0~50dB时,以均间隔5dB仿真得到均匀量化的量化信噪比,绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。
注意,输入信号减小时,量化范围不变;抽样频率为2000Hz。
实验代码:
uniform函数:
function[xqv,xqe,snr]=uniform(xt,n)
m=2.^n
a=2/m
y=ceil(abs(xt/a))
x=sign(xt)
xqv=x.*(y*a-1/2*a)
xqe=xt-xqv
s=mean(xt.*xt)
n=mean(xqe.*xqe)
snr=10*log10(s/n)
主程序:
closeall;clc;clearall;
t=0:
1/1000:
1;
xt=sin(2*pi*t);
figure
(1);subplot(1,1,1);plot(t,xt);holdon;
[xqv,xqe,snr]=uniform(xt,3);
plot(t,xqv);
t2=0:
1/32:
1;
xt2=sin(2*pi*t2);
figure
(2);
subplot(2,1,1);
stem(t2,xt2);holdon;
[xqv,xqe,snr]=uniform(xt2,3);
stem(t2,xqv);holdon;
subplot(2,1,2);
stem(t2,xqe);
holdon;
QSNR_N=zeros(1,7);
QSNR_T=zeros(1,7);
forn=2:
1:
8;
[XQV,XQE,QSNR_N(n-1)]=uniform(xt,n);
QSNR_T(n-1)=n*6.02+1.76;
end
figure(3);subplot(1,1,1);plot(QSNR_N);
holdon;
plot(QSNR_T,'red');
fs=30
t=0:
1/fs:
1
xt=0.9*sin(2*pi*t)
[xqv,xqe,snr]=uniform(xt,8)
k=0:
5:
50
figure(4)
plot(k,snr-k,'b','linewidth',2)
axis([050080])
[xqv,xqe,snr]=uniform(xt,12)
k=0:
5:
50
holdon
plot(k,snr-k,'r','linewidth',5)
axis([050080])
gridon
xt=0.9*cos(2*pi*t);
A=87.6;
cc=sign(xt)
fork=1:
1:
size(xt,2)
ifabs(xt(k))<=1/A
c(k)=cc(k)*A*abs(xt(k))/(1+log(A));
else
c(k)=cc(k)*(1+log(A*abs(xt(k))))/(1+log(A));
end
end
[xqv,xqe,SNR]=uniform(xt,3);
figure(5)
stem(t,xt);
holdon
stem(t,xqv,'r*');
stem(t,xqe,'g+')
plot(t,c);
axis([01-11])
结果图:
二、实验思考题:
1、图2-3表明均匀量化信噪比与量化级数(或编码位数)的关系是怎样的?
答:
量化信噪比随着量化级数的增加而提高,当量化级数较小是不能满足通信质量的要求。
实验三:
数字基带传输系统
一、实验目的
1、掌握数字基带传输系统的误码率计算;理解信道噪声和码间干扰对系统性能的影响;
2、掌握最佳基带传输系统中的“无码间干扰传输”和“匹配滤波器”的设计方法;
3、理解眼图的作用,理解码间干扰和信道噪声对眼图的影响。
二、实验内容
1、误码率的计算
(1)A/σ和误码率之间的性能曲线
2、眼图的生成
(1)基带信号采用矩形脉冲波形
(2)基带信号采用滚降频谱特性的波形
三、实验步骤及结果
1、误码率的计算
1)随机产生1000000个二进制信息数据,采用双极性码,映射为±A。
随机产生高斯噪声(要求A/σ为0~12dB),叠加在发送信号上,直接按判决规则进行判决,然后与原始数据进行比较,统计出错的数据量,与发送数据量相除得到误码率。
画出A/σ和误码率之间的性能曲线,并与理论误码率曲线相比较。
程序代码:
closeall;
clc;
clearall;
N=10^6;
A=1;
ber=zeros(13);
A_sigma=0:
1:
12;
sigma=A./(10.^(A_sigma/20));
a=A.*randint(1,N)*2-1;
fori=1:
length(sigma);
rk=a+sigma(i)*randn(1,N);
dec_a=sign(rk);
ber(i)=length(find(dec_a~=a))/N;
end;
p=1/2*erfc(A./(sqrt
(2)*sigma));
figure
semilogy(A_sigma,ber,'b-*',A_sigma,p,'red');
legend('p','A_sigma');
gridon;
2)随机产生10000个二进制信息数据,采用双极性码,映射为±1,基带波形采用根升余弦频谱。
随机产生信道高斯白噪声(要求0nEb为-2~8dB),叠加在发送信号上,通过匹配滤波器后,按判决规则进行判决,得到误码率。
画出0nEb和误码率之间的性能曲线。
x=randint(1,100)*2-1;
xt=rcosflt(x,1,100,'fir',1);
eyediagram(xt,300);
snr_db=[30,20,10,0];
snr=10.^(snr_db/10);
noise=1./snr;
fori=1:
4;
n=sqrt(noise(i))*randn(length(xt),1);
eyediagram(xt+n,300);
end
2、绘制眼图
2)设基带信号波形为滚降系数为1的升余弦波形,符号周期1sT=,试绘出不同滚降系数(a=1,0.75,0.5,0.25)时的时域脉冲波形(保存为图3-5)。
随机生成一系列二进制序列,选择a=1的升余弦波形,画出多个信号的波形,(保存为图3-6)。
通过高斯白噪声信道,选择a=1的升余弦波形,分别绘制出无噪声干扰以及信噪比为30、20、10、0dB时的眼图。
clearall;
clc;
closeall;
h1=rcosflt(1,1,100,'fir',1,5);
h2=rcosflt(1,1,100,'fir',0.75,5);
h3=rcosflt(1,1,100,'fir',0.5,5);
h4=rcosflt(1,1,100,'fir',0.25,5);
figure()
plot(h1);holdon;
plot(h3);holdon;
plot(h4);holdon;
plot(h2);holdon;
实验结果图:
四、实验思考题
1、数字基带传输系统的误码率与哪些因素有关?
答:
数字基带的误码率与输入的信噪比有关,信噪比又与输入信号的能量以及噪声的能量有关。
2、码间干扰和信道噪声对眼图有什么影响?
答;码间干扰和信道噪声可以看做同一类型,都是对信号起负面作用的,只是来源不同。
码间干扰来自信号自身,是可以通过优化信号来避免的,而信道噪声是无法避免的,始终存在。
对眼图的影响无非就是:
会使眼图比较闭合,幅度畸变范围变大,噪声容限变小,过零点畸变时间变久。
3、观察图3-5和图3-6,观察不同滚降系数对时域波形的影响。
答:
当1α=时,是实际中常采用的升余弦频谱特性,它的波形最瘦,拖尾按3t−速率衰减,抑制码间串扰的效果最好。
当滚降系数α越小时,波形越来越胖,尾巴的衰减速率越来越小。
4、图3-7可以得出什么结论?
答:
右图3-7可以看出,信噪比越高,眼图的效果越好,当无噪声干扰时,眼图形状清晰可见,“眼睛”张开较大,当信噪比为0时,眼图彻底混乱,看不清楚形状。
实验四:
BPSK系统仿真
一、实验目的:
1、掌握BPSK调制和解调原理;
2、理解数字基带信号和BPSK号的功率谱密度的关系。
3、理解星座图的作用
二、实验原理
三、实验内容:
1、生成基带信号和频带信号的时域波形和功率谱(必做)
3、BPSK发送信号和接收信号的星座图。
(必做)
四、实验步骤
1、绘制时频波形
1)设基带波形为矩形波,设载波频率为10Hz,符号速率为1Baud,画出BPSK信号的时域波形和功率谱。
2)设基带波形为滚降波形,设载波频率为10Hz,符号速率为1Baud,画出BPSK信号的时域波
形和功率谱;要求对比滚降系数分别为0.5和1时的情况。
3、BPSK发送信号和接收信号的星座图
绘制发送端BPSK信号的星座图;绘制出信噪比为10dB和5dB时的接收信号星座图
实验代码:
closeall;clc;clearall;
ts=1;fc=2;
n_sample=200;n_num=1000;
dt=ts/n_sample;
t=0:
dt:
n_num*ts-dt;
d=2*randint(1,n_num)-1;
st_bb=rectpulse(d,n_sample);
st_2psk=st_bb.*cos(2*pi*fc*t);
figure();
subplot(2,1,1);
plot(t,st_2psk);
axis([0,10,-1,1]);
nloop=20;
window=boxcar(length(st_2psk));
NFFT=2^16;
sp_p=0;
forind=1:
nloop;
[px,f]=periodogram(st_2psk,window,NFFT,1/dt);
sp_p=sp_p+px;
d=2*randint(1,n_num)-1;
st_bb=rectpulse(d,n_sample);
st_2psk=st_bb.*cos(2*pi*fc*t);
end
st_pp=sp_p/20;
subplot(2,1,2);
plot(f,st_pp);
axis([0,4,0,1]);
closeall;clc;clearall;
ts=1;fc=10;r=1;
n_sample=100;
n_num=500;
dt=ts/n_sample;
delay=10;
t=0:
dt:
n_num*ts+delay*2-dt;
d=2*randint(1,n_num)-1;
st_bb=rcosflt(d,1/ts,n_sample/ts,'fir',r,delay);
st_bpsk=st_bb'.*cos(2*pi*fc*t);
figure;
subplot(2,1,1);
plot(t,st_bb);gridon;
axis([2*delay2*delay+ts*10min(st_bb)max(st_bb)]);
nloop=20;
window=boxcar(length(st_bpsk));
nfft=2^16;
sp_p=0;
fori=1:
nloop
[px,f]=periodogram(st_bpsk,window,nfft,1/dt);
sp_p=sp_p+px;
d=2*randint(1,n_num)-1;
st_bb=rcosflt(d,1/ts,n_sample/ts,'fir',r,delay);
st_bpsk=st_bb'.*cos(2*pi*fc*t);
end;
sp_p=sp_p/20;
title('2psk滚降系统的时域波形图和功率谱密度');
gridon;
subplot(2,1,2);
plot(f,sp_p);
axis([81201]);
gridon;
实验结果图:
:
五、实验思考题:
1、随着0nEb的增大,误码率如何变化?
为什么?
答:
因为Pe=1/2*erfc[(E/n0)1/2],而erfc是一个减函数,所以随着比值增大,误码率会减小。
2、试从BPSK系统的接收信号星座图来解释如何进行判决?
答:
星座图用来估计系统性能,星座点聚焦越好,系统性能越好,否则噪声越严重,误码率越高。
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