仲恺现代通信原理实验报告DOC.docx

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仲恺现代通信原理实验报告DOC

实验一PCM脉冲编码调制

信息科学与技术学院学院（院、系）网络工程专业132班现代通信系统课

学号姓名实验日期2015-4-26教师评定

实验一：

利用Matlab绘制带通信号x（t）=2sinc（20t）*cos[2π*100t+sinc（5t）],时间间隔为0.02s。

代码：

图像：

>>ts=0.02;

>>t=[-3:

ts:

3];

>>x=2*sinc（20*t）.*cos（2*pi*100*t+sinc（5*t））;

>>plot（t,x）

实验二：

利用Matlab对模拟信源s=sint（0

代码：

图像：

>>t=[0:

0.2:

2*pi];

>>s=sin（t）;

>>partition=[-1:

0.2:

1];

>>codebook=[-5:

1:

5+1];

>>[index,quants]=quantiz（s,partition,codebook）;

>>subplot（2,1,1）;plot（t,s）;

>>subplot（2,1,2）;plot（t,quants）

实验三：

编制一个函数实现均匀PCM量化编码，并计算量化噪声比（SQNR）。

代码：

function[sqnr,a_quan,code]=upcm（a,n）%定义一个关于输入信号序列a和量化级数n的upcm函数

amax=max（abs（a））;%取变量amax等于序列a的绝对值

a_quan=a/amax;%对输入信号序列归一化，使信号幅度

取值范围为[-1,1]

b_quan=a_quan;%令变量b_quan等于变量a_quan

d=2/n;%取d=2/n为量化间隔

q=d.*[0:

n-1]-（n-1）/2*d;%取q为每个量化区间对应的判决阈值

fori=1:

n%对归一化后的输入信号序列进行量化

index=find（（q（i）-d/2<=a_quan）&（a_quan<=q（i）+d/2））;

a_quan（index）=q（i）*ones（1,length（index））;

b_quan（find（a_quan==q（i）））=（i-1）.*ones（1,length（find（a_quan==q（i））））;

end

a_quan=a_quan*amax;%使量化后的归一化信号各点值变回

原来的值

nu=ceil（log2（n））;%设定给定量化级数所需比特数

code=zeros（length（a）,nu）;%取零矩阵，使其行数为序列a的长度，列数为量化所需比特数nu的矩阵

fori=1:

length（a）%对输入信号序列量化后进行编码

forj=nu:

-1:

0

if（fix（b_quan（i）/（2^j））==1）

code（i,nu-j）=1;

b_quan（i）=b_quan（i）-2^j;

end

end

end

sqnr=20*log10（norm（a）./norm（a-a_quan））;%使公式计算量化噪声比（SQNR）

实验四：

利用上题编制的函数，对正弦信号s=sint（0

代码：

图像：

>>t=[0:

0.1:

2*pi];

>>s=sin（t）;

>>[sqnr8,aquan8,code8]=upcm（s,8）;

>>[sqnr16,aquan16,code16]=upcm（s,16）;

>>plot（t,s,t+0.2,aquan8,'-.',t+0.4,aquan16,'*'）;

>>legend（'原始正弦信号','级数为8的PCM

量化后信号','级数为16的PCM量化后信号'）

实验二基于MATLAB的2ASK和2FSK调制仿真

（综合性实验）

信息科学与技术学院学院（院、系）网络工程专业132班现代通信系统课

学号姓名实验日期2015-4-26教师评定

要求编写2ASK和2FSK调制程序，任意给定一组二进制数，计算经过这两种调制方式的输出信号。

程序书写要规范，加必要的注释；经过程序运行的调制波形要与理论计算出的波形一致。

1）熟悉2ASK和2FSK调制原理。

2）编写2ASK和2FSK调制程序。

3）画出原信号和调制信号的波形图。

实验报告要求如下内容：

1）2ASK和2FSK调制原理；对给定信号画出理论调制波形；

2）程序设计思想，画出流程图;

3）源程序代码

4）测试结果（打印）和理论计算结果对比是否一致

5）小结（实验总结+实验心得体会）

1.调制原理：

二进制振幅键控（2ASK）信号码元为：

S（t）=A（t）cos（w0t+θ）0﹤t≤T

式中w0=2πf0为载波的角频率；A（t）是随基带调制信号变化的时变振幅，即

╱A当发送“1”时

A（t）=

╲0当发送“0”时

在式中给出的基带信号码元A（t）的波形是矩形脉冲。

产生2ASK的调制方法，主要有两种。

第一种方法采用相乘电路，用基带信号A（t）和载波cosw0t相乘就得到已调信号输出。

第二种方法是采用开关电路，开关由输入基带信号A（t）控制，用这种方法可以得到同样的输出波形。

二进制频移键控（2FSK）信号码元的“1”和“0”分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振幅和初始相位不变。

故其表达式为；

╱Acos（w1t+Φ1）发送“1”时

S（t）=

╲Acos（w0t+Φ0）发送“0”时

式中，假设码元的初始相位分别为Φ1和Φ0；w1=2πf1和w0=2πf0为两个不同频率码元的角频率；A为一常数，表明码元的包络是矩形脉冲。

2FSK信号的调制方法主要有两种。

第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能够输出两个不同频率的码元。

第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出。

2.2ASK的调制程序

t=0:

0.01:

10;

a=[1,1,0,1,1,0,1,1,0];

y=5*cos（2*pi*t）;

subplot（2,1,1）;

plot（t,y）;

fori=1:

length（a）

ifa（i）==1

t=i-1:

0.001:

i;

y=5*cos（2*pi*t）;

end

ifa（i）==0

t=i-1:

0.001:

i;

y=0;

end

subplot（2,1,2）;

plot（t,y）;

2FSK调制程序

t=0:

0.01:

10;

a=[1,0,0,1,1,0,1];

y=5*cos（2*pi*t）;

subplot（2,1,1）;

plot（t,y）;

fori=1:

length（a）

ifa（i）==1

t=i-1:

0.001:

i;

y=5*cos（2*pi*t）;

end

ifa（i）==0

t=i-1:

0.001:

i;

y=5*cos（3*pi*t）;

end

subplot（2,1,2）;

plot（t,y）;

holdon

end

3.实验心得：

通过学习得知了ASK和FSK的在MATLAB中的实现方法，也掌握了MATLAB中循环语句的书写格式。

实验三BDPSK调制和平均信源熵的计算仿真

信息科学与技术学院（院、系）网络工程专业132班通信原理教程课

学号姓名指导老师实验时间

一、编写BDPSK调制程序，任意给定一组二进制数，计算经过这种调制方式的输出信号。

1、实验目的

（1）熟悉BDPSK调制原理。

（2）学会运用Matlab编写BDPSK调制程序。

（3）会画出原信号、BPSK和BDPSK调制信号的波形图。

（4）掌握数字通信的BDPSK的调制方式。

2、实验原理

2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。

现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：

Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。

则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图1所示。

图12DPSK信号

在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。

如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。

所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。

例如，假设相位值用相位偏移x表示（x定义为本码元初相与前一码元初相之差），并设

”

”

则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：

数字信息：

0011100101

2DPSK信号相位：

000π0πππ00π

或：

πππ0π000ππ0

为了便于说明概念，我们可以把每个码元用一个如图2所示的矢量图来表示。

图中，虚线矢量位置称为基准相位。

在绝对移相中，它是未调制载波的相位；在相对移相中，它是前一码元载波的相位。

如果假设每个码元中包含有整数个载波周期，那么，两相邻码元载波的相位差既表示调制引起的相位变化，也是两码元交界点载波相位的瞬时跳变量。

图2（a）所示的移相方式，称为A方式。

在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取0、π。

因此，在相对移相后，若后一码元的载波相位相对于基准相位为0，则前后两码元载波的相位就是连续的；否则，载波相位在两码元之间要发生跳变。

图2（b）所示的移相方式，称为B方式。

在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取

π/2。

因而，在相对移相时，相邻码元之间必然发生载波相位的跳变。

这样，在接收端接收该信号时，如果利用检测此相位变化以确定每个码元的起止时刻，即可提供码元定时信息，这正是B方式被广泛采用的原因之一。

图2二相调制移相信号矢量图

2DPSK的调制原理与2FSK的调制原理类似，也是用二进制基带信号作为模拟开关的控制信号轮流选通不同相位的载波，其调制框图见图3。

图3相对（差分）的移相方式调制框图

相对（差分）移相方式（2DPSK）对应的调制系统如图4所示：

图4相对（差分）移相的调制系统

3、仿真源程序和代码

a=[1,0,1,1,0,1];

subplot（4,1,1）;stem（a）;title（'随机信号'）;

fori=1:

length（a）

t=i-1:

0.001:

i;

s=sin（2*pi*（t+floor（t+0.999））+a（i）*pi+pi）;

holdon;

subplot（4,1,2）;plot（t,s）;title（'2PSK调制后的信号'）

end

sum=0;

fori=1:

length（a）

t=i-1:

0.001:

i;

sum=sum+a（i）;

s=sin（2*pi*（t+floor（t+0.999））+sum*pi）;

holdon;

subplot（4,1,3）;plot（t,s）;title（'2DPSK调制后的信号（初相为0）'）

end

sum1=0;

fori=1:

length（a）

t=i-1:

0.001:

i;

sum1=sum1+a（i）;

s=sin（2*pi*（t+floor（t+0.999））+sum1*pi+pi）;

holdon;

subplot（4,1,4）;plot（t,s）;title（'2DPSK调制后的信号（初相为π）'）

end

5、仿真结果

6、实验总结

通过实验，对MATLAB的基本功能和使用方法更加熟悉了，对数字基带传输系统有了一定的了解，加深了对2PSK和BDSK信号的调制原理的认识，理解了如何对他们进行调制，通过使用MATLAB仿真，对个调制和解调电路中各元件的特性有了较为全面的理解。

二、信源熵计算仿真：

首先产生一个信源，其分布满足均值为1、方差为1的高斯分布，并计算出信源熵。

MATLAB仿真程序：

>>x=randn（1,5000）;

>>p=1/sqrt（2*pi）*exp（-x.^2/2）;

>>H=-mean（log2（p））

H=

2.0534

>>

实验四QPSK调制和2DPSK的Simulink仿真

信息科学与技术学院（院、系）网络工程专业132班通信原理教程课

学号姓名指导老师实验时间

QPSK调制和2DPSK的Simulink仿真

一、编写QPSK调制程序，任意给定一组二进制数，计算经过这种调制方式的输出信号。

1、实验目的

（1）熟悉QPSK调制原理。

（2）学会运用Matlab编写QPSK调制程序。

（3）会画出原信号和QPSK调制信号的波形图。

（4）掌握数字通信的QPSK的调制方式。

2、实验原理

QPSK（四相移相键控）是一种常用的多进制调制方式。

QPSK信号的正弦载波有四个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号。

QPSK信号有00、01、10、11四种状态。

所以，对输入的二进制序列，首先必须分组，每两位码元一组。

QPSK信号实际上是两路正交双边带信号。

首先产生两种不同相位的载波信号f1和f2，直接用输入双比特去选择载波的相位，得到同相支路和正交支路，再将这两路信号叠加，就可以得到QPSK信号。

最后通过信道发送到接收端。

QPSK信号四种状态和相位θk之间的关系通常都按格雷码的规律变化，如表1所示。

表1QPSK编码规则

a

b

θk

A方式

B方式

0

0

0°

225°

1

0

90°

315°

1

1

180°

45°

0

1

270°

135°

表中给出的A和B两种编码方式，其矢量图画在图1中。

（a）方式（b）方式

图1QPSK信号的矢量图

QPSK调制的电路原理图如图2所示。

3、程序设计思想和流程图

图3QPSK流程图

根据QPSK信号原理，输入基带信号按A方式编码表示不同的相位。

结合以前实验的基础，先输入二进制序列作为基带信号，进行QPSK调制，然后输出调制后的信号。

实验流程图如图3所示。

4、仿真源程序和代码

a=[0,0,1,1,0,1,1,0];

subplot（2,1,1）;stem（a）;title（'随机信号'）;

fori=1:

length（a）/2

m=a（2*i-1）;

n=a（2*i）;

t=i-1:

0.01:

i;

if（m==0）&&（n==0）

s=sin（2*pi*（t+fix（t+0.999）））;

end

if（m==1）&&（n==0）

s=sin（2*pi*（t+fix（t+0.999））+pi/2）;

end

if（m==1）&&（n==1）

s=sin（2*pi*（t+fix（t+0.999））+3*pi/2）;

end

if（m==0）&&（n==1）

s=sin（2*pi*（t+fix（t+0.999））+pi）;

end

holdon;

subplot（2,1,2）;plot（t,s）;title（'QDPSK调制后的信号'）;

end

5、仿真结果

图4QPSK仿真结果

6、实验总结

通过实验，对MATLAB的基本功能和使用方法更加熟悉了，对数字基带传输系统有了一定的了解，加深了对QPSK信号的调制原理的认识，理解了如何对他们进行调制，通过使用MATLAB仿真，对个调制和解调电路中各元件的特性有了较为全面的理解。

二、2DPSK的Simulink仿真

1、建立模型方框图

图5仿真模型

2DPSK产生仿真模型如图5所示。

本实验中要用到的模块有：

CommunicationsBlockset/CommSources/DataSources库下的RandomIntegerGenerator模块，CommunicationsBlockset/SourceCoding库下的DifferentialEncoder模块，CommunicationsBlockset/UtilityFunctions库下的UnipolartoBipolarConverter模块，Simulink/Source库下的SignalGenerator模块；Simulink/MathOperations库下的Product模块；DSPBlockset/DSPSinks库下的SpectrumScope模块。

2、参数设置

RandomIntegerGenerator模块作为数字基带信号的发生器，该模块的参数设置如图6所示；差分差分译码DifferentialDecoder模块的参数设置如图7所示；单双极性变换UnipolartoBipolarConverter模块的参数设置如图8所示。

图6图7图8

3、系统仿真波形图