通信原理实验课

.通信原理实验课

实验报告

姓名 TOTO

学号 2010210498

专业通信工程

班级 0111011

授课教师 SB

完成日期 2012 年 12 月 15 日

1.实验一

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DSB调制，并画出时域波形和频谱图。

2、完成DSB信号的相干解调。

三、实验程序及仿真结果

close all;

clear;

clc;

fm=1000; %调制信号频率fc=10000; %载波信号频率fs=16*fc; %采样频率

ts=1/fs;

tm=2/fm;

t=0:ts:tm;

m=cos(2*pi*fm*t);

c=cos(2*pi*fc*t);

dsb=m.*c; %dsb调制

figure()

subplot(3,1,1)

plot(t,m);

axis([0 tm -1.2 1.2]);grid on;

title('调制信号的时域波形');

xlabel('t');

ylabel('幅值');

subplot(3,1,2)

plot(t,c);

axis([0 tm -1.2 1.2]);grid on;

title('载波信号的时域波形');

xlabel('t');

ylabel('幅值');

subplot(3,1,3)

plot(t,dsb);

axis([0 tm -1.2 1.2]);grid on;

title('DSB调制的时域波形');

xlabel('t');

ylabel('幅值');

f=(0:4095)/4096*fs; %做fft来得到信号频谱图

M=fft(m,4096);

C=fft(c,4096);

DSB=fft(dsb,4096);

figure()

subplot(3,1,1);

plot(f,M);

axis([0 12000 -50 170]);grid on;

title('调制信号的幅频特性');

xlabel('f');

ylabel('幅值');

subplot(3,1,2);

plot(f,C);

axis([0 12000 -50 170]);grid on;

title('载波信号的幅频特性');

xlabel('f');

ylabel('幅值');

subplot(3,1,3);

plot(f,DSB);

axis([0 12000 -30 90]);grid on;

title('DSB调制信号的幅频特性');

xlabel('f');

ylabel('幅值’);

mjt=dsb.*c; %乘以一个同频同相的载波来相干解调wc=1.5*2*pi*fm/fs; %设置解调器低通滤波器的截止频率lbf=fir1(16,wc/pi); %设计低通滤波器

mjtout=filter(lbf,1,mjt);

figure()

subplot(2,1,1)

plot(t,m);

title('调制信号的时域波形');

xlabel('t');

ylabel('幅值');

axis([0 tm -1.2 1.2]);grid on;

subplot(2,1,2)

plot(t,mjtout);grid on;

title('解调信号的时域波形');

xlabel('t');

ylabel('幅值');

axis([0 tm -0.6 0.6]);grid on;

四、实验思考题

1.与调制信号比较，AM、DSB和SSB的时域波形和频谱有何不同？

解：与调制信号相比，AM信号包含有载波、上下边带，而且AM信号的中心频率是载波信号的频率；DSB仅有上下边带而无载波，而且DSB信号的中心频率是载波信号的频率；SSB仅有上边带或下边带，同时无载波，而且SSB信号的中心频率是载波信号的频率；

2.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？

解：接收端的本地载波与发送时的载波同频不同相时,会造成最后解调出来的信号与原本的调制信号相差为Δφ的相位,相位差会造成时域上的延迟，造成输出信号的失真。

二．实验二

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。

三、实验程序及仿真结果

close all;

clear;

clc;

fs=1000; %设置采样频率

ts=1/fs;

t=0:ts:1;

m=sin(2*pi*t);

levelnumber = 2^3; %进行8级量化

delta= 2/levelnumber;

sjx=(m>=0)*2-1; %进行量化设置

quantifiedlevel =ceil(abs(m)/delta);

quantifiedsignal = sjx.*(quantifiedlevel*delta-delta/2);

figure()

plot(t,m);grid on;hold on;

plot(t,quantifiedsignal,'r');

legend('输入信号','量化后的信号');

axis([0 1 -1.2 1.2]);

title('输入信号和量化信号');

xlabel('t');

ylabel('幅值');

fs=32;

ts=1/fs;

t=0:ts:1;

m=sin(2*pi*t);

levelnumber = 2^3;

delta= 2/levelnumber;

sjx=(m>=0)*2-1; %进行量化设置quantifiedlevel =ceil(abs(m)/delta);

quantifiedsignal = sjx.*(quantifiedlevel*delta-delta/2); quantifiederror=m-quantifiedsignal;

figure()

plot(t,m,'m');grid on;hold on;

stem(t,m,'*');

stem(t,quantifiedsignal,'r','.');

axis([0 1 -1.2 1.2]);

legend('输入信号','采样样值','量化后的样值');

title('采样样值和8级均匀量化后的样值');

xlabel('t');

ylabel('幅值');

figure()

stem(t,quantifiederror,'.','r');

axis([0 1 -0.15 0.15]);

title('量化误差');

xlabel('t');

ylabel('幅值 ');

t=0:1/2000:1;

m=sin(2*pi*t);

SNR=zeros(1,7);

quantifiedSNR=zeros(1,7);

codingnum = 2:1:8;

sjx=(m>=0)*2-1;

for n=2:1:8

levelnumber = 2^n; %进行量化设置

delta= 2/levelnumber;

quantifiedlevel =ceil(abs(m)/delta);

quantifiedsignal = sjx.*(quantifiedlevel*delta-delta/2); quantifiederror=m-quantifiedsignal;

signalpower=mean(m.^2); %计算平均功率

quantizationnoisepower=mean(quantifiederror.^2);

quantifiedSNR(n-1)=10*log10(signalpower/quantizationnoisepower); SNR(n-1)=n*6.02+1.76;

end

figure();

plot(codingnum,quantifiedSNR,'-b');hold on;

plot(codingnum,SNR,'-r');

legend('仿真值','理论值');

grid on;

title('均匀量化信噪比随编码位数变化');

xlabel('编码位数');

ylabel('量化信噪比（的B）');

四、实验思考题

上图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？

解：如图可得知，匀量化信噪比与编码位数呈正比例的关系。编码位数越多，均匀量化信噪比也越高，反则匀量化信噪比则越低。

三．实验三

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，计算出A/σ和误码率之间的性能曲线

2、眼图的生成，画出基带信号采用滚降频谱特性的波形

三、实验程序及仿真结果

clc;

close all;

clear all;

ber=zeros(13);

noisedb=0:1:12;

A=1;

N=1*10^6;

sigma=A./(10.^(noisedb/20)); %计算噪声的sigma的值

a=A*(randint(1,N)*2-1); %产生双极性码

for i=1:length(sigma)

n=sigma(i)*randn(1,N); %产生随机加性噪声

rk=a+n; %信号增加加性噪声

truesignal=sign(rk);

ber(i)=(length(find(truesignal~=a)))/N; %计算误码率

end;

y=1/2*erfc(sqrt(10.^(noisedb./20).^2/2)); %计算实际误码率

figure;

semilogy(noisedb,y,'b*',noisedb,ber,'r-');

grid on;

legend('理论误码率','误码率曲线');

title('A/sigma和误码率之间的性能曲线与理想误码率曲线比较');

xlabel('A/sigma');

ylabel('ber');

figure()

h1=rcosflt(1,1,100,'fir',1,5); %信号经过滚降系统处理（a=1）

plot(h1);

hold on;grid on;

h2=rcosflt(1,1,100,'fir',0.75,5); %信号经过滚降系统处理（a=0.75）plot(h2,'r-');

hold on;

h3=rcosflt(1,1,100,'fir',0.5,5); %信号经过滚降系统处理（a=0.5）plot(h3,'m-');

hold on;

h4=rcosflt(1,1,100,'fir',0.25,5); %信号经过滚降系统处理（a=0.25）plot(h4,'g-');

legend('滚降系统时域波形, a=1','滚降系统时域波形, a=0.75','滚降系统时域波形, a=0.5','滚降系统时域波形, a=0.25');

title('滚降系统的时域波形图');

xlabel('t');

ylabel('幅值');

N=100;

x=randint(1,100)*2-1; %产生双极性码

xt=rcosflt(x,1,100,'fir',1); %信号经过滚降系统处理

figure()

plot(xt);

title('多个滚降系统的时域波形，a=1')

xlabel('t');

ylabel('幅值');

axis([0 2000 -1.5 1.5]);

grid on;

eyediagram(xt,300); %画出没有噪声时的眼图

title('无噪声时的眼图，a=1')

snt_db=[30 20 10 0];

for n=1:1:4

snr=10.^(snt_db(n)/10);

noise=1./snr;

n=sqrt(noise(1))*randn(1,length(xt));

eyediagram(xt+n',300); %画出不同信噪比时的眼图

grid on;

end

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？

解：与信号输出的幅值还有加性高斯噪声的功率有关。同时还与信号的码型有关（在噪声环境一定时，单极性码信噪比双极性码小）

2、码间干扰和信道噪声对眼图有什么影响？

解：在有码间干扰时，波形会有失真，示波器的扫描线轨迹不能完全重合，于是形成的眼图的线迹比较杂乱。

3、观察不同滚降系数对时域波形,有何结论？

解：滚降系数a越大，抽样函数的拖尾振荡起伏越小，衰减越大，而且波形也越“瘦”，抑制码间串扰的效果越好，但带宽相比理想低通滤波器会变宽。

四．实验四

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信号的功率谱密度的关系。

二、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

三、实验程序及仿真结果

clear;

close all;

clc;

Ts=1;

fc=10;

samp=200;

num=1000; %设置信号的码元个数

dt=Ts/Samp;

t=0:dt:num*Ts-dt;

d = 2 * randint(1,num) - 1; %2PSK可以分解成双极性的两路2ASK

st_bb = rectpulse(d,samp);

st_bpsk = st_bb.* cos(2*pi*fc*t);

Nloop=20;

window=boxcar(length(st_bpsk)); %设置窗函数

NFFT=2^16;

SP_P=0;

for ind = 1 : Nloop

[Pxx, f] = periodogram(st_bpsk, window, NFFT, 1/dt);

SP_P=SP_P+Pxx;

d = 2 * randint(1,num) - 1;

st_bb = rectpulse(d,Samp);

st_bpsk = st_bb.* cos(2*pi*fc*t);

end

SP_P =SP_P / Nloop;%通过多次求平均值的方法来得出随机数字信号的功率谱

figure()

subplot(2,1,1)

plot(t,st_bpsk);

title('2PSK的时域图形');

xlabel('t');

ylabel('幅值')

axis([0 10 -1 1])

subplot(2,1,2)

plot(f, abs(SP_P)); grid on;

axis([0 5 0 0.8]);

title('2PSK的功率谱');

xlabel('f');

ylabel('幅值')

alpha = 1; %数值进行经过a=1的滚降系统处理后delay = 10;

t=0:dt:num*Ts+delay*2-dt;

d = 2 * randint(1, num) - 1;

st_bb = rcosflt(d,1/Ts,samp/Ts,'fir',alpha,delay);

st_bpsk = st_bb'.* cos(2*pi*fc*t);

figure()

subplot(2, 1, 1);

plot(t, st_bpsk);

grid on;

title('滚降后的2PSK的时域图形，a=1');

xlabel('t');

ylabel('幅值')

axis([20 30 -1.2 1.2])

ST_bpsk = 0;

window = boxcar(length(st_bpsk));

for ind = 1 : Nloop

[Pxx, f] = periodogram(st_bpsk, window, NFFT, 1/dt);

ST_bpsk =ST_bpsk +Pxx;

d = 2 * randint(1, num) - 1;

st_bb = rcosflt(d ,1/Ts, samp/Ts, 'fir' , alpha, delay); st_bpsk = st_bb'.* cos(2*pi*fc*t);

end

ST_bpsk = ST_bpsk / Nloop;

subplot(2, 1, 2);

plot(f, abs(ST_bpsk)); grid on;

axis([7 13 0 0.8]);

title('滚降后的2PSK的功率谱,a=1');

xlabel('f');

ylabel('幅值');

四．实验思考题：

1、随着Eb/n0的增大，误码率如何变化？为什么？

解：随着Eb/n0的增大，误码率将呈大致指数的关系变小。因为随着Eb/n0的增大，信号的信噪比将变大，因此其误码率变小。