通信原理实验指导书(上)-仿真部分

通信原理实验指导书上册（仿真部分）计算机工程系通信教研室2008.9实验一 模拟线性调制系统仿真实验一、 实验目的1、 理解模拟线性调制的基本原理；2、 验证常规AM 调制和DSB 调制计算机仿真方法。

二、 实验原理1．AM 调制原理任意AM 已调信号可以表示为S am (t)=c(t)m(t)当)()(0t f A t m +=；)cos()(0θω+=t t c c 且A 0不等于0时称为常规调幅，其时域表达式为：)cos()]([)()()(00θω++==t t f A t m t c t s c amA 0是外加的直流分量，f(t)是调制信号，它可以是确知信号也可以是随机信号，为方便起见通常设θ0为0。

cos(ω0要使输出已调信号的幅度与输入调制信号f(t)呈线性对应关系，应满足max 0)(t f A ≥，否则会出现过调制现象。

2．DSB 调制原理在常规调幅时，由于已调波中含有不携带信息的载波分量，故调制效率较低，为了提高调制效率，在常规调幅的基础上抑制载波分量，使总功率全部包含在双边带中，这种调制方式称为抑制载波双边带调制。

任意DSB 已调信号都可以表示为DSB S )()()(t m t c t =当)()(0t f A t m +=；)cos()(0θω+=t t c c 且A 0等于0时称为抑制载波双边带调制。

其时域表达式为t t f t m t c t s c DSB ωcos )()()()(==；频域表达式为：C DSB F t s ωω+=([)(C F ωω-+()2)]÷3．SSB 调制原理由于滤波法比较简单，主要介绍单边带的移相法形成原理及仿真。

为简便起见，设调制信号为单边带信号f(t)=A m cosωm t ，载波为c(t)=cosωc t 则调制后的双边带时域波形为：2/])cos()cos([cos cos )(t A t A t t A t S m c m m c m c m m DSB ωωωωωω-++==保留上边带，波形为：2/)sin sin cos (cos 2/])cos([)(t t t t A t A t S m c m c m m c m USB ωωωωωω-=+=保留下边带，波形为：2/)sin sin cos (cos 2/])cos([)(t t t t A t A t S m c m c m m c m LSB ωωωωωω+=-=上两式中的第一项与调制信号和载波信号的乘积成正比，成为同相分量；而第二项的乘积则是调制信号与载波信号分别移相900后想乘的结果，称为正交分量。

原理图如下：解调采用相干解调。

三、实验内容1．用MA TLAB产生一个频率为1Hz、功率为1的余弦信号，设载波频率为10Hz，试画出：（1）DSB-SC调制信号；（2）调制信号的功率谱密度；（3）相干解调后的信号波形；2．用MA TLAB产生一个频率为1Hz、功率为1的余弦信号，设载波频率为10Hz，A=2，试画出：（1）AM调制信号；（2）调制信号的功率谱密度；（3）相干解调后的信号波形；参考代码：1．% 显示模拟调制的波形及解调方法DSB，文件mdsb.m% 信源close all; %关闭图形窗口clear all; %清除工作区变量dt=0.001; %时间采样间隔fm=1; %信源最高频率fc=10; %载波中心频率T=5; %信号时长t=0:dt:T;mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fm*t); %信源%DSB modulations_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t);B=2*fm;%noise=noise_nb(fc,B,N0,t);%s_dsb=s_dsb+noise;figure(1);subplot(3,1,1);plot(t,s_dsb);hold on; %画出DSB信号波形plot(t,mt,'r--'); %标示mt的波形title('DSB调制信号');xlabel('t');%DSB_demodulationrt=s_dsb.*cos(2*pi*fc*t); %相干解调输出信号rt=rt-mean(rt); %mean(rt)返回向量rt的均值[f,rf]=T2F(t,rt); %自定义求信号频谱的函数[t,rt]=lpf(f,rf,fm); %自定义低通滤波函数subplot(3,1,2);plot(t,rt);hold on;plot(t,mt/2,'r--');title('相干解调后的信号波形与输入信号的比较');xlabel('t');subplot(3,1,3);[f,sf]=T2F(t,s_dsb);psf=(abs(sf).^2)/T;plot(f,psf);axis([-2*fc 2*fc 0 max(psf)]);title('DSB信号功率谱');xlabel('f');function[f,sf]=T2F(t,st) %利用DFT计算信号的频谱函数dt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(st);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;sf=fft(st);sf=T/N*fftshift(sf); %把DFT的零频移动到频谱的中心function[t,st]=F2T(f,sf) %计算信号的反傅立叶变换df=f(2)-f(1);Fmx=(f(end)-f(1)+df);dt=1/Fmx;N=length(sf);T=dt*N;t=0:dt:T-dt;sff=fftshift(sf);st=Fmx*ifft(sff);function[t,st]=lpf(f,sf,B)df=f(2)-f(1);T=1/df;hf=zeros(1,length(f)); %产生1行N列的零矩阵bf=[-floor(B/df):floor(B/df)]+floor(length(f)/2);hf(bf)=1;yf=hf.*sf;[t,st]=F2T(f,yf);st=real(st);2．文件mam.ms_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t); %AM 已调信号实验二 模拟角度调制系统及眼图仿真实验一、 实验目的1、理解调频的基本原理；2、熟悉调频信号的产生及解调的计算机仿真方法；3、理解数字基带信号的波形特点及眼图的仿真方法。

二、 实验原理1、FM 原理在连续波调制中，载波可表示为：)cos()(φω+=t A t c c其中幅度A 、角频率c ω和相位φ这三个参数都可以用来携带信息而构成调制信号。

如果幅度A和角频率c ω保持不变，而瞬时角频率是调制信号f(t)的线性函数时，这种调制方式称为频率调制。

此时瞬时角频率偏移为)(2t f K F πω=∆ 瞬时角频率为)(2t f K F c πωω+=式中K F 称为频偏常数，有时也称为调频器的灵敏度，单位为Hz/V 。

调频波的瞬时相位为⎰+=ττπωφd f K t t F c )(2)(因此，调频波的时间表示为])(2cos[)(⎰+=ττπωd f K t A t S F c FM调频信号的鉴频法解调（微分+包络解调）：))(22sin())(22(⎰++-=ττππππd f K t f A t f K f dtdS F c F c FM通过包络解调后得到f(t).调频信号的带宽：m f m f f f B )1(222max +=+∆=β ， mF f f AK =β 2、基带信号眼图所谓眼图就是指示波器显示的图形，因为在传输二进制信号波形时，它很象人的眼睛。

一个系统在传输时要使其传输特性完全符合理想情况是困难的，甚至是不可能的。

由于码间干扰问题与滤波器特性、信道特性等因素有关，因而计算由于这些因素所引起的误码率就非常困难，尤其在信道特性不能完全确知的情况下，甚至得不到一种合适的定量分析。

在码间干扰和噪声同时存在的情况下，系统性能的定量分析，就是想得到一个近似的结果都是非常复杂的。

所以我们就用眼图的方法估计出性能的优劣程度。

方法如下图：三、实验内容1、设输入信号为t t m π2cos )(=,载波中心频率fc=10Hz ，调频器的压控振荡系数为5Hz/V ，载波平均功率为1W 。

（1）画出该调频信号的波形； （2）求出该调频信号的幅度谱；（3）用鉴频器解调该调频信号，并与输入信号比较。

参考代码：close all; %关闭图形窗口 clear all; %清除工作区变量 Kf=5; fc=10; %载波中心频率 T=5; %信号时长dt=0.001; %时间采样间隔t=0:dt:T;%信源fm=1; %信源最高频率mt=cos(2*pi*fm*t);%FM modulationA=sqrt(2);mti=1/2/pi/fm*sin(2*pi*fm*t); %mt 的积分函数st=A*cos(2*pi*fc*t+2*pi*Kf*mti);figure(1);subplot(3,1,1);plot(t,st);hold on; %画出FM 信号波形 plot(t,mt,'r--'); %标示mt 的波形 title('FM 信号'); xlabel('t');ylabel('调频信号');subplot(3,1,2); [f,sf]=T2F(t,st); plot(f,abs(sf)); axis([-25 25 0 2]); xlabel('f');ylabel('调频信号幅度谱'); %FM demodulation for k=1:length(st)-1 rt(k)=(st(k+1)-st(k))/dt; end rt(length(st))=0;subplot(3,1,3);plot(t,rt);hold on;plot(t,A*2*pi*Kf*mt+A*2*pi*fc,'r--');xlabel('t');ylabel('调频信号微分后包络');2、设基带传输系统响应是1=α升余弦滚降系统，画出在接收端的基带数字信号波形及其眼图。

参考代码： Ts=1; N_sample=17; %每个码元的抽样点数eye_num=7;alpha=1;N_data=1000;dt=Ts/N_sample;%抽样时间间隔t=-3*Ts:dt:3*Ts;%产生双极性数字信号d=sign(randn(1,N_data));%双极性NRZ 信号dd=sigexpand(d,N_sample);%双极性RZ 信号t1=0:dt:N_data*Ts-dt;%基带系统冲击响应ht=sinc(t/Ts).*(cos(alpha*pi*t/Ts))./(1-4*alpha^2*t.^2/Ts^2+eps);st=conv(dd,ht);%17102点tt=-3*Ts:dt:(N_data+3)*N_sample*dt-dt;figure(1); subplot(411);plot(t1,dd);axis([0 20 -1.2 1.2]); subplot(412); plot(t,ht); axis([-3 3 -0.5 1.2]); subplot(413); plot(tt,st); axis([0 20 -1.2 1.2]);xlabel('t/Ts');ylabel('基带信号'); %画眼图 subplot(414); ss=zeros(1,eye_num*N_sample); ttt=0:dt:eye_num*N_sample*dt-dt; for k=3:50 ss=st(k*N_sample+1:(k+eye_num)*N_sample);%drawnow; %实现实时作图plot(ttt,ss);hold on; end%plot(ttt,ss);xlabel('t/Ts');ylabel('基带信号眼图');实验三 数字调制系统仿真实验一、实验目的1、熟悉数字调制通信系统各级信号的波形；2、理解数字信号在带通信道传输过程中的变换过程；3、理解数字信号的调制解调原理。