北京郵電大學(xué)通原軟件實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、信息與通信工程學(xué)院通信原理軟件實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)： 2011211105 姓名： 潘文斌 學(xué)號(hào)： 2011210132 日 期 ： 2013年11月 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹勘緦?shí)驗(yàn)是“通信原理”的一個(gè)組成部分。在本實(shí)驗(yàn)中我們使用的軟件工具是MATLAB。實(shí)驗(yàn)的主要目的是：1.掌握MATLAB軟件的最基本運(yùn)用。MATLAB是一種很實(shí)用的數(shù)學(xué)軟件，它易學(xué)易用。MATLAB對(duì)于許多的通信仿真類(lèi)問(wèn)題來(lái)說(shuō)是比較合適的。2.了解計(jì)算機(jī)仿真的基本原理及方法，學(xué)習(xí)并掌握通過(guò)仿真的方法去研究通信問(wèn)題的技能。3.結(jié)合通原的教學(xué)，鞏固加深對(duì)通信原理課有關(guān)內(nèi)容的理解?！緦?shí)驗(yàn)原理】從數(shù)學(xué)的角度來(lái)看，信息從一地傳送到另一地的整個(gè)過(guò)程或者其

2、各個(gè)環(huán)節(jié)不外乎是一些碼或信號(hào)的變換過(guò)程。例如信源壓縮編碼、糾錯(cuò)編碼、AMI編碼、擾碼等屬于碼層次上的變換，而基帶成形、濾波、調(diào)制等則是信號(hào)層次上的。碼的變換是易于用軟件來(lái)仿真的。要仿真信號(hào)的變換，必須解決信號(hào)與信號(hào)系統(tǒng)在軟件中表示的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)八【實(shí)驗(yàn)要求】假設(shè)基帶信號(hào)為 m(t)=sin(2000t)+2cos(1000t)，載波頻率為20kHz，請(qǐng)仿真出AM、DSB-SC、SSB信號(hào)，觀察已調(diào)波形和頻譜。 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹垦芯炕鶐盘?hào)在AM、DSB-SC、SSB調(diào)制下的波形及頻譜特性?！痉抡婺Ｐ汀?.DSB-SC(雙邊帶抑制載波調(diào)幅信號(hào))s(t)是利用均值為零的模擬基帶信號(hào)m(t)與正弦載波c(

3、t)相乘得到，如圖8.1.1圖8.1.1DSB信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為st=mtct=m(t)Accos(ct+c)經(jīng)幅度調(diào)制后，基帶信號(hào)的頻譜被搬移到載頻fc處。在ffc的頻率分量為S(f)的上邊帶，在f0);%產(chǎn)生單極性數(shù)據(jù) tmp1=zeros(L,M); tmp2=zeros(L,M); tmp3=zeros(L,M); tmp4=zeros(L,M); L1=L*0.25;% 25%占空比 L2=L*0.5; % 50%占空比 L3=L*0.75;% 75%占空比 L4=L; % 100%占空比 % 25% tmp1(1:L1,:)=ones(L1,1)*a1; s1=tmp1(:); S

4、1=t2f(s1,fs); P1=abs(S1).2/T; EP1=EP1*(1-1/loop)+P1/loop; % 50% tmp2(1:L2,:)=ones(L2,1)*a1; s2=tmp2(:); S2=t2f(s2,fs); P2=abs(S2).2/T; EP2=EP2*(1-1/loop)+P2/loop; % 75% tmp3(1:L3,:)=ones(L3,1)*a1; s3=tmp3(:); S3=t2f(s3,fs); P3=abs(S3).2/T; EP3=EP3*(1-1/loop)+P3/loop; % 100% tmp4(1:L4,:)=ones(L4,1)*a

5、1; s4=tmp4(:); S4=t2f(s4,fs); P4=abs(S4).2/T; EP4=EP4*(1-1/loop)+P4/loop;end%單極性RZ波形figure(1)subplot(2,2,1)plot(t,s1)axis equalxlabel(t(ms)ylabel(s1(t)(V)grid on,title(占空比為25%的單極性歸零碼)subplot(2,2,2)plot(t,s2)axis equalxlabel(t(ms)ylabel(s2(t)(V)grid on,title(占空比為50%的單極性歸零碼)subplot(2,2,3)plot(t,s3)axi

6、s equalxlabel(t(ms)ylabel(s3(t)(V)grid on,title(占空比為75%的單極性歸零碼)subplot(2,2,4)plot(t,s4)axis equalxlabel(t(ms)ylabel(s4(t)(V)grid on,title(占空比為100%的單極性歸零碼)%單極性RZ功率譜figure(2)subplot(2,2,1)semilogy(f,EP1)axis(-200,200,0,max(EP1)grid ontitle(占空比為25%的單極性RZ功率譜)xlabel(f(khz)ylabel(功率譜P1(W/kHz)subplot(2,2,2

7、)semilogy(f,EP2)axis(-200,200,0,max(EP2)grid ontitle(占空比為50%的單極性RZ功率譜)xlabel(f(khz)ylabel(功率譜P2(W/kHz)subplot(2,2,3)semilogy(f,EP3)axis(-200,200,0,max(EP3)grid ontitle(占空比為75%的單極性RZ功率譜)xlabel(f(khz)ylabel(功率譜P3(W/kHz)subplot(2,2,4)semilogy(f,EP4)axis(-200,200,0,max(EP4)grid ontitle(占空比為100%的單極性RZ功率譜

8、)xlabel(f(khz)ylabel(功率譜P4(W/kHz) %雙極性RZclear all;global dt df N t f TL=64;%每個(gè)碼元間隔的采樣數(shù)N=512;%總采樣點(diǎn)數(shù)M=N/L;%總碼元數(shù)Rs=5;%kbit/sTs=1/Rs;%碼元間隔T=M*Ts;fs=N/T;dt=1/fs;df=1/T;t=-(T/2):dt:(T/2-dt);f=-fs/2:df:fs/2-df; EP1=zeros(1,N);EP2=zeros(1,N);EP3=zeros(1,N);EP4=zeros(1,N); %產(chǎn)生雙極性RZ功率譜for loop=1:1000 a1=(rand

9、n(1,M)0);%產(chǎn)生單極性數(shù)據(jù) a2=(a1-1/2)*2;%產(chǎn)生雙極性數(shù)據(jù)碼 tmp1=zeros(L,M); tmp2=zeros(L,M); tmp3=zeros(L,M); tmp4=zeros(L,M); L1=L*0.25;% 25%占空比 L2=L*0.5; % 50%占空比 L3=L*0.75;% 75%占空比 L4=L; % 100%占空比 % 25% tmp1(1:L1,:)=ones(L1,1)*a2; s1=tmp1(:); S1=t2f(s1,fs); P1=abs(S1).2/T; EP1=EP1*(1-1/loop)+P1/loop; % 50% tmp2(1

10、:L2,:)=ones(L2,1)*a2; s2=tmp2(:); S2=t2f(s2,fs); P2=abs(S2).2/T; EP2=EP2*(1-1/loop)+P2/loop; % 75% tmp3(1:L3,:)=ones(L3,1)*a2; s3=tmp3(:); S3=t2f(s3,fs); P3=abs(S3).2/T; EP3=EP3*(1-1/loop)+P3/loop; % 100% tmp4(1:L4,:)=ones(L4,1)*a2; s4=tmp4(:); S4=t2f(s4,fs); P4=abs(S4).2/T; EP4=EP4*(1-1/loop)+P4/lo

11、op;end%雙極性RZ碼figure(3)subplot(2,2,1)plot(t,s1)axis(-1,1,-1.5,1.5)xlabel(t(ms)ylabel(s1(t)(V)grid on,title(占空比為25%的雙極性歸零碼)subplot(2,2,2)plot(t,s2)axis(-1,1,-1.5,1.5)xlabel(t(ms)ylabel(s2(t)(V)grid on,title(占空比為50%的雙極性歸零碼)subplot(2,2,3)plot(t,s3)axis(-1,1,-1.5,1.5)xlabel(t(ms)ylabel(s3(t)(V)grid on,ti

12、tle(占空比為75%的雙極性歸零碼)subplot(2,2,4)plot(t,s4)axis(-1,1,-1.5,1.5)xlabel(t(ms)ylabel(s4(t)(V)grid on,title(占空比為100%的雙極性歸零碼)%雙極性RZ功率譜figure(4)subplot(2,2,1)semilogy(f,EP1)axis(-200,200,0,max(EP1)grid ontitle(占空比25%的雙極性RZ功率譜)xlabel(f(khz)ylabel(功率譜P1(W/kHz)subplot(2,2,2)semilogy(f,EP2)axis(-200,200,0,max(

13、EP2)grid ontitle(占空比50%的雙極性RZ功率譜)xlabel(f(khz)ylabel(功率譜P2(W/kHz)subplot(2,2,3)semilogy(f,EP3)axis(-200,200,0,max(EP3)grid ontitle(占空比75%的雙極性RZ功率譜)xlabel(f(khz)ylabel(功率P3(W/kHz)subplot(2,2,4)semilogy(f,EP4)axis(-200,200,0,max(EP4)grid ontitle(占空比100%的雙極性RZ功率譜)xlabel(f(khz)ylabel(功率譜P4(W/kHz) 【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】

14、【分析討論】通過(guò)對(duì)不同占空比的功率譜密度的觀察可以得出與理論一致的結(jié)論，即占空比越大，則功率譜密度的主瓣寬度越小。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，雙極性歸零碼的功率譜密度的曲線比單極性歸零碼的功率譜密度少了些毛刺，自己猜測(cè)應(yīng)該是因?yàn)殡p極性碼的平均值為0，所以會(huì)少些毛刺。同時(shí)，知道了產(chǎn)生ZR的方法，但是產(chǎn)生的 PAM信號(hào)并沒(méi)有理論那么好看和標(biāo)準(zhǔn)?！緦?shí)驗(yàn)思考和心得體會(huì)】 對(duì)歸零碼的功率譜密度曲線可以更清楚的看到主瓣和旁瓣的關(guān)系。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，更加深刻的理解了占空比和功率譜主瓣寬度的關(guān)系。更清晰的了解了matlab仿真和理論的相仿和不同之處。實(shí)驗(yàn)十二【實(shí)驗(yàn)要求】仿真測(cè)量滾降系數(shù)為=0.25的根升余弦滾降系統(tǒng)的發(fā)送功率

15、譜密度及眼圖?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹刻骄扛嘞覞L降系統(tǒng)的功率譜密度，了解眼圖的意義及繪制方法?！痉抡婺Ｐ汀?.升余弦滾降系統(tǒng)模型為：H升(f)=TsTs201+cosTsf-1-2Ts 0f1-2Ts1-2Ts1+2Ts對(duì)于功率譜的生成，采用了累計(jì)平均的編程方法。對(duì)應(yīng)一個(gè)序列X1，X2，令Yn表示前n項(xiàng)的平均值:Yn=X1+X2+XnnYn+1=X1+X2+Xn+Xn+1n+1=nYn+Xn+1n+1=(11n+1) Yn+1n+1Xn+12.眼圖是數(shù)字信號(hào)在示波器上重復(fù)掃描得到的顯示圖形。眼圖提供了關(guān)于數(shù)字通信系統(tǒng)大量有用信息：l 在眼睛張開(kāi)度最大時(shí)刻，是最好的采樣時(shí)刻；l 眼圖斜邊的斜率決定定時(shí)誤

16、差的靈敏度，斜邊越陡，對(duì)定時(shí)誤差越敏感，即要求定時(shí)越準(zhǔn)；l 眼睛在特定采樣時(shí)刻的張開(kāi)度決定了系統(tǒng)的噪聲容限；l 眼圖中央的橫軸位置對(duì)應(yīng)于判決門(mén)限；l 當(dāng)碼間干擾十分嚴(yán)重時(shí)，眼睛會(huì)完全閉合，系統(tǒng)誤差嚴(yán)重。l 仿真中，如果一幅圖的水平點(diǎn)數(shù)是Na，將長(zhǎng)為N點(diǎn)的信號(hào)s分成NNa段，重復(fù)畫(huà)在圖上即可得到眼圖。若每個(gè)碼元內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)是L，則Na應(yīng)取L的整倍數(shù)，以體現(xiàn)示波器與輸入信號(hào)的同步關(guān)系?！玖鞒虉D】【實(shí)驗(yàn)程序】%實(shí)驗(yàn)12clear all;close all;global dt df N t f T N=213; %采樣點(diǎn)數(shù)L=16; %每碼元的采樣點(diǎn)數(shù)M=N/L; %碼元數(shù)Rs=2; %碼元速率Ts

17、=1/Rs;%比特間隔fs=L/Ts;%采樣速率Bs=fs/2;%系統(tǒng)帶寬T=N/fs; %截?cái)鄷r(shí)間dt=1/fs;df=1/T;t=-T/2+0:(N-1)/fs;%時(shí)域采樣點(diǎn)f=-Bs+0:(N-1)/T; %頻域采樣點(diǎn) alpha=0.25; %升余弦滾降系數(shù)Hcos=zeros(1,N);ii=find(abs(f)(1-alpha)/(2*Ts)&abs(f)=(1+alpha)/(2*Ts);%中間段Hcos(ii)=Ts/2*(1+cos(pi*Ts/alpha*(abs(f(ii)-(1-alpha)/(2*Ts);ii=find(abs(f)(1-a)/(2*Ts)&abs(

18、f)(1+a)/(2*Ts)=0;ii=find(abs(f)=(1-a)/(2*Ts);%G(abs(f)=(1-a)/(2*Ts)=Ts;Hcos(ii)=Ts;Hrcos=sqrt(Hcos);EP1=zeros(1,N);EP2=zeros(1,N);for loop=1:3000 %輸入碼性序列 b=sign(randn(1,M); tmp=zeros(L,M); tmp(1:L,:)=ones(L,1)*b; s=tmp(:);%雙極性不歸零碼 s1=zeros(1,N); s1(1:L:N)=b*fs;%沖激序列 S1=t2f(s1); S2=S1.*Hrcos; s2=real

19、(f2t(S2);%發(fā)送的PAM序列 N0=0.01; nw=sqrt(N0*Bs)*randn(1,N);%白高斯噪聲 r=s2+nw;%接收信號(hào) R=t2f(r); Y=R.*Hrcos; y=real(f2t(Y);%采樣前信號(hào) P1=abs(S2).2/T; EP1=EP1*(1-1/loop)+P1/loop; P2=abs(Y).2/T; EP2=EP2*(1-1/loop)+P2/loop;end y0=zeros(1,M);y0=y(1:L:N);c=sign(y0);%判決tmp1=zeros(L,M); tmp1(1:L,:)=ones(L,1)*c; s0=tmp1(:)

20、;%雙極性不歸零碼 figure(1)subplot(2,1,1)plot(t,s)xlabel(t(ms)ylabel(s(t) (V)axis(-4,4,-1.5,1.5)gridsubplot(2,1,2)plot(t,s1)xlabel(t(ms)ylabel(s(t) (V)axis(-4,4,-33,33)gridfigure(2)subplot(2,1,1)plot(f,EP1)xlabel(f(khz)ylabel(發(fā)送功率譜(W/khz)axis(-2,2,0,max(EP1)gridsubplot(2,1,2)plot(f,EP2)xlabel(f(khz)ylabel(接

21、收功率譜(W/khz)axis(-2,2,0,max(EP2)grideyediagram(s2,3*L,3,9);%發(fā)送眼圖eyediagram(y,3*L,3,9);%接收眼圖figure(5)subplot(2,1,1)plot(t,s)xlabel(t(ms)ylabel(s(t) (V)axis(-4,4,-1.5,1.5)gridsubplot(2,1,2)plot(t,s0)xlabel(t(ms)ylabel(s(t) (V)axis(-4,4,-1.5,1.5)grid%理論誤碼率SNR=1:0.01:14;Pb=0.5*erfc(sqrt(SNR);figure(6)sem

22、ilogy(10*log(SNR),Pb);hold on;axis(0,14,10-3,10-1)%實(shí)際誤碼率N0=0.01:0.001:1;Eerror=0;for loop=1:length(N0) %輸入碼型序列 b=sign(randn(1,M); tmp=zeros(L,M); tmp(1:L,:)=ones(L,1)*b; s=tmp(:);%雙極性不歸零碼 s1=zeros(1,N); s1(1:L:N)=b*fs;%沖激序列 S1=t2f(s1); S2=S1.*Hrcos; s2=real(f2t(S2);%發(fā)送的PAM信號(hào) for ii=1:10 nw=sqrt(N0(l

23、oop)*Bs)*randn(1,N);%白高斯噪聲 r=s2+nw;%接收信號(hào) R=t2f(r); Y=R.*Hrcos; y=real(f2t(Y);%采樣前信號(hào) P1=abs(S2).2/T; P2=abs(Y).2/T; y0=zeros(1,M); y0=y(1:L:N); c=sign(y0);%判決 tmp1=zeros(L,M); tmp1(1:L,:)=ones(L,1)*c; s0=tmp1(:);%雙極性不歸零碼 errorPercent=length(find(s0-s)/N; Eerror=Eerror*(1-1/ii)+errorPercent/ii; endSNR

24、=1/N0(loop);semilogy(10*log(SNR),errorPercent,R+);hold on;end【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】輸入序列碼與沖激序列發(fā)送和接收功率譜發(fā)送眼圖 接收眼圖發(fā)送碼與接收碼理論誤碼率曲線和實(shí)際誤碼率散點(diǎn)的比對(duì)圖【分析討論】 可以看出與理論相比很相近，發(fā)送眼圖與接收眼圖略有不同，且接收眼圖較差于發(fā)送眼圖，說(shuō)明是由于高斯白噪聲加入造成的。從理論誤碼率曲線和實(shí)際誤碼率散點(diǎn)的比對(duì)圖可以看出，實(shí)際的誤碼率散點(diǎn)均勻分布在理論曲線周?chē)?，證明仿真的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案【實(shí)驗(yàn)一】1.問(wèn)題：由于對(duì)matlab的不夠熟悉，總是不知道如何下手，時(shí)域采樣向量t的設(shè)置不合理，得不到好看的波形。 解決方案： 看實(shí)驗(yàn)課本，認(rèn)真理解matlab的工作原理：通過(guò)大量的抽樣來(lái)獲取信號(hào)各個(gè)時(shí)刻的值?！緦?shí)驗(yàn)二】2.問(wèn)題： Matlab中對(duì)基帶信號(hào)m(t)的頻率設(shè)置沒(méi)有實(shí)際的意義，只要成比例即可。如：實(shí)驗(yàn)要求的頻率為1000Hz，500Hz，250Hz，完全可以分別用1, 0.5 , 0.25代替。一開(kāi)始完全按照課本上設(shè)置為1000，500,250，導(dǎo)致波形非常密集。解決方案：參考matl