通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱(chēng)通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng)通信系統(tǒng)建模與仿真軟件實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 指導(dǎo)教師 實(shí)驗(yàn)室名稱(chēng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間實(shí)驗(yàn)成績(jī)預(yù)習(xí)部分實(shí)驗(yàn)過(guò)程表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分總成績(jī)教師簽字日期哈爾濱工程大學(xué)教務(wù)處 制 實(shí)驗(yàn)一：低通采樣定理和內(nèi)插與抽取實(shí)現(xiàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?用Matlab 編程實(shí)現(xiàn)自然采樣與平頂采樣過(guò)程，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出二者的結(jié)論；掌握利用MATLAB實(shí)現(xiàn)連續(xù)信號(hào)采樣、頻譜分析和采樣信號(hào)恢復(fù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1抽樣定理若是帶限信號(hào)，帶寬為, 經(jīng)采樣后的頻譜就是將的頻譜 在頻率軸上以采樣頻率為間隔進(jìn)行周期延拓。因此，當(dāng)時(shí)，不會(huì)發(fā)生頻率混疊；而當(dāng) < 時(shí)將發(fā)生頻率混疊。2信

2、號(hào)重建經(jīng)采樣后得到信號(hào)經(jīng)理想低通則可得到重建信號(hào)，即：=*其中：=，所以：=*=* =上式表明，連續(xù)信號(hào)可以展開(kāi)成抽樣函數(shù)的無(wú)窮級(jí)數(shù)。利用MATLAB中的來(lái)表示，有 ，所以可以得到在MATLAB中信號(hào)由重建的表達(dá)式如下：=我們選取信號(hào)=作為被采樣信號(hào)，當(dāng)采樣頻率=2時(shí)，稱(chēng)為臨界采樣。我們?nèi)±硐氲屯ǖ慕刂诡l率=。下面程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)信號(hào)=的采樣及由該采樣信號(hào)恢復(fù)重建：三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已知信號(hào)，試以以下采樣頻率對(duì)信號(hào)采樣：(a) ; (b) ; (c)，求x(t)信號(hào)原信號(hào)和采樣信號(hào)頻譜，及用采樣信號(hào)重建原信號(hào)x(t)時(shí)序圖。假定重構(gòu)濾波器為fs/2的理想低通濾波器，具有帶通增益為T(mén)s=1/fs.四、 實(shí)

3、驗(yàn)步驟1.設(shè)置采樣時(shí)間間隔ts=1/fs，以及時(shí)間范圍。2.輸入已知信號(hào)。3.對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。4.畫(huà)出原信號(hào)的頻譜。5.利用firpmord，firpm以及freqz，conv函數(shù)求出采樣重建信號(hào)。 fp=fs/2-500;fs1=fs/2; n,f0,m0,w=firpmord(fp fs1,1 0,0.0001 0.001,fs); b=firpm(n,f0,m0,w); figure(4) freqz(b,1,1024,fs) y=conv(x,b);6.對(duì)重建信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。7.畫(huà)出重建信號(hào)的波形及頻譜。 流程圖五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析結(jié)論 心得體會(huì)： 本次實(shí)驗(yàn)要用到采樣定理，

4、信號(hào)內(nèi)插和重建的一些知識(shí)，學(xué)會(huì)了如dyadup命令等一些新的指令和思考方法，感覺(jué)到受益匪淺。附程序：clear allclcfs=20000;ts=1/fs;T=0.05;df=1/T;t=0:ts:T-ts;x=0;for m=0:99 x=x+(m+1)*cos(2*pi*(100*m+50)*t);endfigure(1)subplot(211)plot(t,x)title('原始信號(hào)波形');xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度');y=dyadup(x,0);y=dyadup(y,0);X,f=fftseq(y,ts);su

5、bplot(212)plot(f,fftshift(abs(X);title('原始頻譜'),xlabel('f'),ylabel('X') fs1=10000;ts1=1/fs1;T1=0.05;df1=1/T1;t1=0:ts1:T1-ts1;x1=0;for m=0:99 x1=x1+(m+1)*cos(2*pi*(100*m+50)*t1);endfigure(2)subplot(211)plot(t1,x1)title('10000Hz抽樣波形');xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度

6、');y1=dyadup(x1,0);y1=dyadup(y1,0);X1,f1=fftseq(y1,ts1);subplot(212)plot(f1,fftshift(abs(X1);title('以10000Hz采樣頻譜'),xlabel('f'),ylabel('X') fs3=30000; %抽樣頻率ts3=1/fs3;T3=0.05;df3=1/T3;t3=0:ts3:T3-ts3;x3=0;for m=0:99 x3=x3+(m+1)*cos(2*pi*(100*m+50)*t3);endfigure(3)subplot(21

7、1)plot(t3,x3)title('30000Hz抽樣波形');xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度');y3=dyadup(x3,0);y3=dyadup(y3,0);X3,f3=fftseq(y3,ts3);subplot(212)plot(f3,fftshift(abs(X3);title('以30000Hz采樣頻譜'),xlabel('f'),ylabel('X') fp=fs/2-500;fs1=fs/2;n,f0,m0,w=firpmord(fp fs1,1 0,0.00

8、01 0.001,fs);b=firpm(n,f0,m0,w);figure(4)freqz(b,1,1024,fs)y=conv(x,b); figure(5)subplot(211)plot(t,y(n:length(y)-1);title('重建原始信號(hào)時(shí)域');xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度');y=dyadup(x,0);y=dyadup(y,0);X,f=fftseq(y(n:length(y)-1),ts);subplot(212)plot(f,fftshift(abs(X)title('重建原始信號(hào)頻譜&

9、#39;);xlabel('f');ylabel('PSD'); fp1=fs1/2-500;fs11=fs1/2;n1,f01,m01,w1=firpmord(fp1 fs11,1 0,0.0001 0.001,fs1);b1=firpm(n1,f01,m01,w1);figure(6)freqz(b1,1,1024,fs1)y1=conv(x1,b1); figure(7)subplot(211)plot(t1,y1(n1:length(y1)-1);title('10000Hz重建');xlabel('時(shí)間t');ylabe

10、l('幅度');y1=dyadup(x1,0);y1=dyadup(y1,0);X1,f1=fftseq(y1(n1:length(y1)-1),ts1);subplot(212)plot(f1,fftshift(abs(X1)title('10000Hz重建頻譜');xlabel('f');ylabel('PSD'); fp3=fs3/2-500;fs13=fs3/2;n3,f03,m03,w3=firpmord(fp3 fs13,1 0,0.0001 0.001,fs3);b3=firpm(n3,f03,m03,w3);fig

11、ure(8)freqz(b3,1,1024,fs3)y3=conv(x3,b3); figure(9)subplot(211)plot(t3,y3(n3:length(y3)-1);title('30000Hz重建');xlabel('時(shí)間t');ylabel('幅度');y3=dyadup(x3,0);y3=dyadup(y3,0);X3,f3=fftseq(y3(n3:length(y3)-1),ts3);subplot(212)plot(f3,fftshift(abs(X3)title('30000Hz重建頻譜');xlab

12、el('f');ylabel('PSD');實(shí)驗(yàn)二：帶通信號(hào)的低通等效和隨機(jī)信號(hào)的頻帶轉(zhuǎn)換一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?根據(jù)內(nèi)插與抽取原理，用Matlab 編程實(shí)現(xiàn)等效低通信號(hào)與頻帶信號(hào)的采樣過(guò)程，比較二者采樣率大小。掌握利用MATLAB實(shí)現(xiàn)連續(xù)信號(hào)采樣、頻譜分析和采樣信號(hào)恢復(fù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理 帶通信號(hào)的等效低通信號(hào)，就是其正頻域的等效時(shí)域信號(hào)進(jìn)行頻移。（帶通信號(hào)，首先消除負(fù)頻部分，為了保證功率不變，相當(dāng)于正頻部分功率*2，然后將正頻部分移到基帶。此基帶信號(hào)對(duì)應(yīng)的就是復(fù)包絡(luò)。）一個(gè)帶通信號(hào)的復(fù)包絡(luò)實(shí)際上就是它的等效低通信號(hào)。帶通信號(hào)s（t），中心頻率f0，做hilbert變

13、換，得到s'(t). 解析信號(hào)為s''（t）=s(t)+js'(t); （正頻域的等效時(shí)域信號(hào)）解析信號(hào)可以表示成s''(t)=s'''(t)exp(j*2*pi*f0*t)則s'''是一個(gè)復(fù)信號(hào)，叫做s的復(fù)包絡(luò)。s'''（t）還能表示成s''''（t）exp(j*theta);s''''是實(shí)信號(hào)，叫做s的包絡(luò)，theta為s的相位。 s為實(shí)值帶通信號(hào)時(shí)，由于經(jīng)過(guò)了hilbert變換，s''

14、9;通常為復(fù)值信號(hào)。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)帶通信號(hào) . (1)畫(huà)出該信號(hào)和它的幅度譜。 (2)求出該信號(hào)的解析信號(hào)，并畫(huà)出它的幅度譜;(3)求出并畫(huà)出該信號(hào)的包絡(luò)。(4)分別假設(shè)f0 =100Hz和f0=50Hz，求該信號(hào)的低通等效，并畫(huà)出它的幅度譜。若對(duì)該低通等效信號(hào)進(jìn)行抽取，試設(shè)計(jì)取樣頻率，并重畫(huà)抽取之后低通等效信號(hào)的頻譜。(5)取該帶通信號(hào)的低通等效部分： 試設(shè)計(jì)它的取樣頻率，并畫(huà)出它的時(shí)域波形和它的幅度譜。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1.設(shè)置采樣時(shí)間間隔。ts=0.002。因載波頻率為100Hz，故采樣時(shí)間間隔ts=0.002.2.設(shè)置采樣頻率。fs=1/ts。t=-1:ts:13.DFT的分辨率：df=

15、fs/length(t);4.生成頻率矢量：f=-250:df:250-df5.輸入帶通信號(hào)x6.求信號(hào)頻譜，因?yàn)樵夹盘?hào)是模擬信號(hào)，根據(jù)采樣定理，需要在計(jì)算出的fft后除以fs才能得到x的傅里葉變換X=fft(x)/fs;7.求x的解析信號(hào)xa。8.求xa頻譜9.分別按照要求畫(huà)出前四問(wèn)的圖形流程圖：第五問(wèn)的程序：wm=12.5; %低通等效信號(hào)帶寬wc=wm; %濾波器截止頻率Ts=pi/wm; %周期 臨界采樣fs=1/Ts; %采樣頻率ws=2*pi/Ts; %采樣角頻率t1=-Ts*(length(t)-1)/2:Ts:Ts*(length(t)-1)/2; %f1=-fs*(leng

16、th(f)-1)/2:fs:fs*(length(f)-1)/2; %n=-100:100;nTs=n*Ts; %時(shí)域采樣點(diǎn)xln=xa.*exp(-j*2*pi*f01*t1);%采樣信號(hào)Xln=fft(xln);figure(5)subplot(2,1,1);stem(t1,xln);axis(-30,30,-2,2);title('低通等效信號(hào)采樣后信號(hào)');xlabel('n');subplot(2,1,2);plot(f1,fftshift(abs(Xln);title('低通等效信號(hào)采樣后信號(hào)幅度譜');xlabel('f&#

17、39;); ts=0.025; fs=1/ts; %采樣頻率t=-1:ts:1;df=fs/length(t); %DFI的分辨率f=-31.25:df:31.25-df; %生成頻率矢量xx=2*sinc(20*t).*exp(j*sinc(5*t);figure(6)subplot(2,1,1);plot(t,xx);grid;title('低通等效部分波形');xlabel('時(shí)間t');XX,f=fftseq(xx,ts);subplot(212)plot(f,fftshift(abs(XX);title('低通等效部分頻譜'),xlab

18、el('f'),ylabel('X')五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析結(jié)論16QAM調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)步驟：參數(shù)設(shè)置Fs，ts，F(xiàn)s100，ts100，N,fc產(chǎn)生N個(gè)16進(jìn)制碼元進(jìn)行QAM調(diào)制100點(diǎn)采樣求I、Q分量并做圖求原信號(hào)并畫(huà)出其時(shí)域、頻域波形實(shí)驗(yàn)結(jié)果：上課實(shí)驗(yàn)程序：clear all;clc ;Fs=1e6;ts=1/Fs;Fs100=100*Fs;ts100=1/Fs100;N=1000;t=0:ts100:N*ts-ts100;fc=1e7;t_c=cos(2*pi*fc*t);t_s=sin(2*pi*fc*t);M=15x=randi(M,1,N);h = mo

19、dem.qammod(16)y = modulate(h, x);I=100y100(1:N*I)=0;for k=1:N for i=1:I y100(I*k-I+i)=y(k); endendyc=real(y100).*t_c;ys=imag(y100).*t_s;figure(1);subplot(3,1,1)plot(t,yc,'r');title('The passband signal I waveform in time domain');xlabel('time/s');ylabel('Amplitude');s

20、ubplot(3,1,2)plot(t,ys,'k');title('The passband signal Q waveform in time domain');xlabel('time/s');ylabel('Amplitude');yy=yc-ys;subplot(3,1,3)plot(t,yy);title('The passband signal waveform in time domain');xlabel('time/s');ylabel('Amplitude');

21、figure(2);X,f=fftseq(yy,ts100);plot(f, fftshift(abs(X);title('The original signal spectrum');xlabel('Frequency/Hz');ylabel('PSD/w');實(shí)驗(yàn) 三 升余弦滾降和根升余弦滾降濾波器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握升余弦滾降濾波器設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法；2掌握根升余弦滾降濾波器設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法；二、實(shí)驗(yàn)原理1. 定義h(t)為升余弦脈沖成型函數(shù)。h(t) 升余弦函數(shù)定義如下，對(duì)應(yīng)的頻譜為：2. 定義hr(t)為根升余弦脈沖成型函數(shù)。hr

22、(t) 根升余弦函數(shù)定義如下,對(duì)應(yīng)的頻譜為：三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1已知通帶碼元截止頻率為fc,其碼元周期為T(mén)c，以頻率為fs對(duì)升余弦脈沖成型函數(shù)h(t)和h(t-Tc)抽樣,設(shè)計(jì)它的數(shù)字濾波器；2已知通帶碼元截止頻率為fc,其碼元周期為T(mén)c，以頻率為fs對(duì)根升余弦脈沖成型函數(shù)hr(t)和hr(t-Tc)抽樣,設(shè)計(jì)它的數(shù)字濾波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、設(shè)計(jì)采樣頻率 2、設(shè)置碼元長(zhǎng)度3、每個(gè)符號(hào)的抽樣點(diǎn) k=fs*Tc4、設(shè)置延時(shí) m5、設(shè)置滾降系數(shù) alfa6、生成一個(gè)一行101列的0矩陣 101>2*k7、第11個(gè)數(shù)為1 k=108、in與h卷積五、實(shí)驗(yàn)分析當(dāng)=1時(shí)候，眼圖睜開(kāi)最大，峰值失真最小。但由

23、圖可見(jiàn)它的主瓣最寬，頻帶利用率最低， 這是它所付出的代價(jià)。當(dāng)=0.05時(shí)候,頻帶利用率高，但眼圖最不明顯，碼間干擾最大，同時(shí)對(duì)抽樣時(shí)間定時(shí)要求特別嚴(yán)格，這使得他在物理上比較難實(shí)現(xiàn)。當(dāng)=0.5時(shí)候，雖然兩個(gè)性能都不是最優(yōu)，但綜合兩因素，它還是不錯(cuò)，因此實(shí)際中，常采用此系統(tǒng)。為此，后面的實(shí)驗(yàn)考慮到直觀性，沒(méi)有考慮帶寬限制，均取1。六、程序設(shè)計(jì)clearclcfs=3000; Tc=0.001; %fc=1000; %k=20; m=4; alfa=0.3; for s=1:200 n=s-1; if n=80 h1(s)=1; else h1(s)=sin(pi*(n/k-m)*cos(pi*al

24、fa*(n/k-m)/pi/(n/k-m)/(1-4*alfa*alfa*(n/k-m)*(n/k-m); %raised cosine filter % h(s)=(sin(pi*(n/k-m+eps)*(1-alfa) +4*alfa*(n/k-m+eps)*cos(pi*(n/k-m)*(1+alfa)./pi./(n/k-m+eps)./(1-4*4*alfa*alfa*(n/k-m)*(n/k-m); %root-raised cosine filter endendfor s=1:200n=s-1; if n=100 %n=k*m h2(s)=1; else h2(s)=sin(p

25、i*(n/k-m-1)*cos(pi*alfa*(n/k-m-1)/pi/(n/k-m-1)/(1-4*alfa*alfa*(n/k-m-1)*(n/k-m-1); %raised cosine filter% h2(s)=(sin(pi*(n/k-m+eps-1)*(1-alfa) +4*alfa*(n/k-m+eps-1)*cos(pi*(n/k-m-1)*(1+alfa)./pi./(n/k-m+eps-1)./(1-4*4*alfa*alfa*(n/k-m-1)*(n/k-m-1); %root-raised cosine filter endendin=zeros(1,200); %

26、 101>2*kin(21)=1; % k=10out1=conv(in,h1); %out2=conv(in,h2);t=0:0.1:20;figure(1)stem(t,out1(1:201),'k.'); %out(1:k1)hold on ;stem(t,out2(1:201),'r*');hold off;gridxlabel('時(shí)間')ylabel('幅度')legend('h(t)', 'h(t-Tc)', 'Location', 'northeast&#

27、39;)實(shí)驗(yàn)四 QPSK調(diào)制信號(hào)經(jīng)瑞利衰落信道性能一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)用MATLAB實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制信號(hào)在瑞利衰落信道下系統(tǒng)性能仿真分析。二、實(shí)驗(yàn)原理 在陸地移動(dòng)通信中，移動(dòng)臺(tái)往往受到各種障礙物和其他移動(dòng)體的影響，以致到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)是來(lái)自不同傳播路徑的信號(hào)之和。而描述這樣一種信道的常用信道模型便是瑞利衰落信道。瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一種無(wú)線(xiàn)電信號(hào)傳播環(huán)境的統(tǒng)計(jì)模型。這種模型假設(shè)信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道之后，其信號(hào)幅度是隨機(jī)的，表現(xiàn)為“衰落”特性，并且多徑衰落的信號(hào)包絡(luò)服從瑞利分布。由此，這種多徑衰落也稱(chēng)為瑞利衰落。 這一信道模型能夠描述由電離層和對(duì)流層反射的短波信道，以及建筑物密集的城市環(huán)境。瑞利衰落只適用于從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)不存在直射信號(hào)的情況，否則應(yīng)使用萊斯衰落信道作為信道模型。假設(shè)經(jīng)反射（或散射）到達(dá)接收天線(xiàn)的信號(hào)為N個(gè)幅值和相位均隨機(jī)的且統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的信號(hào)之和。信號(hào)振幅為r,相位為,則其包絡(luò)概率密度函數(shù)為 (r0)相位概率密度函數(shù)為：，（）三、上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理中所述的相關(guān)程