數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的matlab仿真

1、湘潭大學通信原理實驗報告書課程名稱：通信原理實驗一：數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的MATLAB仿真實驗二：模擬信號幅度調制仿真實驗學生姓名：學號：班級：指導教師：王仕果2012年12 月實驗一 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的MATLAB仿真一 、實驗目的：1、熟悉和掌握常用的用于通信原理時域仿真分析的MATLAB函數(shù)； 2、掌握連續(xù)時間和離散時間信號的MATLAB產生； 3、牢固掌握沖激函數(shù)和階躍函數(shù)等函數(shù)的概念，掌握卷積表達式及其物理意義，掌握卷積的計算方法、卷積的基本性質； 4、掌握利用MATLAB計算卷積的編程方法，并利用所編寫的MATLAB程序驗證卷積的常用基本性質； 5、掌握MATLAB描述通信系統(tǒng)中不同波

2、形的常用方法及有關函數(shù)，并學會利用MATLAB求解系統(tǒng)功率譜，繪制相應曲線。 二 、實驗內容 1、編寫MATLAB程序產生離散隨機信號 2、編寫MATLAB程序生成連續(xù)時間信號 3、編寫MATLAB程序實現(xiàn)常見特殊信號三 、實驗原理：從通信的角度來看，通信的過程就是消息的交換和傳遞的過程。而從數(shù)學的角度來看，信息從一地傳送到另一地的整個過程或者各個環(huán)節(jié)不外乎是一些碼或信號的交換過程。例如信源壓縮編碼、糾錯編碼、AMI編碼、擾碼等屬于碼層次上的變換，而基帶成形、濾波、調制等則是信號層次上的處理。碼的變換是易于用軟件來仿真的。要仿真信號的變換，必須解決信號與信號系統(tǒng)在軟件中表示的問題。3.1 信號

3、及系統(tǒng)在計算機中的表示 一般來說，任意信號s(t是定義在時間區(qū)間（-，+）上的連續(xù)函數(shù)，但所有計算機的CPU都只能按指令周期離散運行，同時計算機也不能處理（-，+）這樣一個時間段。為此將把s(t按區(qū)間,22TT截短為sT(t，再對sT(t按時間間隔t均勻取樣，得到取樣點數(shù)為： TNtt= (3-1 仿真時用這個樣值集合來表示信號s(t。顯然t反映了仿真系統(tǒng)對信號波形的分辨率，t越小，則仿真的精確度越高。據(jù)通信原理所學，信號被取樣以后，對應的頻譜時頻率的周期函數(shù)，其重復周期是1t。如果信號的最高頻率為fH，那么必須有fH12t，才能保證不發(fā)生頻域混疊失真。頻域分析為了方便仿真，我們利用 MATL

4、AB 提供的函數(shù)編寫了兩個函數(shù) t2f 和 f2t。t2f 的功能是做傅立葉變換，f2t 的功能是做傅立葉反變換，它們的引用格式分別為 X=t2f(x及 x=f2t(X，其中 x 是時域信號 x(tj截短并采樣所得的取樣值矢量， X是對x(t的傅立葉變換X(f截短并采樣所得的取樣值矢量。任意信號 s(t的功率譜的定義是3.2 與隨機信號產生相關的指令由于函數(shù)randn(1,N產生N個互不相關的、均值為零、方差為 1 的高斯隨機數(shù)，所以可用它來產生高斯白噪聲。3.2.2 隨機碼序列的產生 語句 round(rand(1,M產生 M 個取值 1、0 等概的隨機碼。函數(shù) round 表示四舍五入。函

5、數(shù) rand 產生均勻分布于區(qū)間0，1的隨機數(shù)。 語句 sign(rand(1,M產生M 個取值1 等概的隨機碼。函數(shù) sign(x對矢量 x的元素取正負號，而高斯數(shù) randn 取正負數(shù)的概率是相等的。3.3 信號的仿真 在通信原理課程中，單位階躍信號u(t 和單位沖激信號(t 是二個非常有用的信號。它們的定義如下：這里分別給出相應的簡單的產生單位沖激信號和單位階躍信號的擴展函數(shù)。 四、實驗步驟 (1分析程序 program1_1 每條指令的作用，運行該程序，將結果保存，貼在下面的空白處。然后修改程序，將 dt 改為 0.2，并執(zhí)行修改后的程序，保存圖形，看看所得圖形的效果怎樣。程序如下：%

6、program1_1% This program is used to generate a sinusoidal signal and draw its plot clear, % Clear all variables close all, % Close all figure windows dt = 0.2; % Specify the step of time variable t = -2:dt:2; % Specify the interval of time x = sin(2*pi*t; % Generate the signal plot(t,x % Open a figu

7、re window and draw the plot of x(t title( xlabel(Time t (secdt=0.01 時的信號波形 dt=0.2 時的信號波形請問：上述的兩幅圖形有什么區(qū)別，哪一副圖形看起來更接近于實際信號波形？為什么會有這種區(qū)別？ 答：第一幅波形圖為標準的正弦圖，第二幅為失真的正弦圖，第一幅更接近實際信號波形，因為第二幅的dt過大已引起圖形失真。(2修改program1_1,，存盤程序名為Q1_2，生成實指數(shù)信號x(t=。要求在圖形中加上網(wǎng)格線，并使用函數(shù)axis(控制圖形的時間范圍在02秒之間。然后執(zhí)行該程序，保存所的圖形。 修改Program1_1后得到

8、的程序Q1_2如下： 圖形結果如下：%program1_1% This program is used to generate a sinusoidal signal and draw its plot clear, % Clear all variables close all, % Close all figure windows dt = 0.01; % Specify the step of time variable t = -2:dt:2; % Specify the interval of time x = exp(-2*t; % Generate the signal plot

9、(t,x grid on,axis(0,2,-0.5,1.5 % Open a figure window and draw the plot of x(t title( xlabel(Time t (sec(3將前文中所給的單位沖激信號和單位階躍信號的函數(shù)文件在 MATLAB 文件編輯器中編寫好，并分別以文件名 delta和u 存入 work文件夾中以便于使用。 抄寫函數(shù)文件 delta 如下： 抄寫函數(shù)文件u 如下：% delta function % Unit step functionfunction y = delta(t function y = u(tdt = 0.01; y =

10、 (t=0; % y = 1 for t 0, else y = 0y = (u(t-u(t-dt/dt; (4 修改程序Program1_4，并以Q1_4為文件名存盤，利用axis(函數(shù)，將圖形窗口的橫坐標范圍改為-2n5，縱坐標范圍改為-1.5 x 1.5。 修改Program1_4后得到的程序Q1_4如下： % Program1_4 % This program is used to generate a discrete-time sinusoidal signal % and draw its plot clear, % Clear all variables close all,

11、% Close all figure windows n = -5:5; % Specify the interval of time x = zeros(1,4, 0.1, 1.1, -1.2, 0, 1.3, zeros(1,2; % Generate the sequence stem(n,x,filled,r % Open a figure window and draw the plot of xntitle( grid on,axis(-2,5,-1.5,1.5信號波形圖如下： (5根據(jù)示例程序的編寫方法，編寫一個MATLAB程序，以Q1_5文件名存盤，給給定信號 x(t = u(

12、t ,求信號y(t=x(1.5t+3，并繪制出x(t和y(t的圖形。 編寫的程序 Q1_5 如下： clear,close all, t = -5:0.01:5; y=exp(-0.5*(1.5*t+3.*u(1.5*t+3; subplot(211 plot(t,x grid on,title (x(tsubplot (212 plot (t,y grid on,title ( y(txlabel (Q1_5x(t和 y(t的圖形分別為：實驗二 模擬信號幅度調制仿真實驗一、實驗目的 1. 加深對模擬線性調制的原理與實現(xiàn)方法的理解； 2. 掌握 AM、DSB、SSB 功率譜密度函數(shù)的特點，并進

13、行對比； 3. 掌握 MATLAB基本指令的使用； 4. 掌握 MATLAB中 M 文件的調試以及子函數(shù)調用的方法。二、實驗內容 1. 復習 AM、DSB 和SSB 調制的相關原理2. 編寫 MATLAB 程序實現(xiàn) AM 調制； 3. 編寫 MATLAB 程序實現(xiàn) DSB調制； 4. 編寫 MATLAB 程序實現(xiàn) SSB 調制。三、實驗原理調制是一個將信號變換成適于在信道傳輸?shù)倪^程。由于信源的特性與信道的特性可能不匹配，直接傳輸可能嚴重影響傳輸質量。模擬調制針對的信源為模擬信號，常用的模擬調制有調幅、調相、調頻。本次實驗進行的是模擬信號的幅度調制。 幅度調制是由調制信號去控制高頻載波的幅度，使

14、之隨調制信號做線性變化的過程。由于已調信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律呈正比地變化，這一特點反映在頻譜結構上，表現(xiàn)為已調信號的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內的簡單搬移。所以，幅度調制通常又稱為線性調制。幅度調制包括AM、DSB和SSB調制。 調幅(AM是標準調幅，也就是常規(guī)雙邊帶調制。假設調制信號m(t的平均值為0，將其外加一個直流偏量A0后與載波相乘，即可形成調幅信號。其時域表達式為： 抑制載波的雙邊帶調制(DSB是一種高調制效率的調制方式，其時域表達式為： 3.1 AM調制 假定基帶信號為一個頻率為1Hz、功率為1的余弦信源m(t，載波是頻率為10Hz，幅值A=2的余弦信號，在用信源對載波進行常

15、規(guī)調幅的過程中，我們應該做以下工作： % 信源 close all; clear all; dt=0.001;fm=1；fc=10; T=5; t=0:dt:T; mt=sqrt(2*cos(2*pi*fm*t; 2. 產生給定的載波信號 如何產生題目要求的頻率為10Hz，幅值A=2的余弦信號，基于與基帶信號產生同樣的思路，這個問題很容易解決。相關的定義請參照1自行定義。 3. 依據(jù)調制原理進行AM調制。 根據(jù)通信原理相關章節(jié)的學習，我們知道AM調制后的已調信號可表示為： SAM(t=A0+m(tcosct 4. 求已調信號的功率譜密度 根據(jù)確知信號功率譜求解的方法，我們知道確知信號m(t的功

16、率譜密度可由如下的公式求解： 也就是說，先求出信號的傅立葉變換，再求出傅立葉變換函數(shù)的模的平方，即可得信號的功率譜密度。 3.2 DSB調制 假定基帶信號仍然是一個頻率為1Hz、功率為1的余弦信源m(t，載波是頻率為10Hz，幅值A=2的余弦信號，用該基帶信號對載波進行DSB調制的過程可概括為以下幾步： 1. 產生給定的基帶信號 2. 產生給定的載波信號 題目要求的頻率為10Hz，幅值A=2的余弦信號的產生方法參見1。 3. 依據(jù)調制原理進行DSB調制。 根據(jù)通信原理相關章節(jié)的學習，我們知道DSB調制后的已調信號可表示為： 也就是將步驟1產生的基帶信號與步驟2定義的余弦信號直接相乘。 4. 求

17、已調信號的功率譜密度 根據(jù)確知信號功率譜求解的方法，我們知道確知信號m(t的功率譜可由如下的公式求解：也就是說，先求出信號的傅立葉變換，再求出傅立葉變換函數(shù)的模的平方，即可得信號的功率譜密度。 3.3 SSB調制 假定基帶信號仍然是一個頻率為1Hz、功率為1的余弦信源m(t，載波是頻率為10Hz，幅值A=2的余弦信號，用該基帶信號對載波進行SSB調制的過程可概括為以下幾步： 1. 產生給定的基帶信號 2. 產生給定的載波信號 題目要求的頻率為10Hz，幅值A=2的余弦信號的產生方法參見1。 3. 用相移法產生SSB信號 用相移法產生SSB信號，可用以下的表達式表示： 也就是說將基帶信號m(t本

18、身乘以余弦信號本身，對基帶信號進行希爾伯特變換后與正弦信號相乘，最后將兩個乘積相加即可。在MATLAB程序設計時，先設計出希爾伯特變換函數(shù)，再按以上步驟實施，就得到了SSB調制的程序。當然若是不熟悉希爾伯特函數(shù)hilbert的使用，可直接將基帶信號相移2，得到正弦信號，直接帶入計算也是可以實現(xiàn)的。相關的程序如上被注釋的程序所示： %s_ssb=mt.*cos(2*pi*fc*t/2+sqrt(2*sin(2*pi*fm*t.*sin(2*pi*fc*t/2; 4. 用濾波法進行SSB調制。 將生成的DSB信號送入理想低通濾波器或者理想帶通濾波器，就可得到相應的下邊帶和上邊帶SSB信號。 設計理

19、想低通或者理想帶通濾波器生成的MATLAB程序，并利用3.2中得到的DSB調制信號，將濾波器的傳輸函數(shù)h(t與SAM(t卷積，就得到了用濾波法生成的SSB信號。 5. 求已調信號的功率譜密度 根據(jù)確知信號功率譜求解的方法，我們知道確知信號m(t的功率譜可由如下的公式求解： 也就是說，先求出信號的傅立葉變換，再求出傅立葉變換函數(shù)的模的平方，即可得信號的功率譜密度。 四、實驗步驟 (1按照 3.1 所提供的 AM 調制的思路，運行提供的范例程序，存檔為 Q2_1，并將所得的結果存盤，貼在下面空格處。 close all;clear all;dt=0.001; fm=1; fc=10; T=5;t=

20、0:dt:T;mt=sqrt(2*cos(2*pi*fm*t; A=2;s_am=(A+mt.*cos(2*pi*fc*t; /AM調制函數(shù)B=2*fm;figure(1 plot(t,s_am;hold on; /保持住當前波形plot(t,A+mt,r-;title(AM調制信號及其包絡;xlabel(t;A=2時波形圖如下：（2）程序 1 中定義加入的直流分量為A0=2，請在A0的值分別改為 1 和 10，看得到的調制波形會有什么變化？ A0=1 的調制波形A0=10 時的調制波形請問，調制波形為什么會有這種變化，這種變化會造成什么影響？答：幅值A的變化導致波形變化，A越大導致波形在零點

21、處越不明顯。（3）按照 3.2 所提供的DSB 調制的思路，運行提供的范例程序，存檔為 Q2_2，并將所得的結果存盤，貼在下面空格處。 范例程序如下：close all;clear all;dt=0.001;fm=1;fc=10;T=5;t=0:dt:T;mt=sqrt(2*cos(2*pi*fm*t; s_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t; figure(1; plot(t,s_dsb; hold on;plot(t,mt,r-;title(DSB調制信號;xlabel(t;DSB調制波形圖如下：（4） 按照3.3所提供的相移法進行SSB調制的思路，運行提供的范例程序， 存檔為Q2

22、_3，并將所得的結果存盤，貼在下面空格處。范例程序如下： close all;clear all;dt=0.001;fm=1;fc=10;T=5;t=0:dt:T;mt=sqrt(2.*cos(2*pi*fm*t;%SSB modulation A=2;s_ssb=real(hilbert(mt.*exp(j*2*pi*fc*t;%s_ssb=mt.*cos(2*pi*fc*t/2+sqrt(2*sin(2*pi*fm*t.*sin(2*pi*fc*t/2;B=fm;figure(1;plot(t,s_ssb;hold on ;plot(t,mt,r-;title(;xlabel(t; SSB

23、調制信號波形如下：（5）按照 3.3 所提供的濾波法進行 SSB 調制的思路，編寫用濾波法實現(xiàn) SSB 調制的程序，存檔為 Q2_4，并將所得的結果存盤，貼在下面空格處。 （提示：使用 LPF 函數(shù)實現(xiàn)濾波） LPF函數(shù)為：function t st=lpf(f,sf,B%用低通濾波器實現(xiàn)濾波%輸入: f: 頻率% sf: 光譜樣本輸入數(shù)據(jù)% B: 低通濾波器的帶寬%輸出: t: 時間參數(shù)% st: 樣本輸出數(shù)據(jù)的時間df = f(2-f(1;T = 1/df;hf = zeros(1,length(f;bf = -floor( B/df : floor( B/df + floor( leng

24、th(f/2 ;hf(bf=1;yf=hf.*sf;t,st=F2T(f,yf; st = real(st; 此程序中調用的F2T函數(shù)程序如下：function t,st=F2T(f,sf % This function calculate the time signal using ifft function for the input % signals spectrum df=f(2-f(1; Fmx=(f(end-f(1+df; dt=1/Fmx; N=length(sf; T=dt*N; %t=-T/2:dt:T/2-dt; t=0:dt:T-dt; sff=fftshift(sf;

25、 st=Fmx*ifft(sff;主程序：close all;clear all; dt=0.001; fm=1;fc=10;T=5;t=0:dt:T;mt=sqrt(2*cos(2*pi*fm*t;s_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t; B=2*fm;figure(1;subplot(311;plot(t,s_dsb; hold on; plot(t,mt,r-;title(DSB調制信號;xlabel(t;f_dsb=fft(s_dsb; temp=f_dsb;temp(50:4953=0; s_ssb=ifft(temp; subplot(312;plot(t,s_ssb;ho

26、ld on;plot(t,mt,r-;title(SSB上邊帶;xlabel(t;temp=f_dsb;temp(1:49=0;temp(4953:end=0; s_ssb=ifft(temp; subplot(313;plot(t,s_ssb;hold on;plot(t,mt,r-;title(SSB下邊帶;xlabel(t; 實驗結果：（6）按照實驗原理中介紹的功率譜的計算公式，在同一圖形的四個子圖中，分別畫出基帶信號、AM 調制信號、DSB 調制信號和 SSB 調制信號的功率譜，要求寫出響應的程序，畫出圖形，并在圖中標出相應的標題和坐標軸。 程序為： close all; clear all;dt=0.001;fm=1;fc=10;T=5;t=0:dt:T;mt=sqrt(2*co