信號與通信仿真實驗報告

現(xiàn)代通信原理與技術信號與通信仿真設計實習報告實驗目的在本實驗中使用的軟件工具是MATLAB。設計本實驗的目的是希望在以下幾方面有所收獲：MATLABMATLAB是一種很實用的數(shù)學軟件，它易學易用。MATLAB對于許多的通信仿真類問題來說是比較合適的。了解計算機仿真的基本原理及方法，知道怎樣通過仿真的方法去研究通信問題。加深對信號與系統(tǒng)和通信原理及其相關課程內容的理解。二實驗特點與硬件實驗相比，軟件實驗具如下一些特點：1.可能非常困難，但在軟件實驗中卻易于解決。CPU的運算速度或者說是程序的運算量。軟件實驗開發(fā)周期短，成本低。三上機實驗要求matlab的基本操作及了解基本的仿真方法，分析運行范例程序。(1)基本信號的仿真(2)模擬調制與解調的仿真(3)(4)數(shù)字調制與解調的仿真(5)脈沖編碼調制仿真四實驗內容1、基本信號的仿真a單位脈沖序列b單位階躍序列c正弦信號及其頻譜d周期鋸齒波sawtooth()e周期方波square()f實指數(shù)序列y(n)=2ngsin2πf1t*cos2πf2t f1=50Hz f2=2000Hz-22之間的Sa(200t)曲線。t0<t<t0/4s(t)=t0<t<t0/4s(t)=-t+t0/4t-t0t0/4<t<3t0/43t0/4<t<t0假設t0=0.5s2、模擬調制與解調的仿真no nBnBo s高斯噪聲的產生設高斯噪聲限帶（-Bs,B雙邊帶功率譜密度為2則總功率為o snBo s設高斯噪聲幅度為x，則有：x2

nB xo s，

所以高斯噪聲可表示成x=sqrt(Bs*no)*randn(1,M)（M為隨機碼元個數(shù)）DSB調制與解調m(t)m(t)=sin(2*pi.*t),fct)m(t)DSBc(t)=cos(2πfct)，所得到的已調信號記為u(t)和頻譜，加上高斯白噪聲進行對比。AM調制與解調AMfct)。這里a是經過歸一化處理的消息信號，式中mn(t)=m/max(abs(m))。給定的調制指數(shù)a=0.8信號、已調信號和解調信號等各相關處點的時域波形和頻譜。3、數(shù)字基帶信號的碼型的仿真單極性非歸零碼設計流程編程實現(xiàn)單極性非歸零碼單極性非歸零碼設計流程TT序列T(i)=1,s(k)=1判斷S（k）單極性非歸零碼T(i)=0,s(k)=0編程實現(xiàn)雙極性歸零碼，占空比原理流程圖如下：原理流程圖如下：編程實現(xiàn)AMI原理流程圖如下：偶數(shù)位偶數(shù)位T(i)=1,s(i)=1AMIT序列合成新的序列判斷奇數(shù)位奇數(shù)位T(i)=1,s(i)=1畫出a=0,0.5,1的升余弦滾降系統(tǒng)頻譜，并畫出其各自對應的時域波形。設基帶傳輸系統(tǒng)響應是a=1其眼圖。實現(xiàn)原理如下：4、數(shù)字調制與解調的仿真2FSK調制和解調發(fā)送的二進制信息序列為，根據(jù)2FSK形及其頻譜或功率譜，加上噪聲作對比。原理流程圖如下：2PSK調制和解調發(fā)送的二進制信息序列為，根據(jù)2FSK形及其頻譜或功率譜，加上噪聲作對比。原理流程圖如下：五實驗結果1、基本信號的仿真a單位脈沖序列%單位脈沖序列，maichong.Mn=1:50; 定義序列的長度是x=zeros(1,50)%MATLAB中數(shù)組下標從1開始x(1)=1;plot(n,x); stem(x);title('b單位階躍序列%單位階躍序列,jieyue.mfori=1:50;定義序列的長度是if i>0 x(i)=1;else endendplot(i,x); stem(x);');axis([-103001]);c正弦信號及其頻譜%x=0:0.1:2*pi;y=sin(x);Y=fft(y,100)subplot(2,1,1);plot(x,y) %繪制信號圖形title('正弦信號')axis([06-11])subplot(2,1,2);stem(Y) %title('')axis([020-2020]);d周期鋸齒波sawtooth()%,jizhibo.mn=[-3.14*4:0.01:3.14*4];x=sawtooth(n);plot(n,x)title('周期鋸齒波')e周期方波square()%周期方波,fangbo.my=square(n);plot(n,y)')axis([010-22])f實指數(shù)序列y(n)=2n%實指數(shù)序列y(n)=2.^n,shizhishu.mn=1:0.1:20;y=2.^n;stem(y);title('實指數(shù)序列y(n)=2.^n');axis([02000100000])g.y=sin2πf1t*cos2πf2t(f1=50Hzf2=2000Hz)%g.mn=[-1:0.01:1];f1=50;f2=2000;y=sin(2*pi*f1*n).*cos(2*pi*f2*n;plot(n,y)title('y=sin2πf1n cos2π(f1=50Hzf2=2000Hz)')心得體會:通過實驗熟悉了matlab令的使用,知道了一些產生基本信號%DSB調制,DSB.m-22%DSB調制,DSB.m曲線。%-22Sa(200t)線.sinc.mt=[-2:0.01:2];x=sinc(200*t/pi);plot(t,x)title('x=Sa(200t)')產生下面信號，并繪出頻譜t 0<t<t0/4s(t)= -t+t0/4 t-t0 3t0/4<t<t0（假設t0=0.5s）%st.mt0=0.5;ts=0.001; %時間采樣間隔Fs=1/ts; %采樣頻率df=0.3; 頻率分辨t=0:ts:t0;fori=1:length(t)ift(i)>=0&t(i)<t0/4y(i)=t(i);elseift(i)>=t0/4&t(i)<=3*t0/4y(i)=-t(i)+t0/4;elseift(i)>3*t0/4&t(i)<=t0y(i)=t(i)-t0;elsecontinueendend[Y,y,df1]=fft_seq(y,ts,df);f=[0:df1:df1*(length(y)-1)]-Fs/2;%頻率矢量subplot(2,1,1);plot(t,y(1:length(t)))title('St信號');subplot(2,1,2);plot(f,abs(fftshift(Y)));title('St信號頻譜');

%調制信號時域表達式u(t)=m(t)c(t)=Ac*m(t)cos(2πfct)%函數(shù)[M,m,df]=fft_seq(m,ts,df)求取頻譜函數(shù)%高斯噪聲可表示成x=sqrt(Bs*no)*randn(1,M)Bs=10; %高斯噪聲限帶no=0.01; %單邊帶功率譜密t0=1; 信號持續(xù)時間ts=0.001; %時間采樣間隔Fc=250; %載波中心頻率Fs=1/ts; %采樣頻率df=0.3; 頻率分辨率t=[0:ts:t0]; %時間矢量m=sin(2*pi.*t); %調制信號c=cos(2*pi*Fc.*t); %載波信號u=m.*c; %已調信[M,m,df1]=fft_seq(m,ts,df);M=M/Fs; %縮放[U,u,df1]=fft_seq(u,ts,df);U=U/Fs;[C,c,df1]=fft_seq(c,ts,df);f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-Fs/2;figure(1);subplot(3,2,1);plot(t,m(1:length(t)));axis([01-11]);title('調制信號');subplot(3,2,3);plot(t,c(1:length(t)))axis([00.1-11]);title('載波信號');subplot(3,2,5);plot(t,u(1:length(t)));axis([01-11]);title('已調信號');subplot(3,2,2);plot(f,abs(fftshift(M)));title('調制信號頻譜');subplot(3,2,4);plot(f,abs(fftshift(C)));title('載波信號頻譜');subplot(3,2,6);plot(f,abs(fftshift(U)));title('已調信號頻譜');%相干解調,加入高斯白噪聲noisenoise=sqrt(Bs*no)*randn(1,length(u);[Y,y,df1]=fft_seq(y,ts,df);Y=Y/Fs; y=(u+noise).*c;%低通濾波f_cutoff=150; 濾波器截止頻n_cutoff=floor(150/df1);f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-Fs/2;H=zeros(size(f));H(1:n_cutoff)=2*ones(1,n_cutoff);H(length(f)-n_cutoff+1:length(f))=2*ones(1,n_cutoff);DEM=H.*Y; %濾波器輸出頻譜dem=real(ifft(DEM))*Fs;figure(2);subplot(2,2,1);plot(t,y(1:length(t)));title('濾波器輸入信');subplot(2,2,2);plot(f,abs(fftshift(Y)));title('濾波器輸入信號頻譜');subplot(2,2,3);plot(t,dem(1:length(t));title('濾波器輸出信號');subplot(2,2,4);plot(f,abs(fftshift(DEM)));title('濾波器輸出信號頻譜');%AM調制,AM.m%AMu(t)=AC[1+amn(t)]cos(2πfct)%a化處理的消息信號,函%[M,m,df]=fft_seq(m,ts,df)譜%,高斯噪聲可表示成Bs=10; %高斯噪聲限帶no=0.01; %單邊帶功率譜密a=0.8; 調制指數(shù)t0=1; 信號持續(xù)時間ts=0.001; %時間采樣間隔Fc=250; %載波中心頻率Fs=1/ts; %采樣頻率df=0.3; 頻率分辨率t=[0:ts:t0]; %時間矢量m=sin(2*pi.*t); %調制信c=cos(2*pi*Fc.*t); %載波信號u=(1+a*m).*c; %已調信[M,m,df1]=fft_seq(m,ts,df);[U,u,df1]=fft_seq(u,ts,df);[C,c,df1]=fft_seq(c,ts,df);f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-Fs/2;figure(1);subplot(3,2,1);plot(t,m(1:length(t)));axis([01-11]) title('調制信號');subplot(3,2,3);plot(t,c(1:length(t)))axis([00.1-11]) title('載波信號');subplot(3,2,5);plot(t,u(1:length(t)));axis([01-22]) ');subplot(3,2,2);plot(f,abs(fftshift(M)));axis([-101001])title('調制信號頻譜');subplot(3,2,4);plot(f,abs(fftshift(C)));axis([-3003000200])title('載波信號頻譜');subplot(3,2,6);plot(f,abs(fftshift(U)));axis([-30030001])；

title('已調信號頻譜');%相干解調，加入高斯白噪聲noisenoise=sqrt(Bs*no)*randn(1,length(u);y=(u+noise).*c;[Y,y,df1]=fft_seq(y,ts,df); Y=Y/Fs;%低通濾波f_cutoff=150; n_cutoff=floor(150/df1);H=zeros(size(f));H(1:n_cutoff)=2*ones(1,n_cutoff);H(length(f)-n_cutoff+1:length(f))=2*ones(1,n_cutoff);DEM=H.*Y; %濾波器輸出頻譜dem=real(ifft(DEM))*Fs; %濾波器的輸出figure(2);subplot(2,2,1);plot(t,y(1:length(t)));axis([01-44]);title('濾波器輸入信號');subplot(2,2,2);plot(f,abs(fftshift(Y)));axis([01000.5]);title('濾波器輸入信號頻譜');subplot(2,2,3);plot(t,dem(1:length(t));axis([01-14]);title('濾波器輸出信號');subplot(2,2,4);plot(f,abs(fftshift(DEM)));axis([-101001]);title('濾波器輸出信號頻譜');心得體會：AMDSB方法的優(yōu)缺點和相互之間的區(qū)別。3、數(shù)字基帶信號的碼型的仿真單極性非歸零碼functiony=djxbg0(x)%本函數(shù)實現(xiàn)將輸入的一段二進制%代碼編為相應的單極性不歸零碼%輸出，編碼規(guī)則：零電平與正電%平分別對應著二進制代碼0和1ｘ為二進制碼，輸出ｙ為編%t=[100110000101];%djxbg0(t); ts=0.001; %時間采樣間隔grid=1/ts;t=0:ts:length(x);fori=1:length(x), 計算碼元的值if(x(i)==1), forj=1:grid,%該碼元對應的點值取1y((i-1)*grid+j)=1;else

endforj=1:grid,%反之，信息為0，碼元對應點取0y((i-1)*grid+j)=0;end

end

endy=[y,x(i)];%為了畫圖注意序列加上最后一位subplot(2,1,1);plot(t,y);axis([0,i,-0.1,1.1]);%采用了title命令來實現(xiàn)標記出各碼元對應的二元信息title('100110000101');');functiony=sjxg0(x)%本函數(shù)實現(xiàn)將輸入的一段二進制代

end

end

end碼編為相應的雙極性歸零碼輸出%編碼規(guī)則：負電平與正電平分別對應著二進制代碼0和1脈沖都回到零電平%輸入ｘ為二進制碼，輸出ｙ為編好的碼%給出計算每一個碼元的點數(shù)，因為我們只有用離散的點來得出連續(xù)的函數(shù)表示。%在命令窗口鍵入如下指令即會出現(xiàn)圖形%t=[100110000101];%sjxg0(t);grid=300;t=0:1/grid:length(x);fori=1:length(x), %計算碼元的值if(x(i)==1), %如果信息為1forj=1:grid/2,%該碼元對應

y=[y,x(i)];%為了畫圖，注意將序列加上最后一位M=max(y);m=min(y);subplot(2,1,1);plot(t,y);xlabel('雙極性歸零碼')axis([0,i,m-0.1,M+0.1])%采用了title命令來實現(xiàn)標記出各碼元對應的二元信息title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 雙相碼function[y,t]=shuangxiang(x)的點值取1end

y((i-1)*grid+j)=1;

%本函數(shù)實現(xiàn)將輸入的一段二進制代碼編為相應的雙向001110%表示，輸入ｘ為二進制碼，輸出ｙ%for j=grid/2:grid,%50%，歸0y((i-1)*grid+j)=0;endelseforj=1:grid/2,%0-1y((i-1)*grid+j)=-1;endfor j=grid/2:grid,%50%，歸0y((i-1)*grid+j)=0;

算,連續(xù)的函數(shù)表示。%在命令窗口鍵入如下指令即會出現(xiàn)圖形%t=[100110000101];%shuangxiang(t);ts=0.001; %grid=1/ts;t=0:ts:length(x);fori=1:length(x), 計算碼元的值if(x(i)==1), 1,forj=1:grid/2,y((i-1)*grid+j)=1;else

endforj=grid/2:grid,y((i-1)*grid+j)=0;end

%本函數(shù)實現(xiàn)將輸入的一段二進制代碼編為相應的AMI碼輸出11保持不變%輸入ｘ為二進制碼，輸出ｙ為編好的碼%如果信息為0,該碼元對應的點%給出計算每一個碼元的點數(shù)，因為我們只有用離散的點值取01endend

forj=1:grid/2,y((i-1)*grid+j)=0;endforj=grid/2:grid,y((i-1)*grid+j)=1;end

來得出連續(xù)的函數(shù)表示%在命令窗口鍵入如下指令即會出現(xiàn)圖形%t=[100110000101];%ami(t);grid=300;s=0; %s為符號標志t=0:1/grid:length(x);fori=1:length(x), %計算碼元的值if(x(i)==1), %如果信息為y=[y,x(i)];%為了畫圖，注意將序列加上最后一位 取subplot(2,1,1);plot(t,y);axis([0,i,-0.1,1.1]);

if(s==0),forj=1:grid, %s=0時，該碼元對應的點值y((i-1)*grid+j)=1;s=1;end%采用了title命令來實現(xiàn)標記出各碼 元對應的二元信息

forj=1:grid, %s=1時，該碼元對應的點值xlabel('雙向碼');title('100110000101');

取-1

else

end

y((i-1)*grid+j)=-1;s=0;end點取0endend

forj=1:grid, %0，碼元對應y((i-1)*grid+j)=0;endAMI碼functiony=ami(x)

y=[y,x(i)];%為了畫圖，注意將序列加上最后一位subplot(2,1,1);plot(t,y);axis([0i-1.11.1])xlabel('AMI碼');%采用了title命令來實現(xiàn)標記出各碼元對應的二元信息title('100110000101');a=0,0.5,1及其各自對應的時域波形%gunjiang.m%取a=0,0.5,1及各自對應的時域波形%函數(shù)[Y,y]=H(f,a,1T)為升余弦滾降系統(tǒng)頻譜及各自對應的時域表達式N=400;fori=1:Nf(i)=(i-N)/100;%采樣間隔[Y1(i),y1(i)]=Hh(f(i),0,1);%a=0[Y2(i),y2(i)]=Hh(f(i),0.5,1);%a=0.5[Y3(i),y3(i)]=Hh(f(i),1,1);%a=1Endfori=(N+1):(2*N-1)f(i)=(i-N)/100;[Y1(i),y1(i)]=Hh(f(i),0,1); [Y2(i),y2(i)]=Hh(f(i),0.5,1);%a=0.5[Y3(i),y3(i)]=Hh(f(i),1,1); %a=1

title('升余弦滾降頻譜');axis([-2202]);figure(2);plot(f,y1); holdonendfigure(1);plot(f,Y1); holdplot(f,Y2,'r'); holdonplot(f,Y3,'k');legend('a=0','a=0.5','a=1')plot(f,y2,'r'); holdonplot(f,y3,'k');title('升余弦滾降時域波形');legend('a=0','a=0.5','a=1')axis([-44-11]);%Hh.m

a=1端的基帶數(shù)字信號波形及其眼圖。%基帶信號眼圖示意，yantu.m.。函數(shù)%out=sigexpand()將輸入的序列擴展%成間隔為N-1個0的序Ts=1; 持續(xù)時間N_sample=17;eye_num=7;alpha=1;N_data=1000;dt=Ts/N_sample;t=-3*Ts:dt:3*Ts; %時間矢量%產生雙極性數(shù)字信號d=sign(randn(1,N_data));dd=sigexpand(d,N_sample); 系統(tǒng)輸入信%基帶系統(tǒng)沖擊響應（升余弦）ht=sinc(t/Ts).*(cos(alpha*pi*t/Ts))./(1-4*alpha^2*t.^2/Ts^2);st=conv(dd,ht); %系統(tǒng)輸出信號tt=-3*Ts:dt:(N_data+3)*N_sample*dt-dt; %時間矢量ttfigure(1)%函數(shù)[Y,y]=H(f,a,1T)為升余弦滾降系subplot(411);plot(dd);統(tǒng)頻譜及各自對應的時域表達式 axis([0100-22]);title('雙極性數(shù)字信');%f為采樣間隔，a為滾降系數(shù)，Ts為subplot(412)碼元持續(xù)時間 plot(t,ht);xlabel('t/Ts');title('系統(tǒng)函數(shù)波(a=1)');function[H,h]=Hh(f,a,Ts)%升余弦滾降系統(tǒng)頻譜函數(shù)if abs(f)>=(1+a)/(2*Ts)H=0;elseifabs(f)<(1-a)/(2*Ts)H=Ts;else

subplot(413)plot(tt,st);axis([020-1.21.2]);xlabel('tt/Ts');title('subplot(414);%畫眼圖ss=zeros(1,eye_num*N_sample);ttt=0:dt:eye_num*N_sample*dt-dt;fork=3:50

帶信號');H=(Ts/2)*(1+sin((pi-abs(f)*2*pi*Ts)/(2*a)));end%升余弦滾降系統(tǒng)時域表達式h

end

ss=st(k*N_sample+1:(k+eye_num)*N_sample);drawnow;plot(ttt,ss);holdon;h=sinc(f/Ts).*(cos(a*pi*f/Ts))./(1-4*a^2*f.^2/Ts^2);

function[out]=sigexpand(d,M)%將輸入的序列擴展成間隔為N-1個0的序列N=length(d);out=zeros(M,N);out(1,:)=d;out=reshape(out,1,M*N);心得體會通過數(shù)字基帶信號的碼型的仿真實識。4、數(shù)字調制與解調的仿真(1)2FSK調制和解調%2FSK調制,FSKnoise.mdf=0.3; 頻率分辨率ts=0.0005; %時間采樣間Fs=1/ts; %采樣頻率x=[100110100101];n=length(x);[s1,t]=djxbg0(x);%基帶信號為單極性不歸零碼s2=1-s1;%單極性不歸零碼的反碼c1=sin(2*pi*20.*t);%載波信號c1,f=20hzc2=sin(2*pi*120.*t);%載波信號c2,f=120hzei1=c1.*s1;%已調信號ei1ei2=c2.*s2;%已調信號e=ei1+ei2;%2FSK信號noise=0.1*randn(1,length(t));%加入噪聲e=e+noise;figure(1);

subplot(3,2,1);plot(t,s1);axis([0,n,-0.1,1.1]);title('100110100101');subplot(3,2,2);plot(t,s2);axis([0,n,-0.1,1.1]);ylabel('基帶信號反碼s2');title('100110100101');subplot(3,2,3);plot(t,c1);axis([0,1,-1,1]);title('載波信號c1');subplot(3,2,4);plot(t,c2);axis([0,1,-1,1]);title('subplot(3,2,5);plot(t,ei1);axis([0,n,-1,1]);title('已調信號ei1');subplot(3,2,6);plot(t,ei2);%相干解調b1=fir1(101,[10/80020/800]);b2=fir1(101,[90/800110/800]);eo1=filter(b1,1,e);eo2=filter(b2,1,e);%經過帶通濾波器后的信號[E,e,df1]=fft_seq(e,ts,df);[E1,eo1,df1]=fft_seq(eo1,ts,df);[E2,eo2,df1]=fft_seq(eo2,ts,df);f=[0:df1:df1*(length(e)-1)]-Fs/2;figure(2);subplot(321);plot(t,e(1:length(t)));title('2FSK信號e');subplot(322);plot(f,abs(fftshift(E)));axis([-200200010000]);title('2FSKE');subplot(3,2,3);plot(t,eo1(1:length(t)));title('濾波器輸出信號eo1(f=20hz)');

subplot(3,2,4);plot(f,abs(fftshift(E1)));axis([-200200010000]);title('帶通濾波器輸出信號頻譜E1');subplot(3,2,5);plot(t,eo2(1:length(t)));title('濾波器輸出信號eo2(f=120hz)');subplot(3,2,6);plot(f,abs(fftshift(E2)));axis([-200200010000]);title('帶通濾波器輸出信號頻譜E2');sw1=eo1.*eo1;sw2=eo2.*eo2;bn=fir1(101,[2/80010/800]);st1=filter(bn,1,sw1);st2=filter(bn,1,sw2);figure(3)subplot(311);plot(t,st1(1:length(t)));');xlabel('t')title('經過低通濾波器后的波形st1')subplot(312);plot(t,st2(1:length(t)));title('經過低通濾波器后的波形ylabel('幅度');xlabel('t')%判決fori=1:length(t)if(st2(i)>=st1(i))st(i)=0;elsest(i)=1;end

i=length(x);[s1,t]=djxbg0(x);s2=1-s1;c1=sin(2*pi*10.*t);%載波信號c1,初相位位0c2=sin(2*pi*10.*t-pi);%載波信號c2，初相位位180e1=c1.*s1; %已調信號e1e2=c2.*s2; %已調信號e2ei=e1+e2; %2PSK信號noise=0.1*randn(1,length(t)); %噪ei=ei+noise;figure(1);subplot(3,2,1);plot(t,s1);axis([0,i,-0.1,1.1]);title('100110100101');ylabel('基帶信號s1')subplot(3,2,2);plot(t,s2);axis([0,i,-0.1,1.1]);title('100110100101');endsubplot(313);plot(t,st(1:length(t)));title('經過抽樣判決器后的波形st');ylabel('幅度');xlabel('t')(1)2PSK調制和解調%2PSK調制,PSKnoise.mts=0.001;Fs=1/ts;df=0.1;x=[100110100101];ylabel('基帶信號反碼s2');subplot(3,2,3);plot(t,c1);axis([0,1,-1,1]);title('載波信號c1(初相位位0)');subplot(3,2,4);p