重邮通信原理实验报告

通信原理实验报告学院：通信与信息工程学院专业：通信工程班级:姓名：学号：实验二：模拟线性调制系统仿真一、实验目的1、掌握模拟调制系统的调制和解调原理；2、理解相干解调。二、实验内容1、编写AM、DSB、SSB调制，并画出时域波形和频谱；2、完成DSB调制和相干解调。三、实验步骤1、线性调制1）假定调制信号为()cos2mmtft,载波()cos2cctft，1mfkHz，10cfkHz；绘制调制信号和载波的时域波形。2）进行DSB调制，()()()DSBstmtct；进行AM调制，()[1()]()AMstmtct；绘制DSB已调信号和AM已调信号的波形，并与调制信号波形进行对照。3）用相移法进行SSB调制，分别得到上边带和下边带信号，11()()()()()22SSBQstmtctmtct，()sin2mmtft，()sin2Qcctft。4）对载波、调制信号、DSB已调信号、AM已调信号和SSB已调信号进行FFT变换，得到其频谱，并绘制出幅度谱。2、DSB信号的解调1）用相干解调法对DSB信号进行解调，解调所需相干载波可直接采用调制载波；2）将DSB已调信号与相干载波相乘；3）设计低通滤波器，将乘法器输出中的高频成分滤除，得到解调信号；4）绘制低通滤波器的频率响应；5）对乘法器输出和滤波器输出进行FFT变换，得到频谱；6）绘制解调输出信号波形，绘制乘法器输出和解调器输出信号幅度谱；7）绘制解调载波与发送载波同频但不同相时的解调信号的波形实验代码：DSB的源程序fm=1000;fc=10000;fs=100000;ts=1/fs;tp=10/fm;t=0:ts:(tp-ts);m_sig=cos(2*pi*fm*t);c_sig=cos(2*pi*fc*t);y_sig=m_sig.*c_sig;y1_sig=y_sig.*c_sig;subplot(5,1,1);plot(t,m_sig);subplot(5,1,2);plot(t,c_sig);subplot(5,1,3);plot(t,y_sig);subplot(5,1,4);plot(t,y1_sig);fLPF=3000;Wn=fLPF/(fs/2);N=16;B=fir1(N,Wn);NFFT=2^20;M_sig=fft(m_sig,NFFT);f=(0:NFFT-1)/NFFT*fs;subplot(5,1,5);plot(f,abs(M_sig));axis([030000500]);实验结果图：思考题：1、与调制信号比较，AM、DSB和SSB的时域波形和频谱有何不同？答：AM时域波形的上包络其形状与调制信号的波形相同，只是幅度有所增大；而DSB时域波形的上包络则不再与调制信号相同，但幅度却不变。调制信号的频谱频率相对较低，只有一个冲击，功率较大；AM已调信号频谱集中出现在10kHz附近，有三个冲击，中间一个功率较大，且与调制信号的功率接近，其余两个大约为其一半；DSB已调信号频谱也是集中在10kHz左右，只有两个冲击，以10kHz为对称轴对称分布，功率为调制信号的一半左右；SSB已调信号频谱就是DSB已调信号两个冲击的分解。3、采用相干解调时，接收端的本地载波与发送载波同频不同相时，对解调性能有何影响？答：导致载波失真，不能完好的解调原波形。实验二：PCM系统仿真一、实验目的：1、掌握脉冲编码调制原理；2、理解量化级数、量化方法与量化信噪比的关系。3、理解非均匀量化的优点。二、实验内容：1、对模拟信号进行抽样和均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化误差和量化信噪比误差和量化信噪比。三、实验步骤1、均匀量化1)产生一个周期的正弦波x(t)=cos(2*pi*t)，以1000Hz频率进行采样，并进行8级均匀量化，用plot函数在同一张图上绘出原信号和量化后的信号。2)以32Hz的抽样频率对x(t)进行抽样，并进行8级均匀量化。绘出正弦波波形(用plot函数)、样值图，量化后的样值图、量化误差图(后三个用stem函数)。3)以2000Hz对x(t)进行采样，改变量化级数，分别仿真得到编码位数为2～8位时的量化信噪比，绘出量化信噪比随编码位数变化的曲线。另外绘出理论的量化信噪比曲线进行比较。4)在编码位数为8和12时采用均匀量化，在输入信号衰减为0～50dB时，以均间隔5dB仿真得到均匀量化的量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。注意，输入信号减小时，量化范围不变；抽样频率为2000Hz。实验代码：uniform函数：function[xqv,xqe,snr]=uniform(xt,n)m=2.^na=2/my=ceil(abs(xt/a))x=sign(xt)xqv=x.*(y*a-1/2*a)xqe=xt-xqvs=mean(xt.*xt)n=mean(xqe.*xqe)snr=10*log10(s/n)主程序：closeall;clc;clearall;t=0:1/1000:1;xt=sin(2*pi*t);figure(1);subplot(1,1,1);plot(t,xt);holdon;[xqv,xqe,snr]=uniform(xt,3);plot(t,xqv);t2=0:1/32:1;xt2=sin(2*pi*t2);figure(2);subplot(2,1,1);stem(t2,xt2);holdon;[xqv,xqe,snr]=uniform(xt2,3);stem(t2,xqv);holdon;subplot(2,1,2);stem(t2,xqe);holdon;QSNR_N=zeros(1,7);QSNR_T=zeros(1,7);forn=2:1:8;[XQV,XQE,QSNR_N(n-1)]=uniform(xt,n);QSNR_T(n-1)=n*6.02+1.76;endfigure(3);subplot(1,1,1);plot(QSNR_N);holdon;plot(QSNR_T,'red');fs=30t=0:1/fs:1xt=0.9*sin(2*pi*t)[xqv,xqe,snr]=uniform(xt,8)k=0:5:50figure(4)plot(k,snr-k,'b','linewidth',2)axis([050080])[xqv,xqe,snr]=uniform(xt,12)k=0:5:50holdonplot(k,snr-k,'r','linewidth',5)axis([050080])gridonxt=0.9*cos(2*pi*t);A=87.6;cc=sign(xt)fork=1:1:size(xt,2)ifabs(xt(k))=1/Ac(k)=cc(k)*A*abs(xt(k))/(1+log(A));elsec(k)=cc(k)*(1+log(A*abs(xt(k))))/(1+log(A));endend[xqv,xqe,SNR]=uniform(xt,3);figure(5)stem(t,xt);holdonstem(t,xqv,'r*');stem(t,xqe,'g+')plot(t,c);axis([01-11])结果图：二、实验思考题：1、图2-3表明均匀量化信噪比与量化级数(或编码位数)的关系是怎样的？答：量化信噪比随着量化级数的增加而提高，当量化级数较小是不能满足通信质量的要求。实验三：数字基带传输系统一、实验目的1、掌握数字基带传输系统的误码率计算；理解信道噪声和码间干扰对系统性能的影响；2、掌握最佳基带传输系统中的“无码间干扰传输”和“匹配滤波器”的设计方法；3、理解眼图的作用，理解码间干扰和信道噪声对眼图的影响。二、实验内容1、误码率的计算(1)A/σ和误码率之间的性能曲线2、眼图的生成（1)基带信号采用矩形脉冲波形（2）基带信号采用滚降频谱特性的波形三、实验步骤及结果1、误码率的计算1)随机产生1000000个二进制信息数据，采用双极性码，映射为±A。随机产生高斯噪声(要求A/σ为0～12dB)，叠加在发送信号上，直接按判决规则进行判决，然后与原始数据进行比较，统计出错的数据量，与发送数据量相除得到误码率。画出A/σ和误码率之间的性能曲线，并与理论误码率曲线相比较。程序代码：closeall;clc;clearall;N=10^6;A=1;ber=zeros(13);A_sigma=0:1:12;sigma=A./(10.^(A_sigma/20));a=A.*randint(1,N)*2-1;fori=1:length(sigma);rk=a+sigma(i)*randn(1,N);dec_a=sign(rk);ber(i)=length(find(dec_a~=a))/N;end;p=1/2*erfc(A./(sqrt(2)*sigma));figuresemilogy(A_sigma,ber,'b-*',A_sigma,p,'red');legend('p','A_sigma');gridon;2）随机产生10000个二进制信息数据，采用双极性码，映射为±1,基带波形采用根升余弦频谱。随机产生信道高斯白噪声(要求0nEb为-2～8dB)，叠加在发送信号上，通过匹配滤波器后，按判决规则进行判决，得到误码率。画出0nEb和误码率之间的性能曲线。x=randint(1,100)*2-1;xt=rcosflt(x,1,100,'fir',1);eyediagram(xt,300);snr_db=[30,20,10,0];snr=10.^(snr_db/10);noise=1./snr;fori=1:4;n=sqrt(noise(i))*randn(length(xt),1);eyediagram(xt+n,300);end2、绘制眼图2)设基带信号波形为滚降系数为1的升余弦波形，符号周期1sT=，试绘出不同滚降系数（a=1,0.75,0.5,0.25）时的时域脉冲波形（保存为图3-5）。随机生成一系列二进制序列，选择a=1的升余弦波形，画出多个信号的波形，（保存为图3-6）。通过高斯白噪声信道，选择a=1的升余弦波形，分别绘制出无噪声干扰以及信噪比为30、20、10、0dB时的眼图。clearall;clc;closeall;h1=rcosflt(1,1,100,'fir',1,5);h2=rcosflt(1,1,100,'fir',0.75,5);h3=rcosflt(1,1,100,'fir',0.5,5);h4=rcosflt(1,1,100,'fir',0.25,5);figure()plot(h1);holdon;plot(h3);holdon;plot(h4);holdon;plot(h2);holdon;实验结果图：四、实验思考题1、数字基带传输系统的误码率与哪些因素有关？答：数字基带的误码率与输入的信噪比有关，信噪比又与输入信号的能量以及噪声的能量有关。2、码间干扰和信道噪声对眼图有什么影响？答;码间干扰和信道噪声可以看做同一类型，都是对信号起负面作用的，只是来源不同。码间干扰来自信号自身，是可以通过优化信号来避免的，而信道噪声是无法避免的，始终存在。对眼图的影响无非就是：会使眼图比较闭合，幅度畸变范围变大，噪声容限变小，过零点畸变时间变久。3、观察图3－5和图3－6，观察不同滚降系数对时域波形的影响。答：当1α=时，是实际中常采用的升余弦频谱特性，它的波形最瘦，拖尾按3t−速率衰减，抑制码间串扰的效果最好。当滚降系数α越小时，波形越来越胖，尾巴的衰减速率越来越小。4、图3－7可以得出什么结论？答：右图3-7可以看出，信噪比越高，眼图的效果越好，当无噪声干扰时，眼图形状清晰可见，“眼睛”张开较大，当信噪比为0时，眼图彻底混乱，看不清楚形状。实验四：BPSK系统仿真一、实验目的：1、掌握BPSK调制和解调原理；2、理解数字基带信号和BPSK号的功率谱密度的关系。3、理解星座图