通信原理

通信原理软件实验报告

学生姓名： *** 指导教师： ** 学 号： ********** 学 院： 信息科学与工程 专业班级：电子信息工程1002

2012年12月

一、实验目的

① 巩固抽样定理、均匀量化、PCM编码仿真的思想。 ② 巩固二进制数字调制的原理。

③ 在上述实验的基础上，实现综合的数字通信系统的仿真。

二、实验内容

在前四章的基础之上，合理运用第五章，第六章的主函数及子函数完成通信系统仿真综合实验，以下两个题目可任选其一。

1、 利用MATLAB软件完成模拟信号的数字频带传输系统的仿真，设模拟调制信号为

1,0tt0/3m(t)2,t0/3t2t0/3，

0,2t/3tt00t0自设，要求：

①画出数字频带传输通信系统中除加密解密器外其余各点的波形及其对应的频谱或功率谱，调制方式自选，信噪比自设，编码器输出信号为双极性不归零码；同时画出对应的理想滤波器幅频特性

②分析不同信噪比下的抗噪声性能。（本人选作此题）

2、利用MATLAB软件完成数字基带传输系统的仿真，输入模拟信号见题1。要求： ①画出数字基带传输通信系统中除基带信号形成器及接收滤波器以外，其余各点的波形及其对应的频谱或功率谱；同时画出信道对应的理想低通滤波器的幅频特性。

②分析不同信噪比下的抗噪声性能。

3、给出实验中所获得的波形图 1) 数字基带信号 2) 数字调制

3) 模拟锁相环与载波同步 4) 数字解调与眼图 5) 帧同步

6) 数字锁相环与位同步 7) 时分复用通话与抽样原理

三、实验原理

信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统。在日常生活中大部分信号为连续变化的

模拟信号，那么要实现模拟信号在数字系统中的传输，则必须在发送端将模拟信号数字化，即A/D变换；在接收端需进行相反的变换，即D/A变换。数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统和数字基带传输通信系统，下面分别加以说明。

1、数字频带传输通信系统

模拟信息源 模数转换器 加密器 编码器 调制器 解调器 解码器 解密器 数模转换器 受信者 信道 噪声源

2、数字基带传输通信系统

模拟信息源 模数转换器 基带信号形成器 接收滤波器 取样判决 器 数模转换器 受信者 信道 噪声源

四、实验代码

am.m AM调制解调程序 % AM调制解调 clear all; close all; echo on

%----------------系统仿真参数 A=3; %直流分量

fc=250; %载波频率（Hz） t0=0.15;%信号时长

snr=25; %解调器输入信噪比dB dt=0.001% 系统时域采样间隔

fs=1/dt;%系统采样频率

df = 0.2; %所需的频率分辨率 t=0:dt:t0;

Lt=length(t);%仿真过程中，信号长度 snr_lin = 10^(snr/10); %信噪比

%-------------画出调制信号波形及频谱 % 产生模拟调制信号

m=[ones(1,t0/(3*dt)),-2*ones(1,t0/(3*dt)),zeros(1,t0/(3*dt)+1)]; L=2*min(m);

R=2*max(abs(m))+A;

pause%画出调制信号波形及频谱 clf

figure(1)

subplot(321);

plot(t,m(1:length(t)));% 画出调制信号波形 axis([0 t0 -R/2 R/2]); xlabel('t');

ylabel('调制信号'); subplot(322);

[M,m,df1,f]=T2F(m,dt,df,fs);%求出调制信号频谱 [Bw_eq]=signalband(M,df,t0);%求出信号等效带宽 f_start=fc-Bw_eq; f_cutoff=fc+Bw_eq;

plot(f,fftshift(abs(M)))% 画出调制信号频谱 xlabel('f');

ylabel('调制信号频谱'); pause %画出载波及频谱 subplot(323);

c=cos(2*pi*fc*t);%载波 plot(t,c);

axis([0 t0 -1.2 1.2]); xlabel('t'); ylabel('载波');

subplot(324)% 载波频谱

[C,c,df1,f]=T2F(c,dt,df,fs);

plot(f,fftshift(abs(C)))% 画出载波频谱 xlabel('f');

ylabel('载波频谱');

pause% 画已调信号及其频谱 subplot(325)% 画已调信号

u=(A+m(1:Lt)).*c(1:Lt);%已调信号 plot(t,u);% 画出已调信号波形 axis([0 t0 -R R]);

xlabel('t');

ylabel('已调信号'); subplot(326);

[U,u,df1,f]=T2F(u,dt,df,fs);

plot(f,fftshift(abs(U)))% 画出已调信号频谱 xlabel('f');

ylabel('已调信号频谱');

%----------该图为figure(1)--------% %-----------将已调信号送入信道 %先根据所给信噪比产生高斯白噪声

signal_power = power_x(u(1:Lt)); %已调信号的平均功率

noise_power=(signal_power*fs)/(snr_lin*(2* Bw_eq));%求出噪声方差（噪声均值为0） noise_std = sqrt(noise_power); %噪声标准偏差 noise = noise_std*randn(1,Lt); %产生噪声

pause%画出信道高斯白噪声波形及频谱，此时，噪声已实现，为确知信号，可求其频谱 figure(2)

subplot(321);

plot(t,noise);% 画出噪声波形 axis([0 t0 –R R]); xlabel(‘t’);

ylabel(‘噪声信号’); subplot(322);

[noisef,noise,df1,f]=T2F(noise,dt,df,fs);%噪声频谱 plot(f,fftshift(abs(noisef)))% 画出噪声频谱 xlabel(‘f’);

ylabel(‘噪声频谱’);

pause%画出叠加了噪声的已调信号波形及频谱

sam=u(1:Lt)+noise(1:Lt);%叠加了噪声的已调信号 subplot(323); %画出叠加了噪声的已调信号波形 plot(t,sam) ;

axis([0 t0 –R R]) ; xlabel(‘t’) ;

ylabel(‘信道中的信号’) ; subplot(324) ;

[samf,sam,df1,f]=T2F(sam,dt,df,fs) ;%求出叠加了噪声的已调信号频谱 plot(f,fftshift(abs(samf)))% 画出叠加了噪声的已调信号频谱 xlabel(‘f’) ;

ylabel(‘信道中信号频谱’) ;

[H,f]=bp_f(length(sam),f_start,f_cutoff,df1,fs,1) ;%求带通滤波器 subplot(326) ;

plot(f,fftshift(abs(H)))% 画出带通滤波器 xlabel(‘f’) ;

ylabel(‘带通滤波器’) ;

%----------该图为figure(2)--------% %-----------------经过带通滤波器

pause%经过理想带通滤波器后的信号及其频谱 DEM = H.*samf; %滤波器输出的频谱 [dem]=F2T(DEM,fs);%滤波器的输出波形

figure(3)

subplot(321)%经过理想带通滤波器后的信号波形

plot(t,dem(1:Lt))%画出经过理想带通滤波器后的信号波形 axis([0 t0 –R R]); xlabel(‘t’);

ylabel(‘理想BPF输出信号’);

[demf,dem,df1,f]=T2F(dem(1:Lt),dt,df,fs);%求经过理想带通滤波器后信号频谱 subplot(322)

plot(f,fftshift(abs(demf)));% 画出经过理想带通滤波器后信号频谱 xlabel(‘f’);

ylabel(‘理想BPF输出信号频谱’); %--------------和本地载波相乘，即混频

pause%混频后的信号，先画本地载波及其频谱 subplot(323) plot(t,c(1:Lt));

axis([0 t0 -1.2 1.2]); xlabel(‘t’);

ylabel(‘本地载波’); subplot(324)% 载波频谱

[C,c,df1,f]=T2F(c(1:Lt),dt,df,fs); plot(f,fftshift(abs©))% 画出载波频谱 xlabel(‘f’);

ylabel(‘本地载波频谱’); pause%再画混频后信号及其频谱 der=dem(1:Lt).*c(1:Lt);%混频 subplot(325)%画出混频后的信号 plot(t,der);

axis([0 t0 –R R]); xlabel(‘t’);

ylabel(‘混频后的信号’); subplot(326)

[derf,der,df1,f]=T2F(der,dt,df,fs);%求混频后的信号频谱 plot(f,fftshift(abs(derf)))%画出混频后的信号的频谱 xlabel(‘f’);

ylabel(‘混频后信号频谱’);

%----------该图为figure(3)--------% %--------------------经过低通滤波器

pause%画出理想低通滤波器

figure(4)

[LPF,f]=lp_f(length(der),Bw_eq,df1,fs,2);%求低通滤波器 subplot(322)

plot(f,fftshift(abs(LPF)));% 画出理想低通滤波器 xlabel('f');

ylabel('理想LPF');

pause%混频信号经理想低通滤波器后的频谱及波形 DM = LPF.*derf; %理想低通滤波器输出的频谱 [dm]=F2T(DM,fs);%滤波器的输出波形

subplot(323)

plot(t,dm(1:Lt));%画出经过低通滤波器后的解调出的波形 axis([0 t0 -R R]); xlabel('t');

ylabel('LPF输出信号'); subplot(324)

[dmf,dm,df1,f]=T2F(dm(1:Lt),dt,df,fs);%求LPF输出信号的频谱 plot(f,fftshift(dmf));%画出LPF输出信号的频谱 xlabel('f');

ylabel('LPF输出信号频谱'); axis([-fs/2 fs/2 0 0.5]);

%--------去除解调信号中的直流分量 %----------该图为figure(4)--------%

pause%去除解调信号中的直流分量 dmd=dm(1:Lt)-mean(dm(1:Lt)); subplot(325)

plot(t,dmd);%画出恢复信号(去除直流分量) axis([0 t0 -R/2 R/2]); xlabel('t');

ylabel('恢复信号');

[dmdf,dmd,df1,f]=T2F(dmd,dt,df,fs);%求恢复信号的频谱 subplot(326)

plot(f,fftshift(dmdf));%画出恢复信号的频谱 xlabel('f');

ylabel('恢复信号的频谱'); axis([-fs/2 fs/2 0 0.2]); subplot(321);

plot(t,m(1:Lt));% 画出调制信号波形 axis([0 t0 -R/2 R/2]); xlabel('t');

ylabel('调制信号');

4 .子函数

 序列的傅立叶变换

function [M,m,df]=fftseq(m,ts,df)

%各参数含义与子函数T2F中的完全相同，完成 fs = 1/ts; if nargin ==2 n1 =0; else

n1 = fs/df; end

n2 = length(m);

n = 2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2))); M = fft(m,n);

m = [m,zeros(1,n-n2)]; df = fs/n;  计算信号功率

function p=power_x(x) %x:输入信号

%p:返回信号的x功率

p=(norm(x).^2)./length(x);  信号从频域转换到时域 function [m]=F2T(M,fs)

%-------------------------输入参数

%M：信号的频谱 %fs:系统采样频率

%--------------------输出(返回)参数

%m:傅里叶逆变换后的信号，注意其长度为2的整数次幂，利用其画波形时，要注意选取m的一部分，选取长度和所给时间序列t的长度要一致，plot(t,m(1:length(t)))，否则会出错。 m = real(ifft(M))*fs;  信号从时域转换到频域

function [M,m,df1,f]=T2F(m,ts,df,fs)

%------------------------输入参数 %m:信号

%ts:系统时域采样间隔 %df:所需的频率分辨率 %fs:系统采样频率

%---------------------输出(返回)参数 %M:傅里叶变换后的频谱序列

%m: 输入信号参与过傅里叶变换后对应的序列，需要注意的是，该序列与输入信号m的区别，其长度是不一样的，输入的m长度不一定是2的整数次幂，而傅里叶变换要求输入信号长度为2的整数次幂，故傅里叶变换前需对输入的m信号进行补零，其长度有所增加，故输出参数中的m为补零后的输入信号，其长度与输入参数m不一样，但与M,f长度是一样的，并且，其与时间序列t所对应的序列m(1:length(t))与输入参数中的m是一致的。 %df1:返回的频率分辨率 %f:与M相对应的频率序列 [M,m,df1]=fftseq(m,ts,df);

f = [0:df1:df1*(length(m)-1)] -fs/2; %频率向量 M=M/fs;  带通滤波器

Function[H,f]=bp_f(n,f_start,f_cutoff,df1,fs,p)

%带通滤波器函数 输入设计的滤波器参数，产生带通滤波器频率特性函数H和频率向量f %------------------------输入参数

%n 带通滤波器的输入信号长度 %f_start 通带起始频率

%f_cutoff 带通滤波器的截止频率 %df1 频率分辨率 %fs 抽样频率 %p 滤波器幅度

%----------------------输出(返回)参数 %H 带通滤波器频率响应 %f 频率向量

%设计滤波器

n_cutoff = floor(f_cutoff/df1); n_start = floor(f_start/df1);

f = [0:df1:df1*(n-1)] -fs/2; %频率向量 H = zeros(size(f));

H(n_start+1:n_cutoff) = p*ones(1,n_cutoff-n_start);

H(length(f) - n_cutoff+1:length(f)-n_start) = p*ones(1,n_cutoff-n_start);

 低通滤波器

function [H,f]=lp_f(n,f_cutoff,df1,fs,p)

%低通滤波器函数 输入设计的滤波器参数，产生低通滤波器频率特性函数H和频率向量f %------------------------输入参数

%n 低通滤波器的输入信号长度 %f_cutoff 低通滤波器的截止频率 %df1 频率分辨率 %fs 抽样频率 %p 滤波器幅度

%---------------------输出(返回)参数 %H 低通滤波器频率响应 %f 频率向量

n_cutoff = floor(f_cutoff/df1); %设计滤波器 f = [0:df1:df1*(n-1)] -fs/2; %频率向量 H = zeros(size(f));

H(1:n_cutoff) = p*ones(1,n_cutoff);

H(length(f) - n_cutoff+1:length(f)) = p*ones(1,n_cutoff);  计算信号有效带宽

function [Bw_eq]=signalband(sf,df,T) %计算信号等效带宽 %sf：信号频谱 %df:频率分辨率 %T：信号持续时间 sf_max=max(abs(sf));

Bw_eq=sum(abs(sf).^2)*df/T/sf_max.^2

五、结果分析

1、调制信号为：

1,0tt0/3m(t)2,t0/3t2t0/3,利用AM调制方式调制载波c(t)cos2fct，假设

0,其它t00.15s,fc250Hz,直流分量为3，采用相干方式解调实现AM信号的调制解调。

2、系统仿真参数：

直流分量A=3；载波频率：fc=250；信号时长t0=0.15；解调器输入信噪比：snr=25；系统时域采样间隔：dt=0.001；系统采样频率：fs=1/dt；所需的频率分辨率：df=0.2。

3、调制信号波形及调制信号频谱，载波及载波频谱，已调信号及已调信号频谱的截图如下：

321322调制信号频谱调制信号20-200.05t3230.10.150.20.10-5000f3245000-100.05t3250.10.15载波频谱10.10.050-5000f326500载波已调信号频谱已调信号50-500.05t0.10.150.40.20-5000f500

4、将已调信号送入信道，根据所给信噪比产生高斯白噪声，信道中高斯白噪声及噪声频谱，叠加了噪声的已调信号波形及频谱，进过贷通滤波器的波形：

321322噪声信号0-500.05t3230.10.15噪声频谱50.010.0050-5000f324500信道中信号频谱信道中的信号50-500.05t0.10.150.40.20-5000f326500带通滤波器10.50-5000f500

5、混频（和本地载波相乘）后的信号及频谱：

理想BPF输出信号32150-500.05t32310-100.05t3250.10.150.10.15理想BPF输出信号频谱3220.40.20-5000f324500本地载波频谱本地载波0.10.050-5000f326500混频后信号频谱混频后的信号50-500.05t0.10.150.40.20-5000f500

6、经过低通滤波器后的输出信号和频谱，去除解调信号中的直流分量后的信号及频谱：

--6—

321322调制信号理想LPF00.05t3230.10.1520-2210-5000f324500LPF输出信号频谱LPF输出信号50-500.05t3250.10.150.50-500恢复信号的频谱0f326500恢复信号20-200.05t0.10.150.20.10-5000f500