通信原理實驗報告1

1、通信原理實驗報告課程名稱：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(diào)制仿真實驗姓 名：學號：班級：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(chǎn)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(zhì)； 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(zhì)； 5、掌握MATLAB描述通信系統(tǒng)中不同波形的常用方法及有關函數(shù)，并學

2、會利用MATLAB求解系統(tǒng)功率譜，繪制相應曲線。 二 、實驗內(nèi)容 1、編寫MATLAB程序產(chǎn)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?qū)崿F(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(diào)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 信號及系統(tǒng)在計算機中的表示 3.

3、1.1 時域取樣及頻域取樣 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。3.1.2 頻域分析為了

4、方便仿真，我們利用 MATLAB 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(t)j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(chǎn)生相關的指令3.2.1 高斯噪聲的產(chǎn)生由于函數(shù)randn(1,N)產(chǎn)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(chǎn)生高斯白噪聲。3.2.2 隨機碼序列的產(chǎn)生 語句 round(rand(1,M)產(chǎn)生

5、 M 個取值 1、0 等概的隨機碼。函數(shù) round 表示四舍五入。函數(shù) rand 產(chǎn)生均勻分布于區(qū)間0，1的隨機數(shù)。 語句 sign(rand(1,M)產(chǎn)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。3.2.3 產(chǎn)生數(shù)字隨機信號的一般方法3.3 信號的仿真 3.3.1 連續(xù)時間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(chǎn)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

6、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：%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 th

7、e interval of time x = sin(2*pi*t); % Generate the signal plot(t,x) % Open a figure window and draw the plot of x(t) title('zx and lz') xlabel('Time t (sec)')dt=0.01 時的信號波形 -2-1.5-1-0.500.511.52-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81zx and lz Time t (sec) 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

8、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 clea

9、r, % 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(t,x) grid on,axis(0,2,-0.5,1.5)% Open a figure window and draw the plot of x(t) title('zx and lz'

10、) 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(t)dt = 0.01; y = (t>=0); % y = 1 for t > 0, else y = 0y = (u(t)-u(t-dt)/dt; (4)

11、 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, % Close all figure windows n = -5:5; % Specify the inte

12、rval 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('zx and lz') 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(t) ,求信號y(

13、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; x = exp(-0.5*t).*u(t); y=exp(-0.5*(1.5*t+3).*u(1.5*t+3); subplot(211) plot(t,x) grid on,title ('x(t)zx and lz')subplot (212) plot (t,y) grid on,title (' y(t)zx and lz')xlabel ('Q1_5') x(t)和

14、 y(t)的圖形分別為： 實驗二 模擬信號幅度調(diào)制仿真實驗一、實驗目的 1. 加深對模擬線性調(diào)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，并進行對比； 3. 掌握 MATLAB基本指令的使用； 4. 掌握 MATLAB中 M 文件的調(diào)試以及子函數(shù)調(diào)用的方法。 二、實驗內(nèi)容 1. 復習 AM、DSB 和SSB 調(diào)制的相關原理2. 編寫 MATLAB 程序?qū)崿F(xiàn) AM 調(diào)制； 3. 編寫 MATLAB 程序?qū)崿F(xiàn) DSB調(diào)制； 4. 編寫 MATLAB 程序?qū)崿F(xiàn) SSB 調(diào)制。三、實驗原理調(diào)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

15、不匹配，直接傳輸可能嚴重影響傳輸質(zhì)量。模擬調(diào)制針對的信源為模擬信號，常用的模擬調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)相、調(diào)頻。本次實驗進行的是模擬信號的幅度調(diào)制。 幅度調(diào)制是由調(diào)制信號去控制高頻載波的幅度，使之隨調(diào)制信號做線性變化的過程。由于已調(diào)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(diào)信號的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移。所以，幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制。幅度調(diào)制包括AM、DSB和SSB調(diào)制。 調(diào)幅(AM)是標準調(diào)幅，也就是常規(guī)雙邊帶調(diào)制。假設調(diào)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(diào)幅信號。其時域表達式為： 抑制載波的雙邊帶調(diào)制(DS

16、B)是一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式，其時域表達式為： 3.1 AM調(diào)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規(guī)調(diào)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(chǎn)生給定的載波信號 如何產(chǎn)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(chǎn)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(diào)制原理進行AM調(diào)

17、制。 根據(jù)通信原理相關章節(jié)的學習，我們知道AM調(diào)制后的已調(diào)信號可表示為： SAM(t)=A0+m(t)cosct 4. 求已調(diào)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(diào)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(diào)制的過程可概括為以下幾步： 1. 產(chǎn)生給定的基帶信號 2. 產(chǎn)生給定的載波信號 題目要求的頻率為10Hz，幅值A=2的

18、余弦信號的產(chǎn)生方法參見1。 3. 依據(jù)調(diào)制原理進行DSB調(diào)制。 根據(jù)通信原理相關章節(jié)的學習，我們知道DSB調(diào)制后的已調(diào)信號可表示為： 也就是將步驟1產(chǎn)生的基帶信號與步驟2定義的余弦信號直接相乘。 4. 求已調(diào)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(diào)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(diào)制的過程可概括為以下幾步： 1. 產(chǎn)生給定

19、的基帶信號 2. 產(chǎn)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(chǎn)生方法參見1。 3. 用相移法產(chǎn)生SSB信號 用相移法產(chǎn)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(diào)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+s

20、qrt(2)*sin(2*pi*fm*t).*sin(2*pi*fc*t)/2; 4. 用濾波法進行SSB調(diào)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(diào)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(diào)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

21、驟 (1)按照 3.1 所提供的 AM 調(diào)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=0:dt:T; mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fm*t); %AM modulation A=2; s_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t); B=2*fm; figure(1) subplot(211); plot(t,s_am); hold on; plot(t,A+mt,'r-'); title('AM調(diào)制信號及

22、其包絡ZX and LZ'); xlabel('t'); subplot(212) f,sf=T2F(t,s_am); f1,sf1=T2F(t,A+mt); psf1=(abs(sf1).2)/T; psf=(abs(sf).2)/T; plot(f,psf,'r-'); hold on; plot(f1,psf1); axis(-2*fc 2*fc 0 max(psf); title('AM信號功率譜'); xlabel('f');A=2時波形圖如下：（2）程序 1 中定義加入的直流分量為A=2，請在A0的值分別改為

23、1 和 10，看得到的調(diào)制波形會有什么變化？ A=1 的調(diào)制波形A=10 時的調(diào)制波形 請問，調(diào)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處越不明顯。（3）按照 3.2 所提供的DSB 調(diào)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); %DSB modulation s_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t)

24、; B=2*fm; figure(1); subplot(211); plot(t,s_dsb); hold on; plot(t,mt,'r-'); title('DSB調(diào)制信號ZX and LZ'); xlabel('t'); subplot(313) f,sf=T2F(t,s_dsb); psf=(abs(sf).2)/T; plot(f,sf); axis(-2*fc 2*fc 0 max(psf); title('DSB信號功率譜'); xlabel('f')DSB調(diào)制波形圖如下：（4） 按照3.3所提供

25、的相移法進行SSB調(diào)制的思路，運行提供的范例程序， 存檔為Q2_3，并將所得的結果存盤，貼在下面空格處。范例程序如下： % 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); %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)

26、 subplot(211); plot(t,s_ssb); hold on; plot(t,mt,'r-'); title('SSB調(diào)制信號及其包絡ZX and LZ'); xlabel('t'); subplot(212) f,sf=T2F(t,s_ssb); psf=(abs(sf).2)/T; plot(f,psf); axis(-2*fc 2*fc 0 max(psf); title('SSB信號功率譜'); xlabel('f');SSB調(diào)制信號波形如下：（5）按照 3.3 所提供的濾波法進行 SSB 調(diào)

27、制的思路，編寫用濾波法實現(xiàn) SSB 調(diào)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( length(f)/2 );hf(bf)=1;yf=hf.*s

28、f;t,st=F2T(f,yf); st = real(st); 此程序中調(diào)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 % signal's 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); st=Fmx*i

29、fft(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(diào)制信號ZX and LZ');xlabel('t');f_dsb=fft(s_dsb); temp=f_dsb;temp(50:4953)=0; s_

30、ssb=ifft(temp); subplot(312);plot(t,s_ssb);hold 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(diào)制信號、DSB 調(diào)制信號和 SSB 調(diào)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)*cos(2*pi*fm*t);A=2;s_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t); s_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t); s_ssb=real(hilbert(mt).*exp(j*2*pi*fc*t); s