通信原理實(shí)驗(yàn)二

1、 HUNANHUNAN UNIVERSITYUNIVERSITY 通信原理 課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告 題 目： 數(shù)字基帶信號的波形和功率譜密度 學(xué)生姓名： 龍景強(qiáng) 學(xué)生學(xué)號： 201308080228 專業(yè)班級： 物聯(lián) 2 班 指導(dǎo)老師： 杜青松 目目 錄錄 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1 2.實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)要求.1 3.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理.2 3.1 單極性不歸零碼.2 3.2 單極性歸零碼.3 3.3 雙極性不歸零碼.3 3.4 雙極性歸零碼.3 4.實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)步驟.4 4.1 單極性不歸零二進(jìn)制信號.4 4.2 單極性歸零二進(jìn)制信號.4 4.3 雙極性不歸零二進(jìn)制信號.5 4.4 雙極性

2、歸零二進(jìn)制信號.5 4.5 單極性不歸零四進(jìn)制信號. 6 4.6 單極性不歸零八進(jìn)制信號.6 5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.9 5.1 單極性不歸零二進(jìn)制基帶信號.9 5.2 單極性歸零二進(jìn)制基帶信號.11 5.3 雙極性不歸零二進(jìn)制基帶信號.13 5.4 雙極性歸零二進(jìn)制基帶信號.15 5.5 單極性不歸零四進(jìn)制基帶信號.17 5.6 單極性不歸零八進(jìn)制基帶信號.19 6.心得與體會心得與體會.20 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1、通過實(shí)驗(yàn)深入理解常用數(shù)字基帶信號的波形和功率譜密度； 2、掌握用 MATLAB 繪制常用數(shù)字基帶信號的波形和功率譜密 度的方法； 3、練習(xí)根據(jù)理論分析自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方

3、法的能力。 2.實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)要求 1、產(chǎn)生單極性不歸零二進(jìn)制基帶信號，畫出該信號的時(shí)域波形 圖及其功率譜密度圖形。（單極性基帶信號的高電平為 1V，表示二 進(jìn)制碼元“1”；低電平為 0V，表示二進(jìn)制碼元“0”） 2、產(chǎn)生占空比為 50%的單極性歸零二進(jìn)制基帶信號，畫出該信 號的時(shí)域波形圖及其功率譜密度圖形。（單極性基帶信號的高電平 為 1V，低電平為 0V；一個(gè)碼元周期內(nèi)包含高電平脈沖表示二進(jìn)制 碼元“1”，否則表示二進(jìn)制碼元“0”）。 3、產(chǎn)生雙極性不歸零二進(jìn)制基帶信號，畫出該信號的時(shí)域波形 圖及其功率譜密度圖形。（雙極性基帶信號的正電平為 1V，表示二 進(jìn)制碼元“1”；負(fù)電平為-1V，表示

4、二進(jìn)制碼元“0”）。 4、產(chǎn)生占空比為 50%的雙極性歸零二進(jìn)制基帶信號，畫出該信 號的時(shí)域波形圖及其功率譜密度圖形。（雙極性基帶信號的正電平 為 1V，負(fù)電平為-1V；一個(gè)碼元周期內(nèi)包含正電平脈沖表示二進(jìn)制 碼元“1”，包含負(fù)電平脈沖表示二進(jìn)制碼元“0”）。 5、產(chǎn)生單極性不歸零四進(jìn)制基帶信號，畫出該信號的時(shí)域波形 圖及其功率譜密度圖形。（四進(jìn)制單極性基帶信號共有 0V，1V，2V，3V 四個(gè)電平，分別表示四進(jìn)制碼元“0”，“1”， “2”，“3”） 6、產(chǎn)生單極性不歸零八進(jìn)制基帶信號，畫出該信號的時(shí)域波形 圖及其功率譜密度圖形。（八進(jìn)制單極性基帶信號共有 0V7V 八個(gè) 電平，分別表示八進(jìn)

5、制碼元“0”“7”） 3.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 數(shù)字信號可以直接采用基帶傳輸,所謂基帶就是指基本頻帶?；鶐鬏斁褪?在線路中直接傳送數(shù)字信號的電脈沖。 基帶傳輸時(shí),對于傳輸數(shù)字信號來說,使 用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字,也即數(shù)字信號由矩形脈沖 組成。我們將其劃分為單極性碼和雙極性碼，單極性碼使用正的電壓表示數(shù)據(jù)； 而根據(jù)信號是否歸零，還可以劃分為歸零碼和非歸零碼，歸零碼碼元中間的信 號回歸到 0 電平，而非歸零碼遇 1 電平翻轉(zhuǎn)，零時(shí)不變。 數(shù)字基帶信號除了二進(jìn)制信號，還有四進(jìn)制信號，八進(jìn)制信號等。 數(shù)字基帶系統(tǒng)的組成： 1、單極性不歸零碼 特點(diǎn)：發(fā)送能量大、接收信噪比較高，占用

6、頻帶較窄；具有較高的直流和低頻 成分，不利于信道傳輸，受到信道傳輸特性和噪聲的影響，接收端抽樣判決器 難以穩(wěn)定在最佳判決門限，在出現(xiàn)長連“0”或者長連“1”時(shí)不利于接收端位同步 定時(shí)提取。 2、雙極性不歸零碼 特點(diǎn)：發(fā)送能量大、接收信噪比較高，占用頻帶較窄，直流和低頻成分較少， 接收端抽樣判決器始終保持最佳判決門限；在出現(xiàn)長連“0”或者長連“1”時(shí)不利 于接收端位同步定時(shí)提取。 3、單極性歸零碼 特點(diǎn)：發(fā)送能量較小、接收信噪比較低，占用頻帶較寬，具有較高的直流和低 頻成分，不利于信道傳輸，受到信道傳輸特性和噪聲的影響，接收端抽樣判決 器難以穩(wěn)定在最佳判決門限；在出現(xiàn)長連“0”時(shí)不利于接收端位同

7、步定時(shí)提取， 但長連“1”時(shí)可以實(shí)現(xiàn)接收端位同步定時(shí)提取。 4、雙極性歸零碼 特點(diǎn)：發(fā)送能量較小、接收信噪比較低，占用頻帶較寬；直流和低頻成分較少， 接收端抽樣判決器始終保持最佳判決門限，具有良好的自同步特性，即使在出 現(xiàn)長連“0”或者長連“1”時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)接收端位同步定時(shí)提取。 除此之外本次實(shí)驗(yàn)還畫了單極性不歸零四進(jìn)制碼信號和單極性不歸零八進(jìn) 制碼信號，這些都跟單極性不歸零二進(jìn)制碼信號差不多，只是表示信號的進(jìn)制 變了一下。 4.實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)步驟 基帶信號的時(shí)間分辨率為 0.001s（即采樣頻率為 1000Hz），共 產(chǎn)生 2000 個(gè)二進(jìn)制碼元，每個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間為 1

8、秒。 4.1 單極性不歸零二進(jìn)制基帶信號單極性不歸零二進(jìn)制基帶信號 主要代碼： % 畫時(shí)域信號波形 figure(1); plot(t,st1,LineWidth,1.5);grid on; axis(0 20 -0.1 1.1); xlabel(時(shí)間(s);ylabel(電壓值(V); title(title_str1); %計(jì)算功率譜并畫圖 figure(2) fmt=fft(st1); % 對時(shí)域信號進(jìn)行 FFT 變換，計(jì)算其頻譜 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_

9、dB/maxF; fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps); plot(f,fmt_dB);grid on; axis(-6 6 -80 0); xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜幅度值(dB); title(title_str2); 4.2 單極性歸零二進(jìn)制基帶信號單極性歸零二進(jìn)制基帶信號 主要代碼： % 畫時(shí)域信號波形 figure(3); plot(t,st2,LineWidth,1.5);grid on; axis(0 20 -0.1 1.1); xlabel(時(shí)間(s);ylabel(電壓值(V); title(title_str3); %計(jì)算功率譜并

10、畫圖 figure(4) fmt=fft(st2); % 對時(shí)域信號進(jìn)行 FFT 變換，計(jì)算其頻譜 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_dB/maxF; fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps); plot(f,fmt_dB);grid on; axis(-6 6 -80 0); xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜幅度值(dB); title(title_str4); 4.3 雙極性不歸零二進(jìn)制基帶信號雙極性不歸零二進(jìn)制基帶信號 主要代碼：

11、% 畫時(shí)域信號波形 figure(5); plot(t,st3,LineWidth,1.5);grid on; axis(0 20 -1.1 1.1); xlabel(時(shí)間(s);ylabel(電壓值(V); title(title_str5); %計(jì)算功率譜并畫圖 figure(6) fmt=fft(st3); % 對時(shí)域信號進(jìn)行 FFT 變換，計(jì)算其頻譜 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_dB/maxF; fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps);

12、plot(f,fmt_dB);grid on; maxF = max(fmt); minF = min(fmt); axis(-6 6 -55 25); xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜幅度值(dB); title(title_str6); 4.4 雙極性歸零二進(jìn)制基帶信號雙極性歸零二進(jìn)制基帶信號 主要代碼： % 畫時(shí)域信號波形 figure(7); plot(t,st4,LineWidth,1.5);grid on; axis(0 20 -1.1 1.1); xlabel(時(shí)間(s);ylabel(電壓值(V); title(title_str7); %計(jì)算功率譜并畫圖 fi

13、gure(8) fmt=fft(st4); % 對時(shí)域信號進(jìn)行 FFT 變換，計(jì)算其頻譜 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_dB/maxF; fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps); plot(f,fmt_dB);grid on; axis(-6 6 -55 25); xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜幅度值(dB); title(title_str8); 4.5 單極性不歸零四進(jìn)制基帶信號單極性不歸零四進(jìn)制基帶信號 主要代碼： % 畫時(shí)

14、域信號波形 figure(9); plot(t,st5,LineWidth,1.5);grid on; axis(0 20 -0.9 3.1); xlabel(時(shí)間(s);ylabel(電壓值(V); title(title_str9); %計(jì)算功率譜并畫圖 figure(10) fmt=fft(st5); % 對時(shí)域信號進(jìn)行 FFT 變換，計(jì)算其頻譜 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_dB/maxF; fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps); plo

15、t(f,fmt_dB);grid on; axis(-6 6 -80 0); xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜幅度值(dB); title(title_str10); 4.6 單極性不歸零二八制基帶信號單極性不歸零二八制基帶信號 主要代碼： % 畫時(shí)域信號波形 figure(11); plot(t,st6,LineWidth,1.5);grid on; axis(0 20 -0.9 7.1); xlabel(時(shí)間(s);ylabel(電壓值(V); title(title_str11); %計(jì)算功率譜并畫圖 figure(12) fmt=fft(st6); % 對時(shí)域信號進(jìn)行

16、FFT 變換，計(jì)算其頻譜 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_dB/maxF; fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps); plot(f,fmt_dB);grid on; maxF = max(fmt); minF = min(fmt); axis(-6 6 -80 0); xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜幅度值(dB); title(title_str12); 5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 5.1 單極性不歸零二進(jìn)制基帶信號單極性不歸

17、零二進(jìn)制基帶信號 圖 5.1 單極性不歸零二進(jìn)制信號波形 時(shí)域波形圖顯示的橫坐標(biāo)時(shí)間范圍為 020s，縱坐標(biāo)范圍為-0.1V1.1V，波形線 寬為 1.5。 圖 5.2 單極性不歸零二進(jìn)制信號功率譜 功率譜密度采用歸一化 dB 形式，顯示的橫坐標(biāo)頻率范圍為-66Hz，縱坐標(biāo)范 圍為-80dB0dB。 5.2單極性歸零二進(jìn)制基帶信號單極性歸零二進(jìn)制基帶信號 圖 5.3 單極性歸零二進(jìn)制信號波形 時(shí)域波形圖顯示的橫坐標(biāo)時(shí)間范圍為 020s，縱坐標(biāo)范圍為-0.1V1.1V，注意橫 坐標(biāo)、縱坐標(biāo)及 Title，波形線寬為 1.5。 圖 5.4 單極性歸零二進(jìn)制信號功率譜 功率譜密度采用歸一化 dB 形

18、式，顯示的橫坐標(biāo)頻率范圍為-66Hz，縱坐標(biāo)范 圍為-80dB0dB。 5.3 雙極性不歸零二進(jìn)制基帶信號雙極性不歸零二進(jìn)制基帶信號 圖 5.5 雙極性不歸零二進(jìn)制信號波形 時(shí)域波形圖顯示的橫坐標(biāo)時(shí)間范圍為 020s，縱坐標(biāo)范圍為-1.1V1.1V，注意橫 坐標(biāo)、縱坐標(biāo)及 Title，波形線寬為 1.5。 圖 5.6 雙極性不歸零二進(jìn)制信號功率譜 功率譜密度采用歸一化 dB 形式，顯示的橫坐標(biāo)頻率范圍為-66Hz，縱坐標(biāo)范 圍為-55dB25dB。 5.4 雙極性歸零二進(jìn)制基帶信號雙極性歸零二進(jìn)制基帶信號 圖 5.7 雙極性歸零二進(jìn)制信號波形 時(shí)域波形圖顯示的橫坐標(biāo)時(shí)間范圍為 020s，縱坐標(biāo)范圍為-1.1V1.1V，注意橫 坐標(biāo)、縱坐標(biāo)及 Title，波形線寬為 1.5。 圖 5.8 雙極性歸零二進(jìn)制信號功率譜 功率譜密度采用歸一化 dB 形式，顯示的橫坐標(biāo)頻率范圍為-66Hz，縱坐標(biāo)范 圍為-55dB25dB。 5.5 單極性不歸零四進(jìn)制基帶信號單極性不歸零四進(jìn)制基帶信號 圖 5.9 單極性不歸零四進(jìn)制信號波形 時(shí)域波形圖顯示的橫坐標(biāo)時(shí)間范圍為 020s，縱坐標(biāo)范圍為-0.9V3.1V 圖 5.