重邮通信原理实验报告.docx
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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
载波
，
，
；绘制调制信号和载波的时域波形。
2）进行DSB调制，
；进行AM调制，
；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，
，
，
。
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.^n
a=2/m
y=ceil（abs（xt/a））
x=sign（xt）
xqv=x.*（y*a-1/2*a）
xqe=xt-xqv
s=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;
end
figure（3）;subplot（1,1,1）;plot（QSNR_N）;
holdon;
plot（QSNR_T,'red'）;
fs=30
t=0:
1/fs:
1
xt=0.9*sin（2*pi*t）
[xqv,xqe,snr]=uniform（xt,8）
k=0:
5:
50
figure（4）
plot（k,snr-k,'b','linewidth',2）
axis（[050080]）
[xqv,xqe,snr]=uniform（xt,12）
k=0:
5:
50
holdon
plot（k,snr-k,'r','linewidth',5）
axis（[050080]）
gridon
xt=0.9*cos（2*pi*t）;
A=87.6;
cc=sign（xt）
fork=1:
1:
size（xt,2）
ifabs（xt（k））<=1/A
c（k）=cc（k）*A*abs（xt（k））/（1+log（A））;
else
c（k）=cc（k）*（1+log（A*abs（xt（k））））/（1+log（A））;
end
end
[xqv,xqe,SNR]=uniform（xt,3）;
figure（5）
stem（t,xt）;
holdon
stem（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））;
figure
semilogy（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）;
end
2、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、理解星座图的作用
二、实验原理
三、实验内容：
1、生成基带信号和频带信号的时域波形和功率谱（必做）
3、BPSK发送信号和接收信号的星座图。
（必做）
四、实验步骤
1、绘制时频波形
1）设基带波形为矩形波，设载波频率为10Hz，符号速率为1Baud，画出BPSK信号的时域波形和功率谱。
2）设基带波形为滚降波形，设载波频率为10Hz，符号速率为1Baud，画出BPSK信号的时域波
形和功率谱；要求对比滚降系数分别为0.5和1时的情况。
3、BPSK发送信号和接收信号的星座图
绘制发送端BPSK信号的星座图；绘制出信噪比为10dB和5dB时的接收信号星座图
实验代码：
closeall;clc;clearall;
ts=1;fc=2;
n_sample=200;n_num=1000;
dt=ts/n_sample;
t=0:
dt:
n_num*ts-dt;
d=2*randint（1,n_num）-1;
st_bb=rectpulse（d,n_sample）;
st_2psk=st_bb.*cos（2*pi*fc*t）;
figure（）;
subplot（2,1,1）;
plot（t,st_2psk）;
axis（[0,10,-1,1]）;
nloop=20;
window=boxcar（length（st_2psk））;
NFFT=2^16;
sp_p=0;
forind=1:
nloop;
[px,f]=periodogram（st_2psk,window,NFFT,1/dt）;
sp_p=sp_p+px;
d=2*randint（1,n_num）-1;
st_bb=rectpulse（d,n_sample）;
st_2psk=st_bb.*cos（2*pi*fc*t）;
end
st_pp=sp_p/20;
subplot（2,1,2）;
plot（f,st_pp）;
axis（[0,4,0,1]）;
closeall;clc;clearall;
ts=1;fc=10;r=1;
n_sample=100;
n_num=500;
dt=ts/n_sample;
delay=10;
t=0:
dt:
n_num*ts+delay*2-dt;
d=2*randint（1,n_num）-1;
st_bb=rcosflt（d,1/ts,n_sample/ts,'fir',r,delay）;
st_bpsk=st_bb'.*cos（2*pi*fc*t）;
figure;
subplot（2,1,1）;
plot（t,st_bb）;gridon;
axis（[2*delay2*delay+ts*10min（st_bb）max（st_bb）]）;
nloop=20;
window=boxcar（length（st_bpsk））;
nfft=2^16;
sp_p=0;
fori=1:
nloop
[px,f]=periodogram（st_bpsk,window,nfft,1/dt）;
sp_p=sp_p+px;
d=2*randint（1,n_num）-1;
st_bb=rcosflt（d,1/ts,n_sample/ts,'fir',r,delay）;
st_bpsk=st_bb'.*cos（2*pi*fc*t）;
end;
sp_p=sp_p/20;
title（'2psk滚降系统的时域波形图和功率谱密度'）;
gridon;
subplot（2,1,2）;
plot（f,sp_p）;
axis（[81201]）;
gridon;
实验结果图：
：
五、实验思考题：
1、随着0nEb的增大，误码率如何变化？
为什么？
答：
因为Pe=1/2*erfc[（E/n0）1/2]，而erfc是一个减函数，所以随着比值增大，误码率会减小。
2、试从BPSK系统的接收信号星座图来解释如何进行判决？
答：
星座图用来估计系统性能，星座点聚焦越好，系统性能越好，否则噪声越严重，误码率越高。
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