通信原理软件实验.docx
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通信原理软件实验
通信原理软件实验
1、设计题目
1、基带码型仿真
1）通过仿真观察占空比为50%、75%以及100%的单、双极性归零码波形以及其功率谱，分析不同占空比对仿真结果的影响。
2）通过仿真产生一随机消息码序列，将其分别转换为AMI码和HDB3码，观察它们的波形及其功率谱密度。
2、数字带通调制仿真
设计一个采用2PSK调制的数字通信系统：
产生二进制随机数据，并仿真其对应的2PSK调制波形，分析其频谱。
所产生的调制波形加入不同信噪比的白噪声，选取合适的接收方案，画出系统误码率曲线，并与理论误码率进行对比。
2、实验基本原理
1、基带码型仿真
单极性归零码
发送“l”时，在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的
其余时间内则返回到零电平；发送“0”时低电平。
常记作RZ。
双极性归零码
10100110
AMI码
将消息代码“0”（空号）和“1”（传号）按如下规则进行编码：
代码的0
仍变换为传输码的0，而把代码中的1交替地变换为传输码的+1、-1、
+1、-1、…。
消息代码：
10011000111...
AMI码：
+100-1+1000-1+1-1...
由于AMI码的传号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交
替，而0电位保持不变的规律。
由此看出，这种基带信号无直流成分，
且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道
中传输。
但是，AMI码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，
由于它可能出现长的连0串，会造成提取定时信号的困难。
HDB3码
1）先把消息代码变换成AMI码，当没有4个以上连0串时，结束编码；
2）当出现4个以上连0串时，则将每4个连0小段的第4个0变换成与其前一非0符号同极性的符号，称为破坏符号V（即+1记为+V，-1记为-V）。
3）当相邻V符号之间有奇数个非0符号时，结束编码；当有偶数个非0符号时，将该小段的第1个0变换成+B或-B，B符号的极性与前一非0符号的相反，并让后面的非0符号从V符号开始再交替变化。
代码：
100001000011000011
AMI码：
-10000+l0000-1+10000-1+1
-1000-V+l000+V-1+1000+V-1+1
HDB3码：
-1000-V+l000+V-1+1-B00-V+1-1
2、数字带通调制仿真
2PSK基本原理
二进制移相键控是用二进制数字信号0，1去控制载波的两个相位0，π
的方法，其时域表达式为
式中
，为双极性数字信号，若g（t）是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，则有
以载波的不同相位直接去表示相应数字信息的相位键控称为绝对
移相，即2PSK。
2PSK信号的产生
（a）模拟相乘法（b）键控法
2PSK的解调（相干解调）
2PSK信号的频谱
2PSK和2ASK的形式完全相同，只是的取值不同，求2PSK信号
的功率谱密度，可采用与求2ASK信号功率谱密度相同的方法。
2PSK信号功率谱密度
由于g（t）是双极性矩形脉冲信号上式变为
当概率相等时，P=1/2，上式变为
最后得到
2PSK信号频谱同样由连续谱和离散谱构成，当双极性信号等概出现时，将不存在离散谱部分。
连续谱结构与ASK信号连续谱结构基本相同，仅相差一个常数因子；2PSK信号带宽与2ASK信号带宽相同。
3、仿真方案（程序流程图），参数设置
4、实验结果（仿真图）及分析
1.通过仿真观察占空比为50%、75%以及100%的单、双极性归零码波形以及其功率谱，分析不同占空比对仿真结果的影响。
图占空比为50%、75%、100%的单极性归零码波形
图占空比为50%、75%、100%的双极性归零码波形
图占空比为50%、75%、100%的单极性归零码功率谱
图占空比为50%、75%、100%的双极性归零码功率谱
2.通过仿真产生一随机消息码序列，将其分别转换为AMI码和HDB3码，观察它们的波形及其功率谱密度。
图AMI码及HDB3码的波形
图AMI码及HDB3码的功率谱
3.设计一个采用2PSK调制的数字通信系统：
产生二进制随机数据，并仿真其对应的2PSK调制波形，分析其频谱。
所产生的调制波形加入不同信噪比的白噪声，选取合适的接收方案，画出系统误码率曲线，并与理论误码率进行对比。
图2PSK信号的波形及功率谱密度
图2PSK信号的误码率曲线
5、程序源代码
1、基带码型仿真
1）通过仿真观察占空比为50%、75%以及100%的单、双极性归零码波形以及其功率谱，分析不同占空比对仿真结果的影响。
%%生成单个码元
Ts=1;%码元周期
N_sample=128;%单个码元抽样点数
dt=Ts/N_sample;%抽样时间间隔
N=50;%码元数
t=0:
dt:
（N*N_sample-1）*dt;%序列传输时间
duty1=ones（1,N_sample）;%100%单极性归0码
duty2=[ones（1,N_sample/2）,zeros（1,N_sample/2）];%50%单极性归0码
duty3=[ones（1,N_sample/4）,ones（1,N_sample/4）,ones（1,N_sample/4）,zeros（1,N_sample/4）];
%75%单极性归0码
%%生成随机序列
RAN=randi（[0,1],1,N）;%随机01序列
code1=[];
code2=[];
code3=[];
fori=1:
N%生成序列
ifRAN（i）==1
code1=[code1duty1];
code2=[code2duty2];
code3=[code3duty3];
else
code1=[code1zeros（1,N_sample）];
code2=[code2zeros（1,N_sample）];
code3=[code3zeros（1,N_sample）];
end
end
code4=[];
code5=[];
code6=[];
fori=1:
N%生成序列
ifRAN（i）==1
code4=[code4duty1];
code5=[code5duty2];
code6=[code6duty3];
else
code4=[code4-duty1];
code5=[code5-duty2];
code6=[code6-duty3];
end
end
%%绘制出结果
figure
（1）
subplot（3,1,1）;plot（t,code1）;gridon;title（'单极性：
D=100%'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅度'）;
subplot（3,1,2）;plot（t,code2）;gridon;title（'单极性：
D=50%'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅度'）;
subplot（3,1,3）;plot（t,code3）;gridon;title（'单极性：
D=75%'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅度'）;
figure
（2）
subplot（3,1,1）;plot（t,code4）;gridon;title（'双极性：
D=100%'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅度'）;
subplot（3,1,2）;plot（t,code5）;gridon;title（'双极性：
D=50%'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅度'）;
subplot（3,1,3）;plot（t,code6）;gridon;title（'双极性：
D=75%'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅度'）;
%%%%%%%%%%%%%%功率谱绘制与计算%%%%%%%%%%%%%%%%%
fft_code1=fftshift（fft（code1））;%求序列的频谱
fft_code2=fftshift（fft（code2））;
fft_code3=fftshift（fft（code3））;
fft_code4=fftshift（fft（code4））;
fft_code5=fftshift（fft（code5））;
fft_code6=fftshift（fft（code6））;
PE1=10*log10（abs（fft_code1）.^2/（N*Ts））;%公式法求功率谱密度
PE2=10*log10（abs（fft_code2）.^2/（N*Ts））;
PE3=10*log10（abs（fft_code3）.^2/（N*Ts））;
PE4=10*log10（abs（fft_code4）.^2/（N*Ts））;
PE5=10*log10（abs（fft_code5）.^2/（N*Ts））;
PE6=10*log10（abs（fft_code6）.^2/（N*Ts））;
PEL1=（-length（fft_code1）/2:
length（fft_code1）/2-1）/N;%转换成对应频率（-L/2:
L/2-1）*fs/L
PEL2=（-length（fft_code2）/2:
length（fft_code2）/2-1）/N;
PEL3=（-length（fft_code3）/2:
length（fft_code3）/2-1）/N;
PEL4=（-length（fft_code4）/2:
length（fft_code4）/2-1）/N;
PEL5=（-length（fft_code5）/2:
length（fft_code5）/2-1）/N;
PEL6=（-length（fft_code6）/2:
length（fft_code6）/2-1）/N;
figure（3）
subplot（3,1,1）;plot（PEL1,PE1）;gridon;title（'单极性归零码功率谱：
D=100%'）;xlabel（'频率/HZ'）;axis（[-2020-5050]）;ylabel（'P/dB'）;
subplot（3,1,2）;plot（PEL2,PE2）;gridon;title（'单极性归零码功率谱：
D=50%'）;xlabel（'频率/HZ'）;axis（[-2020-5050]）;ylabel（'P/dB'）;
subplot（3,1,3）;plot（PEL3,PE3）;gridon;title（'单极性归零码功率谱：
D=75%'）;xlabel（'频率/HZ'）;axis（[-2020-5050]）;ylabel（'P/dB'）;
figure（4）
subplot（3,1,1）;plot（PEL4,PE4）;gridon;title（'双极性归零码功率谱:
D=100%'）;axis（[-2020-5050]）;xlabel（'频率/HZ'）;ylabel（'P/dB'）;
subplot（3,1,2）;plot（PEL5,PE5）;gridon;title（'双极性归零码功率谱:
D=50%'）;axis（[-2020-5050]）;xlabel（'频率/HZ'）;ylabel（'P/dB'）;
subplot（3,1,3）;plot（PEL6,PE6）;gridon;title（'双极性归零码功率谱:
D=75%'）;axis（[-2020-5050]）;xlabel（'频率/HZ'）;ylabel（'P/dB'）;
2）通过仿真产生一随机消息码序列，将其分别转换为AMI码和HDB3码，观察它们的波形及其功率谱密度。
Ts=1;
N_sample=128;
dt=Ts/N_sample;
N=50;
t=0:
dt:
（N*N_sample-1）*dt;
RAN=randi（[0,1],1,N）;%随机01序列
gt1=ones（1,N_sample）;
gt2=zeros（1,N_sample）;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%AMI%%%%%%%%%%%%%%%%%
AMI=[];
RAN0=RAN;
single0=1;
fori=1:
N
if（RAN0（i）==1）
RAN0（i）=RAN0（i）*single0;
single0=single0*-1;
end
end
AMI=[];
fori=1:
N
AMI=[AMIRAN0（i）*gt1];
end
%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%HDB3%%%%%%%%%%%%%%%%%
RAN1=RAN;
single=1;
fori=1:
N
if（RAN1（i）==1）
RAN1（i）=RAN1（i）*single;
single=single*-1;
end
end
RAN2=RAN1;
count=1;
Vcode=0;
fori=1:
N-3
if（（RAN2（i）||RAN2（i+1）||RAN2（i+2）||RAN2（i+3））==0）
if（i==1）
RAN2（i+3）=1;
Vcode=[VcodeRAN2（i+3）];
count=count+1;
else
RAN2（i+3）=RAN2（i-1）;%破坏码
Vcode=[VcodeRAN2（i+3）];
count=count+1;
if（Vcode（count）==Vcode（count-1））%破坏码是否正负相间
RAN2（i）=-RAN2（i-1）;%加信码
Vcode（count）=-Vcode（count）;
forj=i+1:
N
RAN2（j）=-RAN2（j）;%信码之后极性取反
end
end
end
end
end
HDB3=[];
fori=1:
N
HDB3=[HDB3RAN2（i）*gt1];
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%求频谱%%%%%%%%%%%%%%%%%%
fft_AMI=fftshift（fft（AMI））;%求序列的频谱
fft_HDB3=fftshift（fft（HDB3））;%求序列的频谱
PE1=10*log10（abs（fft_AMI）.^2/（N*Ts））;%公式法求功率谱密度
PE2=10*log10（abs（fft_HDB3）.^2/（N*Ts））;
PEL1=（-length（fft_AMI）/2:
length（fft_AMI）/2-1）/N;%转换成对应频率（-L/2:
L/2-1）*fs/L
PEL2=（-length（fft_HDB3）/2:
length（fft_HDB3）/2-1）/N;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%绘制码元仿真图%%%%%%%%%%%%%%%%%
figure
（1）
subplot（2,1,1）;plot（t,AMI）;gridon;title（'AMI码元'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅度'）;
subplot（2,1,2）;plot（t,HDB3）;gridon;title（'HDB3码元'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅度'）;
%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%绘制功率谱%%%%%%%%%%%%%%%%
figure
（2）
subplot（2,1,1）;plot（PEL1,PE1）;gridon;title（'AMI功率谱'）;axis（[-1010-1050]）;xlabel（'频率/HZ'）;ylabel（'P/dB'）;
subplot（2,1,2）;plot（PEL2,PE2）;gridon;title（'HDB3功率谱'）;axis（[-1010-5050]）;xlabel（'频率/HZ'）;ylabel（'P/dB'）;
2数字带通调制仿真
设计一个采用2PSK调制的数字通信系统：
产生二进制随机数据，并仿真其对应的2PSK调制波形，分析其频谱。
所产生的调制波形加入不同信噪比的白噪声，选取合适的接收方案，画出系统误码率曲线，并与理论误码率进行对比。
clearall;
closeall;
clc
Ts=1;
N_sample=100;
dt=Ts/N_sample;
N=1000000;
t=0:
dt:
（N*N_sample-1）*dt;
RAN=randi（[0,1],1,N）;%随机01序列
gt1=ones（1,N_sample）;
code=[];
RAN0=RAN;
Progressbar=waitbar（0,'Pleasewait（1/2）...'）;%创建进度条
fori=1:
N
waitbar（i/N）;
if（RAN0（i）==0）
RAN0（i）=-1;
end
code=[codeRAN0（i）*gt1];
end
close（Progressbar）;
fc=5;
CarrierWave=sin（2*pi*fc*t）;%载波信号
BPSK_Wave=code.*CarrierWave;%调制
fft_code1=fftshift（fft（BPSK_Wave））;%求序列的频谱
PE1=10*log10（abs（fft_code1）.^2/（N*Ts））;%公式法求功率谱密度
PEL1=（-length（fft_code1）/2:
length（fft_code1）/2-1）/N;%转换成对应频率（-L/2:
L/2-1）*fs/L
%%%%%%%%%%%%%%绘制信号%%%%%%%%%%%%%%%%%%
figure
（1）
subplot（3,1,1）;plot（t,code）;axis（[0,10,,]）;title（'码元序列'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅度'）;%码元序列
subplot（3,1,2）;plot（t,BPSK_Wave）;axis（[0,10,,]）;title（'BPSK波形'）;xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅度'）;%BPSK波形
subplot（3,1,3）;plot（PEL1,PE1）;axis（[fc-5,fc+5,-100,100]）;xlabel（'频率/HZ'）;ylabel（'P/dB'）;title（'功率谱密度'）;%功率谱密度
%%%%%%%%%%%%%%%%%计算误码率%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Pe=[];
h=waitbar（0,'Pleasewait（2/2）...'）;%创建进度条
%%%%%%%%%%%%%加入高斯噪声%%%%%%%%%%%%%%%
SNR=-30:
0;
fori=1:
length（SNR）;
BPSK_Noise=awgn（BPSK_Wave,SNR（i））;
waitbar（i/length（SNR））;
%%%%%%%%%%%%BPSK信号的解调（相干）%%%%%%%%%%%%%
BPSK_Demo=BPSK_Noise.*CarrierWave;%相干解调
fp=1;%截至频率
fcm=fp/N_sample;%归一化频率
LPF=fir1（30,2*pi*fcm）;%反复实验得出阶数
BPSK_LPF=filter2（LPF,BPSK_Demo）;%此处不用conv卷积，因为长度增加
%%%%%%%%%%%%%%%%抽样判决%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
code_back=[];
count=0;
forq=1:
N*N_sample
if（BPSK_LPF（q）>0）
code_back=1;
else
code_back=-1;
end
if（code_back~=code（q））
count=count+1;
end
end
error=count/（N*N_sample）;
Pe=[Peerror];
end
%%%%%%%%%%%%%误码率计算%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
close（h）;
figure
（2）
snr=10.^.*SNR）;
Pe_theor=（erfc（sqrt（snr）））.**erfc（sqrt（snr）））;
semilogy（SNR,Pe,'b'）;xlabel（'SNR/db'）;ylabel（'误码率'）;holdon;title（'BPSK误码率曲线'）;
semilogy（SNR,Pe_theor,'r'）;gridon;legend（'实际值','理论值'）%xlabel（'SNR/db'）;ylabel（'误码率/10^x'）;title（'BPSK误码率曲线'）;
6、总结及存在的问题
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