通信原理实验报告实验三四.pdf

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1、文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.1文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.通信原理实验三实验报告实验日期：2014 年 12 月 18 日学院：信息工程学院班级：12 级电子信息工程二班学号：19 姓名：张正洁指导老师：彭思齐实验三二进制数字信号调制仿真实验一、实验目的文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.2文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.1.加深对数字调制的原理与实现方法；2.掌握OOK、2FSK、2PSK 功率谱密度函数的求法；3.掌握OOK、2FSK、2PSK 功率谱密度函数的特点及其比较；4.进一步掌

2、握MATLAB 中 M 文件的调试、子函数的定义和调用方法。二、实验内容1.复习二进制数字信号幅度调制的原理2.编写MATLAB 程序实现OOK 调制；3.编写MATLAB 程序实现2FSK 调制；4.编写MATLAB 程序实现2PSK 调制；5.编写MATLAB 程序实现数字调制信号功率谱函数的求解。三、实验原理在数字通信系统中，需要将输入的数字序列映射为信号波形在信道中传输，此时信源输出数字序列，经过信号映射后成为适于信道传输的数字调制信号。数字序列中每个数字产生的时间间隔称为码元间隔，单位时间内产生的符号数称为符号速率，它反映了数字符号产生的快慢程度。由于数字符号是按码元间隔不断产生的，

3、经过将数字符号一一映射为响应的信号波形后，就形成了数字调制信号。根据映射后信号的频谱特性，可以分为基带信号和频带信号。通常基带信号指信号的频谱为低通型，而频带信号的频谱为带通型。调制信号为二进制数字基带信号时，对应的调制称为二进制调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率和相位只有两种变化状态。相应的调制方式有二进制振幅键控(OOK/2ASK)、二进制频移键控(2FSK)和二进制相移键控(2PSK)。四、实验内容（1）按照如上介绍的方法，分别产生一组长度为500 的二进制单极性不归零信号和归零信号，存档名为Q3_1。并求分别求出它们的功率谱密度。请写出相应的MATLAB程序，将不归零信号波形及

4、功率谱和归零信号波形及功率谱分别画在同一图形的四个子图中，将结果图保存，贴在下面的空白处。编写的MATLAB 程序为：clear all;close all;A=1 fc=2;%2Hz;N_sample=8;N=500;%码元数Ts=1;%1 Baud/s dt=Ts/fc/N_sample;%波形采样间隔t=0:dt:N*Ts-dt;Lt=length(t);%产生二进制信源d=sign(randn(1,N);%dd=sigexpand(d+1)/2,fc*N_sample);N1=length(d+1)/2);dd=zeros(fc*N_sample,N1);dd(1,:)=(d+1)/2

5、;dd=reshape(dd,1,fc*N_sample*N1);gt=ones(1,fc*N_sample);%NRZ 波形gt2=ones(1,fc*N_sample/2)%RZboxing/文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.3文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.figure(1)subplot(221);%输入 NRZ 信号波形（单极性）d_NRZ=conv(dd,gt);plot(t,d_NRZ(1:length(t);axis(0 10 0 1.2);ylabel(输入信号);subplot(222);%输入 NRZ 频谱dt=t(2)-t

6、(1);T=t(end);df=1/T;N=length(d_NRZ(1:length(t);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;d_NRZf=fft(d_NRZ(1:length(t);d_NRZf=T/N*fftshift(d_NRZf);plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).2/T);axis(-2 2-50 10);ylabel(输入信号功率谱密度（dB/Hz);%/subplot(223);%输入 NRZ 信号波形（单极性）d_RZ=conv(dd,gt2);plot(t,d_RZ(1:length(t);axis(0 10 0 1.2);ylabel(输

7、入信号);subplot(224);%输入 NRZ 频谱dt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(d_RZ(1:length(t);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;d_RZf=fft(d_RZ(1:length(t);d_RZf=T/N*fftshift(d_RZf);plot(f,10*log10(abs(d_RZf).2/T);axis(-2 2-50 10);ylabel(输入信号功率谱密度（dB/Hz);结果图为：（2）对刚才产生的长度为500 的不归零波形对载波频率为2Hz，幅度为1 的余弦信号进行OOK 调制，并求出调制信号的功率谱密

8、度。编写程序实现之，存档名为Q3_2。要求将不归零信号波形及功率谱和OOK 调制信号波形及功率谱分别画在同一图形的四个子图中，图形名为图2，将结果图保存，贴在下面的空白处。编写的程序为：clear all;close all;A=1 fc=2;%2Hz;N_sample=8;N=500;%码元数Ts=1;%1 Baud/s dt=Ts/fc/N_sample;%波形采样间隔t=0:dt:N*Ts-dt;Lt=length(t);文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.4文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.%产生二进制信源d=sign(randn(1,N);

9、%dd=sigexpand(d+1)/2,fc*N_sample);N1=length(d+1)/2);dd=zeros(fc*N_sample,N1);dd(1,:)=(d+1)/2;dd=reshape(dd,1,fc*N_sample*N1);gt=ones(1,fc*N_sample);%NRZ 波形figure(1)subplot(221);%输入 NRZ 信号波形（单极性）d_NRZ=conv(dd,gt);plot(t,d_NRZ(1:length(t);axis(0 10 0 1.2);ylabel(输入信号);subplot(222);%输入 NRZ 频谱dt=t(2)-t(

10、1);T=t(end);df=1/T;N=length(d_NRZ(1:length(t);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;d_NRZf=fft(d_NRZ(1:length(t);d_NRZf=T/N*fftshift(d_NRZf);plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).2/T);axis(-2 2-50 10);ylabel(输入信号功率谱密度（dB/Hz);ht=A*cos(2*pi*fc*t);s_2ask=d_NRZ(1:Lt).*ht;subplot(223)plot(t,s_2ask);axis(0 10-1.2 1.2);ylabel(OOK)

11、;dt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(s_2ask);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;s_2askf=fft(s_2ask);s_2askf=T/N*fftshift(s_2askf);subplot(224)plot(f,10*log10(abs(s_2askf).2/T);axis(-fc-4 fc+4-50 10);ylabel(OOK 功率谱密度（dB/Hz）);文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.5文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.结果图为：051000.20.40.60.81输入信号-

12、2-1012-50-40-30-20-10010输入信号功率谱密度（dB/Hz)0510-1-0.500.51OOK-505-50-40-30-20-10010OOK功率谱密度（dB/Hz）（3）按照3.3 所提供的2FSK 调制的思路和范例程序，运用（1）产生的不归零码组对载波频率为2Hz，幅度为 1 的余弦信号进行2FSK 调制，存档为Q3_3，并将所得的结果存盘，贴在下面空格处。编写的程序为：clear all;close all;A=1 fc=2;%2Hz;N_sample=8;N=500;%码元数Ts=1;%1 Baud/s dt=Ts/fc/N_sample;%波形采样间隔t=0:

13、dt:N*Ts-dt;Lt=length(t);%产生二进制信源d=sign(randn(1,N);%dd=sigexpand(d+1)/2,fc*N_sample);N1=length(d+1)/2);dd=zeros(fc*N_sample,N1);dd(1,:)=(d+1)/2;dd=reshape(dd,1,fc*N_sample*N1);gt=ones(1,fc*N_sample);%NRZ 波形figure(1)subplot(221);%输入 NRZ 信号波形（单极性）d_NRZ=conv(dd,gt);plot(t,d_NRZ(1:length(t);axis(0 10 0 1

14、.2);ylabel(输入信号);subplot(222);%输入 NRZ 频谱dt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.6文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.N=length(d_NRZ(1:length(t);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;d_NRZf=fft(d_NRZ(1:length(t);d_NRZf=T/N*fftshift(d_NRZf);plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).2/T);axis(-2 2-50 10);ylabel(输入信号功率谱密度

15、（dB/Hz);%2FSK%s_2fsk=A*cos(2*pi*fc*t+int(2*d_NRZ-1);sd_2fsk=2*d_NRZ-1;s_2fsk=A*cos(2*pi*fc*t+2*pi*sd_2fsk(1:length(t).*t);subplot(223)plot(t,s_2fsk);axis(0 10-1.2 1.2);xlabel(t);ylabel(2FSK)subplot(224)%f,s_2fsk=T2F(t,s_2fsk);dt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(s_2fsk);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;s_2fs

16、k=fft(s_2fsk);s_2fsk=T/N*fftshift(s_2fsk);plot(f,10*log10(abs(s_2fsk).2/T);axis(-fc-4 fc+4-50 10);xlabel(f);ylabel(2FSK 功率谱密度(dB/Hz);结果为：（4）按照3.4 所提供的2PSK 调制的思路和范例程序，运用（1）产生的不归零码组对载波频率为2Hz，幅度为 1 的余弦信号进行2PSK 调制，存档为Q3_4，并将所得的结果存盘，贴在下面空格处。编写的程序为：clear all;close all;A=1 fc=2;%2Hz;N_sample=8;N=500;%码元数Ts

17、=1;%1 Baud/s dt=Ts/fc/N_sample;%波形采样间隔t=0:dt:N*Ts-dt;Lt=length(t);%产生二进制信源d=sign(randn(1,N);%dd=sigexpand(d+1)/2,fc*N_sample);N1=length(d+1)/2);文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.7文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.dd=zeros(fc*N_sample,N1);dd(1,:)=(d+1)/2;dd=reshape(dd,1,fc*N_sample*N1);gt=ones(1,fc*N_sample);%N

18、RZ 波形figure(1)subplot(221);%输入 NRZ 信号波形（单极性）d_NRZ=conv(dd,gt);plot(t,d_NRZ(1:length(t);axis(0 10 0 1.2);ylabel(输入信号);subplot(222);%输入 NRZ 频谱dt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(d_NRZ(1:length(t);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;d_NRZf=fft(d_NRZ(1:length(t);d_NRZf=T/N*fftshift(d_NRZf);plot(f,10*log10(abs(d_NR

19、Zf).2/T);axis(-2 2-50 10);ylabel(输入信号功率谱密度（dB/Hz);ht=A*cos(2*pi*fc*t);%2PSK 信号d_2psk=2*d_NRZ-1;s_2psk=d_2psk(1:Lt).*ht;subplot(223)plot(t,s_2psk);axis(0 10-1.2 1.2);ylabel(2PSK);subplot(224)%f,s_2pskf=T2F(t,s_2psk);dt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(s_2psk);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;s_2pskf=fft(s_2p

20、sk);s_2pskf=T/N*fftshift(s_2pskf);plot(f,10*log10(abs(s_2pskf).2/T);axis(-fc-4 fc+4-50 10);ylabel(PSK 功率谱密度（dB/Hz）);结果为：（5）按照3.4 所提供用两路不同频率的2ASK 信号合成一路2FSK 信号的思想，设计相关程序实现之，存档为Q3_5，并将所得的结果存盘，贴在下面空格处。程序为：clear all;close all;clc;文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.8文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.%随机产生一个包含十个元素的数组

21、，该数组中的元素非0 即 1，用作 FSK 信号的输入数据。x=1 0 1 1 0 0 0 1 0 1;%产生 10 个非零数N=length(x);%码元个数fl=100;%载频低频fh=500;%载频高频fs=10000;%采样频率ts=1/100;%码元速率100 波特，即每秒传递100 个码元，ts 为传递一个码元的时间N1=ts*fs/fh;%传递一个码元的时间间隔含有的采样波形数为5 个，高频的N2=ts*fs/fl;%传递一个码元的时间间隔含有的采样波形数为1 个，低频的tt=(0:1/fs:ts-1/fs);%传递一个码元的时间间隔内，以每一个采样波形的周期为间隔划分时间,采样

22、N_tt=length(tt);%一个码元时间间隔内的采样点数,100 t=0:1/fs:N*ts-1/fs;%时间间隔串，以一个码元传递时间为时间间隔%对该输入信号FSK 调制%循环语句实现调制for i=1:1:N for j=1:1:N_tt y(i,j)=x(i)*cos(2*pi*fh*tt(j)+x(i)*cos(2*pi*fl*tt(j);end end%改变矩阵大小y=reshape(y,1,);%绘制图形%调制前的二进制随机序列图subplot(311)stem(0:N-1,x(1:N),bx);title(调制前的二进制随机序列)xlabel(Time);ylabel(Am

23、plitude);hold on subplot(312)plot(t,y);title(FSK 信号的时域图形);N_y=length(y);%时域调制信号长度1000 y_fft=fft(y)/N_y;%傅里叶变换y_fft=fftshift(y_fft);f=linspace(-fs/2,fs/2,N_y);%频域向量（-5000Hz-5000Hz）hold on subplot(313)plot(f,abs(y_fft);%绘图title(FSK 信号的频域图形);set(gca,XTick,-fs/2:5000:fs/2);实验结果为：（6）根据上面的介绍，我们可以获得基带信号、2A

24、SK调制信号、2FSK调制信号和2PSK调制信号的功率谱，请分析并比较这四个信号功率谱曲线的异同。文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.9文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.通信原理实验四实验报告实验日期：2014 年 12 月 18 日学院：信息工程学院班级：12 级电子信息工程二班学号：19 姓名：张正洁指导老师：彭思齐实验四模拟信号数字传输仿真实验一、实验目的文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.10文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.1.进一步理解抽样定理的原理和实现方法；2.掌握非均匀量化的原理和实现方法

25、；3.掌握编码的原理和实现方法；4.掌握MATLAB中 M 文件的调试方法及子函数的定义与调用。二、实验内容1.编写MATLAB 程序实现对模拟信号的抽样2编写MATLAB 程序实现运用A 律 13 折线法对抽样后的信号进行量化3编写MATLAB 程序实现运用u 律对抽样后的信号进行量化4编写MATLAB 程序实现PCM 编码三、实验原理实验中的信源通常都是模拟的，如电视信号、麦克风拾取的语音信号等。为了能够利用数字通信的方式，需要将模拟信号进行数字化。数字化的过程一般由抽样、量化和编码组成。其中，抽样要保证不丢失原始数据，量化要满足一定的质量，编码解决信号的表示。四、实验步骤（1）按照3.1

26、 介绍的抽样原理，运行提供的范例程序，将得到的结果图贴在如下的空白处。实验结果图为：（2）修改3.1 中的范例，将其抽样速率降低到4Hz 以下，在同一图形的三个子图中分别画出原低通信号波形、抽样序列和从抽样序列中恢复出的信号。修改后的程序为：clear all;close all;dt=0.01;t=0:dt:10;xt=0.1*cos(0.15*pi*t)+1.5*sin(2.5*pi*t)+0.5*cos(4*pi*t);f,xf=T2F(t,xt);%抽样信号，抽样速率为4Hz fs=2;sdt=1/fs;t1=0:sdt:10;st=0.1*cos(0.15*pi*t1)+1.5*si

27、n(2.5*pi*t1)+0.5*cos(4*pi*t1);f1,sf=T2F(t1,st);t2=-50:dt:50;gt=sinc(fs*t2);stt=sigexpand(st,sdt/dt);xt_t=conv(stt,gt);figure(1)subplot(311);plot(t,xt);axis(0 10-4 4);title(原始信号);xlabel(t);hold on;plot(t1,st,go);axis(0 10-4 4);subplot(312);文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.11文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.pl

28、ot(t1,st,ro);axis(0 10-4 4);title(抽样信号);xlabel(t1);subplot(313);t3=-50:dt:60+sdt-dt;plot(t3,xt_t);title(抽样恢复信号);hold on;plot(t,xt,r-);axis(0 10-4 4);实验结果图为：请问，此时的恢复信号与原信号是否一致？如果不一致，是什么原因造成的？答：（3）运行3.2 中的程序program4_1，改实验结果图贴在下面。（4）修改3.2 中的程序program4_2，使之画出第一、三象限内的u 律压缩特性和15 折线近似曲线。修改后的程序为：clear all;c

29、lose all;dx=0.01;x=-1:dx:1;u=255;%A=87.6;%u law yu=sign(x).*log(1+u*abs(x)/log(1+u);%program 4_2 figure(2)plot(x,yu,k.:);title(u law);xlabel(x);ylabel(y);grid on;hold on;xx=-1,-127/255,-63/255,-31/255,-15/255,-7/255,-3/255,-1/255,1/255,3/255,7/255,15/255,31/255,63/255,127/255,1;yy=-1,-7/8,-6/8,-5/8,-4/8,-3/8,-2/8,-1/8,1/8,2/8,3/8,4/8,5/8,6/8,7/8,1;plot(xx,yy,r);stem(xx,yy,b-.);legend(u 律压缩折线,折线近似u 律);axis(-1,1,-1,1);实验结果图为：（5）运行program4_3，将结果图保存并粘贴在下面，要求分析量化信号的A 律 PCM 编码，经过传输后，接收端进行PCM 译码的全过程中信号变化的情况。实验结果图为：信号变化分析如下：