信號與通信仿真設計報告書(信號與通信仿真課程設計)

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　在本實驗中使用的軟件工具是MATLAB。設計本實驗的目的是希望在以下幾方面有所收獲：</p><p>　　1.會MATLAB軟件的最基本運用。</p><p>　　MATLAB是一種很實用的數(shù)學軟件，它易學易用。MATLAB對于許多的通信仿真類問題來說是比較合適的。</p&g

2、t;<p>　　2.了解計算機仿真的基本原理及方法，知道怎樣通過仿真的方法去研究通信問題。</p><p>　　3.加深對信號與系統(tǒng)和通信原理及其相關課程內容的理解。</p><p>　　與硬件實驗相比，軟件實驗具如下一些特點：</p><p>　　1.軟件實驗具有廣泛的實用性和極好的靈活性。在硬件實驗中改變系統(tǒng)參數(shù)也許意味著要重做硬件，而在軟件實驗中

3、這只是該一兩個數(shù)據(jù)，或者只是在屏幕上按幾下鼠標。</p><p>　　2.軟件實驗更有助于我們較為全面地研究通信系統(tǒng)。有許多問題，通過硬件試驗來研究可能非常困難，但在軟件實驗中卻易于解決。 </p><p>　　3.硬件實驗的精確度取決于元器件及工藝水平，軟件實現(xiàn)的精確度取決于CPU的運算速度或者說是程序的運算量。</p><p>　　4.軟件實驗開發(fā)周期短，成本低

4、。</p><p>　　本實驗要求學生掌握matlab的基本操作及了解基本的仿真方法，分析運行范例程序，并按以下要求編制仿真程序并調試運行 </p><p><b>　　基本信號的仿真</b></p><p>　　模擬調制與解調的仿真</p><p>　　數(shù)字基帶傳輸碼型的仿真</p><p>&

5、lt;b>　　數(shù)字基帶系統(tǒng)的仿真</b></p><p>　　數(shù)字調制與解調的仿真</p><p><b>　　脈沖編碼調制仿真</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言

6、 2</p><p>　　實驗內容 4</p><p>　　編程實現(xiàn)基本信號的仿真 4</p><p>　　模擬調制與解調的仿真

7、 8</p><p>　　編程實現(xiàn)數(shù)字基帶信號的碼型的仿真 17</p><p>　　數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的仿真 21</p><p>　　數(shù)字調制與解調的仿真 24&

8、lt;/p><p>　　實驗總結 31</p><p>　　參考資料 31</p><p><b>　　實驗內容</b></p&

9、gt;<p>　　1、編程實現(xiàn)基本信號的仿真</p><p>　?。?）產生并繪出以下信號:</p><p>　　e周期方波square()</p><p><b>　　Fs=10000;</b></p><p>　　t=0:1/Fs:1;</p><p>　　x1=square(2

10、*pi*50*t,20);</p><p>　　subplot(211),plot(t,x1),title('周期方波');</p><p>　　axis([0,0.2,-1.5,1.5]);</p><p>　　g sin2πf1t*cos2πf2t f1=50Hz f2=2000Hz</p><p><b>

11、;　　f1=50;</b></p><p><b>　　f2=2000;</b></p><p>　　t=0:0.02:10;a=sin(2*pi*f1*t);b=cos(2*pi*f2*t);</p><p><b>　　y=a.*b;</b></p><p>　　plot(t,y);

12、title('sin2pif1t*cos2pif2t')</p><p>　　（3）產生下面信號，并繪出頻譜</p><p>　　t 0<t<t0/4</p><p>　　s(t)= -t+ t0/4 t0/4<t< 3t0/4 </p><p>　　t-t0

13、 3t0/4<t< t0</p><p><b>　　假設t0=0.5s</b></p><p><b>　　源程序：</b></p><p>　　clear all;</p><p>　　close all;</p><p><b>　　cl

14、c;</b></p><p><b>　　t0=0.5;</b></p><p>　　t=0:0.01:0.5;</p><p>　　s=t.*(t>0&t<=t0/4)+(-t+t0/4).*(t>=t0/4&t<=3*t0/4)+(t-t0).*(t>=3*t0/4&t<

15、;t0);</p><p><b>　　plot(t,s)</b></p><p>　　2、編程實現(xiàn)模擬調制與解調的仿真(DSB必做，SSB\AM\FM選擇其中一種)</p><p>　　設消息信號m(t)的表達式為：</p><p>　　1 0≤t≤t0/3</p><p>　　m(

16、t)= -2 t0/3≤t≤2t0/3 </p><p>　　0 其他</p><p>　?。ㄗⅲ簃(t)也可自己選用其它的信號）</p><p>　　（1）DSB中，已調信號的時域表達式：u(t)=m(t)c(t)=Ac*m(t)cos(2πfct)</p><p>　　假設用信號m(t)以DSB方式調制載波c(

17、t)=cos(2πfct)，所得到的已調信號記為u(t)；并假設t0=0.15s和fc=250Hz。繪制調制信號、已調信號和解調信號等各相關點處的時域波形和頻譜。</p><p>　?。?）以上例中提供的信號進行SSB調制，試繪制調制信號、已調信號和解調信號等各相關處的時域波形和頻譜。（提示：上邊帶調制信號：ussb=m.*c-imag(hilbert(m)).*b；下邊帶調制信號： lssb=m.*c+im

18、ag(hilbert(m)).*b。）</p><p>　　（3）以上例中提供的信號進行AM調制，給定的調制指數(shù)a=0.8，試繪制調制信號、已調信號和解調信號等各相關處點的時域波形和頻譜。</p><p>　　AM調制信號的時域表達式為：u(t)= AC[1+amn(t)]cos(2πfct)</p><p>　　這里a是調制指數(shù)，mn(t)是經(jīng)過歸一化處理的消息信

19、號，式中mn(t)=m/max(abs(m))。 </p><p>　　（4）以上例中提供的信號進行頻率調制，采用載波：c(t)=cos(2πfct)進行調頻，fc=200Hz, t0=0.15s，偏移常數(shù)KF=50。試繪制調制信號、已調信號和解調信號等各相關點處的時域波形和頻譜。</p><p>　　調頻信號的時域表達式為：M(t)=Accos</p><p>

20、　?。?）高斯噪聲的產生 </p><p>　　設高斯噪聲限帶為（-Bs,Bs），雙邊帶功率譜密度為，則總功率為，設高斯噪聲幅度為x，則有：</p><p><b>　?。?，</b></p><p>　　所以高斯噪聲可表示成</p><p>　　x=sqrt(Bs*no)*randn(1,M) M為隨機碼元個數(shù)

21、</p><p>　　在模擬調制中加上噪聲后波形作對比。</p><p><b>　　DSB調至與解調</b></p><p><b>　　源程序</b></p><p>　　clear all;</p><p>　　close all;</p><p&g

22、t;<b>　　clc;</b></p><p>　　dt=0.0001; %信號持續(xù)時間</p><p>　　t=[0:dt:1]; %時間采樣間隔 </p><p><b>　　fc=250;</b></p><p><b>　　phi0=0;</b></p>

23、<p>　　ct=cos(2*pi*fc*t+phi0); %載波信號</p><p><b>　　fm=10;</b></p><p><b>　　a0=2;</b></p><p>　　mt=cos(2*pi*fm*t+phi0); %調制信號</p><p>　　

24、s_dsb=1.5*mt.*ct;</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　subplot(2,1,1),plot(t,mt),title('mt----調制信號')</p><p>　　subplot(2,1,2),plot(t,s_dsb),title('s_dsb----已調信號

25、')</p><p><b>　　figure(5)</b></p><p>　　subplot(1,1,1),plot(t,ct),title('ct----載波信號')</p><p>　　[m,n]=size(s_dsb);</p><p>　　ni=0.05*randn(m,n);<

26、/p><p>　　s_dsb0=s_dsb+ni;</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　subplot(3,1,1),plot(t,ni),title('ni----高斯白噪聲')</p><p>　　subplot(3,1,2),plot(t,s_dsb0),titl

27、e('s_dsb0=s_dsb+ni----已調信號+高斯白噪聲')</p><p>　　w1=2*dt*(fc-2*fm);</p><p>　　w2=2*dt*(fc+2*fm);</p><p>　　[b,a]=butter(4,[w1,w2],'bandpass');</p><p>　　s_dsb1=

28、filter(b,a,s_dsb0);</p><p>　　subplot(3,1,3),plot(t,s_dsb1),title('s_dsb1----信號進入帶通濾波器')</p><p>　　s_dsb2=s_dsb1.*ct;</p><p><b>　　figure(3)</b></p><p>

29、;　　subplot(3,1,1),plot(t,s_dsb2),title('s_dsb2----信號與本地載波相乘的波形')</p><p><b>　　B=2*fm;</b></p><p>　　wn3=2*dt*B;</p><p>　　[b,a]=butter(4,wn3,'low');</p&g

30、t;<p>　　s_dsb3=filter(b,a,s_dsb2);</p><p>　　subplot(3,1,2),plot(t,-s_dsb3),title('s_dsb3----解調后的信號')</p><p>　　subplot(3,1,3),plot(t,-s_dsb3),hold on,title('解調后的信號與原調制信號比較'

31、)</p><p>　　plot(t,mt,'r')</p><p>　　dt=t(2)-t(1); % 采樣周期</p><p>　　f=1/dt; % 采樣頻率(Hz)</p><p>　　X=fft(s_dsb);

32、 % 計算x的快速傅立葉變換X</p><p><b>　　N=1/dt;</b></p><p>　　F=X(1:N/2+1); % F(k)=X(k)(k=1:N/2+1)</p><p>　　f=f*(0:N/2)/N; % 使頻率軸f從零開始</p

33、><p><b>　　figure(4)</b></p><p>　　subplot(3,1,1),plot(f,abs(F)),title('DSB調制信號頻譜圖');xlim([0,fc*2]);</p><p>　　xlabel('Frequency');</p><p>　　ylabe

34、l('|F(k)|')</p><p><b>　　AM調制與解調</b></p><p><b>　　源程序</b></p><p>　　clear all;</p><p>　　close all;</p><p><b>　　clc;</

35、b></p><p>　　dt=0.0001;</p><p>　　t=[0:dt:1];</p><p><b>　　fc=500;</b></p><p><b>　　phi0=0;</b></p><p>　　ct=cos(2*pi*fc*t+phi0);

36、 %載波信號</p><p><b>　　fm=10;</b></p><p><b>　　a0=2;</b></p><p>　　mt0=cos(2*pi*fm*t+phi0);</p><p>　　mt=a0+mt0 ; %調制信號+直流a0&l

37、t;/p><p>　　s_am=1.5*mt.*ct;</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　subplot(3,1,1),plot(t,mt),title('mt----調制信號+直流a0')</p><p>　　subplot(3,1,2),plot(t,ct),ti

38、tle('ct----載波信號')</p><p>　　subplot(3,1,3),plot(t,s_am),title('s_am----已調信號')</p><p>　　[m,n]=size(s_am);</p><p>　　ni=0.05*randn(m,n);</p><p>　　s_am0=s_am

39、+ni;</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　subplot(3,1,1),plot(t,ni),title('ni----高斯白噪聲')</p><p>　　subplot(3,1,2),plot(t,s_am0),title('s_am0=s_am+ni----已調信號+高斯白

40、噪聲')</p><p>　　w1=2*dt*(fc-2*fm);</p><p>　　w2=2*dt*(fc+2*fm);</p><p>　　[b,a]=butter(4,[w1,w2],'bandpass');</p><p>　　s_am1=filter(b,a,s_am0);</p><p

41、>　　subplot(3,1,3),plot(t,s_am1),title('s_am1----信號進入帶通濾波器')</p><p>　　s_am2=abs(hilbert(s_am1));</p><p><b>　　figure(3)</b></p><p>　　subplot(3,1,1),plot(t,s_am2

42、),title('s_am2----信號經(jīng)包絡檢波后的波形')</p><p><b>　　B=2*fm;</b></p><p>　　wn3=2*dt*B;</p><p>　　[b,a]=butter(4,wn3,'low');</p><p>　　s_am3=filter(b,a,s

43、_am2);</p><p>　　s_am4=s_am3-a0;</p><p>　　subplot(3,1,2),plot(t,-s_am3),title('s_am3----解調后的信號')</p><p>　　subplot(3,1,3),plot(t,-s_am4),hold on,title('解調后的信號與原調制信號比較'

44、)</p><p>　　plot(t,mt0,'r')</p><p>　　dt=t(2)-t(1); % 采樣周期</p><p>　　f=1/dt; % 采樣頻率(Hz)</p><p>　　X=fft(s_am);

45、 % 計算x的快速傅立葉變換X</p><p><b>　　N=1/dt;</b></p><p>　　F=X(1:N/2+1); % F(k)=X(k)(k=1:N/2+1)</p><p>　　f=f*(0:N/2)/N; % 使頻率軸f從零開始</p

46、><p><b>　　figure(4)</b></p><p>　　subplot(3,1,1),plot(f,abs(F)),title('am調制信號頻譜圖');xlim([0,fc*2]);</p><p>　　xlabel('Frequency');</p><p>　　ylabel

47、('|F(k)|')</p><p>　　3、編程實現(xiàn)數(shù)字基帶信號的碼型的仿真</p><p>　?。?）試做單極性歸零碼、雙極性非歸零碼、單極性非歸零碼、雙極性歸零碼，占空比50%（選擇其中2種）；</p><p><b>　　1、單極性非歸零碼</b></p><p><b>　　源程序：&

48、lt;/b></p><p><b>　　%單極性非歸零碼</b></p><p>　　function y=snrz(x)</p><p>　　%本函數(shù)實現(xiàn)將輸入的一段二進制代碼編為相應的單極性非歸零碼輸出</p><p>　　%輸入x為二進制碼，輸出y為編好的碼</p><p>　　%給

49、出計算每一個碼元的點數(shù)，因為我們只有用離散的點來得出連續(xù)的函數(shù)表示。</p><p><b>　　grid=300;</b></p><p>　　t=0:1/grid:length(x)</p><p>　　for i=1:length(x), %計算碼元的值</p><p>　　if(x(i)==1), %如果信息

50、為1</p><p>　　for j=1:grid, %該碼元對應的點值取1</p><p>　　y((i-1)*grid+j)=1;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　for j=1:grid

51、%反之，信息為0，該碼元對應的點值取0</p><p>　　y((i-1)*grid+j)=0; </p><p>　　end; end; end</p><p>　　y=[y,x(i)];</p><p><b>　　M=max(y);</b></p><p><b>　　m

52、=min(y);</b></p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(t,y);</p><p>　　axis([0,i,m-0.1,M+0.1]);</p><p>　　%采用title命令來實現(xiàn)標記出各碼元對應的二進制信息</p><p>　　title('

53、1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1');</p><p><b>　　2、雙極性歸零碼：</b></p><p><b>　　源程序：</b></p><p><b>　　%雙極性歸零碼</b></p><p>　　function y=drz(x)<

54、/p><p>　　%本函數(shù)實現(xiàn)將輸入的一段二進制代碼編為相應的雙極性歸零碼輸出</p><p>　　%輸入x為二進制碼，輸出y為編好的碼</p><p>　　grid=300; </p><p>　　t=0: 1/grid: length(x) %定義對應時間序列</p><p>　　for i=1: length(x)

55、, %進行編碼</p><p>　　if(x(i)==1), %如果信息為1</p><p>　　for j=1: grid/2 ,</p><p>　　y(grid/2*(2*i-2)+j)=1;%定義前半時間為1</p><p>　　y(grid/2*(2*i-1)+j)=0;%定義后半時間為0</p><p>

56、;<b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　for j=1: grid/2 %反之，信息為0，該碼元對應的點值取0</p><p>　　y(grid/2*(2*i-2)+j)=-1;%定義前半時間為-1</p><p>　　y(grid/2*(2

57、*i-1)+j)=0;%定義后半時間為0 </p><p>　　end; end; end</p><p>　　y=[y,x(i)];</p><p><b>　　M=max(y);</b></p><p><b>　　m=min(y);</b></p><p>　　p

58、lot(t,y);</p><p>　　axis([0,i,m-0.1,M+0.1]);</p><p>　　%采用title命令來實現(xiàn)標記出各碼元對應的二進制信息</p><p>　　title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1');</p><p>　?。?）雙相碼、AMI碼、HDB3碼等的仿真（選其中2種

59、）。</p><p><b>　　1、雙相碼</b></p><p><b>　　源程序</b></p><p><b>　　%雙相碼</b></p><p>　　function y=mechester(x)</p><p>　　%本函數(shù)實現(xiàn)將輸入的一

60、段二進制代碼編為相應的雙相碼輸出</p><p>　　%輸入x為二進制碼，輸出y為編好的碼</p><p>　　grid=300; </p><p>　　t=0: 1/grid: length(x) %定義對應時間序列</p><p>　　for i=1: length(x), %進行編碼</p><p>　　if

61、(x(i)==1), %如果信息為1</p><p>　　for j=1: grid/2 ,</p><p>　　y(grid/2*(2*i-2)+j)=1;%定義前半時間為1</p><p>　　y(grid/2*(2*i-1)+j)=0;%定義后半時間為0</p><p><b>　　end</b></p&g

62、t;<p><b>　　else</b></p><p>　　for j=1: grid/2 %反之，信息為0，該碼元對應的點值取0</p><p>　　y(grid/2*(2*i-2)+j)=1;%定義前半時間為1</p><p>　　y(grid/2*(2*i-1)+j)=0;%定義后半時間為0 </p>&l

63、t;p>　　end; end; end</p><p>　　y=[y,x(i)];</p><p><b>　　M=max(y);</b></p><p><b>　　m=min(y);</b></p><p>　　plot(t,y);</p><p>　　axi

64、s([0,i,m-0.1,M+0.1]);</p><p>　　%采用title命令來實現(xiàn)標記出各碼元對應的二進制信息</p><p>　　title('1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1');</p><p>　　4、數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的仿真</p><p>　?。?）一個升余弦頻譜的濾波器，已知，畫出α等于0.1

65、,0.5,1時的波形。參數(shù)要求：，在內仿真10個點，仿真區(qū)間為-10ms ～10ms。</p><p><b>　　源程序：</b></p><p>　　t=-1/100+eps:1/10000:1/100;</p><p><b>　　alfa=0.1;</b></p><p>　　ts=1/10

66、00;</p><p>　　h_t=sin(pi*t/ts)./(pi*t/ts).*(cos(alfa*pi*t/ts)./(1-4*alfa^2*t.^2/ts^2));</p><p>　　plot(t,h_t);</p><p><b>　　當α=0.1時：</b></p><p><b>　　當α=0

67、.5時：</b></p><p><b>　　當α=1時：</b></p><p>　　（2） 利用matlab的SIMULINK功能建立一個基帶傳輸模型，采用單極性, 或雙極性碼作為基帶信號，發(fā)送濾波器為上述升余弦濾波器，發(fā)送數(shù)據(jù)率為1000bps，分別觀察輸出信號在無噪聲干擾及有噪聲干擾下波形及眼圖。</p><p><b

68、>　　無噪聲時的眼圖</b></p><p><b>　　有噪聲時的眼圖</b></p><p>　　注意：必須首先運行實驗步驟1 中的程序得出h(t)后，才能運行該模型。</p><p>　　（3）建立基帶接收機模型，觀察判決輸出，與發(fā)送數(shù)碼進行比較。（選做）</p><p>　　5、數(shù)字調制與解調的

69、仿真(2ASK必做，其他方式選作)</p><p>　　根據(jù)2FSK、2PSK、2DPSK等的調制和解調的原理框圖，繪出的各點波形及其頻譜或功率譜。加上噪聲作對比。（發(fā)送的二進制信息序列可自己設定，例如假設發(fā)送的二進制信息序列為100110000101，一個碼元周期內含有兩個載波周期。）</p><p><b>　　2ASK:</b></p><p

70、>　　示波器觀察到的第一個圖是2ASK信號</p><p>　　第二個圖是載波信號的波形</p><p><b>　　第三個圖是已調信號</b></p><p>　　第四個圖是已調信號與本地載波相乘后的波形第五個圖是經(jīng)過低通濾波器濾波后的波形</p><p>　　第六個圖是經(jīng)過抽樣判決后的波形</p>

71、<p><b>　　FSK:</b></p><p><b>　　實驗總結</b></p><p>　　通過一周的信號與通信仿真課程設計，我收獲了很多，同時也發(fā)現(xiàn)了在平時學習中的不完善。本次課程設計是在學習了《現(xiàn)代通信原理與技術》和MATLAB軟件的基礎上進行的，是為了更加形象的理解之前所學習的理論知識和培養(yǎng)我們的專業(yè)素養(yǎng)，提高我們的

72、綜合能力，同時也是對學習效果的一種檢驗。</p><p>　　在實驗的過程中，我們需要熟練的運用MATLAB軟件的一些基本功能，同時要對所學的各種通信系統(tǒng)的每個模塊有較深的理解。在搭模塊的時候，要注意參數(shù)的設置，有的需要計算，還有的需要一遍一遍的調試。例如，濾波器的通頻帶，抽樣判決器的判決門限等。如果沒有足夠的耐心就可能得不出正確的仿真結果。在平時的理論學習當中我們一般會忽略系統(tǒng)的延時，但在仿真中，有時示波器所顯

73、示出得波形會有延時，在實際的應用當中應該把延時考慮進去。</p><p>　　作為一個電子信息專業(yè)的學生，我們應該抱著一種認真嚴謹?shù)膽B(tài)度去學習，這樣才能真正的學會和掌握專業(yè)技能，同時培養(yǎng)起自己的專業(yè)素養(yǎng)和綜合能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　通信原理——基于Matlab的計算機仿真 郭文彬等編著 北

74、京郵電出版社</p><p>　　Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析 邵玉斌 北京:清華大學出版社, 2008</p><p>　　現(xiàn)代通信實驗系統(tǒng)的計算機仿真 陳平等編著國防工業(yè)出版社2003</p><p>　　Matlab電子仿真與應用 韓利竹等編著 國防工業(yè)出版社</p>&l

75、t;p>　　Matlab及其在電子信息類課程中的應用 唐向宏等主編 電子工業(yè)出版社 </p><p>　　《MATLAB仿真技術與實例應用教程》 張森主編 機械工業(yè)出版社 2004.1</p><p>　　《MATLAB仿真技術與應用》 張葛祥主編 清華大學出版社 2003.6 </p><p>　　通信原理 樊昌信，