通信原理实验内容概要

《通信原理》MATLAB 仿真实验 实验一 模拟调制的仿真实验

一、

实验目的

熟悉MATLAB 软件的使用，并学会用MATLAB 来产生信号并实现信号模拟调制的可视化。 二、

实验原理

1、 理论原理

AM 调制就是由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。在波形上，幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移（精确到常数因子）。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性调制。

解调方法利用相干解调。解调就是实现频谱搬移，通过相乘器与载波相乘来实现。相干解调时，接收端必须提供一个与接受的已调载波严格同步的本地载波，它与接受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，得到原始的基带调制信号。

通过信号的功率谱密度的公式，得到功率谱密度。即：

在AM 信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果将载波抑制，只需在将直流0A 去掉，即可输出抑制载波双边带信号，简称双边带信号（DSB ）。 DSB 调制器模型如图1所示。

图1 DSB 调制器模型

其中，设正弦载波为

0()cos()c c t A t ω?=+

式中，A 为载波幅度；c ω为载波角频率；0?为初始相位（假定0?为0）。

调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信号。

双边带解调通常采用相干解调的方式，它使用一个同步解调器，即由相乘器和低通滤波器组成。在解调过程中，输入信号和噪声可以分别单独解调。相干解调的原理框图如图2所示：

)]

()([2

1

)]()([)(cos )]([)(00c c c c AM c AM F F A s t t f A t s ωωωωωωδωωδπωω-+++-++=+=

图2 相干解调器的数学模型

信号传输信道为高斯白噪声信道，其功率为2σ。即

)]

()([21

)(c c DSB F F s ωωωωω-++=

三、 实验内容

1、 用Matlab 产生一个频率为2Hz 、功率为10的余弦信源，设载波频率为10Hz ，试画出（1）DSB 调制信号；（2）该调制信号的功率谱密度；（3）相干解调后的信号波形。图形显示。

2、 用Matlab 产生一个频率为2Hz 、功率为10的余弦信源，设载波频率为10Hz ，A=5，试画出（1）AM 调制信号；（2）该调制信号的功率谱密度；（3）相干解调后的信号波形。图形显示。 四、 实验结果 AM 调制：

DSB 调制：

t t f t s C

DSB

ωcos )()(=

通过本次实验，我理解了AM和DSB调制的原理，及用MATLAB仿真的方法。

实验二 基带信号眼图的仿真实验

一、

实验目的

熟悉MATLAB 软件的使用，并学会用MATLAB 来产生信号并实现基带信号眼图的可视化。 二、

实验原理

1、 理论原理

2、 重要函数说明

三、 实验内容（第2、3题选一题） 1、 画出单极性码型或双极性码的眼图。

2、 设基带传输系统响应是α=0.5的升余弦滚降系统，画出在接收端的基带数字信号波形及其眼图。

3、 设二进制数字基带信号{}1,1n a ∈+-，()1

00

s t T g t ≤

噪声的双边功率谱密度为0N 2，画出眼图。

（1） 经过理想低通()()

1

520s f T H f ?≤=?

?其它后的眼图 （2） 经过理想低通()1

10s

f T H f ?≤=?

?其它

后的眼图

四、 实验结果

实验三数字频带信号调制的仿真实验

一．实验目的

熟悉MATLAB软件的使用，并学会用MATLAB来产生信号并实现二进制数字调制的可视化。

二．实验原理

1、二进制振幅键控

（1）2ASK调制原理

二进制振幅键控记作2ASK，2ASK是利用代表数字信息（“0”或“1”）的基带矩形脉冲去键控一个连续的正弦型载波的振幅，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。数字基带信号

式中g(t)是宽度为Ts、高度为A的矩形脉冲，an为数字序列{an}的第n个码元的电平值。

载波c(t)=COS(ωct+ ?0)，初始相位?0＝0

则2ASK 信号的表达式为：

（2）2ASK信号波形如下：

（3）2ASK功率谱密度如下：

2、二进制数字频移键控

（1）2FSK调制

二进制频移键控记作2FSK，2FSK系统是利用二进制数字基带信号控制载波频率进行频谱变换的过程。

二进制基带信号只有两种代码，所以调频时，载波频率只能被置于两种频率，即：

即用频率为f1的载波代表“1”码，用频率为f2的载波代表“0”码，或相反。（2）2FSK调制框图以及波形

（3）2FSK功率谱

3、二进制数字相移键控

（1）2PSK 调制原理

二进制相移键控记作2PSK ，用载波的两种相位（0和π）去对应基带信号的“0” 与 “1”两种码元。因此二元数字调相就是让载波在两种相位间切换，故称相移键控。

2PSK 还可以看作双极性不归零码基带信号的数字调幅，即基带信号

与载波 cos ωc t 的乘积。

（2）2PSK 信号频谱

三．实验内容

1、 用Matlab 产生独立等概率的二进制信源。 （1） 画出OOK 信号波形及其功率谱 （2） 画出2PSK 信号波形及其功率谱

（3） 画出2FSK 信号波形及其功率谱（121s

f f T ->>

） 四．实验源代码、仿真结果及分析

1、产生单极性不归零的二进制基带信号，最大幅度归一化为１。画出基带信号信号波形及其功率谱图形；

（1）源代码

k=10 %k 表示产生的随机数的个数

m=rand(1,k); %产生k 个在（0,1）之间的均匀分布的随机数 for i=1:k

if (m(i)>0) && (m(i)< 0.5) s(i)=0; else s(i)=1; end

end %根据产生的均匀随机数产生二进制单极性不归零信号

subplot(2,1,1);

stairs(s) %画出二进制单极性归零信号

title('二进制单极性信号');

grid on

axis([1,k+1,0,2]);

subplot(2,1,2);

Y = fft(s,1024);

Z=fftshift(Y);

Pyy = Z.* conj(Z) /(1024);

f = 1000*(0:1000)/(1024);

plot(f,Pyy(1:1001));

axis([0 1000,0 0.05]);

title('二进制单极性信号的频谱');

xlabel('频率f (Hz)');

grid on

（2）基带信号信号波形及其功率谱图形

2、对１产生的基带信号进行2ASK调制，画出2ASK信号波形及其功率谱图形；fb =1 %输入的二进制基带信号的频率

fc = 3 %载波频率

A=1 %载波幅度

M=25; %每比特符号用M个点来表示

tb=1/fb %输入的二进制基带信号的码元周期

tc=1/fc %载波周期

Nc=floor(M*tc/tb) %每个载波周期内的采样点的个数

step=tb/M %采样间隔

%fstart = start frequency for spectrum plot.

%fend = end frequency for spectrum plot.

for i = 1:k

if s(i) == 1

for j = 1:M

Ask((i-1)*M+j)=A*cos(2*pi*(j-1)/Nc);

end

else

for j = 1:M

Ask((i-1)*M+j)=0;

end

end

end

Ask

for i=1:M*k

t(i)=i*step;

end

subplot(2,2,3);

plot(t,Ask)

title('2ASK信号波形');

grid on

subplot(2,2,4);

Y1 = fft(Ask,1024);

Z1=fftshift(Y1);

Pyy1 = Z1.* conj(Z1) /(1024);

f = 1000*(0:1000)/(1024);

plot(f,Pyy1(1:1001));

axis([0 1000,0 1]);

title('2Ask信号的频谱');

xlabel('频率f (Hz)');

grid on

（2）2ASK信号波形及其功率谱图形

3、对１产生的基带信号进行2FSK调制，画出2FSK信号波形及其功率谱图形；（1）源代码

fb =1 %输入的二进制基带信号的频率

fc0 = 3,fc1=5 %两个载波频率，实验中基带信号的0对应于载波频率fc0，

基带信号的1对应于载波频率fc1

A=1 %载波幅度

M=25; %每比特符号用M个点来表示

tb=1/fb %输入的二进制基带信号的码元周期

tc0=1/fc0, tc1=1/fc1, %两个载波周期

Nc0=floor(M*tc0/tb),Nc1=floor(M*tc1/tb), %每个载波周期内的采样点的个

数

step=tb/M %采样间隔

%fstart = start frequency for spectrum plot.

%fend = end frequency for spectrum plot.

for i = 1:k

if s(i) == 1

for j = 1:M

Fsk((i-1)*M+j)=A*cos(2*pi*(j-1)/Nc0);

end

else

for j = 1:M

Fsk((i-1)*M+j)=A*cos(2*pi*(j-1)/Nc1);

end

end

end % 2FSK调制

for i=1:M*k

t(i)=i*step;

end

subplot(2,2,3);

plot(t,Fsk)

title('2FSK信号波形'); %画出2FSK的波形

grid on

subplot(2,2,4);

Y1 = fft(Fsk,1024);

Z1=fftshift(Y1);

Pyy1 = Z1.* conj(Z1) /(1024);

f = 1000*(0:1000)/(1024);

plot(f,Pyy1(1:1001));

axis([0 1000,0 5]);

title('2Fsk信号的频谱');

xlabel('频率f (Hz)'); %画出2Fsk信号的频谱

grid on

（2）仿真结果

4、对１产生的基带信号进行2PSK调制，画出2PSK信号波形及其功率谱图形。（1）源代码

fb =1 %输入的二进制基带信号的频率

fc =1 %载波频率

A=1 %载波幅度

M=25; %每比特符号用M个点来表示

tb=1/fb %输入的二进制基带信号的码元周期

tc=1/fc %载波周期

Nc=floor(M*tc/tb) %每个载波周期内的采样点的个数

step=tb/M %采样间隔

for i = 1:k

if s(i) == 1

for j = 1:M

Psk((i-1)*M+j)=A*cos(2*pi*(j-1)/Nc);

end

else

for j = 1:M

Psk((i-1)*M+j)=-A*cos(2*pi*(j-1)/Nc);

end

end

end

Psk

for i=1:M*k

t(i)=i*step;

end

subplot(2,2,3);

plot(t,Psk)

title('2PSK信号波形');

grid on

subplot(2,2,4);

Y1 = fft(Psk,1024);

Z1=fftshift(Y1);

Pyy1 = Z1.* conj(Z1) /(1024);

f = 1000*(0:1000)/(1024);

plot(f,Pyy1(1:1001));

axis([0 1000,0 5]);

title('2Psk信号的频谱');

xlabel('频率f (Hz)');

grid on

（2）仿真结果

五．实验心得：

1、通过这次实验，对matlab的使用有了一个更加熟练的掌握和了解，熟练掌握了画频谱的的方法，以及怎么用matlab来进行数字调制信号的仿真，我觉得，2ASK、2PSK，2FSK在matlab上实现仿真的方法是相近的，只要学会了一种，其他的就比较简单，但是必须要深刻理解含义，这对于以后的学习都是一个很大的帮助，收益很多。

2、通过在matlab上的仿真和使用，对二进制基本数字调制的方法和原理理解得也更加深刻，通过直接观察波形更加直观，并且通过画出各调制信号的频谱图与基带信号的频谱图进行比较，能够非常清楚的看到频谱之间的异同，如除了没有冲

激项之外，2PSK信号的频谱与2ASK信号的频谱完全一致，而2FSK信号在|f2-f1|>fs 时，会出现双峰，这也是2FSK频谱的特别之处，通过这样的比较有利于加深记忆。