四川大学现代电子技术实验 实验五
现代电子技术专业实验实验报告课 程 现代电子技术专业实验 实验题目 matlab 信道仿真实验 一、 实验目的1. 了解 matlab如何编程模拟信道的传输。2. 了解通信系统构成的具体模块。3. 了解各种编码和解码方式。4. 了解噪声对于通信系统的影响。5. 了解各种参数对于通信信道传输系统的影响。二、 实验分析（1）理想信道传输实验 一个理想无噪声的数字收发系统如图 1 所示：阅读程序代码 main_ideal_system_tx_rx.m，根据上述原理框图理解并学习程序。实验要求： 1、 详细说明本实验的调制类型。 答：本实验采用的调制类型是 PAM 脉冲幅度调制，实验输入信号是若干的ASCII 码，通过函数 ASCII2pam4 将信号编码为 4 位的 4 进制序列，通过过采样器和低通滤波器，再在混频器中与载波相剩，得以调制。脉冲编码调制实质就是采样。2、 运行实验例程，解释接收端重建的符号序列和发送的符号序列之间的差异及原因。答：运行结果如下：>> main_ideal_system_tx_rxcluster_variance = 2.7570e-05percentage_symbol_errors = 0ans =dropping last 3 PAM symbolssendmessage =123 I have a dream, haha, I am dreaming 4567890reconstructed_message =123 I have a dream, haha, I am dreaming 456789可以看到，接收端重建序列和发送端序列之间有略微差异，那就是，接收端最后一位 0 不见了。原因在于采样间隔太大，丢失了 3 位 PAM 符号，导致最后一位 ASCII 码不能重建。3、 解释程序运行后绘制的各个图的含义。答：第一幅图：可以看到这是在 PAM 调制后，经过低通滤波器后的信号时域图和频域图，可以看到，其频谱集中在低频附近。第二张图：第二张图表示接受端接收到信号通过混频器，低通滤波器，脉冲相关滤波器和减采样器之后，归一化到正负 1 和正负 3 的序列图。4、 改变载波的频率 fc=50,30,3,1，有些能正常，有些不正常，其原因是什么？ 答：由下图可知，基带频率最高频率 Fm 大概在 1.5 左右。采样频谱应该大于等于 Fm。否则不能回复原始信号。载波频率分别为 30,3 的时候，输出序列都正常。输出为： 1cluster_variance（方差） = 4.5913 和 2.7570e-05 和 3.7647e-05percentage_symbol_errors = 0ans =dropping last 3 PAM symbolssendmessage =123 I have a dream, haha, I am dreaming 4567890reconstructed_message =123 I have a dream, haha, I am dreaming 456789当载频为 50 和 1 时，虽然结果显示无异，但是在接收端归一化序列图有失真。 2当载频为 50 时，cluster_variance（方差） = 4.5913，可看到归一化到了正负2 和正负 6。但是也能回复原始信号。、当载频为 1 时，cluster_variance =0.0864，归一化值均有偏差。但也能恢复原 3始信号。而当载频为 0.5 时，产生混叠，不能恢复原始信号。 4cluster_variance =0.2229percentage_symbol_errors = 45.4545ans =dropping last 3 PAM symbolssendmessage =123 I have a dream, haha, I am dreaming 4567890reconstructed_message =effeYeiefeeeeefeeiieieieieYeeieefeeiijfeeeffii5、 检测不同过采样的效果，改变 M=1000,25,10，有些能正常，有些不正常，其限制因素是什么？ 答：M=1000，25 时，过采样频率大于原采样频率 16，所以能接收到正确的序列，当 M 靠近 16 或者比 16 小的时候，就会出现方差变大的情况。当 M=10 时reconstructed_message =1330M0hqre0q0dseqm,0hqhq,0M0qm0dseqminc0453389序列也更乱，不能恢复信号。6、 如何移除接收机前端的低通滤波器（LPF）是否能正常检测信号，如果同时存在别的用 户会有什么影响？发射端增加一个载频 fc=30 的用户，修改程序实现正常检测发射信号。 答：当去掉接收机前端低通滤波器后显然不能正常恢复信号，其恢复出的序列是：sendmessage =123 I have a dream, haha, I am dreaming 4567890reconstructed_message =effeYeiefeeeeefeeiieieieieYeeieefeeiijfeeeffii若同时存在其他用户，在同一载频上将无法区分两个信号，无法分离。当在发送端加一个载频 30 的用户，可添加如下代码实现可实现正常发射：fc=40; % carrier frequencyfc2 = 30;c=cos(2*pi*fc*t); % carrier c2 = cos(2*pi*fc2*t);r=c.*x + c2.*x; 在接收端分别同两个载频的余弦波相剩，再分别通过低通滤波器后和分别获取到信号。7、 接收机前端低通滤波器（LPF）最低和最高截止频率是多少？ 答：由上面第 4 小题可知，基带信号最高频率约在 1.5 左右。则低通滤波器的截止频谱因大于 1.5，小于 2 倍载频，即 60。8、 将调制方式改为 BPSK，修改发射和接收程序实现信息的正常检测。 答：将调制方式改为 BPSK 后的源代码如下：-发送端-·-% ·¢ËͶËclear all;% BPSKsendmessage='123 I have a dream, haha, I am dreaming becoming 4567890'%·¢Ë͵ÄÐÅÏ¢% ASCII码转为 8为2进制数N=length(sendmessage); % length of stringf=zeros(1,8*N); % ´æ8λ2½øÖÆÊýfor k=0:N-1 % change to "base 2"f(8*k+1:8*k+8)=dec2base(sendmessage(k+1),2,8)-48;end% 转换为双极性编码N=length(f); % 8λ2½øÖÆÊýÊý×éµÄ³¤¶Èm=zeros(1,N); % Ë«¼«ÐÔ±àÂëfor k=1:N if f(k)=1m(k)=1;endif f(k)=0m(k)=-1;end end% 过采样M=100; mup=zeros(1,N*M); mup(1:M:end)=m; % oversampling factor% Hamming pulse filter with T/M-spaced impulse responsep=hamming(M); % blip pulse of width Mx=filter(p,1,mup); % convolve pulse shape with datafigure(1), plotspec(x,1/M) %»-³ö»ù´øÐźŵÄͼÏñ% BPSK调制N=length(mup);bpsk_m=zeros(1,N);% j=1;k=1;for i=1:Nbpsk_m(i)=mup(i)*cos(2*pi*(length(m)/N)*i);end% - 接收端-%接收端% am demodulation of received signal sequence r% 相干解调n=1:1:N;bpsk_m2=bpsk_m.*cos(2*pi*(length(m)/N)*n);%Ïà¸É½âµ÷% 滤波fl=50; %Â˲¨Æ÷½×Êýfbe=0 0.4 0.5 1; damps=1 1 0 0 ; % µÍͨÂ˲¨Æ÷µÄ·ù¶ÈÌØÐÔ£¬fbeΪ±ß½çƵÂÊÏòÁ¿£¬dampsΪ¶ÔÓ¦µÄ·ù¶ÈÏòÁ¿b=remez(fl,fbe,damps); %Éú³ÉµÍͨÂ˲¨Æ÷µÄµ¥Î»Âö³åÏìÓ¦ÏòÁ¿x3=2*filter(b,1,bpsk_m2); %¶Ô»ìƵÐźŽøÐеÍͨÂ˲¨y=filter(fliplr(p)/(pow(p)*M),1,x3);z=y(0.5*fl+M:M:end); %½µ²ÉÑùN=length(z);for i=1:Nif z(i)>0&z(i)-1&z(i)<0;z(i)=-1;endendfigure(3), plot(1:length(z),z,'.') %»-³ö½µ²ÉÑùºóµÄ½á¹û% 转换成2进制mprime=quantalph(z,-1,1)' %Á¿»¯Îª+/-1 ×Ö·ûfor k=1:length(mprime) %ÓÉÁ¿»¯½á¹ûת»»Îª¶þ½øÖÆÊýif mprime(k)=1mprime(k)=1;endif mprime(k)=-1mprime(k)=0;end end% 由2 进制转换为十进制S = length(mprime);off = mod(S,8);if off = 0sprintf('dropping last %i PAM symbols',off)mprime = mprime(1:S-off);endN = length(mprime)/8;reconstructed=zeros(1,N);for k = 0:N-1reconstructed(k+1) = base2dec(char(mprime(8*k+1:8*k+8)+48),2); end% 重建信号reconstructed_message = char(reconstructed);sendmessagereconstructed_message执行结果：9、 （选做，加 10 分）将调制方式改为 QPSK，修改发射和接收程序实现信息的正常检测。（2）非理想信道传输实验 在实际的通信中，理想环境是不可能存在的，实际的通信系统会由于各种失真引起性能的恶 化，接收机会无法准确同步发射机的相关参数。在实际的通信中需要考虑如下问
