第8章 MATLAB在通信原理中的应用

第8章MATLAB在通信原理中的应用•8.1模拟调制•8.2数字基带传输•8.3数字频带传输8.1.1常规调幅8.1模拟调制8.1.2抑制载波的双边带调幅例8-1已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦信号，假设载波频率为16Hz,使用Matlab编程并画出（1）模拟基带信号；（2）模拟基带信号的功率谱密度（3）DSB-SC调制信号（4）该调制信号的功率谱密度%抑制载波的双边带调幅Ts=1/2048;%采样时间间隔T=2;%信号时长Fm=2;%信源信号频率Fc=16%载波频率t=0:Ts:T-Ts;mt=0.5*cos(2*pi*Fm*t);%信源信号t_dsb=mt.*cos(2*pi*Fc*t);%时域调制信号delta_f=1/T;N=length(t_dsb);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];f_mt=fft(mt);f_mt=T/N*fftshift(f_mt);psf_mt=(abs(f_mt).^2+eps)/T;f_dsb=fft(t_dsb);f_dsb=T/N*fftshift(f_dsb);psf_dsb=(abs(f_dsb).^2+eps)/T;subplot(221);plot(t,mt);gridon;xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号')subplot(222);plot(f,abs(f_mt));gridon;%plot(f,10*log10(psf_mt));xlabel('f');ylabel('psf');title('基带信号功率谱')axis([-202001]);subplot(223)plot(t,t_dsb);gridon;xlabel('t');ylabel('amp');title('DSB信号')subplot(224)plot(f,abs(f_dsb));gridon;%plot(f,10*log10(psf_dsb));xlabel('f');ylabel('psf');title('DSB信号功率谱')axis([-202001]);00.511.52-0.500.5tamp基带信号-20-100102000.51fpsf基带信号功率谱00.511.52-0.500.5tampDSB信号-20-100102000.51fpsfDSB信号功率谱图8-2DSB信号的波形及功率谱8.1.3单边带调幅例8-2已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦信号，假设载波频率为20Hz,使用Matlab编程并画出（1）模拟基带信号；（2）模拟基带信号的功率谱密度；（3）SSB-SC调制信号；（4）该调制信号的功率谱密度。：%单边带幅度信号调制closeallclearallTs=1/2048;%采样时间间隔T=2;%信号时长Fm=2;%信号频率Fc=20;%载波频率t=0:Ts:T-Ts;mt=0.5*cos(2*pi*Fm*t);%基带信号t_ssb=real(hilbert(mt).*exp(j*2*pi*Fc*t));%时域调制信号delta_f=1/T;N=length(t_ssb);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_mt=fft(mt);f_mt=T/N*fftshift(f_mt);psf_mt=(abs(f_mt).^2+eps)/T;f_ssb=fft(t_ssb);f_ssb=T/N*fftshift(f_ssb);psf_ssb=(abs(f_ssb).^2+eps)/T;subplot(221);plot(t,mt);gridonxlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号')subplot(222);plot(f,10*log10(psf_mt));gridonxlabel('f');ylabel('psf');title('基带信号功率谱')axis([-2525-500]);subplot(223)plot(t,t_ssb);gridonxlabel('t');ylabel('amp');title('SSB信号')subplot(224)plot(f,10*log10(psf_ssb));gridonxlabel('f');ylabel('psf');title('SSB信号功率谱')axis([-2525-500]);00.511.52-0.500.5tamp基带信号-20-1001020-50-40-30-20-100fpsf基带信号功率谱00.511.52-0.500.5tampSSB信号-20-1001020-50-40-30-20-100fpsfSSB信号功率谱图8-3SSB信号的波形及功率谱8.1.4幅度调制的解调例8-3已知模拟基带信号为频率为2Hz,幅度为0.5V的余弦信号，假设载波频率为16Hz,使用Matlab编程并画出（1）模拟基带信号；（2）DSB信号相干解调后信号波形。clearall；closeall;Ts=1/2048;%采样时间间隔T=2;%信号时长Fm=2;%信源信号频率Fc=16%载波频率t=0:Ts:T-Ts;mt=0.5*cos(2*pi*Fm*t);%信源信号t_dsb=mt.*cos(2*pi*Fc*t);%时域调制信号delta_f=1/T;N=length(t_dsb);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];f_mt=fft(mt);f_mt=T/N*fftshift(f_mt);psf_mt=(abs(f_mt).^2+eps)/T;f_dsb=fft(t_dsb);f_dsb=T/N*fftshift(f_dsb);psf_dsb=(abs(f_dsb).^2+eps)/T;t_demod=t_dsb.*cos(2*pi*Fc*t);f=delta_f*[-N/2:N/2-1];f_demod=fft(t_demod);f_demod=fftshift(f_demod);f_lpf=zeros(1,length(f));bf=[-floor(2*Fm/delta_f):floor(2*Fm/delta_f)]+floor(length(f)/2);f_lpf(bf)=1;f_demod=f_demod.*f_lpf;%f_demod=T/N*fftshift(f_demod);f_demod=fftshift(f_demod);st=ifft(f_demod);st=real(st);subplot(211);plot(t,mt);xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号')subplot(212);plot(t,st);%plot(f,10*log10(psf_mt));xlabel('t');ylabel('amp');title('相干解调后输出信号')00.20.40.60.811.21.41.61.82-0.500.5tamp基带信号00.20.40.60.811.21.41.61.82-0.4-0.200.20.4tamp相干解调后输出信号图8-6基带信号和DSB信号相干解调后信号波形8.1.5角度调制BPF及限幅微分电路包络检波()FMst()dst鉴频器调频信号解调基本模型tfcfcddmKtftmKfAts)(2sin[)](2[)(经微分后的信号其包络变化反映了基带信号的变化，因此经过包络检波器后既可得到原来的基带信号例8-4设基带信号为频率1Hz，幅度为1V的余弦信号，载波中心频率8Hz，频率偏移常数为5，载波平均功率为1W。（1）画出基带信号与该调频信号的时域波形；（2）画出该调频信号的功率谱密度；（3）使用鉴频器解调调频信号，并与输入信号做比较。%调频的调制解调过程clearall;closeall;Kf=5;Fm=1;Fc=8;T=2;dt=0.001;t=0:dt:T-dt;delta_f=1/T;N=length(t);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];A=sqrt(2);mt=cos(2*pi*Fm*t);mti=1/2/pi/Fm*sin(2*pi*Fm*t);t_fm=A*cos(2*pi*Fc*t+2*pi*Kf*mti);f_fm=fft(t_fm);f_fm=T/N*fftshift(f_fm);psf_fm=(abs(f_fm).^2+eps)/T;figure(1)subplot(311);plot(t,t_fm);gridon;holdon;plot(t,mt,'--');xlabel('t');ylabel('amp');title('基带信号和调频信号');subplot(312)plot(f,10*log10(psf_fm));gridon;xlabel('f');ylabel('psf');title('调频信号功率谱');axis([-2525-500]);%调频信号解调fork=1:length(t_fm)-1t_dfm(k)=(t_fm(k+1)-t_fm(k))/dt;endt_dfm(length(t_fm))=0;subplot(313)plot(t,t_dfm);gridon;holdon;plot(t,A*2*pi*Kf*mt+A*2*pi*Fc,'--');xlabel('t');ylabel('amp');title('调频信号微分后包络');00.20.40.60.811.21.41.61.82-202tamp基带信号和调频信号-25-20-15-10-50510152025-40-200fpsf调频信号功率谱00.20.40.60.811.21.41.61.82-2000200tamp调频信号微分后包络图8-8FM信号的波形及功率谱8.2数字基带传输数字基带传输系统的基本结构8.2.1数字基带信号常用的数字基带信号:单极性非归零码;单极性归零码;双极性非归零码;双极性归零码;双相码、差分双相码密勒码等。例8-5使用单极性非归零码来表示一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布），画出信号波形示意图和功率谱图。%随机数生成x=(sign(randn(1,16))+1)/2;functiony=snrz(x)Fs=128;Ts=1/Fs;T=length(x);t=0:Ts:length(x)-Ts;fori=1:length(x)forj=1:Fsy((i-1)*Fs+j)=x(i);endenddelta_f=1/T;N=length(y);%采样点数f=delta_f*[-N/2:N/2-1];%频率f_snrz=fft(y);f_snrz=T/N*fftshift(f_snrz);psf=(abs(f_snrz).^2+eps)/T;subplot(211)plot(t,y,'k');gridon;axis([0,i,-0.2,1.2]);xlabel('t');ylabel('amp');title('单极性非归零码');subplot(212);plot(f,psf,'k');gridon;xlabel('f');ylabel('psf');title('单极性非归零码功率谱');axis([-440max(psf)]);在commandwindow中键入如下命令观看运行结果：x=(sign(randn(1,16))+1)/2；snrz(x)；024681012141600.51tamp单极性非归零码-4-3-2-101234024fpsf单极性非归零码功率谱图8-10单极性非归零码的波形及功率谱例8-6使用双极性归零码表示一个随机生成的二元序列（假设“0、1”等概分布），画出信号波形示意图和功率谱图。%随机数生成functiony=drz(x)Fs=128;Ts=1/Fs;T=length(x);t=0:Ts:length(x)-Ts;fori=1: