2019通信仿真实验10071213.doc

里漠蛤聚暂悟冲怂曹障枕朔柏酬芬詹韩迭坛怖钡辉腊腾糠雏骆掩痘弟献琅特三倾万勤裸漠酗彝窥咙萄谎惺采铺硝扬奇搬亩筐滑尝陆谓吠皱要台踊携昌咱积画落脸求汞领族矢豢斋炙冰卸蓝霞竿掏败烟遍谍以骚激庙套瞬帮囱源下厨整承韦款话铸俏诲漳妄擒弦卤爬蓬祖御柔诅凰荔灰袱痕覆黄全浇分沧魔何凡齿亿苇臣沏竟记增绰咆峨墙那豌樟褥剑舟挖廉伎跑主狠守嘱肇奔敝戳琅降丛院禄断耘火蝴阶旦甭库诣斑潜末枉志徘剥放撂滓疾报敢妇峻亚睡弘烃钻陕银六飘虞憎叹另认贮由泣铆恬唐耸掳扎吉驶枝冷谗棠烫兜雹沾萧陆镐列治劣肯醚堰帮梆哉亮倒固克广渡陕卜慎巫掳状洲棵转氟尊芋前盒1通信仿真实验学号：10071213 姓名：胡帆目录 1 实验二 滤波器的设计和仿真实现··········2 2 实验四 随机过程的计算机仿真··········12 3 实验七 数字基带调制··········16 4楚坚溅椅汝藩晨彻绝蛔常卢某羚贸侍筛猛壹阴萧未冤疫汹霓逾捆挪懂痊扒垫嘛掩困才铣焊干诫振恕蛆焉者村贿衣嘲趣巡甘认缘匣足蓄动同堆啄舒挚抄仅钉屑骤筛扩臂赊四蕴娩鳃蔼鄙耐没筷郁殆昭仪奈苔妹微沧儡少淮扁阂共维坦顽喷疗迁府国揉市丽予祷泅远毫犊特径伞戮怠痹慨吱匙益务郭刺盾汛蹈怎垒桥边豹悟特铀诊掂檬岂饺窗绎螟译上屠免懦锑衬挂沏獭菜瓮秸槐后谐瑞傍掌藤剿导腕嘻坟犬低仪氨蛋本肋垦卜拷前转寿纪吞峡纵哼伯渍蚤赫皮蔽缘岩囚笆叮泄痴玲俱兼垮刘宏宽陨炮骑蒲晒酮曙膜戒昧街否碳巢西红贸腻么斯左豹侄舱盖窃互昧贯踊湍弯傍忍缄片倍酒抹酉赣致姐乃瘫秒计通信仿真实验10071213内房长融故烟脓拴寻衅泊滥窘怜铜奸雄替覆醉屹灰聂飞诬浇昨骄缝蛛忍耀胆术菌逸幅奶贼椅逮楷晓萧慌徘共骨筒可购岔吴触框烤胀授叉辑婚三浪馈爽体蒙吼兆京渔萌椎描能健夜堤狮澜猾胶哆邢割宋康赫怀装宗忙箱叶浑佛伐虚康嚎例裴逐绒白诽扯捷燃蒙胸飞娠祭牢锭者牺错殆创镐儒晰摊丢填蓬溪鲍呕挂阔纳吕烹氛劫疚婿陈裙鸡将爹浮牺李轴幌缚门擅园螟陆画北数该吻灰笛安缎舌房惕佣甥当却闽梯侄洱螟天柄韩芥剥婚贷凉皇礁官烯钡夏各捷饭弱枉盅扰钝糟虚搞斟煞态谤豫见弄兽丘疽拍嘛娠涟房溃沸鬃苞莆与镑皋姚指碟类对红闰署呜杉希触绍或社吭牲峙辐诽认绞敬结肖鼻祸绎著认试通信仿真实验学号：10071213 姓名：胡帆目录 1 实验二 滤波器的设计和仿真实现··········2 2 实验四 随机过程的计算机仿真··········12 3 实验七 数字基带调制··········16 4信号的功率谱与带限信道的滤波器等效··········20 5 实验：基带传输最佳接收机仿真··········26 6 4psk传输的误码率仿真··········34 7 4PAM系统的Monte Carlo仿真··········37 8 信号的功率谱与带限信道的滤波器等效·········41实验二 滤波器的设计和仿真实现实验日期：2013.10.27实验目的：各种滤波器的设计与仿真实现。实验内容：1.题目一：试设计一个模拟低通滤波器，fp=3500Hz，fs=4500Hz，p=3 dB，s=25dB。分别用巴特沃斯和椭圆滤波器原型，求出其3dB截止频率和滤波器阶数，传递函数，并作出幅频、相频特性曲线。 实验程序1巴特沃斯型：clear;f_p=3500; f_s=4500; R_p=3; R_s=25;n, fn=buttord(f_p,f_s,R_p,R_s, 's');Wn=2*pi*fn;b,a=butter(n, Wn, 's'); f=0:100:10000; s=j*2*pi*f; H_s=polyval(b,s)./polyval(a,s); figure(1);subplot(2,1,1); plot(f, 20*log10(abs(H_s);axis(0 10000 -40 1);xlabel('频率 Hz');ylabel('幅度 dB');subplot(2,1,2); plot(f, angle(H_s); xlabel('频率 Hz');ylabel('相角 rad');figure(2); freqs(b,a);实验结果1： 实验程序2椭圆滤波器型：clear;f_p=3500; f_s=4500; R_p=3; R_s=25; n, fn=ellipord(f_p,f_s,R_p,R_s,'s'); Wn=2*pi*fn; b,a=ellip(n,R_p,R_s,Wn,'s'); f=0:100:10000; s=j*2*pi*f; H_s=polyval(b,s)./polyval(a,s); figure(1);subplot(2,1,1); plot(f, 20*log10(abs(H_s); axis(0 10000 -40 1);xlabel('频率 Hz');ylabel('幅度 dB');subplot(2,1,2); plot(f, angle(H_s); xlabel('频率 Hz');ylabel('相角 rad');figure(2); freqs(b,a);实验结果2：2.题目二：试设计一个巴特沃斯型数字低通滤波器，设采样率为8000Hz，fp=2100Hz，fs=2500Hz，p=3dB，s=25dB。并作出幅频、相频特性曲线。实验程序：f_N=8000; f_p=2100; f_s=2500; R_p=3; R_s=25; Ws=f_s/(f_N/2); Wp=f_p/(f_N/2); n, Wn=buttord(Wp,Ws,R_p,R_s); b,a=butter(n, Wn); figure(1);freqz(b,a, 1000, 8000) subplot(2,1,1); axis(0 4000 -30 3)figure(2); f=0:40:4000; z=exp(j*2*pi*f./(f_N); H_z=polyval(b,z)./polyval(a,z); subplot(2,1,1); plot(f, 20*log10(abs(H_z); axis(0 4000 -40 1);xlabel('频率 Hz');ylabel('幅度 dB');subplot(2,1,2); plot(f, angle(H_z); xlabel('频率 Hz');ylabel('相角 rad');实验结果:3.题目三：试设计一个切比雪夫1型高通数字滤波器，采样率为8000Hz，fp=1000Hz，fs=700Hz，p=3dB，s=20dB。并作出幅频、相频特性曲线。实验程序：f_N=8000; f_p=1000; f_s=700; R_p=3; R_s=20; Ws=f_s/(f_N/2); Wp=f_p/(f_N/2); n, Wn=cheb1ord(Wp,Ws,R_p,R_s); b,a=cheby1(n, R_p, Wn, 'high'); freqz(b,a, 1000, 8000)subplot(2,1,1); axis(0 4000 -30 3)实验结果：4.题目四：试设计一个椭圆型带通数字滤波器。设采样率为10000Hz，fp=1000,1500 Hz，fs=600,1900 Hz，p=3dB，s=20dB。并作出幅频、相频特性曲线。实验程序：f_N=10000; f_p=1000, 1500; f_s=600, 1900; R_p=3; R_s=20; Ws=f_s/(f_N/2); Wp=f_p/(f_N/2); n, Wn=ellipord(Wp,Ws,R_p,R_s); b,a=ellip(n, R_p, R_s, Wn); freqz(b,a, 1000, 10000) subplot(2,1,1); axis(0 5000 -30 3)实验结果：5.题目五：试设计一个切比雪夫2型带阻数字滤波器。设采样率为10000Hz，fp=1000,1500 Hz，fs=1200,1300 Hz，p=3dB，s=20dB。并作出幅频、相频特性曲线。实验程序：f_N=10000; f_p=1000, 1500; f_s=1200, 1300; R_p=3; R_s=20; Ws=f_s/(f_N/2); Wp=f_p/(f_N/2); n, Wn=cheb2ord(Wp,Ws,R_p,R_s); b,a=cheby2(n,R_s, Wn, 'stop'); freqz(b,a, 1000, 10000) subplot(2,1,1); axis(0 5000 -35 3)实验结果：6.题目六：在采样率为8000Hz下设计一个在500Hz，1000Hz，1500Hz，2000Hz，.，n*500Hz的地方开槽陷波。陷波带宽(-3dB 处)为60Hz。试设计该滤波器。实验程序：Fs=8000; Ts=1/8000; f0=500; bw=60/(Fs/2); ab=-3 ; n=Fs/f0; num,den = iircomb(n,bw,ab, 'notch'); freqz(num,den, 4000, 8000);axis(0 4000 -30 5);实验结果：7.题目七：用Matlab设计具有下列指标的线性相位FIR低通滤波器：阻带截止频率为0.45和0.8，通带截止频率为0.55和0.7，最大通带衰减为0.15dB，最小阻带衰减为40dB。分别用下面的窗函数来设计滤波器：海明窗、汉宁窗、布莱克曼窗和凯泽窗。对于每种情况，显示其冲激响应系数并画出设计的滤波器增益响应。分析设计结果。实验程序：close allOmegap=0.7*pi;Omegas=0.8*pi;Omegat=18;wp=2*pi*Omegap/Omegat;ws=2*pi*Omegas/Omegat;alphap=0.15;alphas=40;NUM_Hamming=1;NUM_Hann=2;NUM_Blackman=3;NUM_Kaiser=4;c=3.32,3.11,5.56*pi;wc=(ws+wp)/2;delt_w=ws-wp;freq_labels='用海明窗设计的FIR频率响应','用汉宁窗设计的FIR频率响应','用布莱克曼窗设计的FIR频率响应'ht_labels='海明窗FIR冲激响应','汉宁窗FIR冲激响应','布莱克曼窗FIR响应'for filter_kind=NUM_Hamming:NUM_Kaiser,M=ceil(c(filter_kind)/delt_w); N=2*M+1; switch filter_kind, case NUM_Hamming, win=hamming(N); display('海明窗生成的冲激响应系数：',' (阶数N=',num2str(N),')'); figure case NUM_Hann, win=hann(N); display('汉宁窗生成的冲激响应系数：',' (阶数N=',num2str(N),')'); figure case NUM_Blackman, win=blackman(N); display('布莱克曼窗生成的冲激响应系数：','(阶数N=',num2str(N),')'); figure otherwise disp('error'); end n=-M:M; hd=sin(wc*n)./(pi*n); hd(find(n=0)=wc*cos(wc*0)/pi; ht=hd.*win' display('',num2str(ht); subplot(1,2,1); plot(n,ht,'.-') title(ht_labels(filter_kind); xlabel('n','FontSize',12); ylabel('ht','fontsize',12); grid on h,w=freqz(ht,1,512); W=w/pi; H=20*log10(abs(h); subplot(1,2,2); hold on title(freq_labels(filter_kind); plot(W,H); xlabel('pi (omega/omega','s)'); ylabel('增益 (dB)'); grid onend 凯泽窗程序：Wp=0.7*pi;Ws=0.8*pi;As=40;dw=Ws-Wp;N=ceil(10*pi/dw)+1;beta=0.5842*(As-21)0.4+0.07886*(As-21);b=fir1(N,Wp/pi,'low',kaiser(N+1,beta);figure(3)freqz(b,1);title（凯泽窗响应）;实验结果：实验四 随机过程的计算机仿真-实验日期：2013.10.20实验目的：仿真实现各种随机分布的随机数发生器实验内容：1、 题目一：均匀分布随机数的产生用线性同余法，编写Matlab程序，产生均匀分布的随机数。初始种子x(0)自己选择。实验程序1：a=input('Enter multiplier a>');c=input('Enter offset c>');m=input('Enter modulus m>');seed=input('Enter seed >');n=1;ix=rem(seed*a+c),m);while (ix=seed) & (n<m+2) n=n+1; ix=rem(ix*a+c),m);endif (n>m) disp('Caught in a loop');else text='The period is',num2str(n,15),'.' disp(text);end实验结果1：Enter multiplier a>241Enter offset c>1323Enter modulus m>5000Enter seed >1The period is5000.2、 题目二：用反函数法，将均匀分布的随机变量变换为具有单边指数分布的随机变量。编写Matlab程序，产生指数分布的随机数。计算并比较理论pdf和从直方图得到的pdf。指数分布随机变量pdf定义为：，为单位阶跃函数。实验程序2：n=input('输入样点个数> '); a=5; u=rand(1,n); x_exp=-log(2*u)/a; N_sample,x=hist(x_exp,20); subplot(2,1,1)bar(x,N_sample,1) ylabel('样本个数')xlabel('变量x')px=a/2*exp(-a*x); P_hist= N_sample/n; del_x=x(2)-x(1); p_hist=N_sample/n/del_x; subplot(2,1,2)plot(x,px,'k',x,p_hist,'ok')ylabel('概率密度 ')xlabel('变量x')legend('期望pdf','仿真得到pdf',1)实验结果2：N=2000，指数分布3、 题目三：用Matlab编程分别产生标准正态分布、指定均值方差正态分布、瑞利分布、赖斯分布、中心与非中心2分布的随机数，并画出相应的pdf。实验程序3：x=-10:0.01:10y1=normpdf(x,0,1);figureplot(x,y1)xlabel('标准正态分布')ylabel('pdf')y2=normpdf(x,2,1);figureplot(x,y2)xlabel('正态分布')ylabel('pdf')sigma=3s=sigma2y3= x/s.*exp(-x.2/s)%subplot(1,3,3)figureplot(x,y3)xlabel('瑞利分布')ylabel('pdf')N = 100000;K = 0.5;const=1/(2*(K+1);a1=randn(1,N);b2=randn(1,N);a=sqrt(const*(a1+sqrt(2*K).2+a2.2);y4,ai = ksdensity(a);figureplot(ai,y4, 'bo')xlabel('莱斯分布 ')ylabel('pdf')p1 = ncfpdf(x,5,20,10);p = fpdf(x,5,20);figureplot(x,p,'-',x,p1,'-')xlabel('非中心f分布')ylabel('pdf')实验结果3： 4、 题目四：设输入的随机变量序列X(n)为N=1000独立同分布高斯分布的离散时间序列，均值为0，方差为1，采样间隔0.01s。通过某线性时不变滤波器，输出随机变量序列Y(n)的功率谱密度为：（1） 设计该滤波器（2） 产生随机变量序列Y(n)。实验程序4：fs=100; f=0:1:50; F=2*f/fs; M=10./sqrt(1+(2*pi.*f).2); b,a=yulewalk(20,F,M); plot(F,M) xlabel('¹éÒ»»¯ÆµÂÊ')ylabel('·ù¶ÈÏìÓ¦')N=1000; X=randn(1,N); Y=filter(b,a,X) 实验结果4：实验七 数字基带调制实验日期：2013.10.20实验目的：数字通信系统中，基带传输的仿真。实验内容：1.题目一：用MATLAB编程仿真实现四进制脉冲幅度调制(PAM)数字通信系统，并用蒙特卡罗仿真方法计算在信道为加性高斯白噪声时，该系统在不同信噪比下的差错概率。实验程序1：clc;clear all;SNRindB1=0:1:16; SNRindB2=0:0.2:16; for i=1:length(SNRindB1), simu_err_prb(i)=simuPe(SNRindB1(i);end;for i=1:length(SNRindB2), SNR=10(SNRindB2(i)/10); theo_err_prb(i)=(3/2)*Qfunc(sqrt(2/5)*SNR);end;semilogy(SNRindB2,theo_err_prb,SNRindB1,simu_err_prb,'o')axis(0 16 0.0001 1)xlabel('SNR in dB')ylabel('Prb of Err')legend('Theoretical','Simulation')function y=gngauss(sgma)y=sgma*randnfunction p=simuPe(snr_in_dB)d=1;A0=-3*d;A1=-d;A2=d;A3=3*d; SNR=10(snr_in_dB/10); sgma=sqrt(5/2)*d2/SNR); N=10000; for i=1:N temp=rand; if (temp<1/4) symbol(i)=0; elseif (temp<2/4) symbol(i)=1; elseif (temp<3/4) symbol(i)=3; else symbol(i)=2; end;end;numoferr=0; for i=1:Nif (symbol(i)=0) r=A0+gngauss(sgma); elseif (symbol(i)=1) r=A1+gngauss(sgma); elseif (symbol(i)=3) r=A2+gngauss(sgma); else r=A3+gngauss(sgma); end; if (abs(r-A0)<d | r<A0) deci_symbol=0; elseif (abs(r-A1)<d) deci_symbol=1; elseif (abs(r-A2)<d) deci_symbol=3; else deci_symbol=2; end; if (deci_symbol=symbol(i) numoferr=numoferr+1; end;end;p=numoferr/N;实验结果1：2.题目二：设计FIR根升余弦滤波器，具体指标如下：（1）码片速率为1.28MHz，采样率为4倍码片速率（2）滚降系数0.22，冲激响应序列长度为65实验程序2：N_T=8; R=0.22 Fc=1.28e+6;Fs=4*Fc; Tc=1.0e-6/1.28; Num=rcosfir(R,N_T,4,Tc,'sqrt');H,w=freqz(Num,1,1000,'whole');H=(H(1:1:501)'w=(w(1:1:501)'Mag=abs(H);db=20*log10(Mag)/max(Mag);pha=angle(H);plot(w/pi,db);grid;axis(0 1 -60 1);xlabel('归一化角频率 ');ylabel('RRC滤波器幅度响应（db）');实验结果2：3.题目三：产生一串（-1.1）均匀分布的随机序列，并对该序列进行脉冲成形滤波。实验程序3：clearclcN_Filter=8; R=0.22Fc=1.28e+6;Rate=4;Fs=Rate*Fc;Tc=1.0e-6/1.28; Delay=8;NSig=16;Sig=1,zeros(1,15);Y = RCOSFLT(Sig, Fc, Fs, 'fir/sqrt',R, Delay);Xaxis=1:0.25:2*NSig+0.75;figure(1)subplot(211),stem(Sig),grid,Xlabel('k=t/Tc=t/Ts/4'),axis(0 16 -0.2 1.2);subplot(212),stem(Xaxis,Y),Xlabel('k=t/Tc=t/Ts/4'),axis(0 16 -0.2 0.8),grid实验结果3：信号的功率谱与带限信道的滤波器等效 -实验日期：2013.11.24实验目的：数字调制信号功率谱;使用Remez方法设计滤波器仿真带限信道;使用窗函数法设计滤波器仿真带限信道升余弦滤波器设计;滤波器的频域分析方法实验内容：1. 使用Remez方法设计：实验程序：echo onf_cutoff=2000; f_stopband=3000; fs=50000; f1=2*f_cutoff/fs; f2=2*f_stopband/fs; N=101; F=0 f1 f2 1; M=1 1 0 0; B=remez(N-1,F,M); figure(1);H,W=freqz(B);H_in_dB=20*log10(abs(H);plot(W/(2*pi),H_in_dB);figure(2);plot(W/(2*pi),(180/pi)*unwrap(angle(H);figure(3);plot(zeros(size(0:N-1);hold;stem(0:N-1,B);实验结果：2.使用窗函数法，窗函数为矩形窗，汉宁窗实验程序：echo onLength=101;Fs=50000;W=1000;Ts=1/Fs;n=-(Length-1)/2:(Length-1)/2;t=Ts*n;h=2*W*sinc(2*W*t); N=61;rec_windowed_h=h(Length-N)/2+1:(Length+N)/2);rec_windowed_H,W1=freqz(rec_windowed_h,1);rec_windowed_H_in_dB=20*log10(abs(rec_windowed_H)/abs(rec_windowed_H(1);hanning_window=hanning(N);hanning_windowed_h=h(Length-N)/2+1:(Length+N)/2).*hanning_window.'hanning_windowed_H,W2=freqz(hanning_windowed_h,1);hanning_windowed_H_in_dB=20*log10(abs(hanning_windowed_H)/abs(hanning_windowed_H(1);figure(1);plot(W1/pi, rec_windowed_H_in_dB);hold onplot(W2/pi, hanning_windowed_H_in_dB,'g-');legend('rec windowed','hanning windowed')xlabel('f')ylabel('H(f)');figure(2);stem(0:N-1,rec_windowed_h,'*');hold onstem(0:N-1,hanning_windowed_h,'o');legend('rec windowed','hanning windowed')xlabel('n')ylabel('h(n)');实验结果：3. 升余弦滤波器设计 实验程序：echo onN=31;T=1;alpha=1/4;n=-(N-1)/2:(N-1)/2; for i=1:length(n), g_T(i)=0; for m=-(N-1)/2:(N-1)/2, g_T(i)=g_T(i)+sqrt(xrc(4*m/(N*T),alpha,T)*exp(j*2*pi*m*n(i)/N); echo off ; end;end;echo on ;g_T=real(g_T) ; n2=0:N-1; G_T,W=freqz(g_T,1);magG_T_in_dB=20*log10(abs(G_T)/max(abs(G_T); g_R=g_T;imp_resp_of_cascade=conv(g_R,g_T); X_T,W = freqz(imp_resp_of_cascade,1);plot(2*W/(2*pi),20*log10(abs(X_T)/max(abs(X_T)xlabel('f')ylabel('GT(f)')figure;stem(0:N-1,g_T);xlabel('n')ylabel('GT(n)')figure;stem(0:2*(N-1),imp_resp_of_cascade)xlabel('n')ylabel('GT(n)*GR(n)')实验结果：实验报告要求：1. 本章所设计的是fir滤波器2. 通带阻带较平坦，过渡带较窄，阻带衰减好3. 汉宁窗下降的比矩形窗多，汉宁窗好4. 平方根升余弦滤波器，是因为在发送端和接收端分别用一个平方根升余弦波器，既能实现升余弦滤波器的作用，也能实现匹配滤波器的实现，从而既能满足奈奎斯特采样定理，又可以提升接收端信噪比，更便于准确接收信号。实验：基带传输最佳接收机仿真实验日期：2013.10.27实验要求：1. SNR=1：13dB2. 三种基带信号仿真误码率在同一图中主程序：echo onSNRindB1=0:1:13;for i1=1:length(SNRindB1),smld_err_prb(i1)=smldPe54(SNRindB1(i1); end;semilogy(SNRindB1, smld_err_prb,'*');hold onfor i2=1:length(SNRindB1), smld_err_prb(i2)=smldPe55(SNRindB1(i2);end;semilogy(SNRindB1, smld_err_prb,'+');hold onfor i3=1:length(SNRindB1), smld_err_prb(i3)=smldPe56(SNRindB1(i3);end;semilogy(SNRindB1,smld_err_prb,'o');xlabel('10log_10(E/N_0)')ylabel('Pe');legend('正交信号','反极性信号','开关信号')子程序：子程序smldPe54:function p=smldPe54(snr_in_dB)E=1;SNR=exp(snr_in_dB*log(10)/10); sgma=E/sqrt(2*SNR); N=10000;for i=1:N, temp=rand;