通信原理實(shí)驗(yàn)二

1、HUNAN UNIVERSIT Y題目:數(shù)字基帶信號(hào)的波形和功率譜密度學(xué)生姓名：龍景強(qiáng)學(xué)生學(xué)號(hào)：201308080228專業(yè)班級(jí)：物聯(lián)2班指導(dǎo)老師：杜青松目錄1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2. 實(shí)驗(yàn)要求13. 實(shí)驗(yàn)原理23.1單極性不歸零碼 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2單極性歸零碼33.3雙極性不歸零碼33.4雙極性歸零碼34. 實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)步驟 44.1單極性不歸零二進(jìn)制信號(hào) 44.2單極性歸零二進(jìn)制信號(hào) 44.3雙極性不歸零二進(jìn)制信號(hào) 54.4雙極性歸零二進(jìn)制信號(hào) 54.5單極性不歸零四進(jìn)制信號(hào) 64.6單極性不歸零八進(jìn)制信號(hào) 65. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 95.1單極性不歸零二進(jìn)制基帶信號(hào) 95.2單極性歸零

2、二進(jìn)制基帶信號(hào) 115.3雙極性不歸零二進(jìn)制基帶信號(hào) 135.4雙極性歸零二進(jìn)制基帶信號(hào) 155.5單極性不歸零四進(jìn)制基帶信號(hào) 175.6單極性不歸零八進(jìn)制基帶信號(hào) 196. 心得與體會(huì)201. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過實(shí)驗(yàn)深入理解常用數(shù)字基帶信號(hào)的波形和功率譜密度；2、掌握用MATLAB繪制常用數(shù)字基帶信號(hào)的波形和功率譜密度的方法；3、練習(xí)根據(jù)理論分析自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法的能力。2. 實(shí)驗(yàn)要求1、產(chǎn)生單極性不歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)，畫出該信號(hào)的時(shí)域波形圖及其功率譜密度圖形。（單極性基帶信號(hào)的高電平為1V，表示二進(jìn)制碼?！?1”；低電平為0V，表示二進(jìn)制碼?！?0”）2、產(chǎn)生占空比為50%的單極性歸零二進(jìn)制基

3、帶信號(hào)，畫出該信 號(hào)的時(shí)域波形圖及其功率譜密度圖形。（單極性基帶信號(hào)的高電平為 1V，低電平為0V; 個(gè)碼元周期內(nèi)包含高電平脈沖表示二進(jìn)制碼元“ 1”，否則表示二進(jìn)制碼元“ 0”）。3、產(chǎn)生雙極性不歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)，畫出該信號(hào)的時(shí)域波形圖及其功率譜密度圖形。（雙極性基帶信號(hào)的正電平為1V，表示二進(jìn)制碼?！?1”；負(fù)電平為-1V，表示二進(jìn)制碼兀“ 0”）。4、產(chǎn)生占空比為50%的雙極性歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)，畫出該信 號(hào)的時(shí)域波形圖及其功率譜密度圖形。（雙極性基帶信號(hào)的正電平為 1V，負(fù)電平為-1V; 一個(gè)碼元周期內(nèi)包含正電平脈沖表示二進(jìn)制碼元“ 1”，包含負(fù)電平脈沖表示二進(jìn)制碼元“ 0”）。5、

4、產(chǎn)生單極性不歸零四進(jìn)制基帶信號(hào)，畫出該信號(hào)的時(shí)域波形 圖及其功率譜密度圖形。（四進(jìn)制單極性基帶信號(hào)共有OV ,1V，2V， 3V四個(gè)電平，分別表示四進(jìn)制碼元“ 0”，“ 1”，“ 2”，“ 3”）6、產(chǎn)生單極性不歸零八進(jìn)制基帶信號(hào)，畫出該信號(hào)的時(shí)域波形圖及其功率譜密度圖形。（八進(jìn)制單極性基帶信號(hào)共有0V7V八個(gè)電平，分別表示八進(jìn)制碼元“ 0” “ 7”）3. 實(shí)驗(yàn)原理數(shù)字信號(hào)可以直接采用基帶傳輸，所謂基帶就是指基本頻帶?；鶐鬏斁褪?在線路中直接傳送數(shù)字信號(hào)的電脈沖?；鶐鬏敃r(shí)，對(duì)于傳輸數(shù)字信號(hào)來說，使用 的方法是用不同的電壓電平來表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字 ，也即數(shù)字信號(hào)由矩形脈沖組 成。我們將其劃

5、分為單極性碼和雙極性碼， 單極性碼使用正的電壓表示數(shù)據(jù)； 而 根據(jù)信號(hào)是否歸零，還可以劃分為歸零碼和非歸零碼，歸零碼碼元中間的信號(hào)回 歸到o電平，而非歸零碼遇1電平翻轉(zhuǎn)，零時(shí)不變。數(shù)字基帶信號(hào)除了二進(jìn)制信號(hào)，還有四進(jìn)制信號(hào)，八進(jìn)制信號(hào)等。數(shù)字基帶系統(tǒng)的組成：1、單極性不歸零碼特點(diǎn)：發(fā)送能量大、接收信噪比較高，占用頻帶較窄；具有較高的直流和低頻成 分，不利于信道傳輸，受到信道傳輸特性和噪聲的影響， 接收端抽樣判決器難以 穩(wěn)定在最佳判決門限，在出現(xiàn)長(zhǎng)連“0或者長(zhǎng)連“ 1時(shí)不利于接收端位同步定時(shí)提 取。2、雙極性不歸零碼+A0-A特點(diǎn)：發(fā)送能量大、接收信噪比較高，占用頻帶較窄，直流和低頻成分較少，接

6、 收端抽樣判決器始終保持最佳判決門限； 在出現(xiàn)長(zhǎng)連“（或者長(zhǎng)連“ 1時(shí)不利于接 收端位同步定時(shí)提取。3、單極性歸零碼特點(diǎn)：發(fā)送能量較小、接收信噪比較低，占用頻帶較寬，具有較高的直流和低頻 成分，不利于信道傳輸，受到信道傳輸特性和噪聲的影響，接收端抽樣判決器難 以穩(wěn)定在最佳判決門限；在出現(xiàn)長(zhǎng)連 “ 0時(shí)不利于接收端位同步定時(shí)提取，但長(zhǎng) 連“ 1時(shí)可以實(shí)現(xiàn)接收端位同步定時(shí)提取。4、雙極性歸零碼+AA特點(diǎn)：發(fā)送能量較小、接收信噪比較低，占用頻帶較寬；直流和低頻成分較少， 接收端抽樣判決器始終保持最佳判決門限， 具有良好的自同步特性，即使在出現(xiàn) 長(zhǎng)連“（或者長(zhǎng)連“ 1時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)接收端位同步定時(shí)提取。

7、除此之外本次實(shí)驗(yàn)還畫了單極性不歸零四進(jìn)制碼信號(hào)和單極性不歸零八進(jìn)制碼信號(hào)，這些都跟單極性不歸零二進(jìn)制碼信號(hào)差不多，只是表示信號(hào)的進(jìn)制變 了一下。4. 實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)步驟基帶信號(hào)的時(shí)間分辨率為 0.001s （即采樣頻率為1000Hz），共產(chǎn)生2000個(gè)二進(jìn)制碼元，每個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間為4.1單極性不歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)主要代碼：%畫時(shí)域信號(hào)波形figure(1);plot(t,st1,Li neWidth,1.5);gridon;axis(0 20 -0.1 1.1);xlabel(時(shí)間(s) );ylabel( 電壓值(V);ti tle(title_str1);% 計(jì)算功率譜并畫圖figure

8、(2)fmt=fft(st1);%對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行FFT變換，計(jì)算其頻譜fmt=fftshift(fmt);fmt=abs(fmt);fmt_dB=fmt.A2/Ts;maxF=max(fmt_dB);fmt_dB=fmt_dB/maxF;fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps);plot(f,fmt_dB);gridon ;axis(-6 6 -80 0);xlabel(頻率(Hz) );ylabel( 功率譜幅度值(dB);ti tle(title_str2);4.2單極性歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)主要代碼：%畫時(shí)域信號(hào)波形figure(3);plot(t,st2,Li neWid

9、th,1.5);gridon;axis(0 20 -0.1 1.1);xlabel(時(shí)間(s) );ylabel( 電壓值(V);ti tle(title_str3);% 計(jì)算功率譜并畫圖figure(4)fmt=fft(st2);%對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行FFT變換，計(jì)算其頻譜fmt=fftshift(fmt);fmt=abs(fmt);fmt_dB=fmt.A2/Ts;maxF=max(fmt_dB);fmt_dB=fmt_dB/maxF;fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps);plot(f,fmt_dB);gridon ;axis(-6 6 -80 0);xlabel(頻率(H

10、z) );ylabel( 功率譜幅度值(dB);ti tle(title_str4);4.3雙極性不歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)主要代碼：%畫時(shí)域信號(hào)波形figure(5);plot(t,st3,Li neWidth,1.5);gridon;axis(0 20 -1.1 1.1);xlabel(時(shí)間(s) );ylabel( 電壓值(V);ti tle(title_str5);% 計(jì)算功率譜并畫圖figure(6)fmt=fft(st3);%對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行FFT變換，計(jì)算其頻譜fmt=fftshift(fmt);fmt=abs(fmt);fmt_dB=fmt.A2/Ts;maxF=max(fmt_dB)

11、;fmt_dB=fmt_dB/maxF;fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps);plot(f,fmt_dB);gridon ;maxF = max(fmt);minF = min( fmt);axis(-6 6 -55 25);xlabel(頻率(Hz) );ylabel( 功率譜幅度值(dB);ti tle(title_str6);4.4雙極性歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)主要代碼：%畫時(shí)域信號(hào)波形figure(7);plot(t,st4,Li neWidth,1.5);gridon;axis(0 20 -1.1 1.1);xlabel(時(shí)間(s) );ylabel( 電壓值(V);

12、ti tle(title_str7);% 計(jì)算功率譜并畫圖figure(8)fmt=fft(st4);%對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行FFT變換，計(jì)算其頻譜fmt=fftshift(fmt);fmt=abs(fmt);fmt_dB=fmt.A2/Ts;maxF=max(fmt_dB);fmt_dB=fmt_dB/maxF;fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps);plot(f,fmt_dB);gridon ;axis(-6 6 -55 25);xlabel(頻率(Hz) );ylabel( 功率譜幅度值(dB); ti tle(title_str8);4.5單極性不歸零四進(jìn)制基帶信號(hào)主要代碼

13、：%畫時(shí)域信號(hào)波形figure(9);plot(t,st5,Li neWidth ,1.5);gridon;axis(0 20 -0.9 3.1);xlabel(時(shí)間(s) );ylabel( 電壓值(V);ti tle(title_str9);% 計(jì)算功率譜并畫圖figure(10)fmt=fft(st5);%對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行FFT變換，計(jì)算其頻譜fmt=fftshift(fmt);fmt=abs(fmt);fmt_dB=fmt.A2/Ts;maxF=max(fmt_dB);fmt_dB=fmt_dB/maxF;fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps);plot(f,fmt_

14、dB);gridon ;axis(-6 6 -80 0);xlabel(頻率(Hz) );ylabel( 功率譜幅度值(dB); ti tle(title_str10);4.6單極性不歸零二八制基帶信號(hào)主要代碼：%畫時(shí)域信號(hào)波形figure(11);plot(t,st6,Li neWidth ,1.5);gridon;axis(0 20 -0.9 7.1);xlabel(時(shí)間(s) );ylabel( 電壓值(V);ti tle(title_str11);% 計(jì)算功率譜并畫圖figure(12)fmt=fft(st6);%對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行FFT變換，計(jì)算其頻譜fmt=fftshift(fmt);

15、fmt=abs(fmt);fmt_dB=fmt.A2/Ts;maxF=max(fmt_dB);fmt_dB=fmt_dB/maxF;fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps);plot(f,fmt_dB);gridon ;maxF = max(fmt);minF = min( fmt);axis(-6 6 -80 0);xlabel(頻率(Hz) );ylabel( 功率譜幅度值(dB);ti tle(title_str12);5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析5.1單極性不歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)圖5.1單極性不歸零二進(jìn)制信號(hào)波形時(shí)域波形圖顯示的橫坐標(biāo)時(shí)間范圍為020s，縱坐標(biāo)范圍為-0.1V1

16、.1V，波形線寬為1.5。Dah| n|離0紗凰單極性不歸霧基帶信號(hào)功率譜-6-4-20246頻率阻(HP)輕鰹MB牌岳圖5.2單極性不歸零二進(jìn)制信號(hào)功率譜功率譜密度采用歸一化dB形式，顯示的橫坐標(biāo)頻率范圍為-66Hz,縱坐標(biāo)范圍 為-80dB0dB。5.2單極性歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)File Edit View Iinsert Tools Desktop Window Help已 P 込 h X O X | a 02468101214161820時(shí)間里極性歸零基帶信號(hào)圖5.3單極性歸零二進(jìn)制信號(hào)波形時(shí)域波形圖顯示的橫坐標(biāo)時(shí)間范圍為020s，縱坐標(biāo)范圍為-0.1V1.1V，注意橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)及Ti

17、tle，波形線寬為1.5。Figure 0單極性歸雲(yún)基帶信號(hào)功率譜File Edit View Insert Tools Desktop Window H亡 IpmE舸鰹MB牌岳頻率(Hz)圖5.4單極性歸零二進(jìn)制信號(hào)功率譜功率譜密度采用歸一化dB形式，顯示的橫坐標(biāo)頻率范圍為-66Hz,縱坐標(biāo)范圍為-80dB0dB。5.3雙極性不歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)Figure 5File Edit View Insert Jools Desktop Window Help9已兇& fe電貳迅nin 旦雙極性不歸零基帶信號(hào)OOO0S辱出餵8 d8 o J20圖5.5雙極性不歸零二進(jìn)制信號(hào)波形時(shí)域波形圖顯示的橫坐

18、標(biāo)時(shí)間范圍為020s，縱坐標(biāo)范圍為-1.1V1.1V，注意橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)及Title，波形線寬為1.5。 d J | B |Z O 凰7忌| 口 囲| Omp)舸鰹MB牌昏6頻率(Hz)雙極性不歸霧基帶信號(hào)功率譜圖5.6雙極性不歸零二進(jìn)制信號(hào)功率譜功率譜密度采用歸一化dB形式，顯示的橫坐標(biāo)頻率范圍為-66Hz,縱坐標(biāo)范圍為-55dB25dB。54雙極性歸零二進(jìn)制基帶信號(hào)File Edit View Insert Tools Desktop Window Help口已 P | k I 決 O X-|a| B| 雙極性歸零基帶信號(hào)0246810121416 1B 20時(shí)間- -182 0 2o o

19、 o O4 O6O8 -O-1圖5.7雙極性歸零二進(jìn)制信號(hào)波形時(shí)域波形圖顯示的橫坐標(biāo)時(shí)間范圍為020s，縱坐標(biāo)范圍為-1.1V1.1V，注意橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)及Title，波形線寬為1.5。Q a fl 空 B I 曾頭電I 區(qū) Z-|3 in 口孜極性歸零基帶信號(hào)功率譜6-4-2024頻率（切mp)舸鰹MB牌昏圖5.8雙極性歸零二進(jìn)制信號(hào)功率譜功率譜密度采用歸一化dB形式，顯示的橫坐標(biāo)頻率范圍為-66Hz,縱坐標(biāo)范圍為-55dB25dB。55單極性不歸零四進(jìn)制基帶信號(hào)File Edit view Insert Too 15 Desktop Window Help1已曾艮甥要J鳳| 口 13| O四進(jìn)制單極性不歸零基芾信號(hào)0246810121416 1B 20時(shí)間圖5.9單極性不歸零四進(jìn)制信號(hào)波形時(shí)域波形圖顯示的橫坐標(biāo)時(shí)間范圍為020s，縱坐標(biāo)范圍為-0.9V3.1VFigure 10四逬制單極性不歸零基帶信號(hào)功率譜-4-202頻率訊刃o o O -34-SmEis鰹iI1liRI|i1II|i1I11)4P1FI11耳P1I】I1i1 L 丄圖5.10單極性不歸零四進(jìn)制信號(hào)功率譜功率譜密度采用歸一化dB形式，顯示的橫坐標(biāo)頻率范圍為-66Hz,縱坐