HUNAN UNIVERSITY
通信原理 课程实验报告
题 目： 数字基带信号的波形和功率谱密度
学生姓名： 龙景强 学生学号： 201308080228 专业班级： 物联2班 指导老师： 杜青松
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目 录
1.实验目的 ....................................................................................................................................... 1 2.实验要求 ....................................................................................................................................... 1 3.实验原理 ....................................................................................................................................... 2 3.1 单极性不归零码 .................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2 单极性归零码 ........................................................................................................................ 3 3.3 双极性不归零码.....................................................................................................................3 3.4 双极性归零码.........................................................................................................................3
4.实验方法与实验步骤.................................................................................................................... 4 4.1单极性不归零二进制信号 ..................................................................................................... 4 4.2单极性归零二进制信号 ......................................................................................................... 4 4.3 双极性不归零二进制信号 .................................................................................................... 5 4.4 双极性归零二进制信号 ........................................................................................................ 5 4.5 单极性不归零四进制信号.................................................................................................... 6 4.6 单极性不归零八进制信号.....................................................................................................6 5.实验结果与分析 ........................................................................................................................... 9 5.1单极性不归零二进制基带信号 ............................................................................................. 9 5.2单极性归零二进制基带信号 ............................................................................................... 11 5.3 双极性不归零二进制基带信号 .......................................................................................... 13 5.4 双极性归零二进制基带信号 .............................................................................................. 15 5.5 单极性不归零四进制基带信号 .......................................................................................... 17 5.6 单极性不归零八进制基带信号...........................................................................................19 6.心得与体会 ................................................................................................................................. 20
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1.实验目的
1、通过实验深入理解常用数字基带信号的波形和功率谱密度； 2、掌握用MATLAB绘制常用数字基带信号的波形和功率谱密度的方法；
3、练习根据理论分析自行设计实验方法的能力。
2.实验要求
1、产生单极性不归零二进制基带信号，画出该信号的时域波形图及其功率谱密度图形。（单极性基带信号的高电平为1V，表示二进制码元“1”；低电平为0V，表示二进制码元“0”）
2、产生占空比为50%的单极性归零二进制基带信号，画出该信号的时域波形图及其功率谱密度图形。（单极性基带信号的高电平为1V，低电平为0V；一个码元周期内包含高电平脉冲表示二进制码元“1”，否则表示二进制码元“0”）。
3、产生双极性不归零二进制基带信号，画出该信号的时域波形图及其功率谱密度图形。（双极性基带信号的正电平为1V，表示二进制码元“1”；负电平为-1V，表示二进制码元“0”）。
4、产生占空比为50%的双极性归零二进制基带信号，画出该信号的时域波形图及其功率谱密度图形。（双极性基带信号的正电平为1V，负电平为-1V；一个码元周期内包含正电平脉冲表示二进制码元“1”，包含负电平脉冲表示二进制码元“0”）。
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5、产生单极性不归零四进制基带信号，画出该信号的时域波形图及其功率谱密度图形。（四进制单极性基带信号共有0V，1V，2V，3V四个电平，分别表示四进制码元“0”，“1”，“2”，“3”）
6、产生单极性不归零八进制基带信号，画出该信号的时域波形图及其功率谱密度图形。（八进制单极性基带信号共有0V~7V八个电平，分别表示八进制码元“0”~“7”）
3.实验原理
数字信号可以直接采用基带传输,所谓基带就是指基本频带。基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲。 基带传输时,对于传输数字信号来说,使用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字,也即数字信号由矩形脉冲组成。我们将其划分为单极性码和双极性码，单极性码使用正的电压表示数据；而根据信号是否归零，还可以划分为归零码和非归零码，归零码码元中间的信号回归到0电平，而非归零码遇1电平翻转，零时不变。
数字基带信号除了二进制信号，还有四进制信号，八进制信号等。 数字基带系统的组成：
1、单极性不归零码
特点：发送能量大、接收信噪比较高，占用频带较窄；具有较高的直流和低频成分，不利于信道传输，受到信道传输特性和噪声的影响，接收端抽样判决器难以稳定在最佳判决门限，在出现长连“0”或者长连“1”时不利于接收端位同步定时提取。
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2、双极性不归零码
特点：发送能量大、接收信噪比较高，占用频带较窄，直流和低频成分较少，接收端抽样判决器始终保持最佳判决门限；在出现长连“0”或者长连“1”时不利于接收端位同步定时提取。 3、单极性归零码
特点：发送能量较小、接收信噪比较低，占用频带较宽，具有较高的直流和低频成分，不利于信道传输，受到信道传输特性和噪声的影响，接收端抽样判决器难以稳定在最佳判决门限；在出现长连“0”时不利于接收端位同步定时提取，但长连“1”时可以实现接收端位同步定时提取。 4、双极性归零码
特点：发送能量较小、接收信噪比较低，占用频带较宽；直流和低频成分较少，接收端抽样判决器始终保持最佳判决门限，具有良好的自同步特性，即使在出现长连“0”或者长连“1”时也可以实现接收端位同步定时提取。
除此之外本次实验还画了单极性不归零四进制码信号和单极性不归零八进制码信号，这些都跟单极性不归零二进制码信号差不多，只是表示信号的进制变了一下。
4.实验方法与实验步骤
基带信号的时间分辨率为0.001s（即采样频率为1000Hz），共
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产生2000个二进制码元，每个码元的持续时间为1秒。 4.1单极性不归零二进制基带信号
主要代码：
% 画时域信号波形 figure(1);
plot(t,st1,'LineWidth',1.5);grid on; axis([0 20 -0.1 1.1]);
xlabel('时间(s)');ylabel('电压值(V)'); title(title_str1);
%计算功率谱并画图 figure(2)
fmt=fft(st1); % 对时域信号进行FFT变换，计算其频谱 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.^2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_dB/maxF;
fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps); plot(f,fmt_dB);grid on; axis([-6 6 -80 0]);
xlabel('频率(Hz)');ylabel('功率谱幅度值(dB)'); title(title_str2);
4.2 单极性归零二进制基带信号
主要代码：
% 画时域信号波形 figure(3);
plot(t,st2,'LineWidth',1.5);grid on; axis([0 20 -0.1 1.1]);
xlabel('时间(s)');ylabel('电压值(V)'); title(title_str3);
%计算功率谱并画图 figure(4)
fmt=fft(st2); % 对时域信号进行FFT变换，计算其频谱 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.^2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_dB/maxF;
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fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps); plot(f,fmt_dB);grid on; axis([-6 6 -80 0]);
xlabel('频率(Hz)');ylabel('功率谱幅度值(dB)'); title(title_str4);
4.3 双极性不归零二进制基带信号
主要代码：
% 画时域信号波形 figure(5);
plot(t,st3,'LineWidth',1.5);grid on; axis([0 20 -1.1 1.1]);
xlabel('时间(s)');ylabel('电压值(V)'); title(title_str5);
%计算功率谱并画图 figure(6)
fmt=fft(st3); % 对时域信号进行FFT变换，计算其频谱 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.^2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_dB/maxF;
fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps); plot(f,fmt_dB);grid on; maxF = max(fmt); minF = min(fmt); axis([-6 6 -55 25]);
xlabel('频率(Hz)');ylabel('功率谱幅度值(dB)'); title(title_str6);
4.4 双极性归零二进制基带信号
主要代码：
% 画时域信号波形 figure(7);
plot(t,st4,'LineWidth',1.5);grid on; axis([0 20 -1.1 1.1]);
xlabel('时间(s)');ylabel('电压值(V)'); title(title_str7);
%计算功率谱并画图 figure(8)
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fmt=fft(st4); % 对时域信号进行FFT变换，计算其频谱 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.^2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_dB/maxF;
fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps); plot(f,fmt_dB);grid on; axis([-6 6 -55 25]);
xlabel('频率(Hz)');ylabel('功率谱幅度值(dB)'); title(title_str8);
4.5 单极性不归零四进制基带信号
主要代码：
% 画时域信号波形 figure(9);
plot(t,st5,'LineWidth',1.5);grid on; axis([0 20 -0.9 3.1]);
xlabel('时间(s)');ylabel('电压值(V)'); title(title_str9);
%计算功率谱并画图 figure(10)
fmt=fft(st5); % 对时域信号进行FFT变换，计算其频谱 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.^2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_dB/maxF;
fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps); plot(f,fmt_dB);grid on; axis([-6 6 -80 0]);
xlabel('频率(Hz)');ylabel('功率谱幅度值(dB)'); title(title_str10);
4.6 单极性不归零二八制基带信号
主要代码：
% 画时域信号波形 figure(11);
plot(t,st6,'LineWidth',1.5);grid on; axis([0 20 -0.9 7.1]);
xlabel('时间(s)');ylabel('电压值(V)');
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title(title_str11);
%计算功率谱并画图 figure(12)
fmt=fft(st6); % 对时域信号进行FFT变换，计算其频谱 fmt=fftshift(fmt); fmt=abs(fmt); fmt_dB=fmt.^2/Ts; maxF=max(fmt_dB); fmt_dB=fmt_dB/maxF;
fmt_dB= 10*log10(fmt_dB +eps); plot(f,fmt_dB);grid on; maxF = max(fmt); minF = min(fmt); axis([-6 6 -80 0]);
xlabel('频率(Hz)');ylabel('功率谱幅度值(dB)'); title(title_str12);
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5.实验结果与分析
5.1单极性不归零二进制基带信号
图5.1单极性不归零二进制信号波形
时域波形图显示的横坐标时间范围为0~20s，纵坐标范围为-0.1V~1.1V，波形线
宽为1.5。
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图5.2单极性不归零二进制信号功率谱
功率谱密度采用归一化dB形式，显示的横坐标频率范围为-6~6Hz，纵坐标范围为-80dB~0dB。
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5.2单极性归零二进制基带信号
图5.3 单极性归零二进制信号波形
时域波形图显示的横坐标时间范围为0~20s，纵坐标范围为-0.1V~1.1V，注意横
坐标、纵坐标及Title，波形线宽为1.5。
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图5.4 单极性归零二进制信号功率谱
功率谱密度采用归一化dB形式，显示的横坐标频率范围为-6~6Hz，纵坐标范围
为-80dB~0dB。
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5.3双极性不归零二进制基带信号
图5.5双极性不归零二进制信号波形
时域波形图显示的横坐标时间范围为0~20s，纵坐标范围为-1.1V~1.1V，注意横
坐标、纵坐标及Title，波形线宽为1.5。
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图5.6 双极性不归零二进制信号功率谱
功率谱密度采用归一化dB形式，显示的横坐标频率范围为-6~6Hz，纵坐标范围
为-55dB~25dB。
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5.4 双极性归零二进制基带信号
图5.7 双极性归零二进制信号波形
时域波形图显示的横坐标时间范围为0~20s，纵坐标范围为-1.1V~1.1V，注意横
坐标、纵坐标及Title，波形线宽为1.5。
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图5.8 双极性归零二进制信号功率谱
功率谱密度采用归一化dB形式，显示的横坐标频率范围为-6~6Hz，纵坐标范围
为-55dB~25dB。
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5.5 单极性不归零四进制基带信号
图5.9 单极性不归零四进制信号波形
时域波形图显示的横坐标时间范围为0~20s，纵坐标范围为-0.9V~3.1V
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图5.10单极性不归零四进制信号功率谱
功率谱密度采用归一化dB形式，显示的横坐标频率范围为-6~6Hz，纵坐标范围
为-80dB~0dB。
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5.6 单极性不归零八进制基带信号
图5.11 单极性不归零八进制信号波形
时域波形图显示的横坐标时间范围为0~20s，纵坐标范围为-0.9V~7.1V，注意横
坐标、纵坐标及Title，波形线宽为1.5。
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图5.12 单极性不归零八进制功率谱
功率谱密度采用归一化dB形式，显示的横坐标频率范围为-6~6Hz，纵坐标范围
为-80dB~0dB。
6.心得与体会
1、单极性码具有较高的直流和低频成分，不利于信道传输，受到信道传输特性和噪声的影响，接收端抽样判决器难以稳定在最佳判决门限。
2、双极性码的直流和低频成分较少，易于信道传输，接收端抽样判决器始终保持最佳判决门限，抗干扰能力强。
3、不归零码发送能量大、接收信噪比较高，占用频带较窄；在出现长连“0”或者长连“1”时不利于接收端位同步定时提取。
4、归零码发送能量较小、接收信噪比较低，占用频带较宽；在出现长连“0”或长连“1”时易于接收端位同步定时提取。双极性归零码具有自同步特性。
5、本次实验使用MATLAB软件仿真了六种基带信号的时域波形和功率谱，代码最好不要在命令窗口直接输入，而是新建一个文件来写，这样更加便于对代码的修改和管理。除了上面的代码还要写一个产生基带信号的函数。
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