一、实验目的

理解数字基带信号的基本波形的特点；
2.理解常用数字基带信号频谱的主要特点；
3.掌握matlab程序的设计方法。

二、实验内容

用matlab画出下列数字基带信号的波形和功率谱：
（1）0,1等概的单极性非归零NRZ信号；
（2）0,1等概的单极性归零RZ信号。

三、实验原理

1、数字基带信号基本波形的特点
（a）单极性波形：基带信号的0电位及正电位分别与二进制符号的0与1对应；
特点：电脉冲之间无间隔，极性单一。有直流分量，要求传输线路具有直流传输能力。
（b）双极性波形：二进制符号0、1分别与正、负电位相对应；
特点：正负电平幅度相同，极性相反且等概率出现时候。无直流分量，有利于在信道中传输。抗干扰能力强。
（c）单极性归零波形：有电脉冲比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电位；
特点：可以直接提取定时信息。
（d）双极性归零波形：相邻脉冲之间必定留有零电位的间隙。
特点：兼有双极性和归零波形的特点。
在这里插入图片描述

（e）差分波形：用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码，以电平跳变表示“1”，以电平不变表示“0”。
特点：以电平跳变表示码元信息
(f) 多电平波形：一个脉冲对应多个二进制码。
特点：一个脉冲可以携带多个比特信息。传码率一定时，多电平波形的传信率高。
功率谱存在以下性质：
1.连续谱一定存在
2.离散谱的存在取决与g1(t)和g2(t)的波形和概率
3.双极性等概序列无离散谱。

四、实验程序

Ts = 1; % 码元周期
N_sample =100; % 单个码元抽样点数
dt = Ts / N_sample; % 抽样时间间隔
N = 100; % 码元数
t = 0 : dt : (N * N_sample - 1) * dt; % 序列传输时间
gt1 = ones(1, N_sample); % NRZ
gt2 = ones(1, N_sample./2); % NRZ
%% 生成随机序列
RAN = round(rand(1, N)); % 随机0 1序列
NRZ= [];
for i = 1 : N % 生成序列
   if RAN(i)==1
       NRZ = [NRZ gt1];
   else
       NRZ = [NRZ 0*gt1];
   end
end
%% 绘制出结果
figure(1)
subplot(2, 1, 1);
plot(t, NRZ);
grid on;
axis([0 10 -1.5 1.5]);
title('NRZ信号');
%% 功率谱密度计算
fft_NRZ = fftshift(fft(NRZ)); % 求序列的频谱
PE1 = 10 * log10(abs(fft_NRZ) .^ 2 / (N * Ts)); % 公式法求概率谱密度，单位db
PEL1 = (-length(fft_NRZ) / 2 : length(fft_NRZ) / 2 - 1) /10; % 求区间长度
%% 绘制出结果
subplot(2, 1, 2);
plot(PEL1, PE1);
grid on;
axis([-50 50 -50 50]); 
title('NRZ信号功率谱密度');
%% 生成单极性RZ序列
RAN = round(rand(1, N)); % 随机0 1序列
RZ = [];
for i = 1 : N % 生成序列
   if RAN(i)==1
       RZ = [RZ gt2];
       RZ = [RZ gt2*0];
   else
       RZ = [RZ 0*gt1];
   end
end
%% 绘制出结果
figure(2);
subplot(2, 1, 1);
plot(t, RZ);
grid on;
axis([0 10 -1.5 1.5]);
title('RZ信号');
xlabel('t(s)')
ylabel('s(t)(V)')
%% 功率谱密度计算
fft_RZ = fftshift(fft(RZ)); % 求序列的频谱
PE1 = 10 * log10(abs(fft_RZ) .^ 2 / (N * Ts)); % 公式法求概率谱密度，单位db
PEL1 = (-length(fft_RZ) / 2 : length(fft_RZ) / 2 - 1) /10; % 求区间长度
%% 绘制出结果
subplot(2, 1, 2);
plot(PEL1, PE1);
grid on;
axis([-50 50 -50 50]); 
title('RZ信号功率谱密度');
xlabel('f')
ylabel('Ps(f)')

五、实验结果与分析

（1）0,1等概的单极性非归零NRZ信号在matlab中仿真得到的波形以及其功率谱波形如下图所示：
在这里插入图片描述
(2）0,1等概的单极性归零RZ信号在matlab中仿真得到的波形以及其功率谱波形如下图所示：

六、问题讨论

1、总结本实验的主要收获。
①.掌握了使用matlab绘制数字基带信号的波形以及频谱，大大增加了对数字基带信号以及其频谱特点的理解掌握。
②matlab编程中实现波形绘制的流程：确定一个码元波形的参数如码元传输时间，单个码元采样个数等，然后绘制出单个码元波形，其次产生产生一个随机的码元波形，通过判断绘制出整个传输序列的波形，对传输序列进行一定的计算就可以得到了信号的频谱。
③大大提高了对matlab的掌握程度，能够更加流畅的用matlab进行编程。

2.对实验内容提出自己的想法和建议。
可以在NRZ和RZ波形的基础上绘制更多基带传输码型的波形，如HDB3、AMI码等，观察信号的波形和频谱特性。