模拟信号和数字信号调制解调

1、哈尔滨工业大学信息科学与工程学院 通信原理实验报告 姓名： XXX 学号：XXX 2011年7月15日一、任务与要求1.1设计任务 1. 模拟调制与解调 用matlab实现AM、DSB、SSB调制与解调过程。 2. 数字调制与解调 用matlab实现2ASK、2FSK、2PSK调制与解调过程。1.2设计要求1. 掌握 AM, DSB, SSB 三种调制方式的基本原理及解调过程。2. 掌握 2ASK, 2FSK, 2PSK 三种调制方式的基本原理及解调过程。3. 学习MATLAB软件，掌握MATLAB各种函数的使用，能将调制解调过程根据调制解调过程的框图结构，用matlab程序实现，仿真调制过程

2、，记录并分析仿真结果。4. 对作出的波形和曲线进行分析和比较，讨论实际值和理论值的误差原因和改进方法。2、 设计原理（1） 模拟调制与解调 DSB调制属于幅度调制。幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。设正弦型载波c(t)=Acos(wc*t),式中：A为载波幅度，wc为载波角频率。根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为：f(t)=Am(t)cos(t)（公式1-1）,其中，m(t)为基带调制信号。设调制信号m(t)的频谱为M()，则由公式1-1不难得到已调信号(t)的频谱 。在波形上，幅度已调信号随基带信号的规律呈正比地变化；在频谱结构上，它

3、的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。如果在AM调制模型中将直流去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式抑制载波双边带信号(DSBSC)，简称双边带信号。 其时域表达式为f(t)=m(t)cos(t)式中，假设的平均值为0。DSB的频谱与AM的谱相近，只是没有了在处的函数，即f()=M(w-wc)+M(w+wc)其典型波形和频谱如图1-1所示：图1-1 DSB调制典型波形和频谱与AM信号比较，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100，即全部效率都用于信息传输。解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络

4、检波）。相干解调，也称同步检波，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号，通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。由于DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号。DSB信号解调时需采用相干解调。DSB相干解调性能分析模型如图1-3所示：图1-3 DSB相干解调性能分析模型设解调器输入信号为(t)= m(t)cos(t)，与相干载波cos(t)相乘后，得m(

5、t)t)=m(t)+m(t)cos(t),经低通滤波器后，输出信号为:m(t)。 DSB调制系统的调制制度增益为G=2，也就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。（2） 数字调制与解调 2ASK： 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。2ASK中载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。2ASK信号的产生方法通常有两种：模拟调制和键控法。模拟调制法ASK相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进制数码；键控法由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号为“1”时，传输

6、载波；当调制的数字信号为“0”时，不传输载波。解调有相干解调和非相干解调。2ASK信号的一般表达式为 (t)=s(t)cost其中 s(t)为0、1比特序列，即基带信号。 2FSK: 一个FSK信号可以看成是两个不同载波的2ASK信号的叠加。其调制和解调方法和ASK差不多。由调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，而键控法产生的信号，由电子开关在两个独立频率之间转换形成，故相邻码元间相位不一定连续。这里的抽样判决时直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。 2FSK信号的一般表达式为 2PSK: 2PSK以载波的相位变化作为参考基准的，当基带信号为0时相位相对于初始相

7、位为0，当基带信号为1时相对于初始相位为180°。解调只能用相干解调法，原因在下文解释。 2PSK信号的时域表达式为(t)=Acost+) 其中，表示第n个符号的绝对相位：= 即 2ASK相干解调:1）将随机的二进制比特序列0、1用 2ASK调制到较高载频上，下图为前 8 个比特所对应的时域波形：2）写出通过高斯白噪声信道后的解调框图，并给出判决前的观测值的数学表达式：a)通过高斯白噪声信道后的相干解调器的框图：b) 判决前的观测值的数学表达式：其中，a为信号成分，为通过滤波器后的信号幅度，本题中比1略小，n (t)是高斯白噪声。x(t)也是一个高斯随机过程，均值分别为a(发“1”时

8、)和0(发“0”时)，方差同n (t)。3)调制解调和判决过程ASK调制，加入高斯白噪声的波形：通过带通滤波器和相乘器的波形：通过低通滤波器和抽样判决器的波形：2FSK相干解调:1）将随机的二进制比特序列0、1用 2FSK调制到较高载频上，下图为前 8 个比特所对应的时域波形：2）写出通过高斯白噪声信道后的解调框图，并给出判决前的观测值的数学表达式：a)通过高斯白噪声信道后的相干解调器的框图：b) 判决前的观测值的数学表达式：其中，a为信号成分，为通过滤波器后的信号幅度，本题中比1略小，近似为1。nc1(t)和nc2(t)均为低通型高斯噪声，其均值为0，方差相等，为输入噪声nc(t)的方差。3

9、)判决过程FSK调制，加入高斯白噪声的波形：通过带通滤波器和相乘器的波形：通过低通滤波器和抽样判决器的波形：2PSK相干解调:1）将随机的二进制比特序列0、1用 2ASK调制到较高载频上，下图为前 8 个比特所对应的时域波形：2）写出通过高斯白噪声信道后的解调框图，并给出判决前的观测值的数学表达式：a)通过高斯白噪声信道后的相干解调器的框图：b) 判决前的观测值的数学表达式：其中，a为信号成分，为通过滤波器后的信号幅度，本题中比1略小，近似1，n (t)是高斯白噪声。x(t)也是一个高斯随机过程，均值分别为a(发“1”时)和-a(发“0”时)，方差同n (t)。3)判决过程PSK调制，加入高斯

10、白噪声的波形：通过带通滤波器和相乘器的波形：通过低通滤波器和抽样判决器的波形：3、 部分matlab程序：1.模拟调制与解调fs=2000000; %采样频率dt=1/fs;t=0:dt:1;fm=2000;B=fm;fc=1000000;mc=cos(2*pi*fc*t);mt=cos(2*pi*fm*t);s_am=(2+mt).*mc;s_dsb=mt.*mc;s_ssb=0.5*cos(2*pi*(fc-fm)*t); s_am1=s_am.*mc; %AM信号相干解调f,cam=T2F(t,s_am1); t,s_am1=LPF(f,cam,B); s_dsb1=s_dsb.*mc;

11、 %AM信号相干解调f,cdsb=T2F(t,s_dsb1); t,s_dsb1=LPF(f,cdsb,B); s_ssb1=s_ssb.*mc; %AM信号相干解调f,cssb=T2F(t,s_ssb1); t,s_ssb1=LPF(f,cssb,B); figure(1)subplot(311);plot(t,mc);title('载波信号波形');axis(0 0.01 -1 1);subplot(312);plot(t,mt);title('基带信号波形');axis(0 0.01 -1 1);subplot(313);plot(t,s_am);titl

12、e('AM信号波形');axis(0 0.01 -3 3); figure(2)subplot(211);plot(t,s_dsb);title('DSB信号波形');axis(0 0.01 -1 1);subplot(212);plot(t,s_ssb);title('SSB信号波形');axis(0 0.0001 -1 1); figure(3)subplot(311);plot(t,s_am1);title('AM解调信号波形');axis(0 0.01 -1 1);subplot(312);plot(t,s_dsb1);t

13、itle('DSB解调信号波形');axis(0 0.01 -1 1);subplot(313);plot(t,s_ssb1);title('SSB解调信号波形');axis(0 0.01 -1 1);2.数字调制与解调：% ASK调制st=1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1; % 原始输入序列信号f=200; % 载波频率t=0:2*pi/99:2*pi;cp=;mod=;bit=;bit1=; % 存储器 cp：存储原始的信号，之后与载波相乘完成调制；mod：存储载波信号，与原始信号相乘完成调制for n=1:length(st); if st(n)=0; die=zeros(1,100); se=zeros(1,100); else st(n)=1; die=ones(1,100); se=ones(1,100); end c=sin(f*t); cp=cp die; mod=mod c; % mod中存储的是载波信号 bit=bit se; endask2=cp.*mod; % AS