湖北民族学院通信实验

1、实验1 模拟调制解调一、实验要求1. 任意产生一个调制信号，画出其波形及其频谱；2. 产生一个余弦载波信号，画出其波形及其频谱；3. 分别采用AM，DSB，SSB的方式对调制信号进行调制，画出已调信号的波形及频谱；4. 采用适当的方式，分别对3中得到的已调信号进行解调，画出解调信号的波形；5. 产生一个高斯白噪声，叠加在已调信号上，然后进行解调，画出解调信号的波形；6. 比较4和5中的结果；二、实验原理调幅（AM）如图1所示为调幅调制基本模型，假设调制信号m(t)平均值为0，将其叠加一个直流偏量0A后与载波相乘，即可形成调幅信号。调幅信号时域表达式为：若m(t)为确知信号，则AM信号频谱为：其

2、典型波形和频谱如图2所示：由图2中时域波形可以看出，当满足条件时，调幅波的包络与调制信号波形完全一致，因此用包络检波法将会很容易恢复出原始调制信号。如未满足前述条件，将出现“过调幅”现象，此时用包络检波将发生失真、无法准确恢复原始波形，应当采用其他的解调方法解调，如同步检波。 由图2中频域波形可看出AM信号频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。上边带的频谱结构与原调制信号频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此，AM信号是带有载波分量的双边带信号，带宽是基带信号带宽最大值的2倍，即。双边带调制（DSB）如图3所示，在AM调制模型中将直流分量A0去掉，即可输出抑制载波双边带信号、简称DSB信

3、号，其时域和频域表达式如下：对应的典型DSB信号波形和频谱图如图4所示：同AM调幅信号相比，DSB信号有以下三点特点： 需采用相干解调(同步检波)，不能采用简单的包络检波;节省了载波功率，全部功率都用于信号传输，调制效率为100；DSB信号功率利用率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的两倍。单边带调制（SSB）双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱()Mw的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为SSB单边带调制。如图5所示滤波法产生SSB信号，先产生一个双边带信号，再让其通过一个边带滤波器滤除不要的边带，即可得到单边带信

4、号。图中，()Hw为单边带滤波器的传输函数，若它具有如下理想高通特性：则可滤除下边带，保留上边带(USB)；若H（）具有如下理想低通特性：则可滤除上边带，保留上边带(LSB)：因此，SSB信号频谱可表示为，边带滤波器H（）滤波特性存在如图6所示a、b两种情况。 相对应的，SSB信号频谱也存在两种情况如图7。通常情况下选取保留上边带。除了滤波法还可使用相移法产生SSB信号。 SSB信号具备以下两点特点： a) 不但可节省载波发射功率，而且它所占用的频带宽度为= ； b) SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波，需采用相干解调。三、实验结果：信号产生4AM调制4功率频谱密度5AM相干解

5、调6DSB调制7功率频谱密度8DSB相干解调9SSB调制10功率频谱密度11SSB解调12VSB调制13功率频谱密度14VSB解调15FM调制16FM解调（鉴频器）17函数BPF18函数FFT_SHIFT18函数aussNB19函数IFFT_SHIFT19函数RECT_LPF19函数vsbmd20信号产生dt=0.001; %采样时间间隔fmax=1; %信源最高频率fc=10; %载波中心频率T=5; %信号时长N=T/dt;t=0:N-1*dt;A1=sqrt(2);ft=A1*cos(2*pi*fmax*t); %信源N0=0.1; %噪声功率AM调制A=2;s_am=(A+ft).*c

6、os(2*pi*fc*t);BAM=2*fmax;noise=GaussNB(fc,BAM,N0,t); %高斯窄带噪声figure(1);subplot(211);plot(t,s_am);%画出AM信号波形hold on;plot(t,A+ft,'r-'); %标示AM的包络title('无噪声叠加AM调制信号及其包络');xlabel('t');s_am_n=s_am+noise; %噪声叠加subplot(212);plot(t,s_am_n,'r-');title('带噪声叠加AM调制信号');xlabe

7、l('t');功率频谱密度f,Xf=FFT_SHIFT(t,s_am);%已调信号频谱fn,Xfn=FFT_SHIFT(t,s_am_n);%带噪声已调信号频谱PSD=(abs(Xf).2)/T;%调制信号功率密度函数PSDn=(abs(Xfn).2)/T;figure(2);subplot(211);plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title('AM信号功率谱');xlabel('f');subplot(212);plot(f,PSDn,'r');axis(-2*fc 2*f

8、c 0 1.5*max(PSD);title('带噪声AM信号功率谱');xlabel('f');AM相干解调id_amt=s_am_n.*cos(2*pi*fc*t);%本地相乘器id_amt=id_amt-mean(id_amt);f,AMf=FFT_SHIFT(t,id_amt);t,id_amt=RECT_LPF(f,AMf,BAM);%低通滤波figure(3);subplot(211);plot(t,id_amt);title('AM信号');xlabel('t');subplot(212);plot(t,ft/2,&

9、#39;r-');title('AM解调信号');xlabel('t');DSB调制s_dsb=ft.*cos(2*pi*fc*t);BDSB=2*fmax;noise=GaussNB(fc,BDSB,N0,t); %高斯窄带噪声figure(4);subplot(211);plot(t,s_dsb); %画出DSB信号波形hold on;plot(t,ft,'r-'); %标示DSB的包络title('无噪声叠加DSB信号');xlabel('t');s_dsb_n=s_dsb+noise; %噪声叠加s

10、ubplot(212);plot(t,s_dsb_n,'r-');title('带噪声叠加DSB信号');xlabel('t');功率频谱密度f,Xf=FFT_SHIFT(t,s_dsb); %已调信号频谱fn,Xfn=FFT_SHIFT(t,s_dsb_n); %带噪声已调信号频谱PSD=(abs(Xf).2)/T; %调制信号功率PSDn=(abs(Xfn).2)/T;figure(5);subplot(211);plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title('DSB信号功率谱

11、9;);xlabel('f');subplot(212);plot(f,PSDn,'r');axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title('带噪声DSB信号功率谱');xlabel('f');DSB相干解调id_dsbt=s_dsb_n.*cos(2*pi*fc*t); %本地相乘器id_dsbt=id_dsbt-mean(id_dsbt);f,DSBf=FFT_SHIFT(t,id_dsbt);t,id_dsbt=RECT_LPF(f,DSBf,BDSB); %低通滤波figure(6);subplo

12、t(211);plot(t,id_dsbt);title('DSB信号');xlabel('t');subplot(212);plot(t,ft/2,'r-');title('DSB解调信号');xlabel('t');SSB调制BSSB=fmax;s_ssb=real(hilbert(ft).*exp(j*2*pi*fc*t);noise=GaussNB(fc,BSSB/2,N0,t);figure(7);subplot(211);plot(t,s_ssb);title('SSB信号');xlab

13、el('t');s_ssb_n=s_ssb+noise;subplot(212);plot(t,s_ssb_n,'r-');title('带噪声SSB信号');xlabel('t');功率频谱密度f,Xf=FFT_SHIFT(t,s_ssb); %已调信号频谱fn,Xfn=FFT_SHIFT(t,s_ssb_n); %带噪声已调信号频谱PSD=(abs(Xf).2)/T; %调制信号功率密度函数PSDn=(abs(Xfn).2)/T;figure(8);subplot(211);plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*f

14、c 0 1.5*max(PSD);title('SSB信号功率谱');xlabel('f');subplot(212);plot(f,PSDn,'r');axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title('带噪声SSB信号功率谱');xlabel('f');SSB解调id_ssbt=s_ssb_n.*cos(2*pi*fc*t);id_ssbt=id_ssbt-mean(id_ssbt);f,SSBf=FFT_SHIFT(t,id_ssbt);t,id_mt=RECT_LPF(f,SSBf,

15、2*fmax);figure(9);subplot(211);plot(t,id_mt);title('SSB信号');xlabel('t');subplot(212);plot(t,ft/2,'r-');title('SSB解调信号');xlabel('t');VSB调制vsb=ft.*cos(2*pi*fc*t);BVSB=1.2*fmax;f,vsbf=FFT_SHIFT(t,vsb);t,s_vsb=vsbmd(f,vsbf,0.2*fmax,1.2*fmax,fc);noise=GaussNB(fc,BV

16、SB,N0,t);figure(10);subplot(211);plot(t,s_vsb);title('VSB信号');xlabel('t');s_vsb_n=s_vsb+noise;subplot(212);plot(t,s_vsb_n,'r-');title('带噪声的VSB信号');xlabel('t');功率频谱密度f,sf=FFT_SHIFT(t,s_vsb);PSD=(abs(sf).2)/T;figure(10);subplot(211);plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0

17、 1.5*max(PSD);title('VSB信号功率谱')xlabel(' f');subplot(212);f,sfn=FFT_SHIFT(t,s_vsb_n);PSDn=(abs(sfn).2)/T;plot(f,PSDn,'r');axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title('带噪声的VSB信号功率谱');xlabel(' f');VSB解调vsbd=s_vsb_n.*cos(2*pi*fc*t);vsbd=vsbd-mean(vsbd);f,VSBf=FFT_SHIFT(t

18、,vsbd);t,vsb_t=RECT_LPF(f,VSBf,2*fmax);figure(11);subplot(211);plot(t,vsb_t);title('VSB信号');xlabel('t');subplot(212);plot(t,-ft/2,'r-');title('VSB相干解调');xlabel('t');FM调制Kf=5;mti=1/2/pi/fmax*sin(2*pi*fmax*t); %ft的积分函数FMt=A*cos(2*pi*fc*t+2*pi*Kf*mti);figure(12);

19、subplot(211);plot(t,FMt);hold on;plot(t,ft,'r-');xlabel('t');ylabel('FM信号');subplot(212);f,sf=FFT_SHIFT(t,FMt);plot(f,abs(sf);axis(-25 25 0 3);xlabel('f');ylabel('调频信号幅度谱');FM解调（鉴频器）N=length(FMt);dFMt=zeros(1,N);for k=1:N-1 dFMt(k)=(FMt(k+1)-FMt(k)/dt;endenvlp

20、=A*2*pi*Kf*ft+A*2*pi*fc;figure(13);plot(t,dFMt);hold on;plot(t,envlp,'r-');xlabel('t');ylabel('调频信号微分后包络');函数BPFfunction t,out=BPF(f,Sf,fc,B)df=f(2)-f(1);N=length(f);NC=floor(N/2);Nfc=floor(fc/df);NB2=floor(B/df/2);bpfH=zeros(1,N);N1=NC-Nfc+-NB2:NB2,NC+Nfc+-NB2:NB2;bpfH(N1)=1

21、;Yf=bpfH.*Sf;t,out=IFFT_SHIFT(f,Yf);函数FFT_SHIFTfunction f,sf=FFT_SHIFT(t,st)%this function is FFT to calculate a signal's Fourier transformdt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(t);f=-N/2:N/2-1*df;sf=fft(st);sf=T/N*fftshift(sf);函数aussNBfunction out=GaussNB(fc,B,N0,t)dt=t(2)-t(1);Fmax=1/dt;N=length(t);p=N0*Fmax;rn=sqrt(p)*randn(1,N);f,rf=FFt_SHIFT(t,rn);t,out=BPF(f,rf,fc-B/2,fc+B/2);函数IFFT_SHIFTfunction t,st=IFFT_SHIFT(f,Sf)df=f(2)-f(1);fma