模拟信号和数字信号调制解调.docx

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模拟信号和数字信号调制解调

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

2021年7月15日

一、任务与要求

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.掌握AM,DSB,SSB三种调制方式的根本原理及解调过程。

2.掌握2ASK,2FSK,2PSK三种调制方式的根本原理及解调过程。

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构造，用matlab程序实现，仿真调制过程，记录并分析仿真结果。

4.对作出的波形和曲线进展分析和比较，讨论实际值和理论值的误差原因和改进方法。

二、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（

），那么由公式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；在频谱构造上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。

假设在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（DSB—SC），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1-1DSB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〕，它与承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，因此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1-3DSB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（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）cos

t

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）=Acos

t+

）

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，以下图为前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，此题中比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）和0（发“0〞时），方差同n（t）。

3）调制解调和判决过程

①ASK调制，参加高斯白噪声的波形：

②通过带通滤波器和相乘器的波形：

③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，以下图为前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，此题中比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）判决过程

①FSK调制，参加高斯白噪声的波形：

②通过带通滤波器和相乘器的波形：

③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，以下图为前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，此题中比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

①PSK调制，参加高斯白噪声的波形：

②通过带通滤波器和相乘器的波形：

③通过低通滤波器和抽样判决器的波形：

三、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;%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（[00.01-11]）;

subplot（312）;

plot（t,mt）;

title（'基带信号波形'）;

axis（[00.01-11]）;

subplot（313）;

plot（t,s_am）;

title（'AM信号波形'）;

axis（[00.01-33]）;

figure

（2）

subplot（211）;

plot（t,s_dsb）;

title（'DSB信号波形'）;

axis（[00.01-11]）;

subplot（212）;

plot（t,s_ssb）;

title（'SSB信号波形'）;

axis（[00.0001-11]）;

figure（3）

subplot（311）;

plot（t,s_am1）;

title（'AM解调信号波形'）;

axis（[00.01-11]）;

subplot（312）;

plot（t,s_dsb1）;

title（'DSB解调信号波形'）;

axis（[00.01-11]）;

subplot（313）;

plot（t,s_ssb1）;

title（'SSB解调信号波形'）;

axis（[00.01-11]）;

2.数字调制与解调：

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%ASK调制

st=[10110101001];%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

forn=1:

length（st）;

ifst（n）==0;

die=zeros（1,100）;

se=zeros（1,100）;

elsest（n）==1;

die=ones（1,100）;

se=ones（1,100）;

end

c=sin（f*t）;

cp=[cpdie];

mod=[modc];%mod中存储的是载波信号

bit=[bitse];

end

ask2=cp.*mod;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%ASK解调

asks=ask2.*mod;%ASK相干解调

[a,b]=butter（3,0.05）;

askf=filter（a,b,asks）;%ASK相干解调信号送入低通滤波器

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%抽样

forn=40:

100:

100*length（st）

ifaskf（n）>0.3;

se=ones（1,100）;

elseaskf（n）<0.3;

se=zeros（1,100）;

end

bit1=[bit1se];

End