模拟信号和数字信号调制解调.docx

1、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

2、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

3、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(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检波。相干解

4、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1-3 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(t)t)=m(t)+m

5、(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

6、，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位为0，当基带信号为1时相对于初

7、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，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

8、调和判决过程ASK调制，参加高斯白噪声的波形：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，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FSK调制，参加高斯白噪声的波形：通过带通

9、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，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PSK调制，参加高斯白噪声的波形：通过带通滤波器和相乘器的波形：通过低通滤波器

10、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

11、); 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);title(AM信号波形);axis(0 0.01 -3 3); figure(2)subplot(211

12、);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);title(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 0.0

13、1 -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; % 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for n=40:100:100*length(st) if askf(n)0.3; se=ones(1,100); else askf(n)0.3; se=zeros(1,100); end bit1=bit1 se;End