湖北民族学院通信实验1.docx
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湖北民族学院通信实验1.docx
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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
①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
。
②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。
③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()M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,即可得到单边带信号。
图中,
()H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(ω)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(ω)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4
AM调制4
功率频谱密度5
AM相干解调6
DSB调制7
功率频谱密度8
DSB相干解调9
SSB调制10
功率频谱密度11
SSB解调12
VSB调制13
功率频谱密度14
VSB解调15
FM调制16
FM解调(鉴频器)17
函数BPF18
函数FFT_SHIFT18
函数GaussNB19
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).*cos(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
holdon;
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');
xlabel('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*fc2*fc01.5*max(PSD)]);
title('AM信号功率谱');
xlabel('f');
subplot(212);
plot(f,PSDn,'r');
axis([-2*fc2*fc01.5*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,'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
holdon;
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
subplot(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*fc2*fc01.5*max(PSD)]);
title('DSB信号功率谱');
xlabel('f');
subplot(212);
plot(f,PSDn,'r');
axis([-2*fc2*fc01.5*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);
subplot(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');
xlabel('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*fc2*fc01.5*max(PSD)]);
title('SSB信号功率谱');
xlabel('f');
subplot(212);
plot(f,PSDn,'r');
axis([-2*fc2*fc01.5*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,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,BVSB,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*fc2*fc01.5*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*fc2*fc01.5*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,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);
subplot(211);
plot(t,FMt);
holdon;
plot(t,ft,'r--');
xlabel('t');
ylabel('FM信号');
subplot(212);
[f,sf]=FFT_SHIFT(t,FMt);
plot(f,abs(sf));
axis([-252503]);
xlabel('f');
ylabel('调频信号幅度谱');
FM解调(鉴频器)
N=length(FMt);
dFMt=zeros(1,N);
fork=1:
N-1
dFMt(k)=(FMt(k+1)-FMt(k))/dt;
end
envlp=A*2*pi*Kf*ft+A*2*pi*fc;
figure(13);
plot(t,dFMt);
holdon;
plot(t,envlp,'r--');
xlabel('t');
ylabel('调频信号微分后包络');
函数BPF
function[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;
Yf=bpfH.*Sf;
[t,out]=IFFT_SHIFT(f,Yf);
函数FFT_SHIFT
function[f,sf]=FFT_SHIFT(t,st)
%thisfunctionisFFTtocalculateasignal'sFouriertransform
dt=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GaussNB
function[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_SHIFT
function[t,st]=IFFT_SHIFT(f,Sf)
df=f
(2)-f
(1);
fmax=(f(end)-f
(1)+df);
dt=1/fmax;
N=length(f);
t=[0:
N-1]*dt;
Sf=fftshift(Sf);
st=fmax*ifft(Sf);
st=real(st);
函数RECT_LPF
function[t,st]=RECT_LPF(f,Sf,B)
df=f
(2)-f
(1);
fN=length(f);
RectH=zeros(1,fN);
BN=floor(B/df);
BN_SHIFT=[-BN:
BN-1]+floor(fN/2);
RectH(BN_SHIFT)=1;
Yf=RectH.*Sf;
[t,st]=IFFT_SHIFT(f,Yf);
函数vsbmd
function[t,st]=vsbmd(f,sf,B1,B2,fc)
%thisfunctionisaresidualbandpassfilter
df=f
(2)-f
(1);
T=1/df;
hf=zeros(1,length(f));
bf1=[floor((fc-B1)/df):
floor((fc+B1)/df)];
bf2=[floor((fc+B1)/df)+1:
floor((fc+B2)/df)];
f1=bf1+floor(length(f)/2);
f2=bf2+floor(length(f)/2);
stepf=1/length(f1);
hf(f1)=0:
stepf:
1-stepf;
fh(f2)=1;
f3=-bf1+floor(length(f)/2);
f4=-bf2+floor(length(f)/2);
hf(f3)=0:
stepf:
1-stepf;
fh(f4)=1;
yf=hf.*sf;
[t,st]=IFFT_SHIFT(f,yf);
st=real(st);
(注:
可编辑下载,若有不当之处,请指正,谢谢!
)
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