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
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