模擬線性調(diào)制系統(tǒng)實驗報告

1、模擬線性調(diào)制系統(tǒng)實驗報告實驗項目名稱：模擬線性調(diào)制系統(tǒng)實驗一、實驗目的1. 研究模擬連續(xù)信號在（ AM、DSB、SSB、VSB、QAM ）幾種線性調(diào)制中的信號波形與頻譜，了解 調(diào)制信號是如何搬移到載波附近。2. 加深對模擬線性調(diào)制（ AM 、DSB、SSB、VSB、QAM ）的工作原理的理解。3. 了解產(chǎn)生調(diào)幅波（AM ）和抑制載波雙邊帶波（DSBSC）的調(diào)制方式，以及兩種波之間的關系。4. 了解用濾波法產(chǎn)生單邊帶SSB SC的信號的方式和上下邊帶信號的不同。5. 研究在相干解調(diào)中存在同步誤差（頻率誤差、相位誤差）對解調(diào)信號的影響從而了解使用同頻同相 的相干載波在相干解調(diào)中的重要性。6. 熟悉

2、正交調(diào)幅 QAM 傳輸系統(tǒng)的原理及作用。二、實驗內(nèi)容1 常規(guī)調(diào)幅（ AM ）Amplitude modulation and demodulation（ AM ） sim2抑制載波雙邊帶（DSBSC）調(diào)制與解調(diào)DSBSC modulation and demodulation sim3抑制載波單邊帶（SSB SC）調(diào)制與解調(diào)SSB modulation and demodulation sim4殘留邊帶（VSB）調(diào)制與解調(diào)5 正交幅度調(diào)制（ QAM ）與解調(diào)Quadure amplitude modulation and demodulation IQ三、實驗設施本實驗系統(tǒng)是采用Analog

3、Signal System應用最廣泛的PC機和Windows操作系統(tǒng)作為軟硬件平臺，使 用 MATLAB 軟件的 SIMULINK 的集成開發(fā)工具實現(xiàn)對 AM 、DSB、SSB、VSB 及 QAM 系統(tǒng)的調(diào)制 與解調(diào)的仿真。每個子系統(tǒng)都是由各個模塊組成，實驗時，可以在系統(tǒng)上進行參數(shù)的設置與更改。可對上述調(diào)制與解 調(diào)各種參數(shù)進行更為深入的研究。四、實驗原理模擬帶通傳輸系統(tǒng)， 是將基帶信號經(jīng)過線性調(diào)制后形成的已調(diào)波送入信道傳輸， 在接收端經(jīng)過反調(diào)制， 再從已調(diào)波中將基帶信號恢復出來。常用的線性調(diào)制包括調(diào)幅（AM ），雙邊帶調(diào)制（DSB），單邊帶調(diào)制（SSB），殘留邊帶調(diào)制（VSB），正交調(diào)幅（QA

4、M ）等五種方式。這些方式是通過基帶信號與單 一角頻率c的余弦載波相乘后再經(jīng)過適當濾波實現(xiàn)。在時域上，就是用基帶信號m （t）去控制載波f（t）的幅度參數(shù)，使其 m （t）的規(guī)律而變化；它的頻域解釋是把基帶信號的頻譜范圍搬遷到載波附 近的頻譜范圍上的搬移過程。在接收端，如果采用相干解調(diào)，在本地載波保持同步關系時，都能正確的解調(diào)。但是當本地載波存在 相位誤差或頻率誤差時，不同的調(diào)制方式受到的影響是不同的，當只有相位誤差時，SSB制式的輸出 不受影響， AM 和 DSB 制式的輸出幅度有所下降，而 QAM 制式則產(chǎn)生路間竄擾。在本地載波有頻率 誤差時，SSB制式的輸出使頻譜有所偏移，對于話音信號傳

5、輸而言，頻差在 20Hz以內(nèi)時，人耳可以 容忍；而對于其他制式，輸出會產(chǎn)生嚴重失真。本實驗利用平衡調(diào)制方式進行模擬連續(xù)波的調(diào)制與解調(diào)?？煞謩e組成AM、DSB、SSB、VSB、QAM五種調(diào)制方式的產(chǎn)生原理。1. 調(diào)幅(AM )信號調(diào)幅的原理是基帶信號m(t)去控制高頻載波的幅度，使已調(diào)信號 Sam(t)的包絡隨基本信號成正比例的 變化。設正弦載波： f (t) cos ct 調(diào)制信號： m(t) m0 m(t) 則已調(diào)制信號： SAM (t) m0 m(t)cos ct m0cos ct m(t)cos ct 其中：mo代表外加直流分量，m(t)代表基帶信號。SAM (t) 便是有載波分量的雙邊

6、帶調(diào)制信號。m0 cos ct 代表載波項。 m (t )cos ct 代表 DSB 項。調(diào)幅信號的包絡應與基帶信號成比例變化。顯然 AM 調(diào)制不產(chǎn)生過調(diào)制的條件是mo |m(t)|max，若這個條件不滿足，那么AM信號的包絡就與基帶信號 m(t)不同而產(chǎn)生過調(diào)失真。2. 雙邊帶(DSBSC)信號 常規(guī)調(diào)幅波含載波分量，而載波分量不攜帶任何有用信息，因而 AM 波調(diào)制的效率較低。如果我們抑制掉基帶信號的直流分量，得到的響應 Sdsb(t)便是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(DSB SC)，在常規(guī)線性調(diào)幅(AM )中，令mo 0，也就是將載波分量抑制掉，就可得到 DSBSC信號， SDSB (t )

7、 m(t)cos ct。3. 單邊帶(SSB SC)信號 雙邊帶調(diào)制信號頻譜中含有攜帶同一信息的上、下兩個邊帶。因此，我們只需傳送一個邊帶信號就可以達到信息傳輸?shù)哪康?，以?jié)省傳輸帶寬、提高信道利用率。這就是單邊帶調(diào)制(SSB SC)。產(chǎn)生SSB信號有移相法和濾波法。本實驗采用濾波法，即，將已產(chǎn)生的雙邊帶信號通過一個帶通濾波器， 根據(jù)該濾波器傳遞函數(shù)的不同，可分別得到下邊帶信號和上邊帶信號。SSB信號可表示為：ASssB(t) m(t)cos ct m (t)sin ct式中：mA(t)是m (t)的所有頻率成分移相/2的信號，稱為m(t)的希爾伯特信號。式中符號取“一”產(chǎn)生上邊帶，取“ +”產(chǎn)

8、生下邊帶。4. 殘留邊帶(Vdsb)信號SSB 信號與 AM 和 DSB 信號比較，具有帶寬窄的優(yōu)點，但工程上實現(xiàn)卻比較困難，為了克服這種困 難，提出了殘留邊帶調(diào)制方式。5. 正交幅度調(diào)制( QAM )信號用同一載頻但相位正交的兩個載波分別對兩路獨立的信號進行DSBSC 調(diào)制，兩個已調(diào)信號可以同時在同一信道的同一頻帶內(nèi)傳輸。到了接收端，分別用相位正交的載波進行同步解調(diào)。這種方法稱為 正交幅度調(diào)制，平均每路占用的帶寬與 SSB 方式相當。設同相濾波fc(t)為：fc(t) cos ct 正交載波為 f0(t) 為： fQ (t) sin ct 兩路獨立的信號分別為 m1(t) 和 m2(t) ，

9、分別進行 DSB 調(diào)制，得到S（t） mi（t）cos ctS2（t） m2 （t）cos ct相加后得到總信號 SQAM （t）為：Sqam （t） S（t） S2（t） m（t）cos ct m2（t）s in五、實驗操作在PC機上以windows操作系統(tǒng)作為軟件平臺，啟動 windows后，雙擊MATLAB圖標，進入界面菜 單，它是系統(tǒng)所實現(xiàn)的實驗功能選擇框圖。它的功能：選擇實驗類型，并給出該類型實驗的信息內(nèi)容，同時列出該類型中的實驗項目。在選擇了 具體實驗項目之后，可利用按鈕 Run來運行實驗。選擇Analog Signal System（模擬信號系統(tǒng)），就進入了實驗系統(tǒng)。在選擇要具體

10、實驗的項目之后按 Run 按鈕，進入AM仿真實驗窗口。（一）、常規(guī)幅度調(diào)制（AM ）圖略。AM仿真參數(shù)值框圖。表1 1 AM仿真參數(shù)名稱幅度（伏）頻率（Hz）波形相位調(diào)制信號f （t）1400正弦載波信號carrier132000正弦/2直流分量A2本地載波local carrier132000正弦/2低通濾波器butter06000按Simulation按鈕，再按start鈕，系統(tǒng)便開始進行仿真運行。 _十1. 從Scopel可觀察到已調(diào)制（AM ）波與調(diào)制f （t）波的對比圖形。觀察并記錄之。單擊 隊旳，便可激活對全波、x軸、y軸的放大，鼠標左鍵放大，右鍵還原。由Scope2可觀察到解調(diào)波

11、形與調(diào)波形的對比波形，觀察并記錄之。2. 由FFTScope1、FFTScope2可分別觀察到調(diào)制信號、已調(diào)信號的頻譜，觀測并記錄。3. 調(diào)整直流分量（雙擊直流分量圖標，將原值A=2，改為A=0.5，按Apply按鈕），其他參數(shù)不變。（觀 測后請返回原值）表1 2按鈕功能按鈕功能Apply將當時的參數(shù)值體現(xiàn)即將開始的仿真過程中Revert參數(shù)值返回到改變前時刻的值再觀測Scope1，將波形記錄下來。調(diào)節(jié)本地載波的頻率或相位（雙擊本地載波圖標，將原值頻率或相位進行改動）使其相位為/6，或頻率為32020。步驟同上。再從Scope2上觀測解調(diào)結(jié)果，并記錄。（二）、抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB SC）

12、關閉上述仿真實驗窗口，選擇DSB SC modulation and demodulationsim按 Run按鈕，進入DSB仿真 實驗窗口。圖略。表1 3 DSB仿真框圖參數(shù)值名稱幅度（伏）頻率（Hz）波形相位調(diào)制信號Source4400正弦載波信號carrier116000正弦/2本地載波carrier2116000正弦/2低通濾波器 butter06000仿真步驟同上1. 從Scopel可獲得抑制載波雙邊帶調(diào)幅波形與載波波形的對比，在時間范圍0.0015 0.00135s內(nèi)放大Scopel,在0.00125s處可觀看到翻現(xiàn)象。2. 從FFT Scope1 FFT Scope2可分別觀測到

13、調(diào)制信號，已調(diào)制信號的頻譜。3. 從Scpoe2可觀測到解調(diào)波形與調(diào)制波形的對比情況；（DSB未經(jīng)過高斯信道）FFT Scope3可觀測 到解調(diào)信號的頻譜。觀測上述波形與頻譜并記錄。4. 從Scope2觀測DSB經(jīng)過高斯信道后調(diào)制與解調(diào)波形的對比。5. 調(diào)整本地載波信號的相位，使其為 /6，其他不變，（步驟同上）。從Scope2觀測解調(diào)波形的幅度 變化。6. 調(diào)整本地載波的頻率，20Hz,其它不變，從Scope2觀測解調(diào)波形。（三）、單邊帶調(diào)制（SSB）關閉上述仿真實驗窗口返回到界面菜單。選擇 SSB modulation and demodulation sim按 Run按鈕，進入 SSB仿

14、真窗口。圖略。表1 4 DSB仿真框圖參數(shù)值名稱幅度（伏）頻率（Hz）波形相位調(diào)制信號Source14000正弦載波信號carrier1232000正弦/2本地載波carrier2232000正弦/2上邊帶濾波器BPF U3300040000上邊帶濾波器BPF L2400031000低通濾波器butter015000實驗步驟同上1. 從Scope1可獲得上下邊帶波形與載波波形的對比。2. 從FFT Scope1 FFT Scope2可分別觀測到調(diào)制信號、單邊帶信號的頻譜。3. 從Scpoe2可觀測到解調(diào)波形與調(diào)制波形的對比圖形。從Scope3可觀察到下邊帶解調(diào)波形與調(diào)制波形的對比圖形。4. 調(diào)

15、整本地載波頻率1000Hz，其它不變，從Scope2觀測解調(diào)信號的頻偏。5. 調(diào)整本地載波的相位，使其偏移/6，其他不變，從Scope2 Scope3觀測解調(diào)信號的附加相移（四）、殘留邊帶調(diào)制（VSB ）關閉SSB仿真實驗窗口，從界面菜單中選擇 VSB modulation and demodulation sim按Run按鈕進入 VSB仿真窗口。圖略名稱幅度（伏）頻率（Hz）波形相位調(diào)制信號Source14000正弦載波信號carrier232000正弦/2本地載波Local carrier232000正弦/2低通濾波器LPF1034000低通濾波器LPF20200001. 從FFT Scopel觀測雙邊帶信號的頻譜，從 FFT Scope2觀測VSB調(diào)制波形的頻譜。從FFT Scope3 觀測未經(jīng)低通濾波器濾波的解調(diào)信號頻。2. 從Scope1觀測VSB的波形，從Scope2觀測調(diào)制信號與解調(diào)信號的對比波形。觀測上述波形與頻 譜并記錄。（五）、正交幅調(diào)制（QAM）關閉 VSB 仿真實驗窗口，進入界面菜單，選擇 Quadure amplitude modulation and demodulati