電子科技大學(xué) 通信原理 實(shí)驗(yàn)一 模擬線性調(diào)制

1、電子科技大學(xué)通信學(xué)院模擬線性調(diào)制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 班 級(jí) 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 教 師 模擬線性調(diào)制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 研究模擬連續(xù)信號(hào)在（AM、DSB、SSB、VSB、QAM）幾種線性調(diào)制中的信號(hào)波形與頻譜，了解調(diào)制信號(hào)是如何搬移到載波附近。2. 加深對(duì)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(guān)系。4. 了解用濾波法產(chǎn)生單邊帶SSBSC的信號(hào)的方式和上下邊帶信號(hào)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(duì)解調(diào)信號(hào)的影響從而了解使用同頻同相的相干載波在相干解調(diào)

2、中的重要性。6. 熟悉正交調(diào)幅QAM傳輸系統(tǒng)的原理及作用。二、實(shí)驗(yàn)原理模擬帶通傳輸系統(tǒng)，是將基帶信號(hào)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?gòu)囊颜{(diào)波中將基帶信號(hào)恢復(fù)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（QAM）等五種方式。這些方式是通過基帶信號(hào)與單一角頻率的余弦載波相乘后再經(jīng)過適當(dāng)濾波實(shí)現(xiàn)。在時(shí)域上，就是用基帶信號(hào)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(hào)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(guān)

3、系時(shí)，都能正確的解調(diào)。但是當(dāng)本地載波存在相位誤差或頻率誤差時(shí)，不同的調(diào)制方式受到的影響是不同的，當(dāng)只有相位誤差時(shí)，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(shí)，SSB制式的輸出使頻譜有所偏移，對(duì)于話音信號(hào)傳輸而言，頻差在20Hz以內(nèi)時(shí)，人耳可以容忍；而對(duì)于其他制式，輸出會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重失真。本實(shí)驗(yàn)利用平衡調(diào)制方式進(jìn)行模擬連續(xù)波的調(diào)制與解調(diào)。可分別組成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(hào)調(diào)幅的原理是基帶信號(hào)去控制高頻載波的幅度，使已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)隨基本信號(hào)成正比例的變化。設(shè)正弦載波：調(diào)制信號(hào)

4、：則已調(diào)制信號(hào)：其中：m0代表外加直流分量， 代表基帶信號(hào)。便是有載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)。代表載波項(xiàng)。代表DSB項(xiàng)。調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)應(yīng)與基帶信號(hào)成比例變化。顯然AM調(diào)制不產(chǎn)生過調(diào)制的條件是，若這個(gè)條件不滿足，那么AM信號(hào)的包絡(luò)就與基帶信號(hào)不同而產(chǎn)生過調(diào)失真。2. 雙邊帶（DSBSC）信號(hào)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(hào)的直流分量，得到的響應(yīng)SDSB（t）便是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)（DSBSC），在常規(guī)線性調(diào)幅（AM）中，令，也就是將載波分量抑制掉，就可得到DSBSC信號(hào)，。3. 單邊帶（SSBSC）信號(hào)雙邊帶調(diào)制信號(hào)頻譜中

5、含有攜帶同一信息的上、下兩個(gè)邊帶。因此，我們只需傳送一個(gè)邊帶信號(hào)就可以達(dá)到信息傳輸?shù)哪康模怨?jié)省傳輸帶寬、提高信道利用率。這就是單邊帶調(diào)制（SSBSC）。產(chǎn)生SSB信號(hào)有移相法和濾波法。本實(shí)驗(yàn)采用濾波法，即，將已產(chǎn)生的雙邊帶信號(hào)通過一個(gè)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(hào)和上邊帶信號(hào)。SSB信號(hào)可表示為：式中：是m（t）的所有頻率成分移相的信號(hào)，稱為的希爾伯特信號(hào)。式中符號(hào)取“”產(chǎn)生上邊帶，取“+”產(chǎn)生下邊帶。4. 殘留邊帶（VDSB）信號(hào)SSB信號(hào)與AM和DSB信號(hào)比較，具有帶寬窄的優(yōu)點(diǎn)，但工程上實(shí)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

6、調(diào)制（QAM）信號(hào)用同一載頻但相位正交的兩個(gè)載波分別對(duì)兩路獨(dú)立的信號(hào)進(jìn)行DSBSC調(diào)制，兩個(gè)已調(diào)信號(hào)可以同時(shí)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(jìn)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(dāng)。設(shè)同相濾波為：正交載波為為：兩路獨(dú)立的信號(hào)分別為，分別進(jìn)行DSB調(diào)制，得到相加后得到總信號(hào)為：三、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是采用Analog Signal System應(yīng)用最廣泛的PC機(jī)和Windows操作系統(tǒng)作為軟硬件平臺(tái)，使用MATLAB軟件的SIMULINK的集成開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)對(duì)AM、DSB、SSB、VSB及QAM系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)的仿真。每個(gè)子系統(tǒng)都

7、是由各個(gè)模塊組成，實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以在系統(tǒng)上進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置與更改?？蓪?duì)上述調(diào)制與解調(diào)各種參數(shù)進(jìn)行更為深入的研究。四、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能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（SSBSC）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 demodulati

8、on IQ五、實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容在PC機(jī)上以windows操作系統(tǒng)作為軟件平臺(tái)，啟動(dòng)windows后，雙擊MATLAB圖標(biāo)，進(jìn)入界面菜單，它是系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)功能選擇框圖。 圖11系統(tǒng)菜單它的功能：選擇實(shí)驗(yàn)類型，并給出該類型實(shí)驗(yàn)的信息內(nèi)容，同時(shí)列出該類型中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在選擇了具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后，可利用按鈕Run來運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。選擇Analog Signal System（模擬信號(hào)系統(tǒng)），就進(jìn)入了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在選擇要具體實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目之后按Run按鈕，進(jìn)入AM仿真實(shí)驗(yàn)窗口。（一）、常規(guī)幅度調(diào)制（AM）圖略。AM仿真參數(shù)值框圖。表11 AM仿真參數(shù)名稱幅度（伏）頻率（Hz）波形相位調(diào)制信號(hào)f（t）1400正弦載波

9、信號(hào)carrier132000正弦直流分量A2本地載波local carrier132000正弦低通濾波器butter06000按Simulation按鈕，再按start鈕，系統(tǒng)便開始進(jìn)行仿真運(yùn)行。1. 從Scopel可觀察到已調(diào)制（AM）波與調(diào)制f（t）波的對(duì)比圖形。觀察并記錄之。單擊，便可激活對(duì)全波、x軸、y軸的放大，鼠標(biāo)左鍵放大，右鍵還原。由Scope2可觀察到解調(diào)波形與調(diào)波形的對(duì)比波形，觀察并記錄之。2. 由FFTScope1、FFTScope2可分別觀察到調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的頻譜，觀測(cè)并記錄。3. 調(diào)整直流分量（雙擊直流分量圖標(biāo)，將原值A(chǔ)=2，改為A=0.5，按Apply按鈕），其他

10、參數(shù)不變。（觀測(cè)后請(qǐng)返回原值）表12按鈕功能按鈕功 能Apply將當(dāng)時(shí)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(shí)刻的值再觀測(cè)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(biāo)，將原值頻率或相位進(jìn)行改動(dòng)）使其相位為/6，或頻率為32020。步驟同上。再?gòu)腟cope2上觀測(cè)解調(diào)結(jié)果，并記錄。已調(diào)制（AM）波與調(diào)制f（t）波的對(duì)比圖形 解調(diào)波形與調(diào)波形的對(duì)比波形 調(diào)制信號(hào)的頻譜 已調(diào)信號(hào)的頻譜 直流分量A=0.5時(shí)的已調(diào)波形的圖像 本地載波相位為/6時(shí)的解調(diào)波形與調(diào)波形的對(duì)比波形（二）、抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSBSC）關(guān)閉上述仿真實(shí)驗(yàn)窗口，選擇DSBSC

11、modulation and demodulationsim按Run按鈕，進(jìn)入DSB仿真實(shí)驗(yàn)窗口。圖略。表13 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(hào)Source4400正弦載波信號(hào)carrier116000正弦本地載波carrier2116000正弦低通濾波器butter06000仿真步驟同上1. 從Scope1可獲得抑制載波雙邊帶調(diào)幅波形與載波波形的對(duì)比，在時(shí)間范圍0.00150.00135s內(nèi)放大Scope1，在0.00125s處可觀看到翻現(xiàn)象。2. 從FFT Scope1、FFT Scope2可分別觀測(cè)到調(diào)制信號(hào)，已調(diào)制信號(hào)的頻譜。 3. 從Scpoe2可觀測(cè)到

12、解調(diào)波形與調(diào)制波形的對(duì)比情況；（DSB未經(jīng)過高斯信道）FFT Scope3可觀測(cè)到解調(diào)信號(hào)的頻譜。觀測(cè)上述波形與頻譜并記錄。4. 從Scope2觀測(cè)DSB經(jīng)過高斯信道后調(diào)制與解調(diào)波形的對(duì)比。5. 調(diào)整本地載波信號(hào)的相位，使其為，其他不變，（步驟同上）。從Scope2觀測(cè)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(cè)解調(diào)波形。（三）、單邊帶調(diào)制（SSB）關(guān)閉上述仿真實(shí)驗(yàn)窗口返回到界面菜單。選擇SSB modulation and demodulation sim按Run按鈕，進(jìn)入SSB仿真窗口。圖略。表14 DSB仿真框圖參數(shù)值名稱幅度（伏）頻率（Hz）波形

13、相位調(diào)制信號(hào)Source14000正弦載波信號(hào)carrier1232000正弦本地載波carrier2232000正弦上邊帶濾波器BPFU3300040000上邊帶濾波器BPFL2400031000低通濾波器butter015000實(shí)驗(yàn)步驟同上1. 從Scope1可獲得上下邊帶波形與載波波形的對(duì)比。 2. 從FFT Scope1、FFT Scope2可分別觀測(cè)到調(diào)制信號(hào)、單邊帶信號(hào)的頻譜。 3. 從Scpoe2可觀測(cè)到解調(diào)波形與調(diào)制波形的對(duì)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(duì)比圖形。4. 調(diào)整本地載波頻率1000Hz，其它不變，從Scope2觀測(cè)解調(diào)信號(hào)的頻偏。5. 調(diào)整

14、本地載波的相位，使其偏移，其他不變，從Scope2、Scope3觀測(cè)解調(diào)信號(hào)的附加相移。（四）、殘留邊帶調(diào)制（VSB）關(guān)閉SSB仿真實(shí)驗(yàn)窗口，從界面菜單中選擇VSB modulation and demodulation sim按Run按鈕進(jìn)入VSB仿真窗口。圖略表15VSB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(hào)Source14000正弦載波信號(hào)carrier232000正弦本地載波Local carrier232000正弦低通濾波器LPF1034000低通濾波器LPF20200001. 從FFT Scope1觀測(cè)雙邊帶信號(hào)的頻譜，從FFT Scope2觀測(cè)VSB調(diào)制波形的頻譜。從FFT Scope3觀測(cè)未經(jīng)低通濾波器濾波的解調(diào)信號(hào)頻。 2. 從Scope1觀測(cè)VSB的波形，從Scope2觀測(cè)調(diào)制信號(hào)與解調(diào)信