模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)調(diào)制解調(diào)

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：學(xué)號(hào):XXXXXX2011年7月15日、任務(wù)與要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)1. 模擬調(diào)制與解調(diào)用matlab實(shí)現(xiàn)AM、DSB、SSB調(diào)制與解調(diào)過(guò)程。2. 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)用matlab實(shí)現(xiàn)2ASK、2FSK、2PSK調(diào)制與解調(diào)過(guò)程。1.2設(shè)計(jì)要求1. 掌握AM, DSB, SSB 三種調(diào)制方式的基本原理及解調(diào)過(guò)程。2. 掌握2ASK, 2FSK, 2PSK 三種調(diào)制方式的基本原理及解調(diào)過(guò)程。3. 學(xué)習(xí)MATLAB軟件，掌握 MATLAB各種函數(shù)的使用，能將調(diào)制解調(diào)過(guò)程根據(jù)調(diào)制 解調(diào)過(guò)程的框圖結(jié)構(gòu)，用 matlab程序?qū)崿F(xiàn)，仿真調(diào)制過(guò)程，記錄并分析仿真結(jié)

2、果。4. 對(duì)作出的波形和曲線進(jìn)行分析和比較，討論實(shí)際值和理論值的誤差原因和改進(jìn)方法。二、設(shè)計(jì)原理(1)模擬調(diào)制與解調(diào)DSB調(diào)制屬于幅度調(diào)制。幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅， 使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化的過(guò)程。設(shè)正弦型載波c(t)=Acos(wc*t),式中：A為載波幅度，wc為載波角頻率。根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號(hào)(已調(diào)信號(hào))一般可表示為：f(t)=Am(t)cos(t)(公式1-1),其中，m(t)為基帶調(diào)制信號(hào)。設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)的頻譜為M()，則由公式1-1不難得到已調(diào)信號(hào)(t)的頻譜。 在波形上，幅度已調(diào)信號(hào)隨基帶信號(hào)的規(guī)律呈正比地變化； 在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的 頻譜完全是基帶信

3、號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移。如果在AM調(diào)制模型中將直流去掉，即可得到一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式一 抑制載波雙邊帶信號(hào)(DSBSC)，簡(jiǎn)稱雙邊帶信號(hào)。其時(shí)域表達(dá)式為f(t)=m(t)cos(t)式中，假設(shè)的平均值為0。DSB的頻譜與AM的譜相近，只是沒(méi)有了在處的' 函數(shù)，即 f( )=M(w_wc)+M(w+wc)其典型波形和頻譜如圖1-1所示:-c0 c I S3SbC',)0c圖1-1 dsb調(diào)制典型波形和頻譜與AM信號(hào)比較，因?yàn)椴淮嬖谳d波分量，DSB信號(hào)的調(diào)制效率是100 :，即 全部效率都用于信息傳輸。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，其作用是從接收的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)(即調(diào)制信號(hào))

4、。解調(diào)的方法可分為兩類：相干解調(diào)和非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波) 。相干解調(diào)，也稱同步檢波，為了無(wú)失真地恢復(fù)原基帶信號(hào)， 接收端必須提供 一個(gè)與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步(同頻同相)的本地載波(稱為相干載波)，它與接受的已調(diào)信號(hào)相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào) 制信號(hào)。包絡(luò)檢波器就是直接從已調(diào)波的幅度中提取原調(diào)制信號(hào)，通常由半波或全波 整流器和低通濾波器組成。由于DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡(jiǎn)單 的包絡(luò)檢波來(lái)恢復(fù)調(diào)制信號(hào)。DSB信號(hào)解調(diào)時(shí)需采用相干解調(diào)。DSB相干解調(diào)性能分析模型如圖1-3所示：圖1-3 DSB相干解調(diào)性能分析模型設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為(t)

5、= m(t)cos(t)，與相干載波cos(t)相乘后，得 m(t)t)=m(t)+m(t)cos(t),經(jīng)低通濾波器后，輸出信號(hào)為：m(t)。DSBM制系統(tǒng)的調(diào)制制度增益為 G=2,也就是說(shuō)，DSB信號(hào)的解調(diào)器使信噪 比改善一倍。（2）數(shù)字調(diào)制與解調(diào)2ASK :振幅鍵控是利用載波的幅度變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。2ASK中載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息“0”或“1”。2ASK信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有兩種： 模擬調(diào)制和鍵控法。 模擬調(diào)制法ASK相當(dāng)于模擬信號(hào)中的調(diào)幅， 只不過(guò) 與載頻信號(hào)相乘的是二進(jìn)制數(shù)碼； 鍵控法由于調(diào)制信號(hào)只有 0或1兩個(gè)電平，相乘的結(jié)果相

6、當(dāng)于將載頻或者關(guān)斷， 或者接通，它的實(shí)際意義是當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)為“ 1”時(shí)， 傳輸載波； 當(dāng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)為“ 0”時(shí)，不傳輸載波。解調(diào)有相干解調(diào)和非相干解調(diào)。2ASK信號(hào)的一般表達(dá)式為錯(cuò)誤！未找到引用源。（t）=s（t）cos錯(cuò)誤！未找到引用源。t其中s（t）為0、1比特序列，即基帶信號(hào)。2FSK:一個(gè)FSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載波的 2ASK信號(hào)的疊加。其調(diào)制和解調(diào)方法和ASK差不多。由調(diào)頻法產(chǎn)生的 2FSK信號(hào)在相鄰碼元之間的相位是連續(xù)變化的，而鍵控法 產(chǎn)生的信號(hào)，由電子開關(guān)在兩個(gè)獨(dú)立頻率之間轉(zhuǎn)換形成，故相鄰碼元間相位不一定連續(xù)。這里的抽樣判決時(shí)直接比較兩路信號(hào)抽樣值的大小，可以不專門

7、設(shè)置門限。2FSK信號(hào)的一般表達(dá)式為_加0£（時(shí)+嘰）發(fā)送T時(shí)Q LAcos（o）2t+ 0n）發(fā)送 0 時(shí)2PSK:2PSK以載波的相位變化作為參考基準(zhǔn)的，當(dāng)基帶信號(hào)為0時(shí)相位相對(duì)于初始相位為 0,當(dāng)基帶信號(hào)為1時(shí)相對(duì)于初始相位為 180°。解調(diào)只能用相干解調(diào)法，原因在下文解釋。2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 錯(cuò)誤！未找到引用源。（t）=Acos錯(cuò)誤！未找到引用 源。t+錯(cuò)誤！未找到引用源。） 其中，錯(cuò)誤！未找到引用源。 表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位： 錯(cuò)誤！未找到引用源。=錯(cuò)誤！未找到引用源。即錯(cuò)誤！未找到引用源。2ASK相干解調(diào)：1）將隨機(jī)的二進(jìn)制比特序列 0、1用2ASK調(diào)

8、制到較高載頻上，下圖為前 8個(gè)比特所對(duì)應(yīng) 的時(shí)域波形：強(qiáng)肆nr塑0-11Mfsolre0.1020304(吋間ASK信號(hào)適形w0.1020 30 J時(shí)聞2）寫出通過(guò)高斯白噪聲信道后的解調(diào)框圖，并給出判決前的觀測(cè)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式: a）通過(guò)高斯白噪聲信道后的相干解調(diào)器的框圖：b）判決前的觀測(cè)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式:1"+%發(fā)送片時(shí)發(fā)送®時(shí)其中，a為信號(hào)成分，為通過(guò)濾波器后的信號(hào)幅度，本題中比1略小，n是高斯白噪聲。x（t）也是一個(gè)高斯隨機(jī)過(guò)程，均值分別為a（發(fā)“ 1”時(shí)）和0（發(fā)“0”時(shí)），方差同n （t）。3）調(diào)制解調(diào)和判決過(guò)程 ASK調(diào)制，加入高斯白噪聲的波形:趙薯Dlre00 1

9、020304050 60.703時(shí)間ASK信號(hào)濱形w0.20 30.40.50 6070 820軀竄din一0 1時(shí)間加入信噪比SNRdb的高斷白噪聲通過(guò)帶通濾波器和相乘器的波形:通過(guò)帝通濾浪器的波形岀001020 30 40 506070.8時(shí)閭 通過(guò)相乘器的液形衍00 10.20 30.40.50 60.7 0S時(shí)間 通過(guò)低通濾波器和抽樣判決器的波形：050100150200250300350400頻家通過(guò)低通濾波器的波形y4IIR低通濾滅器幅頻響應(yīng)10.5通過(guò)抽樣判決器相干解調(diào)后的結(jié)果: ： ：1:I|IIII0.5rrr-；IIIIIIIIIIIII題IDEunr®00卜fi

10、十i十00.10.20.30.40.50 60.70 3時(shí)間2FSK相干解調(diào)：1）將隨機(jī)的二進(jìn)制比特序列 0、1用2FSK調(diào)制到較高載頻上，下圖為前 8個(gè)比特所對(duì)應(yīng) 的時(shí)域波形：基帯信號(hào)激序YD時(shí)間世呼Dlr擔(dān)kos(»2(低通濾波器1 111I1D 50D.10.20 3D.40.6060.70.3時(shí)間2) 寫出通過(guò)高斯白噪聲信道后的解調(diào)框圖，并給出判決前的觀測(cè)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式: a)通過(guò)高斯白噪聲信道后的相干解調(diào)器的框圖:帶通低通濾波器>(? 1濾波器抽樣脈沖抽樣利決零基帯信號(hào)激序Y基帯信號(hào)激序Yb)判決前的觀測(cè)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式:<7 +滄發(fā)送即時(shí) 心發(fā)送"(T

11、時(shí)血發(fā)送T時(shí) 帖十珥2()發(fā)送時(shí)基帯信號(hào)激序Y基帯信號(hào)激序Y其中，a為信號(hào)成分，為通過(guò)濾波器后的信號(hào)幅度，本題中比1略小，近似為1。nc1(t)和nc2(t)均為低通型高斯噪聲，其均值為0,方差相等，為輸入噪聲nc(t)的方差。3) 判決過(guò)程FSK調(diào)制，加入高斯白噪聲的波形:基帯信號(hào)激序Y基帯信號(hào)激序Y0 10 2(J.30 4D.&0 G 0 1( S時(shí)間askIB號(hào)曲的呂鏗曙QIT四030.40.50(時(shí)I司如入信嗥比SMRdb的高斯曰嗥聲66O.寸R20鶴sfllr匹通過(guò)帶通濾波器和相乘器的波形:通過(guò)芾通遙:®器的1曲缶液刑W0 10.20.30 40 50 60.70

12、 8時(shí)間通過(guò)芾適泯液巻的勿DH上通羽記住罟掛算01 Q2 030405060700時(shí)間lOOHzmjM過(guò)相義器的液形護(hù)3呃出信言通過(guò)相秦曙的液羽陽(yáng)通過(guò)低通濾波器和抽樣判決器的波形:1DQH信號(hào)適過(guò)低通濾波器的淋形21IIIIIII'00.10 203040 5060706時(shí)間3 OOH?信號(hào)誦過(guò)低.通泯波器的淋聽y71 11-1 11U''_ 1/1i'iiiRI-1iiiIiiaiihia1 1111 10.10.2030 4 OS 0.60.7 OG時(shí)間通過(guò)抽禪判尿器1.相干解調(diào)后的結(jié)果2PSK相干解調(diào)：1）將隨機(jī)的二進(jìn)制比特序列 0、1用2ASK調(diào)制到較高

13、載頻上，下圖為前 8個(gè)比特所對(duì)應(yīng) 的時(shí)域波形：基帶信號(hào)濫形¥曲聲nlrin00.1 C 20.30.40 50.60.70 S時(shí)間PSK信號(hào)波形500.1 C 20.30.40 &0.60.70 S時(shí)間O2）寫出通過(guò)高斯白噪聲信道后的解調(diào)框圖，并給出判決前的觀測(cè)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式: a）通過(guò)高斯白噪聲信道后的相干解調(diào)器的框圖：COSG>3定時(shí)脈沖b）判決前的觀測(cè)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式：八0 +坯發(fā)送T時(shí)工（/）= < 1"十岷（0發(fā)送妙時(shí)其中，a為信號(hào)成分，為通過(guò)濾波器后的信號(hào)幅度，本題中比1略小，近似1，n是高斯白噪聲。x（t）也是一個(gè)高斯隨機(jī)過(guò)程，均值分別為a（

14、發(fā)“1”時(shí)）和-a（發(fā)“0”時(shí)），方差同n （t）。3）判決過(guò)程PSK調(diào)制，加入高斯白噪聲的波形：00.10 20.30.40.50.60.70.S時(shí)間卩占K信號(hào)波形5基帯信號(hào)波刑y題專olr妲Q 4 吋間趣空nlr処-鰹聲nlr擔(dān)0 2D.30.40.506時(shí)間加入.13境比SNRdb的高斯白惟聲 通過(guò)帶通濾波器和相乘器的波形:I1R芾通遮浹器幅頡響應(yīng)5010016D200250 3C1D 3504001.5O逋過(guò)帶通濾液器的液形y2適過(guò)相乘器的波聚陽(yáng)時(shí)間通過(guò)低通濾波器和抽樣判決器的波形:服低通謔鍛器幅頻響應(yīng)400越嬖DlrJ'ln200250300頻率通過(guò)低通濾波器的波形陰通過(guò)抽徉

15、判決器（相干解調(diào)后的結(jié)果二、部分matlab程序:1.模擬調(diào)制與解調(diào)fs=2000000;%采樣頻率dt=1/fs;t=O:dt:1;fm=2000;B=fm;fc=1OOOOOO;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_am仁s_am.*mc;%AM言號(hào)相干解調(diào)f,cam=T2F(t,s_am1);t,s_am1=LPF(f,cam,B);s_dsb仁s_dsb.*mc;%AM言號(hào)相干解調(diào)f,cdsb=T2F(t,s_dsb1);t,s_d

16、sb1=LPF(f,cdsb,B);s_ssb仁s_ssb.*mc;%AM言號(hào)相干解調(diào)f,cssb=T2F(t,s_ssb1);t,s ssb1=LPF(f,cssb,B);figure(1)subplot(311);plot(t,mc);title('載波信號(hào)波形);axis(O 0.01-1 1);subplot(312);plot(t,mt);title('基帶信號(hào)波形);axis(0 0.01 -1 1);subplot(313);plot(t,s_am);title( 'AM信號(hào)波形)； axis(0 0.01 -3 3);figure(2)subplot(2

17、11); plot(t,s_dsb); title( 'DSB 信號(hào)波形); axis(0 0.01 -1 1);subplot(212); plot(t,s_ssb); title( 'SSB 信號(hào)波形); axis(0 0.0001 -1 1);figure(3)subplot(311);plot(t,s_am1);title( 'AM解調(diào)信號(hào)波形)； axis(0 0.01 -1 1);subplot(312);plot(t,s_dsb1);title( 'DSB解調(diào)信號(hào)波形);axis(0 0.01 -1 1);subplot(313);plot(t,s

18、_ssb1);title( 'SSB解調(diào)信號(hào)波形); axis(0 0.01 -1 1);2.數(shù)字調(diào)制與解調(diào)：%M% ASK%原始輸入序列信st=1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1;號(hào)%載波頻率f=200;t=0:2*pi/99:2*pi;%存儲(chǔ)器cp :存儲(chǔ)原始 ，與原始信號(hào)相乘完成調(diào)制cp=;mod=;bit=;bit1=;儲(chǔ)原始的信號(hào)，之后與載波相乘完成調(diào)制；mod:存儲(chǔ)載波信號(hào)for n=1:le ngth(st);if st(n)=0;die=zeros(1,100);se=zeros(1,100);else st(n)=1;die=o nes(1,100);se=o nes(1,100);endc=s in (f*