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

2011年7月15日

一、任务与要求

1.1设计任务

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。

1.2设计要求

1. 掌握AM, DSB, SSB 三种调制方式的基本原理及解调过程。

2. 掌握2ASK, 2FSK, 2PSK 三种调制方式的基本原理及解调过程。

3. 学习MATLAB软件，掌握MA TLAB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结构，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行分析和比较，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()，则由公式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；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。

如果在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1-1 DSB 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），它与接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，因而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1-3 DSB 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。

带通滤波器s m (t )s m (t )n (t )

n i (t )m o (t )n o (t )

低通

滤波器cos ωc t ＋

cos ω0t O t

t

O m (t )s DSB (t )

O

t O －ωc

ωc

ω

M (ω)

O

ω

ωH

－ωH

S DSB (ω)

O

－ωc

ωc

ω

载波反相点

2ωH

（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

错误！未找到引用源。(t)=s(t)cos错误！未找到引用源。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错误！未找到引用源。(t)=Acos错误！未找到引用源。t+错误！未找到引用源。)

其中，错误！未找到引用源。表示第n个符号的绝对相位：

错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。

即错误！未找到引用源。

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，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，本题中比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，加入高斯白噪声的波形：

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，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，本题中比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，加入高斯白噪声的波形：

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，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，本题中比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，加入高斯白噪声的波形：

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([0 0.01 -1 1]);

subplot(312);

plot(t,mt);

title('基带信号波形');

axis([0 0.01 -1 1]);

subplot(313);

plot(t,s_am);

title('AM信号波形');

axis([0 0.01 -3 3]);

figure(2)

subplot(211);

plot(t,s_dsb);

title('DSB信号波形');

axis([0 0.01 -1 1]);

subplot(212);

plot(t,s_ssb);

title('SSB信号波形');

axis([0 0.0001 -1 1]);

figure(3)

subplot(311);

plot(t,s_am1);

title('AM解调信号波形');

axis([0 0.01 -1 1]);

subplot(312);

plot(t,s_dsb1);

title('DSB解调信号波形');

axis([0 0.01 -1 1]);

subplot(313);

plot(t,s_ssb1);

title('SSB解调信号波形');

axis([0 0.01 -1 1]);

2.数字调制与解调：

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% ASK调制

st=[1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1]; % 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for n=1:length(st);

if st(n)==0;

die=zeros(1,100);

se=zeros(1,100);

else st(n)==1;

die=ones(1,100);

se=ones(1,100);

end

c=sin(f*t);

cp=[cp die];

mod=[mod c]; % mod中存储的是载波信号载波信号

bit=[bit se];

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相干解调信号送入号送入低通滤波器

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 抽样

for n=40:100:100*length(st)

if askf(n)>0.3;

se=ones(1,100);

else askf(n)<0.3;

se=zeros(1,100);

end

bit1=[bit1 se];

End