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实验一：AM信号的调制与解调实验目的：1.了解模拟通信系统的仿真原理。 2.AM信号是如何进行调制与解调的。实验原理：1.调制原理：AM调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程,就是按原始电信号的变化规律去改变载波某些参量的过程。AM信号的时域和频域的表达式分别为: 式（4-1） 式（4-2） 在式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即。其频谱是DSB SC-AM信号的频谱加上离散大载波的频谱。2.解调原理：AM信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。 AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。AM相干解调原理框图如图。相干解调（同步解调）：利用相干载波（频率和相位都与原载波相同的恢复载波）进行的解调，相干解调的关键在于必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。相干载波的提取：（1）导频法：在发送端加上一离散的载频分量，即导频，在接收端用窄带滤波器提取出来作为相干载波，导频的功率要求比调制信号的功率小；（2）不需导频的方法：平方环法、COSTAS环法。 AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成： （1）整流：只保留信号中幅度大于0的部分。（2）低通滤波器：过滤出基带信号；（3）隔直流电容：过滤掉直流分量。实验内容： 1.AM相干解调框图。信源参数参数：幅度1 频率10rad/s载波参数：幅度1 频率100rad/sBPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/sLPF参数：截止频率 10rad/s高斯白噪声参数：均值0 标准差0.012.AM包络检波解调框图。信源参数：幅度1 频率10rad/s载波参数：幅度1 频率100rad/sBPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/sLPF参数：截止频率 10rad/s高斯白噪声参数：均值0 标准差0.01全波整流器参数参数：下限0 上限inf实验现象及结果：1.1 AM相干解调波形上：解调波形 下：信源波形1.2.AM在调制过程中的调制波形上：调制波形 下：信源波形1.3AM包络检波解调波形上：解调波形 下：信源波形实验二： DSB信号的调制解调实验目的：1.了解模拟通信系统的仿真原理。 2.DSB信号是如何进行调制与解调的。实验原理：1.调制原理：在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（1），调制信号中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号（DSB）。每当信源信号极性发生变化时，调制信号的相位都会发生一次突变。 式（4-3） 调制的目的就是进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而提高系统信息传输的有效性和可靠性。 DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘，频域上就是卷积，表示式为：2.解调原理：DSB只能进行相干解调，其原理框图与AM信号相干解调时完全相同，利用恢复的载波与信号相乘，将频谱搬移到基带，还原出原基带信号 （1) 当恢复载波与原载波频率不完全一样时，解调信号是原基带信号与低频正弦波的乘积； (2) 若恢复载波与原载波频率相同，而相位不同时，输出信号达不到最大值。实验内容：1. DSB相干解调框图。信源参数参数：幅度1 频率10rad/s载波参数：幅度1 频率100rad/sBPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/sLPF参数：截止频率 10rad/s高斯白噪声参数：均值0 标准差0.01实验现象及结果:1.1DSB相干解调波形上：解调波形 下：信源波形1.2DSB在调制过程中的调制波形上：调制波形 下：信源波形实验三：SSB信号的调制与解调实验目的：1.了解模拟通信系统的仿真原理。 2.SSB信号是如何进行调制与解调的。实验原理： 1.调制原理： 对于DSB信号上下两个边带携带着相同的信息，造成频率资源的浪费，解决方法：只要一个边带即可，出现了SSB信号。1.1产生SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时即为，产生下边带信号时即为频域表达式为： 1.2相移法SSB调制的原理框图 解调原理：SSB只能进行相干解调。具有离散大载波的SSB AM信号的非相干解调：当离散大载波的幅度远大于信号幅度时，可以使用包络检波进行解调实验内容：1.1滤波法USB框图 1.2滤波法LSB框图信源参数参数：幅度1 频率10rad/s载波参数：幅度1 频率100rad/sUSB的BPF参数：下限频率100rad/s 上限频率110rad/sLSB的BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率100rad/sLPF参数：截止频率 10rad/s高斯白噪声参数：均值0 标准差0.01实验现象及结果： 1.1 SSB滤波法上边带解调波形上：解调波形 下：信源波形1.2 SSB滤波法下边带解调波形上：解调波形 下：信源波形1.3 SSB在调制过程中的调制波形上：调制波形 下：信源波形从波形图可以看出，不论是AM、SSB、DSB，由于系统模型经历多个模块，会造成一定的时延。解调过后的信号波形不仅有相位的延迟，而且在幅度上也低于信源波形。AM解调时，应注意滤除直流分量，AM相干解调减去的直流分量与计算结果相符，然而AM包络检波需要减去一个工程值，这个数值并非计算所能得出，需要进行仿真尝试得出。实验四：ASK信号的调制与解调实验目的：1.了解数字通信系统的仿真原理。 2.ASK 信号是如何进行调制与解调的。实验原理：调制原理：数字信号对载波振幅调制称为振幅键控即 ASK。OOK就是用单极性不归零码控制正弦载波的开启与关闭，实现非常简单，抗噪声性能不好。ASK有两种实现方法：1.乘法器实现法2.键控法。乘法器实现法的输入是随机信息序列，经过基带信号形成器，产生波形序列，乘法器用来进行频谱搬移，相乘后的信号通过带通滤波器滤除高频谐波和低频干扰。键控法是产生ASK信号的另一种方法。二元制ASK又称为通断控制（OOK）。最典型的实现方法是用一个电键来控制载波振荡器的输出而获得。 解调原理：ASK的解调有两种方法：1.包络检波法2.相干解调。同步解调也称相干解调,信号经过带通滤波器抑制来自信道的带外干扰，乘法器进行频谱反向搬移，以恢复基带信号。低通滤波器用来抑制相乘器产生的高次谐波干扰。由于AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故也可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。 相干解调框图和包络检波框图分别如图：实验内容： 1.1 ASK模拟相乘法、相干解调框图信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s载波参数：幅度1 频率100rad/s高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/sLPF参数：截止频率10rad/s判决器参数：门限0.251.2 ASK模拟相乘法、包络检波解调框图信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s载波参数：幅度1 频率100rad/s高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/sLPF参数：截止频率10rad/s判决器参数：门限0.25全波整流器参数：下限0 上限inf1.3 ASK键控法、包络检波解调框图信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s载波参数：幅度1 频率100rad/s高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/sLPF参数：截止频率10rad/s判决器参数：门限0.25键控器参数：门限1 U2门限全波整流器参数：下限0 上限inf实验现象及结果：1.1 ASK模拟相乘法调制相干解调波形上：信源波形 下：解调信号波形2.1 ASK模拟相乘法调制包络检波法解调波形上：信源波形 下：解调信号波形2.2 ASK键控法调制相干解调波形上：信源波形 下：解调信号波形2.3 ASK键控法调制包络检波法解调波形上：信源波形 下：解调信号波形2.4 ASK在调制过程中调制信号波形与信源波形上：信源波形 下：调制信号波形实验五： FSK信号的调制与解调实验目的：1.了解数字通信系统的仿真原理。 2.FSK 信号是如何进行调制与解调的。实验原理： 调制原理：2FSK 信号的产生通常有两种方式：(1)频率选择法；(2)载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK 信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（ 0 1或1 0 ）时刻，2FSK 信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK 信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终时连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如图解调原理：FSK信号的解调方法很多，我们主要讨论1.非相干解调2.相干解调。非相干解调框图如图4-12：相干解调框图如图4-13：实验内容： 1.1 FSK模拟相乘法、相干解调框图信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s载波1参数：幅度1 频率100rad/s载波2参数：幅度1 频率20rad/s高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001BPF1参数：下限频率95rad/s 上限频率105rad/sBPF2参数：下限频率15rad/s 上限频率25rad/sLPF参数：截止频率10rad/s判决器参数：门限0.25比较器参数：关系操作 1.2FSK模拟相乘法、包络检波解调框图信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s载波1参数：幅度1 频率100rad/s载波2参数：幅度1 频率20rad/s高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001BPF1参数：下限频率95rad/s 上限频率105rad/sBPF2参数：下限频率15rad/s 上限频率25rad/sLPF参数：截止频率10rad/s判决器参数：门限0.25比较器参数：关系操作全波整流器参数：下限0 上限inf 1.3 FSK键控法、相干解调框图信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s载波1参数：幅度1 频率100rad/s载波2参数：幅度1 频率20rad/s键控器参数：门限1 U2门限高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001BPF1参数：下限频率95rad/s 上限频率105rad/sBPF2参数：下限频率15rad/s 上限频率25rad/sLPF参数：截止频率10rad/s比较器参数：关系操作1.4 FSK键控法、包络检波解调框图信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s载波1参数：幅度1 频率100rad/s载波2参数：幅度1 频率20rad/s键控器参数：门限1 U2门限高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001BPF1参数：下限频率95rad/s 上限频率105rad/sBPF2参数：下限频率15rad/s 上限频率25rad/sLPF参数：截止频率10rad/s比较器参数：关系操作全波整流器参数：下限0 上限inf实验现象及结果： 1 FSK模拟相乘法调制相干解调波形上：解调信号波形 下：信源波形 2 FSK模拟相乘法调制包络检波法解调波形上：解调信号波形 下：信源波形 3 FSK键控法调制相干解调波形上：解调信号波形 下：信源波形. 4 FSK键控法调制包络检波法解调波形上：解调信号波形 下：信源波形. 5 FSK在调制过程中调制信号波形与信源波形上：信源波形 下：调制信号波形实验六：PSK信号的调制与解调实验目的：1.了解数字通信系统的仿真原理。 2.PSK 信号是如何进行调制与解调的。实验原理：调制原理：相移键控是一种用载波相位表示输入信号信息的调制技术。移相键控分为绝对移相和相对移相两种。以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移相。以二进制调相为例，取码元为“1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”时，调制后载波与未调载波反相；“1”和“0”时调制后载波相位差180。PSK的调制有两种方法：1.模拟调制法2.键控法。模拟调制法框图如图4-14：PSK解调：PSK信号的解调通常采用相干解调法，相干解调的关键在于如何得到与PSK信号同频同相的相干载波。PSK信号解调时存在“相位模糊”现象。为了解决相位模糊的问题，出现了DPSK。相干解调框图如图4-15：DPSK调制为了解决PSK信号的“相位模糊”现象，我们采用差分相移键控。DPSK是利用前后相邻码元的载波相对变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。假设为当前码元与前一码元的载波相位差，可定义一种数字信息与之间的关系也可定义为：也就是说，2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元相对相位差才唯一决定信息符号。2DPSK调制框图如图4-16：DPSK解调DPSK的解调有两种方法：1.相干解调2.差分相干解调相干解调框图如图4-17：其中码反变换的规则为： 式（4-10）其中，为差分码，为差分码的前一码元，为基带信号。差分相干解调框图如图4-18：实验内容：.1 PSK模拟相乘法框图信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s载波参数：幅度1 频率100rad/s高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/sLPF参数：截止频率10rad/s判决器参数：门限0 U2门限2 PSK键控法框图键控器参数：门限1 U2门限信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s载波1参数：幅度1 频率100rad/s 相