通信原理模拟调制实验报告.docx

HUNAN UNIVERSITY 通信原理 实验学生姓名 阳铭宇 学生学号 201308030119 专业班级 通信1301 _ _指导老师 余小游 2016 年5 月 5 日实验一 模拟调制 实验预习l 实验目的1. 理解模拟调制的5个基本性质：已调信号的时域表示、已调信号的频域表示、已调信号的带宽、已调信号的功率含量、解调后的信噪比。2. 掌握模拟调制（幅度调制、角调制）的基本原理并且通过仿真加深理解。l 实验原理AM信号时域表达式 式中 m(t) 调制信号，均值为0； A0 常数，表示叠加的直流分量。频域表达式DSB信号时域表达式：无直流分量频域表达式：无载频分量SSB信号双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱M(w)的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制时域表达式u 保留上边带u 保留下边带频谱表达式FM信号时域表达式频域表达式 宽带调频： 窄带调频(NBFM) 实验报告1. DSB-AM调制代码：clear all;close all;clc;t0=0.15;%信号持续时间ts=0.001;%采样周期fc=250;%载波频率snr=20;%信噪比fs=1/ts;%采样频率df=0.3;%频率分辨率t=0:ts:t0;snr_lin=10(snr/10);%线性信噪比%信息信号m=ones(1,t0/(3*ts),-2*ones(1,t0/(3*ts),zeros(1,t0/(3*ts)+1);c=cos(2*pi*fc.*t);%载波信号u=m.*c;%调制后信号M,m,df1=fftseq(m,ts,df);%傅里叶变换M=M/fs;U,u,df1=fftseq(u,ts,df);%调制后信号的傅里叶变换U=U/fs;C,c,df1=fftseq(c,ts,df); % 载波的傅里叶变换f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2; % 频率向量signal_power=spower(u(1:length(t); % 已调信号功率noise_power=signal_power/snr_lin; % 计算噪声功率noise_std=sqrt(noise_power); % 计算噪声功率的标准差noise=noise_std*randn(1,length(u); % 产生高斯噪声r=u+noise; % 将噪声加到已调信号中R,r,df1=fftseq(r,ts,df); % 混合信号频谱R=R/fs; % 缩放比例signal_power;clf;figure(1);subplot(2,2,1);plot(t,m(1:length(t);xlabel(Time);title(The message signal);subplot(2,2,2);plot(t,c(1:length(t);xlabel(Time);title(The carrier);subplot(2,2,3);plot(t,u(1:length(t);xlabel(Time);title(The modulated signal);figure(2);subplot(2,1,1);plot(f,abs(fftshift(M);xlabel(Frequency);title(Spectrum of the message signal);subplot(2,1,2);plot(f,abs(fftshift(U);title(Spectrum of the modulated signal);xlabel(Frequency);figure(3);subplot(2,1,1);plot(t,noise(1:length(t);title(Noise sample); xlabel(Time);subplot(2,1,2);plot(t,r(1:length(t);title(Signal and noise);xlabel(Time);figure(4);subplot(2,1,1);plot(f,abs(fftshift(U);title(Signal spectrum);xlabel(Frequency);subplot(2,1,2);plot(f,abs(fftshift(R); title(Signal and noise spectrum);xlabel(Frequency);实验结果：2. DSB-AM 解调代码：t0=0.15; % 信号持续时间ts=1/1500; % 采样间隔fc=250; % 载波频率fs=1/ts; % 采样频率df=0.3; % 所需的频率分辨率t=0:ts:t0; % 时间向量m=ones(1,t0/(3*ts),-2*ones(1,t0/(3*ts),zeros(1,t0/(3*ts)+1); % 消息信号c=cos(2*pi*fc.*t); % 载波u=m.*c; % 已调信号y=u.*c; % 已调信号与载波相乘M,m,df1=fftseq(m,ts,df); % 傅立叶变换M=M/fs; % 缩放比例 U,u,df1=fftseq(u,ts,df); % 傅立叶变换U=U/fs; % 缩放比例 Y,y,df1=fftseq(y,ts,df); % 傅立叶变换Y=Y/fs; % 缩放比例 f_cutoff=150; % 滤波器的截止频率n_cutoff=floor(150/df1); % 设计滤波器f=0:df1:df1*(length(y)-1)-fs/2;H=zeros(size(f); H(1:n_cutoff)=2*ones(1,n_cutoff); H(length(f)-n_cutoff+1:length(f)=2*ones(1,n_cutoff);DEM=H.*Y; % 滤波器输出信号的频谱dem=real(ifft(DEM)*fs; % 滤波器输出subplot(3,1,1)plot(f,fftshift(abs(M)title(消息信号的幅度谱)xlabel(频率)subplot(3,1,2)plot(f,fftshift(abs(U)title(已调信号的幅度谱)xlabel(频率)subplot(3,1,3)plot(f,fftshift(abs(Y)title(混频器输出信号的幅度谱)xlabel(频率)figuresubplot(2,1,1)plot(f,fftshift(abs(H)title(低通滤波器频率特性)xlabel(频率)subplot(2,1,2)plot(f,fftshift(abs(DEM)title(解调输出信号的幅度谱)xlabel(频率)figuresubplot(2,1,1)plot(f,fftshift(abs(M)title(消息信号的幅度谱)xlabel(频率)subplot(2,1,2)plot(f,fftshift(abs(DEM)title(解调输出信号的幅度谱)xlabel(频率)figuresubplot(2,1,1)plot(t,m(1:length(t)title(时域消息信号)xlabel(时间)subplot(2,1,2)plot(t,dem(1:length(t)title(解调输出的时域信号)xlabel(时间)实验结果：2. SSB-AM 调制代码：clear all;close all;clc;t0=0.15;%信号持续时间ts=0.001;%采样周期fc=250;%载波频率snr=10;%信噪比fs=1/ts;%采样频率df=0.25;%频率分辨率t=0:ts:t0;snr_lin=10(snr/10);%线性信噪比% the message vectorm=ones(1,t0/(3*ts),-2*ones(1,t0/(3*ts),zeros(1,t0/(3*ts)+1);c=cos(2*pi*fc.*t); % 载波数组udsb=m.*c; % DSB调制信号UDSB,udssb,df1=fftseq(udsb,ts,df); % 傅里叶变换UDSB=UDSB/fs; % 缩放比例f=0:df1:df1*(length(udssb)-1)-fs/2; % 频率数组n2=ceil(fc/df1); % 本地载波% 除去上边带UDSB(n2:length(UDSB)-n2)=zeros(size(UDSB(n2:length(UDSB)-n2);ULSSB=UDSB; % 产生LSSB-AM的频谱M,m,df1=fftseq(m,ts,df); % 傅里叶变换M=M/fs; % 缩放比例u=real(ifft(ULSSB)*fs; % 产生LSSB信号signal_power=spower(udsb(1:length(t)/2; % % 计算信号功率noise_power=signal_power/snr_lin; % 计算噪声功率noise_std=sqrt(noise_power); % 计算噪声功率标准差noise=noise_std*randn(1,length(u); % 产生噪声r=u+noise; % 在信号中加入噪声R,r,df1=fftseq(r,ts,df); % 傅里叶变换R=R/fs; % 缩放比例signal_powerclf;figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,m(1:length(t);axis(0,0.15,-2.1,2.1);xlabel(Time);title(The message signal);subplot(2,1,2);plot(t,c(1:length(t); xlabel(Time);title(The carrier); figure(2);subplot(2,1,1);plot(0:ts:ts*(length(u)-1)/8,u(1:length(u)/8);xlabel(Time);title(The LSSB-AM modulated signal) ;subplot(2,1,2);plot(f,abs(fftshift(ULSSB);xlabel(Frequency);title(Spectrum of the LSSB-AM modulated signal);figure(3);subplot(2,1,1);plot(f,abs(fftshift(M);xlabel(Frequency);title(Spectrum of the message signal);subplot(2,1,2);plot(f,abs(fftshift(ULSSB);xlabel(Frequency);title(Spectrum of the LSSB-AM modulated signal);figure(4);subplot(2,1,1);plot(t,noise(1:length(t);title(Noise sample) ;xlabel(Time);subplot(2,1,2);plot(t,r(1:length(t);title(Modulated signal and noise);xlabel(Time);figure(5);subplot(2,1,1);plot(f,abs(fftshift(ULSSB);title(Modulated signal spectrum);xlabel(Frequency);subplot(2,1,2);plot(f,abs(fftshift(R);title(Modulated signal noise spectrum);xlabel(Frequency);4. SSB-AM 解调代码：t0=0.15; % 信号持续时间ts=1/1500; % 采样间隔fc=250; % 载波频率fs=1/ts; % 采样频率df=0.25; % 所需的频率分辨率t=0:ts:t0; % 时间向量m=ones(1,t0/(3*ts),-2*ones(1,t0/(3*ts),zeros(1,t0/(3*ts)+1); % 消息信号c=cos(2*pi*fc.*t); % 载波udsb=m.*c; % 已调的双边带信号UDSB,udsb,df1=fftseq(udsb,ts,df); % 傅立叶变换UDSB=UDSB/fs; % 缩放比例n2=ceil(fc/df1); % 载波在频率向量中的位置UDSB(n2:length(UDSB)-n2)=zeros(size(UDSB(n2:length(UDSB)-n2); % 去掉双边带的上边带ULSSB=UDSB; % 产生下边带频谱M,m,df1=fftseq(m,ts,df); % 消息信号的频谱M=M/fs; f=0:df1:df1*(length(M)-1)-fs/2; % 频率向量u=real(ifft(ULSSB)*fs; % 从频谱中得到下边带信号y=u.*cos(2*pi*fc*0:ts:ts*(length(u)-1);%混频Y,y,df1=fftseq(y,ts,df); % 混频器输出的频谱Y=Y/fs; % 缩放比例f_cutoff=150; % 选择滤波器的截止频率n_cutoff=floor(150/df); % 设计滤波器H=zeros(size(f); H(1:n_cutoff)=4*ones(1,n_cutoff); H(length(f)-n_cutoff+1:length(f)=4*ones(1,n_cutoff); DEM=H.*Y; % 滤波器输出信号的频谱dem=real(ifft(DEM)*fs; % 滤波器输出subplot(3,1,1)plot(f,fftshift(abs(M)title(消息信号的频谱)xlabel(频率)subplot(3,1,2)plot(f,fftshift(abs(ULSSB)title(已调信号的频谱)xlabel(频率)subplot(3,1,3)plot(f,fftshift(abs(Y)title(混频器输出的幅度谱)xlabel(频率)figure实验结果：5. 频率调制（FM）代码：t0=0.15; % 信号持续时间ts=0.0005; % 采样间隔fc=200; % 载波频率fs=1/ts; % 采样频率df=0.25; % 所需的频率分辨率kf=50; % 偏差常数t=0:ts:t0; % 时间向量m=ones(1,t0/(3*ts),-2*ones(1,t0/(3*ts),zeros(1,t0/(3*ts)+1); % 消息信号int_m(1)=0;for i=1:length(t)-1 % m的积分 int_m(i+1)=int_m(i)+m(i)*ts;endM,m,df1=fftseq(m,ts,df); % 傅立叶变换M=M/fs; % 缩放比例f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2; % 频率向量u=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_m); % 调频信号U,u,df1=fftseq(u,ts,df); U=U/fs; subplot(2,1,1)plot(t,m(1:length(t)axis(0 0.15 -2.1 2.1)xlabel(时间)title(消息信号波形)subplot(2,1,2)plot(t,u(1:length(t)axis(0 0.15 -2.1 2.1)xlabel(时间)title(已调信号波形)figuresubplot(2,1,1)plot(f,abs(fftshift(M) xlabel(频率)title(消息信号的幅度谱)subplot(2,1,2)plot(f,abs(fftshift(U) title(已调信号的幅度谱)xlabel(频率)subplot(3,1,1)plot(f,fftshift(abs(Y)title(混频器输出的幅度谱)xlabel(频率)subplot(3,1,2)plot(f,fftshift(abs(H)title(低通滤波器)xlabel(频率)subplot(3,1,3)plot(f,fftshift(abs(DEM)title(解调输出的幅度谱)xlabel(频率)figuresubplot(2,1,1)plot(t,m(1:length(t)title(时域的消息信号)xlabel(时间)subplot(2,1,2)plot(t,dem(1:length(t)title(解调输出的时域波形)xlabel(时间)6. FM 解调代码：t0=0.2; % 信号持续时间ts=0.001; % 采样间隔fc=250; % 载波频率snr=20; % 信噪比（dB）fs=1/ts; % 采样频率df=0.25; % 所需的频率分辨率kf=100; % 偏差常数t=-t0/2:ts:t0/2; % 时间向量m=sinc(100*t); % 消息信号int_m(1)=0;for i=1:length(t)-1 int_m(i+1)=int_m(i)+m(i)*ts;endM,m,df1=fftseq(m,ts,df); % 傅立叶变换M=M/fs; % 缩放比例f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2; % 频率向量Int_m=int_m(1:length(t);u=cos(2*pi*fc*t + 2*pi*kf*Int_m); % 调频信号U,u,df1=fftseq(u,ts,df); U=U/fs; v,phase=env_phas(u,ts,250); % 解调，找出u的相位phi=unwrap(phase); % 保存初始相位dem=(1/(2*pi*kf)*(diff(phi)/ts); % 解调器输出、 区分和扩展相位subplot(2,1,1)plot(t,m(1:length(t)xlabel(时间)title(消息信号波形)subplot(2,1,2)plot(t,u(1:length(t)xlabel(时间)title(已调信号波形)figuresubplot(2,1,1)plot(f,abs(fftshift(M) xlabel(频率)title(消息信号的幅度谱)subplot(2,1,2)plot(f,abs(fftshift(U) title(已调信号的幅度谱)xlabel(频率)实验结果： 思考题：一 1.调幅和调频在无线电中是最常见的，调幅是使高频载波的频率随信号改变的调制（AM）。其中，载波信号的振幅随着调制信号的某种特征的变换而变化。调频是使载波频率按照调制信号改变的调制（FM）。已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定调频的抗干扰能力强，失真小，但服务半径小、 调频比调幅抗干扰能力强2、调频波比调幅波频带宽 频带宽度与调制系数有关，即：调制系数大，频带宽。调频中常取调频系数大于1，而调幅系数是小于1的（大于1就过调了，会严重失真），所以，调频波的频带宽度比调幅波的频带宽度大得多。因此音质要好，音频的上限可达10KHZ左右3、调频制功率利用率大于调幅制 发射总功率中，边频功率为传送调制信号的有效功率，而边频功率与调制系数有关，调制系数大，边频功率大。由于调频系数mf大于调幅系数ma，所以，调频制的功率利用率比调幅制高。4、由于调频波比调幅波频带宽，所以也带来选择性的问题，所以不适合在射频的低频段使用，往往使用100M左右的波段。在这个波段的特点直线传播，因此传播的半径相对小些二代码：t=0:0.001:2;m=ones(size(t);m=(t0&t=0.1&t=1&t=1.9&t=0.1&t=1&t1.9).*(-t+2); %消息信号c=cos(2*pi*fc.*t); %调制载波y=m.*c; %已调信号w=y.*c; %已调信号乘以相干载波%滤波器Rp=0.1; %通带最大衰减Rs=40; %阻带最小衰减Wp=25/100; %通带截止频率Ws=75/100; %阻带起始频率n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn);Sh=filter(b,a,w); %信号经过椭圆低通滤波器%求消息信号的频谱Mk=fft(m,512); %傅里叶变换Mw=2*pi*abs(fftshift(Mk);fw1=(-256:255)/512*1000;%求已调信号的频谱Yk=fft(y,512); %傅里叶变换Yw=2*pi*abs(fftshift(Yk);fw2=(-256:255)/512*1000;%计算信噪比snrs1=1/0.001;snrs2=1/0.01;snrs3=1/0.05;snrs4=1/0.1;snrs5=1/0.3;snr1=10*log10(snrs1);snr2=10*log10(snrs2);snr3=10*log10(snrs3);snr4=10*log10(snrs4);snr5=10*log10(snrs5);%*power_y=sum(y.2)/length(y); %信号功率%*%噪声功率power_noise1=power_y/(10(snr1/10);power_noise2=power_y/(10(snr2/10);power_noise3=power_y/(10(snr3/10);power_noise4=power_y/(10(snr4/10);power_noise5=power_y/(10(snr5/10);%*%加噪信号yn1=y+sqrt(power_noise1)*randn(size(y); yn2=y+sqrt(power_noise2)*randn(size(y); yn3=y+sqrt(power_noise3)*randn(size(y); yn4=y+sqrt(power_noise4)*randn(size(y); yn5=y+sqrt(power_noise5)*randn(size(y); %*%解调w1=yn1.*c; %已调信号乘以相干载波Sh1=filter(b,a,w1); %信号经过椭圆低通滤波器w2=yn2.*c;Sh2=filter(b,a,w2);w3=yn3.*c;Sh3=filter(b,a,w3);w4=yn4.*c;Sh4=filter(b,a,w4);w5=yn5.*c;Sh5=filter(b,a,w5);subplot(2,1,1);plot(t,m);xlabel(Time);title(消息信号);grid onsubplot(2,1,2);plot(t,y);xlabel(Time);title(已调信号);grid onfigure(2)s