模拟信号调制实验

实验报告册实验报告册 课课 程 程 通信系统原理教程通信系统原理教程 实实 验 验 模拟信号调制实模拟信号调制实验验 班班 级 级 姓姓 名名 学学 号号 指导老师指导老师 日日 期期 评语 评语 成绩 成绩 签名 日期 实验一 实验一 模拟信号调制实验模拟信号调制实验 实验目的实验目的 1 基于 matlab 函数对模拟信号的调制 可以熟悉的掌握用 matlab 对模拟信号的调制 解 调 2 通过训练 可以深刻的了解模拟调制 解调的过程 及一些基本思想 且得到一些应用 实验原理 理论过程 实验原理 理论过程 幅度调制就是用调制信号去控制载波的振幅 使载波的振幅随调制信号的变化而变化 其数学模型如上图示 一 基本概念一 基本概念 1 时域表达式 如果已调信号的包络与输入调制信号呈线性对应关系 而 且时间波形数学表达式为 SAM t Ao m t cos c 0 式中 m t 为输入调制信号 它的最高频率为fm m t 可以是确知信号 也可以是随机信 号 但没有直流成分 属于调制信号的交流分量 c为载波的频率 0为载波的初始相位 在以后的分析中 通常为了方便假定 0 0 A0为外加的直流分量 如果调制信号中有直流分量 也可以把调制信号中的直流分量 在波形上 幅度调制信号的幅度随基带信号规律而变化 在频谱结构上 其频谱完全是 基带信号频谱结构在频域内的简单搬移 由于这种搬移是线性的 因此 幅度调制通常又 称为线性调制 二 二 1 标准调幅 标准调幅 AM 令 h t t 调制信号 f t 叠加直流 A0 后与载波相乘 就可形成标准调幅 AM 信 号 载波的振幅受 f t 控制 已调波的包络按照 f t 的规律线性变化 简化起见 设初始相位 0 0 则载波为 此时已调信号的时域一般表示式为 已调信号的频域一般表示式为 2 抑制载波双边带调幅 抑制载波双边带调幅 DSB 基本思想 抑制不携带信息的载波分量的功率 将有效功率用于边带传输 从而提高调 制效率 令载波信号的 A0 0 得到 DSB 调制信号的时域和频域描述 DSB 调幅波的产生和解调调幅波的产生和解调 DSB 调制器的数学模型 cos 1 2 c cc tf tth t FFH Sm t H t m t Cos2 fc 00 cosC tAt 00 000 cos cos cos AM tAf tt Atf tt 000 1 2 AM cc A FF 0 00 cos 1 2 DSB DSB tf tt FF DSB 相干解 调器的数学 模型 设接收机的输入为 经过乘法器后 低通滤波器 LPF 滤掉 2 0 频率分量 经过 LPF 后后 3 单边带调幅 单边带调幅 SSB 单边带信号的产生单边带信号的产生 滤波法产生单边带信号 产生 SSB 信号最直观的方法是让双边带信号通过一个边带滤 波器 保留所需要的一个边带 滤除不要的边带 设单频调制信号为 f t Amcos mt 载波为 c t cos 0t 则 DSB 信号的时域表示式为 上边带 USB 信号为 下边带 LSB 信号为 两式合并为 00 cos DSB tf tt 000 000 cos cos 1 cos cos 2 2 P vtf ttt f tt 0 1 cos 2 d v tf t 0 00 coscos 11 cos cos 22 DSBmm mmmm tf t c tAtt AtAt 0 00 1 cos 2 11 coscossinsin 22 USBmm mmmm tAt AtAt 0 00 1 cos 2 11 coscossinsin 22 LSBmm mmmm tAt AtAt 00 11 coscossinsin 22 SSBmmmm tAtAt 实验步骤 即实验步骤 即 Matlab 编程过程 编程过程 产生一个频率为 1Hz 功率为 1 的余弦信源 设载波频率为 10Hz 试画出 其中调制 信号 x t cos t 1 A 2 的 AM 调制信号 2 DSB 调制信号 3 SSB 调制信号 4 在信道中各自加入经过带同滤波器后的窄带高斯白噪声 功率为 0 1 解调各个信 号 并画出解调后的波形 先画出调制信号 x t cos t 的波形 t 5 0 1 5 xt cos pi t subplot 111 plot t xt grid on title 调制信号 x t cos pi t 的波形 本实验前要先定义几个有用的 matlab 函数 T2F 傅里叶变换 F2T 傅里叶反变换 lpf 低通滤 波器 bpf 带通滤波器 noise noise nb 噪声影响 否则 无法运行 5 4 3 2 1012345 1 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 信 信 信 信 x t cos t 信 信 信 T2F 函数 函数 T2F 傅里叶变换 function f sf T2F t st this is a function using the FFT function to calculate a signal s fourier Translation input is the time and the signal vectors the length of time must greater than 2 output is the frequency and the signal spectrum dt t 2 t 1 T t end df 1 T N length st f N 2 df df N 2 df df sf fft st sf T N fftshift sf F2T 傅里叶反变换傅里叶反变换 function t st F2T f sf this function calculate the time signal using ifft function for the input signal s spectrum df f 2 f 1 Fmx f end f 1 df dt 1 Fmx N length sf T dt N t T 2 dt T 2 dt t 0 dt T dt sff fftshift sf st Fmx ifft sff lpf 低通滤波器低通滤波器 function t st lpf f sf B 本函数为通带为 B 的低通滤波器 入口参数 f 频率样本向量 sf 频谱向量 B 低通滤波器带宽 出口参数 t 时间向量 st 输出信号向量 df f 2 f 1 T 1 df hf zeros 1 length f bf floor B df floor B df floor length f 2 hf bf 1 yf hf sf t st F2T f yf st real st bpf 带通滤波器带通滤波器 function t st bpf f sf B1 B2 df f 2 f 1 T 1 df hf zeros 1 length f bf floor B1 df floor B2 df bf1 floor length f 2 bf bf2 floor length f 2 bf hf bf1 1 sqrt 2 B2 B1 hf bf2 1 sqrt 2 B2 B1 yf hf sf exp j 2 pi f 0 1 T t st F2T f yf noise noise nb 噪声影响噪声影响 function noise filename noise Image imread filename subplot 2 2 1 imshow Image 原图像 title 原图像 noise g imnoise Image gaussian 增加高斯白噪声 subplot 2 2 2 imshow noise g imwrite noise g noise g bmp title 高斯白噪声 noise s imnoise Image salt subplot 2 2 3 imshow noise s title 黑白象素点噪声 椒盐 imwrite noise function out noise nb fc B N0 t noise nb dt t 2 t 1 Fmx 1 dt n len length t p N0 Fmx rn sqrt p randn 1 n len f rf T2F t rn t out bpf f rf fc B 2 fc B 2 0246 5 0 5 AM信 信 t 0246 0 5 0 0 5 AM信 信 信 信 t 0246 1 0 1 DSB信 信 t 0246 0 5 0 0 5 DSB信 信 信 信 t 0246 2 0 2 SSB信 信 t 0246 0 5 0 0 5 SSB信 信 信 信 t 调制过程编程如下 调制过程编程如下 在没有 noise 影响的情况 信源 close all clear all dt 0 001 fm 1 fc 10 t 0 dt 5 mt cos pi t cos 2 pi fm t N0 0 1 幅度 AM 调制 A 2 s am A mt cos 2 pi fc t B 2 fm figure 1 subplot 321 plot t s am hold on plot t A mt r AM 解调 rt s am cos 2 pi fc t rt rt mean rt f rf T2F t rt t rt lpf f rf 2 fm title AM 信号 xlabel t subplot 322 plot t rt hold on plot t mt 2 r title AM 解调信号 xlabel t DSB 调制 s dsb mt cos 2 pi fc t B 2 fm subplot 323 plot t s dsb hold on plot t mt r title DSB 信号 xlabel t DSB 解调 rt s dsb cos 2 pi fc t rt rt mean rt f rf T2F t rt t rt lpf f rf 2 fm subplot 324 plot t rt hold on plot t mt 2 r title DSB 解调信号 xlabel t SSB 调制 s ssb real hilbert mt exp j 2 pi fc t B fm s ssb s ssb subplot 325 plot t s ssb title SSB 信号 xlabel t SSB 解调 rt s ssb cos 2 pi fc t rt rt mean rt f rf T2F t rt t rt lpf f rf 2 fm subplot 326 plot t rt hold on plot t mt 2 r title SSB 解调信号 xlabel t 编程后输出 图形如下 在没有 在没有 noise 影响的情况 影响的情况 0246 5 0 5 AM信 信 t 0246 0 5 0 0 5 AM信 信 信 信 t 0246 1 0 1 DSB信 信 t 0246 0 5 0 0 5 DSB信 信 信 信 t 0246 2 0 2 SSB信 信 t 0246 0 5 0 0 5 SSB信 信 信 信 t 在有在有 noise 影响的情况编程如下 影响的情况编程如下 信源 close all clear all dt 0 001 fm 1 fc 10 t 0 dt 5 mt cos pi t cos 2 pi fm t N0 0 1 幅度 AM 调制 A 2 s am A mt cos 2 pi fc t B 2 fm figure 1 subplot 321 plot t s am hold on plot t A mt r AM 解调 rt s am cos 2 pi fc t rt rt mean rt f rf T2F t rt t rt lpf f rf 2 fm title AM 信号 xlabel t subplot 322 plot t rt hold on plot t mt 2 r title AM 解调信号 xlabel t SSB 调制 s ssb real hilbert mt exp j 2 pi fc t B fm s ssb s ssb subplot 325 plot t s ssb title SSB 信号 xlabel t SSB 解调 rt s ssb cos 2 pi fc t rt rt mean rt f rf T2F t rt t rt lpf f rf 2 fm subplot 326 plot t rt hold on plot t mt 2 r title SSB 解调信号 xlabel t function out noise nb fc B N0 t dt t 2 t 1 Fmx 1 dt n len length t p N0 Fmx rn sart p randn 1 n len f rf fft r rn t out bpf f rf fc B 2 fc B 2 输出波形如下 在有 在有 noise 影响的情况 影响的情况 综合比较在有噪声有噪声干扰和没有噪声没有噪声干扰的图形 可以看出两者输出差不多 没有影响 实验结果 所以可行 图 图 A 0246 5 0 5 AM信 信 t 0246 0 5 0 0