实验一 、二模拟线性调制实验指导书

1 电子科技大学通信学院电子科技大学通信学院 模拟线性调制系统实验模拟线性调制系统实验指导书指导书 模拟线性调制系统实验模拟线性调制系统实验 班班 级级 学学 生生 学学 号号 教教 师师 2 模拟线性调制系统实验指导书模拟线性调制系统实验指导书 模拟线性调制系统实验模拟线性调制系统实验 一 实验目的一 实验目的 1 研究模拟连续信号在 AM DSB SSB VSB QAM 几种线性调制 中的信号波形与频谱 了解调制信号是如何搬移到载波附近 2 加深对模拟线性调制 AM DSB SSB VSB QAM 的工作原理的 理解 3 了解产生调幅波 AM 和抑制载波双边带波 DSB SC 的调制方式 以及两种波之间的关系 4 了解用滤波法产生单边带 SSB SC 的信号的方式和上下边带信号的不 同 5 研究在相干解调中存在同步误差 频率误差 相位误差 对解调信号的 影响从而了解使用同频同相的相干载波在相干解调中的重要性 6 熟悉正交调幅 QAM 传输系统的原理及作用 二 实验原理二 实验原理 模拟带通传输系统 是将基带信号经过线性调制后形成的已调波送入信道 传输 在接收端经过反调制 再从已调波中将基带信号恢复出来 常用的线性 调制包括调幅 AM 双边带调制 DSB 单边带调制 SSB 残留边带调 制 VSB 正交调幅 QAM 等五种方式 这些方式是通过基带信号与单一 角频率的余弦载波相乘后再经过适当滤波实现 在时域上 就是用基带信号 c m t 去控制载波 f t 的幅度参数 使其 m t 的规律而变化 它的频域解 释是把基带信号的频谱范围搬迁到载波附近的频谱范围上的搬移过程 在接收端 如果采用相干解调 在本地载波保持同步关系时 都能正确的 解调 但是当本地载波存在相位误差或频率误差时 不同的调制方式受到的影 响是不同的 当只有相位误差时 SSB 制式的输出不受影响 AM 和 DSB 制式 的输出幅度有所下降 而 QAM 制式则产生路间窜扰 在本地载波有频率误差 时 SSB 制式的输出使频谱有所偏移 对于话音信号传输而言 频差在 20Hz 以内时 人耳可以容忍 而对于其他制式 输出会产生严重失真 本实验利用平衡调制方式进行模拟连续波的调制与解调 可分别组成 AM DSB SSB VSB QAM 五种调制方式的产生原理 3 1 常规双边带调幅 常规双边带调幅 AM 信号 信号 调幅的原理是基带信号去控制高频载波的幅度 使已调信号的包 m t Sam t 络随基本信号成正比例的变化 设正弦载波 cos c f tt 调制信号 0 m tmm t 则已调制信号 00 coscos cos AMccc Stmm ttmtm tt 其中 m0代表外加直流分量 代表基带信号 m t 便是有载波分量的双边带调制信号 AM St 代表载波项 0cosc mt 代表 DSB 项 cos c m tt 调幅信号的包络应与基带信号成比例变化 显然 AM 调制不产生过调制的 条件是 若这个条件不满足 那么 AM 信号的包络就与基带信号 0max mm t 不同而产生过调失真 m t 其中 称为调幅指数 0 1 AM m t m 功率分配 2 0 22 AMcf mmt SSS 式中为载波功率 为边带功率 2 0 2 c m S 2 2 f m t S 2 双边带 双边带 DSB SC 信号 信号 常规调幅波含载波分量 而载波分量不携带任何有用信息 因而 AM 波调 制的效率较低 如果我们抑制掉基带信号的直流分量 得到的响应 SDSB t 便是无载波分 量的双边带调制信号 DSB SC 在常规线性调幅 AM 中 令 也 0 0m 就是将载波分量抑制掉 就可得到 DSB SC 信号 DSB S cos c tm tt 抑制载波的双边带调幅信号的时间波形的包络已不再与调制信号形状一致 因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号 由频谱可知 如果将已调信号 的频谱搬回到原点位置 即可得到原始的调制信号频谱 从而恢复出原始信号 3 单边带 单边带 SSB SC 信号 信号 双边带调制信号频谱中含有携带同一信息的上 下两个边带 因此 我们 4 只需传送一个边带信号就可以达到信息传输的目的 以节省传输带宽 提高信 道利用率 这就是单边带调制 SSB SC 产生 SSB 信号有移相法和滤波法 本实验采用滤波法 即 将已产生的双边带信号通过一个带通滤波器 根据该 滤波器传递函数的不同 可分别得到下边带信号和上边带信号 SSB 信号可表 示为 cos sin SSBcc Stm ttm tt 式中 是 m t 的所有频率成分移相的信号 称为的希尔 m t 2 m t 伯特信号 式中符号取 产生上边带 取 产生下边带 4 残留边带 残留边带 VDSB 信号 信号 SSB 信号与 AM 和 DSB 信号比较 具有带宽窄的优点 但工程上实现却比 较困难 为了克服这种困难 提出了残留边带调制方式 5 正交幅度调制 正交幅度调制 QAM 信号 信号 用同一载频但相位正交的两个载波分别对两路独立的信号进行 DSB SC 调制 两个已调信号可以同时在同一信道的同一频带内传输 到了接收端 分 别用相位正交的载波进行同步解调 这种方法称为正交幅度调制 平均每路占 用的带宽与 SSB 方式相当 设同相滤波为 c f t cos cc f tt 正交载波为为 0 f t sin Qc ftt 两路独立的信号分别为 分别进行 DSB 调制 得到 12 m tm t和 11 22 cos sin c c S tm tt S tm tt 相加后得到总信号为 QAM St 1212 cos sin QAMcc StS tS tm ttm tt 三 实验系统的组成三 实验系统的组成 本实验系统是采用 Analog Signal System 应用最广泛的 PC 机和 Windows 操 作系统作为软硬件平台 使用 MATLAB 软件的 SIMULINK 的集成开发工具实 现对 AM DSB SSB VSB 及 QAM 系统的调制与解调的仿真 每个子系统都是由各个模块组成 实验时 可以在系统上进行参数的设置 与更改 可对上述调制与解调各种参数进行更为深入的研究 四 实验系统功能四 实验系统功能 1 常规调幅 AM Amplitude modulation and demodulation AM sim 5 2 抑制载波双边带 DSB SC 调制与解调 DSB SC modulation and demodulation sim 3 抑制载波单边带 SSB SC 调制与解调 SSB modulation and demodulation sim 4 残留边带 VSB 调制与解调 5 正交幅度调制 QAM 与解调 Quadure amplitude modulation and demodulation IQ 五 实验步骤及内容五 实验步骤及内容 在 PC 机上以 windows 操作系统作为软件平台 启动 windows 后 双击 MATLAB 图标 进入界面菜单 它是系统所实现的实验功能选择框图 图 1 1 系统菜单 它的功能 选择实验类型 并给出该类型实验的信息内容 同时列出该类 型中的实验项目 在选择了具体实验项目之后 可利用按钮 Run 来运行实验 选择 Analog Signal System 模拟信号系统 就进入了实验系统 在选择 要具体实验的项目之后按 Run 按钮 进入 AM 仿真实验窗口 一 一 常规幅度调制 常规幅度调制 AM 图略 图略 AM 仿真参数值框图 仿真参数值框图 表 1 1 AM 仿真参数 名称幅度 伏 频率 Hz 波形相位 调制信号1400正弦 6 f t 载波信号 carrier 132000正弦 2 直流分量 A 2 本地载波 local carrier 132000正弦 2 低通滤波器 butter 0 6000 按 Simulation 按钮 再按 start 钮 系统便开始进行仿真运行 1 从 Scopel 可观察到已调制 AM 波与调制 f t 波的对比图形 观察 并记录之 单击 便可激活对全波 x 轴 y 轴的放大 鼠标左键放 大 右键还原 由 Scope2 可观察到解调波形与调波形的对比波形 观察并记录 之 2 由 FFTScope1 FFTScope2 可分别观察到调制信号 已调信号的频谱 观测并记录 3 调整直流分量 双击直流分量图标 将原值 A 2 改为 A 0 5 按 Apply 按钮 其他参数不变 观测后请返回原值 表 1 2 按钮功能 按钮功 能 Apply将当时的参数值体现即将开始的仿真过程中 Revert参数值返回到改变前时刻的值 再观测 Scope1 将波形记录下来 调节本地载波的频率或相位 双击本地载波图标 将原值频率或相位进行 改动 使其相位为 或频率为 32020 步骤同上 再从 Scope2 上观测解调 6 结果 并记录 二 二 抑制载波双边带调制 抑制载波双边带调制 DSB SC 关闭上述仿真实验窗口 选择 DSB SC modulation and demodulation sim 按 Run 按钮 进入 DSB 仿真实验窗口 图略 表 1 3 DSB 仿真框图参数值 名称幅度 伏 频率 Hz 波形相位 调制信号 Source 4400正弦 载波信号116000正弦 2 7 carrier 本地载波 carrier2 116000正弦 2 低通滤波器 butter 0 6000 仿真步骤同上 1 从 Scope1 可获得抑制载波双边带调幅波形与载波波形的对比 在时间 范围 0 0015 0 00135s 内放大 Scope1 在 0 00125s 处可观看到翻现象 2 从 FFT Scope1 FFT Scope2 可分别观测到调制信号 已调制信号的频谱 3 从 Scpoe2 可观测到解调波形与调制波形的对比情况 DSB 未经过高 斯信道 FFT Scope3 可观测到解调信号的频谱 观测上述波形与频谱并记录 4 从 Scope2 观测 DSB 经过高斯信道后调制与解调波形的对比 5 调整本地载波信号的相位 使其为 其他不变 步骤同上 从 6 Scope2 观测解调波形的幅度变化 6 调整本地载波的频率 20Hz 其它不变 从 Scope2 观测解调波形 三 三 单边带调制 单边带调制 SSB 关闭上述仿真实验窗口返回到界面菜单 选择 SSB modulation and demodulation sim 按 Run 按钮 进入 SSB 仿真窗 口 图略 表 1 4 DSB 仿真框图参数值 名称幅度 伏 频率 Hz 波形相位 调制信号 Source 14000正弦 载波信号 carrier1 232000正弦 2 本地载波 carrier2 232000正弦 2 上边带滤波器 BPF U 33000 40000 上边带滤波器 BPF L 24000 31000 低通滤波器 butter 0 15000 8 实验步骤同上 1 从 Scope1 可获得上下边带波形与载波波形的对比 2 从 FFT Scope1 FFT Scope2 可分别观测到调制信号 单边带信号的频谱 3 从 Scpoe2 可观测到解调波形与调制波形的对比图形 从 Scope3 可观察 到下边带解调波形与调制波形的对比图形 4 调整本地载波频率 1000Hz 其它不变 从 Scope2 观测解调信号的频偏 5 调整本地载波的相位 使其偏移 其他不变 从 Scope2 Scope3 观 6 测解调信号的附加相移 四 四 残留边带调制 残留边带调制 VSB 关闭 SSB 仿真实验窗口 从界面菜单中选择 VSB modulation and demodulation sim 按 Run 按钮进入 VSB 仿真窗口 图略 表 1 5VSB 仿真框图参数值 名称幅度 伏 频率 Hz 波形相位 调制信号 Source 14000正弦 载波信号 carrier 232000正弦 2 本地载波 Local carrier 232000正弦 2 低通滤波器 LPF1 0 34000 低通滤波器 LPF2 0 20000 1 从 FFT Scope1 观测双边带信号的频谱 从 FFT Scope2 观测 VSB 调制波 形的频谱 从 FFT Scope3 观测未经低通滤波器滤波的解调信号频 2 从 S