1、實(shí)驗(yàn)1 模擬調(diào)制解調(diào)一、實(shí)驗(yàn)要求1. 任意產(chǎn)生一個(gè)調(diào)制信號，畫出其波形及其頻譜；2. 產(chǎn)生一個(gè)余弦載波信號，畫出其波形及其頻譜；3. 分別采用AM，DSB，SSB的方式對調(diào)制信號進(jìn)行調(diào)制，畫出已調(diào)信號的波形及頻譜；4. 采用適當(dāng)?shù)姆绞剑謩e對3中得到的已調(diào)信號進(jìn)行解調(diào)，畫出解調(diào)信號的波形；5. 產(chǎn)生一個(gè)高斯白噪聲，疊加在已調(diào)信號上，然后進(jìn)行解調(diào)，畫出解調(diào)信號的波形；6. 比較4和5中的結(jié)果；二、實(shí)驗(yàn)原理調(diào)幅（AM）如圖1所示為調(diào)幅調(diào)制基本模型，假設(shè)調(diào)制信號m(t)平均值為0，將其疊加一個(gè)直流偏量0A后與載波相乘，即可形成調(diào)幅信號。調(diào)幅信號時(shí)域表達(dá)式為：若m(t)為確知信號，則AM信號頻譜為：其

2、典型波形和頻譜如圖2所示：由圖2中時(shí)域波形可以看出，當(dāng)滿足條件時(shí)，調(diào)幅波的包絡(luò)與調(diào)制信號波形完全一致，因此用包絡(luò)檢波法將會(huì)很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號。如未滿足前述條件，將出現(xiàn)“過調(diào)幅”現(xiàn)象，此時(shí)用包絡(luò)檢波將發(fā)生失真、無法準(zhǔn)確恢復(fù)原始波形，應(yīng)當(dāng)采用其他的解調(diào)方法解調(diào)，如同步檢波。 由圖2中頻域波形可看出AM信號頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。因此，AM信號是帶有載波分量的雙邊帶信號，帶寬是基帶信號帶寬最大值的2倍，即。雙邊帶調(diào)制（DSB）如圖3所示，在AM調(diào)制模型中將直流分量A0去掉，即可輸出抑制載波雙邊帶信號、簡稱DSB信

3、號，其時(shí)域和頻域表達(dá)式如下：對應(yīng)的典型DSB信號波形和頻譜圖如圖4所示：同AM調(diào)幅信號相比，DSB信號有以下三點(diǎn)特點(diǎn)： 需采用相干解調(diào)(同步檢波)，不能采用簡單的包絡(luò)檢波;節(jié)省了載波功率，全部功率都用于信號傳輸，調(diào)制效率為100；DSB信號功率利用率提高了，但它的頻帶寬度仍是調(diào)制信號帶寬的兩倍。單邊帶調(diào)制（SSB）雙邊帶信號兩個(gè)邊帶中的任意一個(gè)都包含了調(diào)制信號頻譜()Mw的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個(gè)邊帶即可。這樣既節(jié)省發(fā)送功率，還可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為SSB單邊帶調(diào)制。如圖5所示濾波法產(chǎn)生SSB信號，先產(chǎn)生一個(gè)雙邊帶信號，再讓其通過一個(gè)邊帶濾波器濾除不要的邊帶，即可得到單邊帶信

4、號。圖中，()Hw為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，若它具有如下理想高通特性：則可濾除下邊帶，保留上邊帶(USB)；若H（）具有如下理想低通特性：則可濾除上邊帶，保留上邊帶(LSB)：因此，SSB信號頻譜可表示為，邊帶濾波器H（）濾波特性存在如圖6所示a、b兩種情況。 相對應(yīng)的，SSB信號頻譜也存在兩種情況如圖7。通常情況下選取保留上邊帶。除了濾波法還可使用相移法產(chǎn)生SSB信號。 SSB信號具備以下兩點(diǎn)特點(diǎn)： a) 不但可節(jié)省載波發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度為= ； b) SSB信號的解調(diào)和DSB一樣不能采用簡單的包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：信號產(chǎn)生4AM調(diào)制4功率頻譜密度5AM相干解

5、調(diào)6DSB調(diào)制7功率頻譜密度8DSB相干解調(diào)9SSB調(diào)制10功率頻譜密度11SSB解調(diào)12VSB調(diào)制13功率頻譜密度14VSB解調(diào)15FM調(diào)制16FM解調(diào)（鑒頻器）17函數(shù)BPF18函數(shù)FFT_SHIFT18函數(shù)aussNB19函數(shù)IFFT_SHIFT19函數(shù)RECT_LPF19函數(shù)vsbmd20信號產(chǎn)生dt=0.001; %采樣時(shí)間間隔fmax=1; %信源最高頻率fc=10; %載波中心頻率T=5; %信號時(shí)長N=T/dt;t=0:N-1*dt;A1=sqrt(2);ft=A1*cos(2*pi*fmax*t); %信源N0=0.1; %噪聲功率AM調(diào)制A=2;s_am=(A+ft).*c

6、os(2*pi*fc*t);BAM=2*fmax;noise=GaussNB(fc,BAM,N0,t); %高斯窄帶噪聲figure(1);subplot(211);plot(t,s_am);%畫出AM信號波形hold on;plot(t,A+ft,'r-'); %標(biāo)示AM的包絡(luò)title('無噪聲疊加AM調(diào)制信號及其包絡(luò)');xlabel('t');s_am_n=s_am+noise; %噪聲疊加subplot(212);plot(t,s_am_n,'r-');title('帶噪聲疊加AM調(diào)制信號');xlabe

7、l('t');功率頻譜密度f,Xf=FFT_SHIFT(t,s_am);%已調(diào)信號頻譜fn,Xfn=FFT_SHIFT(t,s_am_n);%帶噪聲已調(diào)信號頻譜PSD=(abs(Xf).2)/T;%調(diào)制信號功率密度函數(shù)PSDn=(abs(Xfn).2)/T;figure(2);subplot(211);plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title('AM信號功率譜');xlabel('f');subplot(212);plot(f,PSDn,'r');axis(-2*fc 2*f

8、c 0 1.5*max(PSD);title('帶噪聲AM信號功率譜');xlabel('f');AM相干解調(diào)id_amt=s_am_n.*cos(2*pi*fc*t);%本地相乘器id_amt=id_amt-mean(id_amt);f,AMf=FFT_SHIFT(t,id_amt);t,id_amt=RECT_LPF(f,AMf,BAM);%低通濾波figure(3);subplot(211);plot(t,id_amt);title('AM信號');xlabel('t');subplot(212);plot(t,ft/2,&

9、#39;r-');title('AM解調(diào)信號');xlabel('t');DSB調(diào)制s_dsb=ft.*cos(2*pi*fc*t);BDSB=2*fmax;noise=GaussNB(fc,BDSB,N0,t); %高斯窄帶噪聲figure(4);subplot(211);plot(t,s_dsb); %畫出DSB信號波形hold on;plot(t,ft,'r-'); %標(biāo)示DSB的包絡(luò)title('無噪聲疊加DSB信號');xlabel('t');s_dsb_n=s_dsb+noise; %噪聲疊加s

10、ubplot(212);plot(t,s_dsb_n,'r-');title('帶噪聲疊加DSB信號');xlabel('t');功率頻譜密度f,Xf=FFT_SHIFT(t,s_dsb); %已調(diào)信號頻譜fn,Xfn=FFT_SHIFT(t,s_dsb_n); %帶噪聲已調(diào)信號頻譜PSD=(abs(Xf).2)/T; %調(diào)制信號功率PSDn=(abs(Xfn).2)/T;figure(5);subplot(211);plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title('DSB信號功率譜

11、9;);xlabel('f');subplot(212);plot(f,PSDn,'r');axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title('帶噪聲DSB信號功率譜');xlabel('f');DSB相干解調(diào)id_dsbt=s_dsb_n.*cos(2*pi*fc*t); %本地相乘器id_dsbt=id_dsbt-mean(id_dsbt);f,DSBf=FFT_SHIFT(t,id_dsbt);t,id_dsbt=RECT_LPF(f,DSBf,BDSB); %低通濾波figure(6);subplo

12、t(211);plot(t,id_dsbt);title('DSB信號');xlabel('t');subplot(212);plot(t,ft/2,'r-');title('DSB解調(diào)信號');xlabel('t');SSB調(diào)制BSSB=fmax;s_ssb=real(hilbert(ft).*exp(j*2*pi*fc*t);noise=GaussNB(fc,BSSB/2,N0,t);figure(7);subplot(211);plot(t,s_ssb);title('SSB信號');xlab

13、el('t');s_ssb_n=s_ssb+noise;subplot(212);plot(t,s_ssb_n,'r-');title('帶噪聲SSB信號');xlabel('t');功率頻譜密度f,Xf=FFT_SHIFT(t,s_ssb); %已調(diào)信號頻譜fn,Xfn=FFT_SHIFT(t,s_ssb_n); %帶噪聲已調(diào)信號頻譜PSD=(abs(Xf).2)/T; %調(diào)制信號功率密度函數(shù)PSDn=(abs(Xfn).2)/T;figure(8);subplot(211);plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*f

14、c 0 1.5*max(PSD);title('SSB信號功率譜');xlabel('f');subplot(212);plot(f,PSDn,'r');axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title('帶噪聲SSB信號功率譜');xlabel('f');SSB解調(diào)id_ssbt=s_ssb_n.*cos(2*pi*fc*t);id_ssbt=id_ssbt-mean(id_ssbt);f,SSBf=FFT_SHIFT(t,id_ssbt);t,id_mt=RECT_LPF(f,SSBf,

15、2*fmax);figure(9);subplot(211);plot(t,id_mt);title('SSB信號');xlabel('t');subplot(212);plot(t,ft/2,'r-');title('SSB解調(diào)信號');xlabel('t');VSB調(diào)制vsb=ft.*cos(2*pi*fc*t);BVSB=1.2*fmax;f,vsbf=FFT_SHIFT(t,vsb);t,s_vsb=vsbmd(f,vsbf,0.2*fmax,1.2*fmax,fc);noise=GaussNB(fc,BV

16、SB,N0,t);figure(10);subplot(211);plot(t,s_vsb);title('VSB信號');xlabel('t');s_vsb_n=s_vsb+noise;subplot(212);plot(t,s_vsb_n,'r-');title('帶噪聲的VSB信號');xlabel('t');功率頻譜密度f,sf=FFT_SHIFT(t,s_vsb);PSD=(abs(sf).2)/T;figure(10);subplot(211);plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0

17、 1.5*max(PSD);title('VSB信號功率譜')xlabel(' f');subplot(212);f,sfn=FFT_SHIFT(t,s_vsb_n);PSDn=(abs(sfn).2)/T;plot(f,PSDn,'r');axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title('帶噪聲的VSB信號功率譜');xlabel(' f');VSB解調(diào)vsbd=s_vsb_n.*cos(2*pi*fc*t);vsbd=vsbd-mean(vsbd);f,VSBf=FFT_SHIFT(t

18、,vsbd);t,vsb_t=RECT_LPF(f,VSBf,2*fmax);figure(11);subplot(211);plot(t,vsb_t);title('VSB信號');xlabel('t');subplot(212);plot(t,-ft/2,'r-');title('VSB相干解調(diào)');xlabel('t');FM調(diào)制Kf=5;mti=1/2/pi/fmax*sin(2*pi*fmax*t); %ft的積分函數(shù)FMt=A*cos(2*pi*fc*t+2*pi*Kf*mti);figure(12);

19、subplot(211);plot(t,FMt);hold on;plot(t,ft,'r-');xlabel('t');ylabel('FM信號');subplot(212);f,sf=FFT_SHIFT(t,FMt);plot(f,abs(sf);axis(-25 25 0 3);xlabel('f');ylabel('調(diào)頻信號幅度譜');FM解調(diào)（鑒頻器）N=length(FMt);dFMt=zeros(1,N);for k=1:N-1 dFMt(k)=(FMt(k+1)-FMt(k)/dt;endenvlp

20、=A*2*pi*Kf*ft+A*2*pi*fc;figure(13);plot(t,dFMt);hold on;plot(t,envlp,'r-');xlabel('t');ylabel('調(diào)頻信號微分后包絡(luò)');函數(shù)BPFfunction t,out=BPF(f,Sf,fc,B)df=f(2)-f(1);N=length(f);NC=floor(N/2);Nfc=floor(fc/df);NB2=floor(B/df/2);bpfH=zeros(1,N);N1=NC-Nfc+-NB2:NB2,NC+Nfc+-NB2:NB2;bpfH(N1)=1

21、;Yf=bpfH.*Sf;t,out=IFFT_SHIFT(f,Yf);函數(shù)FFT_SHIFTfunction f,sf=FFT_SHIFT(t,st)%this function is FFT to calculate a signal's Fourier transformdt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(t);f=-N/2:N/2-1*df;sf=fft(st);sf=T/N*fftshift(sf);函數(shù)aussNBfunction out=GaussNB(fc,B,N0,t)dt=t(2)-t(1);Fmax=1/dt;N=length(t);p=N0*Fmax;rn=sqrt(p)*randn(1,N);f,rf=FFt_SHIFT(t,rn);t,out=BPF(f,rf,fc-B/2,fc+B/2);函數(shù)IFFT_SHIFTfunction t,st=IFFT_SHIFT(f,Sf)df=f(2)-f(1);fma