实验报告_模拟线性调制系统仿真

实验一：模拟线性调制系统仿真

一、实验目的：

1、掌握模拟调制系统的调制和解调原理；

2、理解相干解调。

三、实验内容：

1、编写AM 、DSB 、SSB 调制，并画出时域波形和频谱图。

2、完成DSB 调制和相干解调。

四、实验步骤 1、线性调制

1) 假定调制信号为()cos 2πm m t f t =，载波()cos 2πc c t f t =，m f =1kHz ，c f =10kHz ； 绘制调制信号和载波的时域波形(保存为图1-1)。

00.0010.0020.0030.004

0.005

0.0060.0070.0080.0090.01

-1

1

调制信号

t (s)0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.0050.006

0.007

0.008

0.009

0.01

-1-0.500.5

1载波

t (s)

2) 进行DSB 调制，DSB ()()()s t m t c t =?；进行AM 调制，[]AM ()1()()s t m t c t =+?；绘制DSB 已调信号和AM 已调信号的波形，并与调制信号波形进行对照(保存为图1-2)。

00.0010.0020.0030.004

0.0050.0060.0070.0080.0090.01

-2

2DSB 已调信号

t (s)

00.0010.0020.0030.004

0.0050.0060.0070.0080.0090.01

-2

2AM 已调信号

t (s)00.0010.0020.0030.004

0.0050.0060.0070.0080.0090.01

-2

2

调制信号

t (s)

3) 用相移法进行SSB 调制，分别得到上边带和下边带信号，

SSB 11

?()()()()()22

Q s t m t c t m

t c t =??，?()sin 2πm m t f t =，()sin 2πQ c c t f t =。

4) 对载波、调制信号、DSB 已调信号、AM 已调信号和SSB 已调信号进行FFT 变换，得到其频谱，并绘制出幅度谱(保存为图1-3)。

05

101520

200

400

调制信号频谱

f (kHz)

05

101520

200

400

载波信号频谱

f (kHz)

05

101520

200

400

DSB 已调信号频谱

f (kHz)

05

101520

200

400

AM 已调信号频谱

f (kHz)

05

101520

200

400

SSB 已调信号，上边带频谱

f (kHz)

05

101520

200

400

SSB 已调信号，下边带频谱

f (kHz)

2、DSB 信号的解调

1) 用相干解调法对DSB 信号进行解调，解调所需相干载波可直接采用调制载

波。

2) 将DSB 已调信号与相干载波相乘。

3) 设计低通滤波器，将乘法器输出中的高频成分滤除，得到解调信号。 4) 绘制低通滤波器的频率响应(保存为图1-4)。

051015

2025303540

-100

-80

-60

-40

-20

Frequence response - LBF

f (kHz)

H L P F (d B )

5) 对乘法器输出和滤波器输出进行FFT 变换，得到频谱。

6) 绘制解调输出信号波形；绘制乘法器输出和解调器输出信号幅度谱(保存为图

1-5)。

02468

1012

1416182022

100

200解调乘法器输出信号频谱

f (kHz)

02468

10121416182022

100

200解调器输出信号频谱

f (kHz)

00.0010.0020.0030.004

0.0050.0060.0070.0080.0090.01

-0.5

0.5

解调器输出信号

t (s)

7) 绘制解调载波与发送载波同频但不同相时的解调信号的波形，假定相位偏移

分别为ππππ

,,,8432

(保存为图1-6).

0.0020.0040.0060.008

0.01

-0.5

0.5

解调器输出信号，解调载波相差π/8t (s)

0.0020.0040.0060.008

0.01

-0.5

0.5

解调器输出信号，解调载波相差π/4t (s)

0.0020.0040.0060.008

0.01

-0.5

0.5解调器输出信号，解调载波相差π/3t (s)

0.0020.0040.0060.008

0.01

-0.5

0.5

解调器输出信号，解调载波相差π/2t (s)

五、实验思考题

1、与调制信号比较，AM 、DSB 和SSB 的时域波形和频谱有何不同？

答：AM 时域波形的上包络其形状与调制信号的波形相同，只是幅度有所增大；而DSB 时域波形的上包络则不再与调制信号相同，但幅度却不变。

调制信号的频谱频率相对较低，只有一个冲击，功率较大；AM 已调信号频谱集中出现在10kHz 附近，有三个冲击，中间一个功率较大，且与调制信号的功率接近，其余两个大约为其一半；DSB 已调信号频谱也是集中在10kHz 左右，只有两个冲击，以10kHz 为对称轴对称分布，功率为调制信号的一半左右；SSB 已调信号频谱就是DSB 已调信号两个冲击的分解。 2、低通滤波器设计时应考虑哪些因素？

答：本地载波接收信号的载波保证同频同相，且低通滤波器的带宽应略大于DSB 信号带宽。

3、采用相干解调时，接收端的本地载波与发送载波同频不同相时，对解调性能有何影响？

答：导致载波失真，不能完好的解调原波形。

六、源程序

%fc=10kHz, fm=1kHz, tp: 10 periods of moulation wave

%fs=10fc

close all;

clear;

fc=10e3; %载波频率

fm=1e3; %调制信号频率

fs=8*fc; %抽样频率

ts=1/fs; %抽样周期

tp=10/fm; %信号持续时间

N=tp*fs; %样值点数

t=0:ts:tp; %抽样时间点

m_sig=cos(2*pi*fm*t); %调制信号

c_sig=cos(2*pi*fc*t); %载波

m_shift_p = sin(2*pi*fm*t); %调制信号的90度相移c_q_sig = sin(2*pi*fc*t); %正交载波

dsb_sig=m_sig.*c_sig; %DSB已调信号

am_sig=(1+m_sig).*c_sig; %AM已调信号

ssb_sig_usb=(m_sig.*c_sig - m_shift_p.*c_q_sig)/2; %SSB已调信号，上边带ssb_sig_lsb=(m_sig.*c_sig + m_shift_p.*c_q_sig)/2; %SSB已调信号，下边带

fHz=[0:4095]/4096*fs; %频率点

M_f=fft(m_sig,4096); %调制信号的频谱

C_f=fft(c_sig,4096); %载波的频谱

dsb_f=fft(dsb_sig,4096); %DSB已调信号频谱

am_f = fft(am_sig, 4096); %AM已调信号频谱

ssb_usb_f = fft(ssb_sig_usb, 4096); %SSB已调信号，上边带频谱ssb_lsb_f = fft(ssb_sig_lsb, 4096); %SSB已调信号，下边带频谱

figure(1);

subplot(2,1,1); %调制信号波形

plot(t,m_sig);

title('调制信号');

xlabel('\itt\rm(s)');

%ylabel('\itm\rm(\itt\rm)');

subplot(2,1,2); %载波波形

plot(t,c_sig);

title('载波');

xlabel('\itt\rm(s)');

%ylabel('\itc\rm(\itt\rm)');

figure(2);

subplot(3,1,1);

plot(t,dsb_sig);

title('DSB已调信号');

xlabel('\itt\rm(s)');

%ylabel('\its\rs_D_S_B(\itt\rm)');

axis([0 0.01 -2 2]);

subplot(3,1,2); %DSB已调制信号波形plot(t,am_sig);

title('AM已调信号');

xlabel('\itt\rm(s)');

%ylabel('\itm\rm(\itt\rm)');

axis([0 0.01 -2 2]);

subplot(3,1,3); %AM调制信号波形

plot(t,m_sig);

title('调制信号');

xlabel('\itt\rm(s)');

axis([0 0.01 -2 2]);

figure(3);

subplot(3,2,1); %调制信号频谱

plot(fHz/1e3,abs(M_f));

title('调制信号频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itM\rm(\itf\rm)');

axis([0 22 0 420]);

grid on;

subplot(3,2,2);

plot(fHz/1e3,abs(C_f)) %载波信号频谱

title('载波信号频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itF\rm_C(\itf\rm)');

axis([0 22 0 420]);

grid on;

subplot(3,2,3);

plot(fHz/1e3,abs(dsb_f)); %DSB已调信号频谱title('DSB已调信号频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itF\rm_D_S_B(\itf\rm)');

axis([0 22 0 420]);

grid on;

subplot(3,2,4); %AM已调信号频谱

plot(fHz/1e3,abs(am_f));

title('AM已调信号频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itM\rm(\itf\rm)');

axis([0 22 0 420]);

grid on;

subplot(3,2,5);

plot(fHz/1e3,abs(ssb_usb_f)) % SSB已调信号，上边带频谱title('SSB已调信号，上边带频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itF\rm_C(\itf\rm)');

axis([0 22 0 420]);

grid on;

subplot(3,2,6);

plot(fHz/1e3,abs(ssb_lsb_f)); % SSB已调信号，下边带频谱title('SSB已调信号，下边带频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itF\rm_D_S_B(\itf\rm)');

axis([0 22 0 420]);

grid on;

%DSB解调

wc=1.5*2*pi*fm/fs; %解调器低通滤波器截止频率，1.5fm

% lbf_hn=fir1(8,wc/pi);

lbf_hn16=fir1(16,wc/pi); %低通滤波器系统函数，FIR滤波器dsb_dem_mul=dsb_sig.*c_sig; %解调器乘法器输出dem_out=filter(lbf_hn16,1,dsb_dem_mul); %滤波器输出

dsb_dem_mul_f=fft(dsb_dem_mul,4096); %解调器乘法器输出信号频谱dem_out_f=fft(dem_out,4096); %DSB解调信号频谱

figure(4);

grid on;

hold on;

[h,w]=freqz(lbf_hn16, 1, N); %低通滤波器的频率响应semilogx(w*fs/(2*pi)/1e3,20*log10(abs(h)),'r');

title('Frequence response - LBF');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

ylabel('\itH\rm_L_P_F(dB)');

%axis([0.1 40 -90 0]);

figure(5);

subplot(3,1,1);

plot(fHz/1e3,abs(dsb_dem_mul_f)); %DSB解调乘法器输出信号频谱title('解调乘法器输出信号频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itS\rm_o(\itf\rm)');

axis([0 22 0 210]);

grid on;

subplot(3,1,2);

plot(fHz/1e3,abs(dem_out_f)); %解调器输出信号频谱

title('解调器输出信号频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itM\rm_o(\it\f\rm)');

axis([0 22 0 210]);

grid on;

subplot(3,1,3);

plot(t,dem_out,'r'); %解调器输出信号波形

title('解调器输出信号');

xlabel('\itt\rm(s)');

%ylabel('\itm\rm_o(\itt\rm)');

% axis([0 0.01 -0.6 0.6]);

grid on;

%SSB解调,上边带

wc=1.5*2*pi*fm/fs; %解调器低通滤波器截止频率，1.5fm

% lbf_hn=fir1(8,wc/pi);

lbf_hn16=fir1(16,wc/pi); %低通滤波器系统函数，FIR滤波器ssb_dem_mul=ssb_sig_usb.*c_sig; %解调器乘法器输出sem_out=filter(lbf_hn16,1,ssb_dem_mul); %滤波器输出

ssb_dem_mul_f=fft(ssb_dem_mul,4096); %解调器乘法器输出信号频谱sem_out_f=fft(sem_out,4096); %SSB解调信号频谱

figure(6);

subplot(3,1,1);

plot(fHz/1e3,abs(ssb_dem_mul_f)); %SSB解调乘法器输出信号频谱

title('解调乘法器输出信号频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itS\rm_o(\itf\rm)');

axis([0 22 0 210]);

grid on;

subplot(3,1,2);

plot(fHz/1e3,abs(sem_out_f)); %解调器输出信号频谱

title('解调器输出信号频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itM\rm_o(\it\f\rm)');

axis([0 22 0 210]);

grid on;

subplot(3,1,3);

plot(t,sem_out,'r'); %解调器输出信号波形

title('解调器输出信号');

xlabel('\itt\rm(s)');

%ylabel('\itm\rm_o(\itt\rm)');

% axis([0 0.01 -0.6 0.6]);

grid on;

%SSB解调,下边带

wc=1.5*2*pi*fm/fs; %解调器低通滤波器截止频率，1.5fm

% lbf_hn=fir1(8,wc/pi);

lbf_hn16=fir1(16,wc/pi); %低通滤波器系统函数，FIR滤波器ssb_dem_mul2=ssb_sig_lsb.*c_sig; %解调器乘法器输出sem_out2=filter(lbf_hn16,1,ssb_dem_mul2); %滤波器输出

ssb_dem_mul_f2=fft(ssb_dem_mul2,4096); %解调器乘法器输出信号频谱sem_out_f2=fft(sem_out2,4096); %SSB解调信号频谱

figure(7);

subplot(3,1,1);

plot(fHz/1e3,abs(ssb_dem_mul_f2)); %SSB解调乘法器输出信号频谱title('解调乘法器输出信号频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itS\rm_o(\itf\rm)');

axis([0 22 0 210]);

grid on;

subplot(3,1,2);

plot(fHz/1e3,abs(sem_out_f2)); %解调器输出信号频谱

title('解调器输出信号频谱');

xlabel('\itf\rm(kHz)');

%ylabel('\itM\rm_o(\it\f\rm)');

axis([0 22 0 210]);

grid on;

subplot(3,1,3);

plot(t,sem_out2,'r'); %解调器输出信号波形

title('解调器输出信号');

xlabel('\itt\rm(s)');

%ylabel('\itm\rm_o(\itt\rm)');

% axis([0 0.01 -0.6 0.6]);

grid on;

%解调载波不同步时的解调情况

lc_sig1 = cos(2*pi*fc*t+pi/8);

lc_sig2 = cos(2*pi*fc*t+pi/4);

lc_sig3 = cos(2*pi*fc*t+pi/3);

lc_sig4 = cos(2*pi*fc*t+pi/2);

dsb_dem_mul1=dsb_sig.*lc_sig1; %解调器乘法器输出dsb_dem_mul2=dsb_sig.*lc_sig2; %解调器乘法器输出dsb_dem_mul3=dsb_sig.*lc_sig3; %解调器乘法器输出dsb_dem_mul4=dsb_sig.*lc_sig4; %解调器乘法器输出dem_out1=filter(lbf_hn16,1,dsb_dem_mul1); %滤波器输出

dem_out2=filter(lbf_hn16,1,dsb_dem_mul2); %滤波器输出

dem_out3=filter(lbf_hn16,1,dsb_dem_mul3); %滤波器输出

dem_out4=filter(lbf_hn16,1,dsb_dem_mul4); %滤波器输出

figure(6);

subplot(2,2,1);

plot(t,dem_out1); %解调器输出信号波形title('解调器输出信号，解调载波相差\pi/8');

xlabel('\itt\rm(s)');

axis([0 0.01 -0.5 0.5]);

subplot(2,2,2);

%grid on;

plot(t,dem_out2); %解调器输出信号波形title('解调器输出信号，解调载波相差\pi/4');

xlabel('\itt\rm(s)');

axis([0 0.01 -0.5 0.5]);

subplot(2,2,3);

%grid on;

plot(t,dem_out3); %解调器输出信号波形title('解调器输出信号，解调载波相差\pi/3');

xlabel('\itt\rm(s)');

axis([0 0.01 -0.5 0.5]);

axis([0 0.01 -0.5 0.5]);

subplot(2,2,4);

%grid on;

plot(t,dem_out4); %解调器输出信号波形title('解调器输出信号，解调载波相差\pi/2');

xlabel('\itt\rm(s)');

axis([0 0.01 -0.5 0.5]);

%grid on;