通信原理实验

1一、实验目的掌握AM信号调制和解调基本原理。通过ｍａｔｌａｂ仿真，加深对AM系统的理解；锻炼运用所学知识，独立分析问题、解决问题的综合能力。二、实验要求运用通信原理的基本理论和专业知识，对AM系统进行设计、仿真（仿真用程序实现），要求用程序画出调制信号，载波，已调信号、相干解调之后信号的的波以及已调信号的功率谱密度。用matlab产生一个频率为1HZ、功率为1的余弦信源，设载波频率为10HZ，A=2，试画出：调制信号，AM、DSB、SSB信号，载波，解调信号及已调信号的功率谱密度。在信道中经过带通滤波器后各自加入功率为0.1的窄带高斯白噪声。三、实验原理AM调制就是由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。在波形上，幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移（精确到常数因子）。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。解调方法利用相干解调。解调就是实现频谱搬移，通过相乘器与载波相乘来实现。相干解调时，接收端必须提供一个与接受的已调载波严格同步的本地载波，它与接受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，得到原始的基带调制信号。通过信号的功率谱密度的公式，得到功率谱密度。四、程序设计1.AM调制与解调信号clearall;closeall;clc;dt=0.0001;t=[0:dt:1];fc=10;phi0=0;ct=cos(2*pi*fc*t+phi0);%载波信号fm=1;a0=2;mt0=cos(2*pi*fm*t+phi0);mt=a0+mt0;%调制信号+直流a0s_am=1.5*mt.*ct;2figure(1)subplot(3,1,1),plot(t,mt),title('mt----调制信号+直流a0')subplot(3,1,2),plot(t,ct),title('ct----载波信号')subplot(3,1,3),plot(t,s_am),title('s_am----已调AM信号')[m,n]=size(s_am);%生成一个矩阵ni=sqrt(0.1).*randn(m,n);%正态高斯分布函数s_am0=s_am+ni;figure(2)subplot(3,1,1),plot(t,ni),title('ni----高斯白噪声')subplot(3,1,2),plot(t,s_am0),title('s_am0=s_am+ni----已调AM信号+高斯白噪声')w1=2*dt*(fc-2*fm);w2=2*dt*(fc+2*fm);[b,a]=butter(4,[w1,w2],'bandpass');%设计带通滤波器s_am1=filter(b,a,s_am0);%过滤波器subplot(3,1,3),plot(t,s_am1),title('s_am1----AM信号进入带通滤波器')s_am2=abs(hilbert(s_am1));%取希尔伯特变换模值figure(3)subplot(3,1,1),plot(t,s_am2),title('s_am2----信号经包络检波后的波形')B=2*fm;wn3=2*dt*B;%隔直[b,a]=butter(4,wn3,'low');s_am3=filter(b,a,s_am2);s_am4=s_am3-a0;subplot(3,1,2),plot(t,-s_am3),title('s_am3----解调后的信号')subplot(3,1,3),plot(t,-s_am4),holdon,title('解调后的信号与原调制信号比较')plot(t,mt0,'r')dt=t(2)-t(1);%采样周期f=1/dt;%采样频率(Hz)X=fft(s_am);%计算x的快速傅立叶变换XN=1/dt;F=X(1:N/2+1);%F(k)=X(k)(k=1:N/2+1)f=f*(0:N/2)/N;%使频率轴f从零开始figure(4)subplot(3,1,1),plot(f,abs(F)),title('AM调制信号频谱图');xlim([0,fc*2]);xlabel('Frequency');ylabel('|F(k)|')2.DSB调制与解调信号clearall;closeall;clc;dt=0.0001;t=[0:dt:1];fc=10;phi0=0;ct=cos(2*pi*fc*t+phi0);%载波信号3fm=1;a0=0;mt0=cos(2*pi*fm*t+phi0);mt=a0+mt0;%调制信号+直流a0s_am=1.5*mt.*ct;figure(1)subplot(3,1,1),plot(t,mt),title('mt----调制信号+直流a0')subplot(3,1,2),plot(t,ct),title('ct----载波信号')subplot(3,1,3),plot(t,s_am),title('s_am----已调信号')[m,n]=size(s_am);%生成一个矩阵ni=0.05*randn(m,n);%正态高斯分布函数,均值为0s_am0=s_am+ni;figure(2)subplot(3,1,1),plot(t,ni),title('ni----高斯白噪声')subplot(3,1,2),plot(t,s_am0),title('s_am0=s_am+ni----已调信号+高斯白噪声')w1=2*dt*(fc-2*fm);w2=2*dt*(fc+2*fm);[b,a]=butter(4,[w1,w2],'bandpass');%设计带通滤波器，b，a是分子和分母s_am1=filter(b,a,s_am0);%过滤波器subplot(3,1,3),plot(t,s_am1),title('s_am1----DSB信号进入带通滤波器')s_am1=s_am0.*ct;%同步解调subplot(3,1,3),plot(t,s_am1),title('s_am1----信号进入滤波器')[b,a]=cheby1(12,0.5,100/500);%切比雪夫滤波器s_am2=filter(b,a,s_am1);%过滤波器figure(3)subplot(3,1,1),plot(t,s_am2),title('s_am2----信号经相干解调后的波形')B=2*fm;wn3=2*dt*B;%隔直[b,a]=butter(4,wn3,'low');s_am3=filter(b,a,s_am2);s_am4=s_am3-a0;subplot(3,1,2),plot(t,-s_am3),title('s_am3----解调后的信号')subplot(3,1,3),plot(t,-s_am4),holdon,title('解调后的信号与原调制信号比较')plot(t,mt0,'r')dt=t(2)-t(1);%采样周期f=1/dt;%采样频率(Hz)X=fft(s_am);%计算x的快速傅立叶变换XN=1/dt;F=X(1:N/2+1);%F(k)=X(k)(k=1:N/2+1)f=f*(0:N/2)/N;%使频率轴f从零开始figure(4)subplot(3,1,1),plot(f,abs(F)),title('DSB调制信号频谱图');xlim([0,fc*2]);xlabel('Frequency');ylabel('|F(k)|')3.SSB调制与解调信号4clearall;closeall;clc;dt=0.0001;t=[0:dt:1];N=length(t);fc=10;phi0=0;ct=cos(2*pi*fc*t+phi0);%载波信号fm=1;a0=0;mt0=cos(2*pi*fm*t+phi0);mt=a0+mt0;%调制信号+直流a0mt1=hilbert(mt,N);ct1=2*sin(2*pi*fc.*t);s_am=(mt.*ct-mt1.*ct1)/2;figure(1)subplot(3,1,1),plot(t,mt),title('mt----调制信号+直流a0')subplot(3,1,2),plot(t,ct),title('ct----载波信号')subplot(3,1,3),plot(t,s_am),title('s_am----已调SSB信号')[m,n]=size(s_am);%生成一个矩阵ni=0.05*randn(m,n);%正态高斯分布函数,均值为0，功率s_am0=s_am+ni;figure(2)subplot(3,1,1),plot(t,ni),title('ni----高斯白噪声')subplot(3,1,2),plot(t,s_am0),title('s_am0=s_am+ni----已调信号+高斯白噪声')w1=2*dt*(fc-2*fm);w2=2*dt*(fc+2*fm);[b,a]=butter(4,[w1,w2],'bandpass');%设计带通滤波器，b，a是分子和分母s_am1=filter(b,a,s_am0);%过滤波器subplot(3,1,3),plot(t,s_am1),title('s_am1----SSB信号进入带通滤波器')s_am1=s_am0.*ct;%同步解调subplot(3,1,3),plot(t,s_am1),title('s_am1----信号进入滤波器')[b,a]=cheby1(12,0.5,100/500);%切比雪夫滤波器s_am2=filter(b,a,s_am1);%过滤波器%解调信号通过低通滤波器Rp=0.1;Rs=50;Wp=5/100;Ws=10/100;[n,Wn]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,Wn);figure(3)subplot(3,1,1),plot(t,s_am2),title('s_am2----信号经相干解调后的波形')B=2*fm;wn3=2*dt*B;%隔直[b,a]=butter(4,wn3,'low');s_am3=filter(b,a,s_am2);s_am4=s_am3-a0;subplot(3,1,2),plot(t,-s_am3),title('s_am3----解调后的信号')5subplot(3,1,3),plot(t,-s_am4),holdon,title('解调后的信号与原调制信号比较')plot(t,mt0,'r')dt=t(2)-t(1);%采样周期f=1/dt;%采样频率(Hz)X=fft(s_am);%计算x的快速傅立叶变换XN=1/dt;F=X(1:N/2+1);%F(k)=X(k)(k=1:N/2+1)f=f*(0:N/2)/N;%使频率轴f从零开始figure(4)subplot(3,1,1),plot(f,abs(F)),title('SSB调制信号频谱图');xlim([0,fc*2]);xlabel('Frequency');ylabel('|F(k)|')五、实验结果及分析图1-5AM调制信号6由上图可以分析出：本实验基本完成了利用MATALAB实现SSB信号的调制与解调功能。调幅过程是原始频谱F(w)简单搬移，频谱包含两部分，载波分量和边带分量。A.AM波占用的带宽是消息带宽的2倍B.AM波幅度谱SAM(w)是对称的。图1-6DSB调制信号由上图可以分析出：本实验基本完成了利用MATALAB实现SSB信号的调制与解调功能。由于AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果将载波抑制，只需不附加直流分量，即可得到抑制载波双边带信号。抑制载波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。7图1-7SSB调制信号由上图可以分析出：本实验基本完成了利用MATALAB实现SSB信号的调制与解调功能。在AM和DS