通信原理实验

通信原理实验

实验七 基于 Matlab

的模拟信号传输系统实验

实验七 基于 Matlab 的模拟信号传输系统实验

一、实验目的

1 掌握模拟幅度及角度调制/解调的原理和方法；

2 掌握常见模拟幅度及角度调制信号的波形和频谱特点； 3 掌握模拟幅度及角度调制系统的 MATLAB 仿真实现方法。

二、实验原理

（一）滤波法幅度调制解调的基本原理 1、调制

设正弦载波为，其中， A 为载波幅度； ωc 为载波角频率； ?0 为载波初始相位，一般可记为 0。则幅度调制信号及对应频谱可以表示为：

由公式可以看出，已调信号的振幅随基带信号成正比变化，其频谱是基带信号频谱的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制又称为线性调制。

图为幅度调制的一般模型，我们通过选择不同的滤波器特性H (ω) ，便可以得到各种幅度调制信号，如调幅（ AM）、双边带（ DSB）、单边带（ SSB）及残留边带（ VSB）信号等。

2、解调

幅度调制属于线性调制，它的解调方式有两种，即相干解调和非相干解调。其中，相干解调：有本地载波参与解调，利用了信号的幅度信息和相位信息，可适用于各种幅度调制方式的解调；非相干解调：利用信号的幅度信息，它仅适用于标准调幅（ AM）信号的解调，这里仅介绍相干解调。

为了无失真地恢复基带信号，接收端必须提供与发送端载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接收信号相乘并经过低通滤波后，可得到解调信号，如图所示：

记已调信号的表达式为：

与相干载波相乘（假设接收端与发送端载波同频同相），经过低通滤波和隔直流后，得到信号sd(t) 为

对于各种线性调制方式sd(t) 中都包含了m t ( ) 信息，由此，完成了解调过程。

(二) 标准调幅（AM） 1、AM信号产生

AM 调制模型如图所示， AM 是诸多调制方式中最简单的一种模拟调制方式， AM信号的时域和频域表达式分别为：

式中： A0 为外加的直流分量；m(t)为模拟基带信号，可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为 0 ，即m(t) = 0 。

_

AM 信号的典型波形和频谱分别如图 7.5 所示，显然，调制信号 m(t) 的带

宽为BAM?2Bm?2fH，fH为m(t) 的最高频率。而 AM 信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即 BAM?2Bm?2fH

AM 信号波形可用包络检波法很容易地恢复原始信号， 但为了保证包络检波

时不发生失真，必须满足

A0?m(t)max ，否则将出现过调幅现象而带来失真。

2、AM解调

一般说来 AM 信号有两种解调方式，相干解调法和非相干解调法，这里只介绍相干解调法：

将已调 AM 信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得

再经过低通滤波器，滤去第 2 项高频分量，即可无失真地恢复出原始的调制信号

m(t)?1 2?A0?m(t)?

（三）角度调制（FM调制） 1、调制

所谓频率调制，是指载波的振幅不变，用基带信号 m(t) 去控制载波的瞬时频率的一种调制方法。调频信号的瞬时频率随着 m(t) 的大小而变化，或者说调频信号的瞬时频偏与m(t)成正比关系，即

式中kf 称为调频灵敏度。调频波的表示式为：

式中：

上式也可以写成 其中

则利用 I Q 支路的方法可以获得 FM 调制信号。

2、解调

加噪声的fm调制信号频谱10005000-5-4-3-2-10f/hz1234x 1054经BPF后的调制信号频谱10005000-5-4-3-2-10f/hz1234x 1054从图中可以分析出经过调制后的信号在时域的波形频率随着基带信号的变化而变化，与理论上相一致，且根据卡森公式，在频域的带宽与理论计算得一致。加上噪声后，时域波形出现毛刺，符合预想结果。

2、解调

经BPF后的调制信号20-20x 1050.511.52t/s2.533.5x 104-3经微分器后的信号50-50x 105500100015002000t/s2500300035004000包络检波信号4200x 105500100015002000t/s2500300035004000经LPF后的解调信号50-50500100015002000t/s2500300035004000将信号通过ＢＰＦ后，信号的噪声消失了，再将其通过微分器后，基带信号的信息反映在包络的变化上，再将其通过包络检波、低通滤波器即可检出基带信号，从图中可以发现解调信号基本上与理论分析的一致。说明ＦＭ调制解调的设计没有错误。

实验八

通信原理实验

基于 Matlab 的数字信号传输系统实验

实验八 基于 Matlab 的数字信号传输系统实验

一、实验目的

1 掌握数字基带传输通信系统的组成；

2 掌握数字基带信号的波形和功率谱特点； 3 掌握眼图的相关知识；

4 利用 Matlab 仿真画出几种数字基带信号的波形及功率谱函数。

二、实验原理 （一）数字通信系统

数字通信系统可进一步细分为数字基带传输通信系统、数字频带传输通信系统、模拟信号数字化传输通信系统。本实验主要研究数字基带传输系统。 （二）数字基带信号传输系统框图

（三）数字基带信号

数字基带信号是信源发出的、未经调制或频谱变换、直接在有效频带与信号频谱相对应的信道上传输的数字信号，是消息代码的电波形，是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。 数字基带信号的种类很多， 如单/双极性码、 单/双极性归零码、 差分码、 AMI 码、 HDB3码、 PST 码以及双相码等等。

在实际系统中，对传输用的基带信号的要求主要有两点： (1) 对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型； (2) 对所选码型电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。

（四）数字基带信号的功率谱密度

(1) 数字基带信号的数学表达式

（2）数字基带信号功率谱密度公式

(3) 数字基带信号功率谱密度

（ 1） 数字基带信号功率谱密度包含连续谱和离散谱。连续谱始终存在，决定信号的功率分布，用于确定信号的带宽。

（ 2） 离散谱在某些情况不存在，当离散谱存在时即为码元频率的 N 次谐波分量，携带了位同步定时信息，用于接收端位同步定时提取。

三、方案设计

产生一个基带信号（实验采了多进制双极性归零码和多进制单极性归零码）添加噪声（采用y = awgn(x,SNR)函数） 通过椭圆滤波器进行滤波 对滤波后信号进行抽样判决

实验步骤：

（1）打开 Matlab，新建一个.m 文件；

（2）产生要输入的比特流；利用randi 函数产生长为 length 的比特流； （3）产生基带信号，画出其信号波形和频谱图；20个码元，抽样频率1000Hz。 （4）添加噪声，画出其输出信号波形和频谱图；

（5）接收滤波器，画出其输出信号波形和频谱图；滤波器的最大通带衰减为0.03dB,最小阻带衰减为50dB，滤波器的阶数为6阶。

（6）抽样判决器输出，画出其输出信号波形和频谱图；

四、实验结果

（一）四进制双极性归零码传输系统

基带信号波形210-1-20200400600800100012001400160018002000基带信号功率谱3020100-10050100150200250300350400450500

加噪声信号420-2-40200400600800100012001400160018002000加噪声功率谱40200-20-40050100150200250300350400450500

经滤波后信号420-2-40200400600800100012001400160018002000经滤波后信号功率谱3020100-10050100150200250300350400450500

抽样判决后信号210-1-20200400600800100012001400160018002000抽样判决后信号功率谱3020100-10050100150200250300350400450500

结果分析：从中可看出通过randi产生的基带信号为四进制的双极性归零信号，再加上10dB的噪声后，信号的波形表面出现了许多毛刺，经过设计的接收椭圆滤波器后，信号的波形变得相对光滑一点，最后经过抽样判决，从滤波后的信号克制在码元中间进行判决较为准确，经过判决后的信号与之前的对比，发现数字基带信号的传输并没有出现错误，且功率谱也一致。由此分析，设计的过程是相对正确的。

（二）四进制单极性归零码传输系统

基带信号波形432100200400600800100012001400160018002000基带信号功率谱403020100050100150200250300350400450500

加噪声信号432100200400600800100012001400160018002000加噪声功率谱403020100050100150200250300350400450500

经滤波后信号432100200400600800100012001400160018002000经滤波后信号功率谱403020100050100150200250300350400450500

抽样判决后信号432100200400600800100012001400160018002000抽样判决后信号功率谱403020100050100150200250300350400450500

结果分析：产生的为四进制单极性归零码，从加噪声、滤波、抽样判决的仿真结果发现，得到的实际波形与理论分析一致。

通过这次基带信号的传输实验，我了解了各种信号波形的特征，如单极性归零/不归零码、多进制双极性归零/不归零码等的信号波形的差异。还学会了如何在matlab上进行基带信号传输的仿真和进行椭圆滤波器的设计。加深了对基带信号传输过程的理解。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ts72.html