实验一 模拟通信的MATLAB仿真..

湖北民族学院—信息工程学院－通信原理实验报告

1 实验一 模拟通信的MATLAB仿真

姓名：左立刚 学号：031040522

简要说明：

实验报告注意包括AM，DSB，SSB，VSB，FM五种调制与解调方式的实验原理，程序流程图，程序运行波形图，simulink仿真模型及波形，心得体会，最后在附录中给出了m语言的源程序代码。

一．实验原理

1．幅度调制（AM）

幅度调制（AM）是指用调制信号去控制高频载波的幅度，使其随调制信号呈线性变化的过程。AM信号的数学模型如图3-1所示。

图2-1 AM信号的数学模型

为了分析问题的方便，令0=0，

1.1 AM信号的时域和频域表达式

tSAM=[A0+mt]costc （2-1）

tSAM=A0[CC]+ccMM21 （2-2） 湖北民族学院—信息工程学院－通信原理实验报告

2 AM信号的带宽

2BAMfH （2-3）

式中，fH为调制信号的最高频率。

2.1.3 AM信号的功率PAM与调制效率AM

PAM=22220tmA=PPmc （2-4）

式中，PC=20A 为不携带信息的载波功率；22tmPm为携带信息的边带功率。

ttmAmPPAMCAM2202 （2-5）

AM调制的优点是可用包络检波法解调，不需要本地同步载波信号，设备简单。AM调制的最大缺点是调制效率低。

2.2、双边带调制（DSB）

如果将在AM信号中载波抑制，只需在图3-1中将直流 A0去掉，即可输出抑制载波双边带信号。

2.2.1 DSB信号的时域和频域表达式

ttmtcDSBScos

（2-6）

CCDSBMMS21 （2-7）

DSB信号的带宽

fBBHAMDSB2 （2-8） 湖北民族学院—信息工程学院－通信原理实验报告

3 DSB信号的功率及调制效率

由于不再包含载波成分，因此，DSB信号的功率就等于边带功率，是调制信号功率的一半，即

ttmPSPCDSBDSB2221 （2-9）

显然，DSB信号的调制效率为100%。

2.3、单边带调制（SSB）

产生SSB信号最基本的方法有滤波法和相移法。

2.3.1 SSB信号的时域表达式

ttmttmtccSSBSsinˆ21cos21 （2-10）

式中，“－”表示上边带信号，“＋”表示下边带信号；tmˆ是tm的希尔伯特变换。

2.3.2 SSB信号的带宽、功率和调制效率

fBBHDSBSSB21 （2-11）

由于SSB信号仅包含一个边带，因此其功率为DSB信号的一半，即

tmPPDSBSSB24121 （2-12）

显然，SSB信号的调制效率也为100%。

2.4、残留边带调制（VSB）

单边带传输信号具有节约一半频谱和节省功率的优点。但是付出的代价是设备制作非常困难。为了解决这个问题，可以采用残留边带调制（VSB）。VSB湖北民族学院—信息工程学院－通信原理实验报告

4 是介于SSB和DSB之间的一个折中方案。在这种调制中，一个边带绝大部分顺利通过，而另一个边带残留一小部分。

如何选择残留边带滤波器的滤波特性使残留边带信号解调后不产生失真呢？为了在接收端不失真地恢复原基带信号，要求残留边带滤波器传输特性必须满足下述条件

常数CVSBCVSBHH H （2-13）

式中，H是基带信号的最高截止角频率。

2.5频率调制(FM)

2.5.1 FM解调模型的建立：

调制信号的解调分为相干解调和非相干解调两种。相干解调仅仅适用于窄带调频信号，且需同步信号，故应用范围受限；而非相干解调不需同步信号，且对于NBFM信号和WBFM信号均适用，因此是FM系统的主要解调方式。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。

非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器等组成，其方框图如图5所示。限幅器输入为已调频信号和噪声，限幅器是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变；带通滤波器的作用是用来限制带外噪声，使调频信号顺利通过。鉴频器中的微分器把调频信号变成调幅调频波，然后由包络检波器检出包络，最后通过低通滤波器取出调制信号。

2.5.2 解调过程分析： 湖北民族学院—信息工程学院－通信原理实验报告

5 设输入调频信号为

()()cos(())ttFMcfStStAtKmd

微分器的作用是把调频信号变成调幅调频波。微分器输出为

()()()()sin(())iFMdtcfcfdStdStStdtdtKmttKmd

包络检波的作用是从输出信号的幅度变化中检出调制信号。包络检波器输出为

()()()odcfdcdfStKKmtKKKmt

dK称为鉴频灵敏度（VHz），是已调信号单位频偏对应的调制信号的幅度，经低通滤波器后加隔直流电容，隔除无用的直流，得

()()odfmtKKmt

2.5.3 高斯白噪声信道特性

设正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为

()cos()()crtAtnt

其中，白噪声()nt的取值的概率分布服从高斯分布。

MATLAB本身自带了标准高斯分布的内部函数randn。randn函数产生的随机序列服从均值为0m，方差21的高斯分布。

正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为

()cos()()crtAtnt

故其有用信号功率为

22AS

噪声功率为

2N

信噪比SN满足公式

1010log()SBN 湖北民族学院—信息工程学院－通信原理实验报告

6 则可得到公式

2210210BA•

我们可以通过这个公式方便的设置高斯白噪声的方差。

二．程序流程图（利用microsoft office visio 2003画出的）

2.1 AM程序流程图

开始+AM信号傅里叶变换AM信号功率谱高斯窄带噪声载波cos(wc*t)AM解调信号低通滤波LPF相乘本地载波cos(wc*t)调制信号f(t)

2.2 DSB程序流程图

开始DSB信号傅里叶变换FFTDSB信号功率谱高斯窄带噪声载波cos(wc*t)DSB解调信号低通滤波LPF相乘本地载波cos(wc*t)调制波f(t)相乘+

2.3 SSB程序流程图

开始SSB信号傅里叶变换FFTSSB信号功率谱高斯窄带噪声SSB解调信号低通滤波LPF相乘本地载波cos(wc*t)单频调制信号+相移法

2.4 VSB程序流程图 湖北民族学院—信息工程学院－通信原理实验报告

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开始VSB信号傅里叶变换FFTVSB信号功率谱高斯窄带噪声VSB解调信号低通滤波LPF相乘本地载波cos(wc*t)调制信号f(t)+相乘本地载波cos(wc*t)残留边带滤波器

2.5 FM程序流程图

开始FM信号带通滤波器BPF微分低通滤波LPF相乘c(t)=-sin(wc*t)调制信号f(t)积分器本地载波cos(wc*t)相乘-90移相-+FM解调信号

当然，这些程序流程图也可以利用word自带画图工具作出，个人认为用visio画流程图操作方便一些。

三．程序运行结果图（代码略）

图3.1 AM波形图 湖北民族学院—信息工程学院－通信原理实验报告

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图3.2 DSB波形图

图3.3 SSB波形图 湖北民族学院—信息工程学院－通信原理实验报告

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图3.4 VSB波形图

图3.5 VSB相干解调图 湖北民族学院—信息工程学院－通信原理实验报告

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图3.6 FM波形图

四．Simulink仿真模型及波形

4.1各模型图

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图4.1 上面是AM模型，下面是DSB模型

图4.2 上面是SSB模型，下面是VSB模型

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图4.3 FM模型

4.2各波形图

图4.4 AM波形图 湖北民族学院—信息工程学院－通信原理实验报告

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图4.5 DSB波形图

图4.6 SSB波形图

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14 图4.7 VSB波形图

图4.8 FM波形图

五．心得体会

1.“实践是检验真理的唯一标准”。对于实验课，毫无疑问是建立在一定理论基础之上的，正确的理论对实验起积极的指导作用，反过来，实验又可以验证理论的正确性，而进一步丰富、发展与完善理论。所以，在做实验之前，必须理解与掌握相关的理论知识，做实验之时，不至于“盲人摸象”；

2.在编辑m语言程序代码时，严谨仔细当然是必备的素质，例如大小写，逗号与分号。初始化输出数据后，就进行常规调幅(AM)的程序编写，通过观察DSB，SSB，VSB，FM等程序模块时，发现有大量相似之处，这时没有不要一个一个代码敲击，后续适当修改参数即可；

3.在编写与调用子程序时，特别注意：子程序和主程序一定要在用一个文件夹中，以便正确调用；另外，子程序所在路径的名字一定要和调用子程序的名字一样，包括大小写；

4.这次试验又学会基本m语言的调试方法，利用cell分别执行每个模块；利用Debug或设置断点，单步执行，进行查错。另外又了解一个在simulink中专门进行通信仿真的工具：communication block。