通信系统计算机仿真-模拟调制课件.ppt

1、第5章 模拟调制本章内容 5.1 幅度调制幅度调制 5.1.1 调幅（AM）5.1.2 抑制载波双边带调制（DSBSC）5.1.3 单边带调制(SSB)5.2 角度调制角度调制 5.2.1 调频（FM）5.2.2 FM信号的解调第5章 模拟调制以正弦型信号作载波的调制叫做连续波(CW)调制。对于连续波调制，已调信号可以表示为：它由振幅、频率 和相位 三个参数构成。改变三个参数中的任何一个都可能携带信息。因此，连续波调制可分为调幅、调频和调相。)(cos)()(tttAts5.1 幅度调制与解调1.标准调幅 标准调幅又称常规双边带调幅。标准调幅中的调制信号m(t)带有直流分量，设s(t)是载波，

2、即：其中，为载波频率，为起始相位，A0为载波的幅度。那么，已调信号为c0 00costtmAtscAM 00costtsc 实现调幅主要是利用加法和乘法运算，实现调幅的数学模型如图所示。实现线性调幅应该有一个条件限制，即：0max)(Atm调幅过程的波形及频谱 调幅过程的波形及频谱图中可以看出以下几点:调幅过程是原始频谱F(w)简单搬移了 ，频谱包含了两部分，载波分量和边带分量 AM波占用的带宽是消息带宽的2倍，即2 。AM波幅度谱SAM(w)是对称的。上边带和下边带的幅度谱对于中心频率轴是偶对称的为了实现不失真的调幅，必须满足下列两个条件：a.对于所有t，必须有b.载波频率应远大于f(t)的

3、最高频谱分量，即 cCCFF21m 0maxAtfmc调幅的特点3.调幅波(AM)的功率分布与效率调幅波的总功率等于信号的均方值，即由于 ,且假设m(t)一般没有直流分量，则 ，因此，其中)(cos)(2)(cos)()(cos)(02002202202ttmAttmtAtsPcccAMAM)(2cos1 21)(cos002ttcc0)(2cos0 tc0)(tmfcAMPPtmAP2)(2220)(220载波功率APc)(2)(2边带功率tmPf 已调波的效率定义为边带功率和总平均功率之比，即)()(2202tmAtmPPPfcfAM标准调幅信号的频谱分析 00costtmAtscAM已调

4、时域信号：写成指数形式：2)()(000tjtjAMcceetmAts)()(00Fetmtj)(20000AeAtj ccccAMFFAs210设m(t)F()由傅立叶变换的频移特性，有代入得例5-4 设信源m(t)=2cos2t，载波为s(t)=2cos20t，试画出：（1）AM调制信号；（2）调制信号的功率谱密度。%显示模拟调制的波形方法AM，文件S_AM.m%Signaldt=0.001;%时间采样间隔fmax=1;%信源最高频率fc=10;%载波中心频率T=5;%信号时长N=T/dt;t=0:N-1*dt;mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fmax*t);%信源%AM modu

5、lation A=2;s_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t);%Power Spectrum Densityf,Xf=FFT_SHIFT(t,s_am);%调制信号频谱PSD=(abs(Xf).2)/T;%调制信号功率谱密度figure(1)subplot(211);plot(t,s_am);hold on;%画出AM信号波形plot(t,A+mt,r-);%标示AM的包络 图5-4 AM调制流图为各个变量赋初值生成信源信号m(t)对m(t)进行A M 调制计算A M 信号功率谱开始画出A M 信号波形画出A M 信号功率谱结束title(AM调制信号及其包络);xlabel(

6、t);subplot(212);%画出功率谱图形plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 1.5*max(PSD);title(AM信号功率谱);xlabel(f);1.抑制载波双边带调幅的波形与频谱如果将载波抑制，只需不附加直流分量，即可得到抑制载波双边带信号，简称双边带信号(DSB)。其时间波形的表示式为 当调制信号为确知信号时，其频谱表达式为其波形和频谱如图所示。ttmtscDSBcos ccDSBFFs215.1.2抑制载波双边带调幅 由于Pc=0，PDSB=Pf，因此调制效率DSB=1。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，因而不能采用包络

7、检波来恢复调制信号。例5.5设信源m(t)=2cos2t，载波为s(t)=2cos20t，试画出：（1）DSB-SC调制信号；（2）该调制信号的功率谱密度；解：%显示模拟调制的波形及解调方法DSB，文件DSB.m%Signaldt=0.001;%时间采样间隔 fmax=1;%信源最高频率fc=10;%载波中心频率T=5;%信号时长t=0:dt:T;mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fmax*t);%信源%DSB modulations_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t);%Power Spectrum Densityf,sf=FFT_SHIFT(t,s_dsb);%求调制信号的

8、频谱PSD=(abs(sf).2)/T;%求调制信号的功率谱密度%plot DSB and PSDfigure(1)subplot(211)plot(t,s_dsb);hold on;%画出DSB信号波形plot(t,mt,r-);%标示mt的波形title(DSB调制信号及其包络);xlabel(t);subplot(212)plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 max(PSD);title(DSB信号功率谱);xlabel(f);为 各 个 变量 赋 初 值生 成 信 源信 号 m(t)对 m(t)进行 DSB调 制计 算 DSB信号 的 功 率 谱开 始画 出 DS

9、B信 号 波 形画 出 AM信 号功 率 谱结 束5.1.3单边带调幅 在AM和DSB中，调制的结果是将原始频谱搬移了，同时使信号带宽增加了一倍。即原始信号占用带宽为WH(图5-10)，而同一信号经调制后所占用的带宽为2WH。1.单边带调幅信号的频域表达式及滤波法形成 产生单边带信号的最直观的方法是让双边带信号通过一个单边带滤波器，滤除不要的边带，这种方法称为滤波法。对于保留上边带的单边带调制来说，有 对于保留下边带的单边带调制来说，有ccUSBSSBHH,0,1)()(ccLSBSSBHH,0,1)()(例5-6设信源m(t)=2cos2t，载波为s(t)=2cos20t，试画出：（1）SS

10、B调制信号；（2）该调制信号的功率谱密度；解：%显示模拟调制的波形及解调方法SSB，文件SSB.m%Signaldt=0.001;%时间采样间隔 fmax=1;%信源最高频率fc=10;%载波中心频率T=5;%信号时长t=0:dt:T;mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fmax*t);%信源%SSB modulations_ssb=real(hilbert(mt).*exp(j*2*pi*fc*t);%Power Spectrum Densityf,sf=FFT_SHIFT(t,s_ssb);PSD=(abs(sf).2)/T;figure(1)subplot(211)plot(t,s_

11、ssb);hold on;plot(t,mt,r-);title(SSB调制信号);xlabel(t);subplot(212)plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 max(PSD);title(SSB信号功率谱);xlabel(f);为 各 个 变量 赋 初 值生 成 信 源信 号 m(t)对 m(t)进行 S S B 调 制计 算 S S B 信号 的 功 率 谱开 始画 出 S S B信 号 波 形画 出 S S B 信号 功 率 谱结 束00.511.522.533.544.55-1.5-1-0.500.511.5SSB调 制 信 号t-20-15-10-5051

12、0152000.511.52SSB信 号 功 率 谱f5.1.4 残留边带调幅1.残留边带信号的产生 残留边带是介于双边带与单边带之间的一种调制方式，它保留了一个边带和另一边带的一部分。对于具有低频及直流分量的调制信号，用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带无限陡的理想滤波器，在残留边带调制中已不再需要，这就避免了实现上的困难。当然其代价是传输频带增宽了一些。VSB的带通滤波器不需要十分陡峭的滤波特性。由滤波法可知，残留边带信号的频谱为它的时域表达式为：)()()(21)(ccVSBVSBFFHS)()()(thtStSVSBDSBVSB 例5-7 信源 ，载波 ，试画出：（1）残留边带为 的

13、VSB调制信号；（2）调制信号的功率谱密度；解：%显示模拟调制的波形及解调方法VSB，文件VSB.m%Signaldt=0.001;fmax=5;fc=20;T=5;N=T/dt;t=0:N-1*dt;mt=sqrt(2)*(cos(2*pi*fmax*t)+sin(2*pi*0.5*fmax*t);tttm5sin10cos2 tts40cosmf2.0%VSB modulations_vsb=mt.*cos(2*pi*fc*t);B=1.2*fm;f,sf=FFT_SHIFT(t,s_vsb);t,s_vsb=vsbmd(f,sf,0.2*fm,1.2*fm,fc);%Power Spec

14、trum Densityf,sf=FFT_SHIFT(t,s_vsb);PSD=(abs(sf).2)/T;%plot VSB and PSD figure(1)subplot(211)plot(t,s_vsb);hold on;plot(t,mt,r-);title(VSB调制信号);xlabel(t);subplot(212)plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 max(PSD);title(VSB信号功率谱);xlabel(f);为 各 个 变量 赋 初 值生 成 信 源信 号 m(t)对 m(t)进行 V S B 调 制计 算 V S B 信号 的 功 率 谱开

15、始画 出 V S B信 号 波 形画 出 V S B 信号 功 率 谱结 束00.511.522.533.544.55-3-2-1012VSB调 制 信 号t-40-30-20-1001020304000.20.40.6VSB信 号 功 率 谱f5.1.5幅度调制的解调1.标准调幅和抑制载波双边带调幅的解调 将已调信号乘上一个同频同相的载波，得 由上式可知，用一个低通滤波器就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号。这种解制方法称为同步解调或相干解调，原理方框图如图所示。)2cos1)(21cos)(cos)(2ttmttmttscccDSB2.单边带调幅信号的解调已知单边带信号

16、的时域表达式为乘上同频同相载波后得经低通滤波后的解调输出为 ttmttmtSccSSBsin21cos21ttmttmtmttStScccSSBp2sin)(212cos)(21)(21cos)()()(21)(tmtSd得到无失真的调制信号3.残留边带信号的解调 残留边带信号显然也不能简单地采用包络检波，而必须采用如图所示的相干解调。由频域卷积定理可知将式(5-32)代如上式，得)()(21)()(*)(21)(*)(21)(cVSBcVSBccVSBdVSBpSSSCSS)2()()2()(41)()()(41)()2()(41)()2()(41)(ccVSBccVSBcVSBcVSBcc

17、VSBccVSBpFHFHHHFFFHFFHS 若合适地选择低通滤波器的截止频率，滤除上式中的第二个方括号项，则有 由上式可知，为了保证相干解调的输出无失真的重现调制信号m(t)，必须要求 这就是我们前面曾经提到过的残留边带滤波器传递函数的互补对称特性。)()()(41)(cVSBcVSBpHHFS常数)()(cVSBcVSBHH如果不满足奇对称特性则上、下边带的产物不可能完全抵消，解调结果会有失真。例5-8 设信源 ，载波为 试画出：（1）设 ，画出AM调制信号的相干解调后的信号波形；（2）设 ，画出DSB-SC调制信号的相干解调后的信号波形；（3）设 ，画出SSB调制信号的相干解调后的信号

18、波形。（4）设 ，画出VSB调制信号的相干解调后的信号波形。ttm2cos2 tAts20cos020A10A10A10A解：%Signaldt=0.01;%时间采样间隔fmax=1;%信源最高频率fc=10;%载波中心频率B=2*fmax;T=5;N=floor(T/dt);t=0:N-1*dt;mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fmax*t);%信源%AM modulationA=2;am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t);amd=am.*cos(2*pi*fc*t);%相干解调amd=amd-mean(amd);f,AMf=FFT_SHIFT(t,amd);B=2*fm

19、ax;t,am_t=RECT_LPF(f,AMf,B);%低通滤波%DSB modulationdsb=mt.*cos(2*pi*fc*t);dsbd=dsb.*cos(2*pi*fc*t);dsbd=dsbd-mean(dsbd);f,DSBf=FFT_SHIFT(t,dsbd);t,dsb_t=RECT_LPF(f,DSBf,B);为各个变量赋初值生成信源信号m(t)对m(t)进行A M 调制画出m(t)信号波形画出解调信号波形对m(t)进行D S B 调制对m(t)进行S S B 调制对m(t)进行V S B 调制结束开始%SSB modulationssb=real(hilbert(m

20、t).*exp(j*2*pi*fc*t);ssbd=ssb.*cos(2*pi*fc*t);ssbd=ssbd-mean(ssbd);B=2*fmax;f,SSBf=FFT_SHIFT(t,ssbd);t,ssb_t=RECT_LPF(f,SSBf,B);%VSB modulationvsb=mt.*cos(2*pi*fc*t);f,vsbf=FFT_SHIFT(t,vsb);t,vsb=vsbmd(f,vsbf,0.2*fmax,1.2*fmax,fc);vsbd=vsb.*cos(2*pi*fc*t);vsbd=vsbd-mean(vsbd);f,VSBf=FFT_SHIFT(t,vsbd

21、);t,vsb_t=RECT_LPF(f,VSBf,2*fmax);%plot m(t),am(t),dsb(t),ssb(t),vsb(t)subplot(511);plot(t,mt);title(相干解调后的信号与输入信号的比较);为各个变量赋初值生成信源信号m(t)对m(t)进行A M 调制画出m(t)信号波形画出解调信号波形对m(t)进行D S B 调制对m(t)进行S S B 调制对m(t)进行V S B 调制结束开始ylabel(m(t);xlabel(t);subplot(512);plot(t,am_t);ylabel(am(t);xlabel(t);subplot(513)

22、;plot(t,dsb_t);ylabel(dsb(t);xlabel(t);subplot(514);plot(t,ssb_t);ylabel(ssb(t);xlabel(t);subplot(515);plot(t,vsb_t);ylabel(vsb(t);xlabel(t);为各个变量赋初值生成信源信号m(t)对m(t)进行A M 调制画出m(t)信号波形画出解调信号波形对m(t)进行D S B 调制对m(t)进行S S B 调制对m(t)进行V S B 调制结束开始00.511.522.533.544.55-202相 干 解 调 后 的 信 号 与 输 入 信 号 的 比 较m(t)t00.511.522.533.544.55-101am(t)t00.511.522.533.544.55-101dsb(t)t00.511.522.533.544.55-101ssb(t)t00.511.522.533.544.55-0.500.5vsb(t)t