Simulink实验报告

实验一：AM 信号的调制与解调
实验目的：1.了解模拟通信系统的仿真原理。

2.AM 信号是如何进行调制与解调的。

实验原理：
1.调制原理：AM 调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程,就是按原始电信号的变化规律去改变载波某些参量的过程。

+
m(t)
S AM (t)A 0
cos ωc t
AM 信号的时域和频域的表达式分别为:
()()[]()()()()t t m t A t t m A t S C C C AM ωωωcos cos cos 00+=+=
式（4-1） ()()()[]()()[]C C C C AM M M A S ωωωωωωδωωδπω-+++
-++=2
1
0 式（4-2）
在式中，为外加的直流分量；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。

其频谱是DSB
SC-AM 信号的频谱加上离散大载波的频谱。

2.解调原理：AM 信号的解调是把接收到的已调信号还
原为调制信号。

AM 信号的解调方法有两种：相干解调和包
络检波解调。

AM 相干解调原理框图如图。

相干解调（同步解调）：利用
相干载波（频率和相位都与原载波相同的恢复载波）进行的解调，相干解调的关键在于必须产生一个与调制器同频同相位的载波。

如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。

相干载波的提取：（1）导频法：在发送端加上一离散的载频分量，即导频，在接收端用窄带滤波器提取出来作为相干载波，导频的功率要求比调制信号的功率小；（2）不需导频的方法：平方环法、COSTAS环法。

LPF m0(t)
S AM(t)
cosωc t
AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。

包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成：
（1）整流：只保留信号中幅度大于0的部分。

（2）低通滤波器：过滤出基带信号；（3）隔直流电容：过滤掉直流分量。

实验内容：
1.AM相干解调框图。

信源参数参数：幅度1 频率10rad/s
载波参数：幅度1 频率100rad/s
BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/s LPF参数：截止频率10rad/s
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.01
2.AM包络检波解调框图。

信源参数：幅度1 频率10rad/s
载波参数：幅度1 频率100rad/s
BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/s LPF参数：截止频率10rad/s
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.01
全波整流器参数参数：下限0 上限inf
实验现象及结果：
1.1 AM相干解调波形
上：解调波形下：信源波形
1.2.AM在调制过程中的调制波形
上：调制波形下：信源波形
1.3AM包络检波解调波形
上：解调波形下：信源波形
实验二： DSB 信号的调制解调
实验目的：1.了解模拟通信系统的仿真原理。

2.DSB 信号是如何进行调制与解调的。

实验原理：
1.调制原理：在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（
＝1），调制信号
中无直流分量，则输出的已调信
号就是无载波分量的双边带调制信号（DSB ）。

每当信源信号极性发生变化时，调制信号的相位都会发生一次突变π。

()()t t m t S C DSB ωcos =
式（4-3）
调制的目的就是进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所
希望的位置上，从而提高系统信息传输的有效性和可靠性。

DSB 信号实质上就是基带信号与载波直接相乘，频域上就是卷积，表示式为：()()()[]C C DSB M M S ωωωωω-++=2
1
2.解调原理：DSB 只能进行相干解调，其原理框图与AM 信号相干解调时完全相同，利用恢复的载波与信号相乘，将频谱搬移到基带，还原出原基带信号
（1) 当恢复载波与原载波频率不完全一样时，解调信号是原基带信号与低频正弦波的乘积；
(2) 若恢复载波与原载波频率相同，而相位不同时，输出信号达不到最大值。

实验内容：
1.DSB 相干解调框图。

信源参数参数：幅度1 频率10rad/s
载波参数：幅度1 频率100rad/s
BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/s LPF参数：截止频率10rad/s
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.01
实验现象及结果:
1.1DSB相干解调波形
上：解调波形下：信源波形
1.2
DSB在调制过程中的调制波形
上：调制波形下：信源波形
实验三：SSB信号的调制与解调
实验目的：1.了解模拟通信系统的仿真原理。

2.SSB信号是如何进行调制与解调的。

实验原理：
1.调制原理：
对于DSB信号上下两个边带携带着相同的信息，造成频率资源的浪费，解决方法：只要一个边带即可，出现了SSB信号。

1.1产生SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。

产生上边带信号时
即为，产生下边带信号时
即为
cos ωc t
m(t)
H SSB (ω)
S DSB (t)
S SSB (t)
频域表达式为： ()()()()()[]()ωωωωωωωωSSB C C SSB DSB SSB H M M H S S -++==2
1
1.2相移法SSB 调制的原理框图
H h (ω)cos ωc t
S SSB (t)
-π/2
m(t)／2
m(t)cos ωc t/2sin ωc t
m(t)／2
m(t)cos ωt /2
解调原理：SSB 只能进行相干解调。

具有离散大载波的SSB AM 信号的非相干解调：当离散大载波的幅度远大于信号幅度时，可以使用包络检波进行解调
实验内容： 1.1滤波法USB 框图
1.2滤波法LSB框图
信源参数参数：幅度1 频率10rad/s
载波参数：幅度1 频率100rad/s
USB的BPF参数：下限频率100rad/s 上限频率110rad/s LSB的BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率100rad/s LPF参数：截止频率10rad/s
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.01
实验现象及结果：
1.1 SSB滤波法上边带解调波形
上：解调波形下：信源波形
1.2 SSB滤波法下边带解调波形
上：解调波形下：信源波形
1.3 SSB在调制过程中的调制波形
上：调制波形下：信源波形
从波形图可以看出，不论是AM、SSB、DSB，由于系统模型经历多个模块，会造成一定的时延。

解调过后的信号波形不仅有相位的延迟，而且在幅度上也低于信源波形。

AM解调时，应注意滤除直流分量，AM相干解调减去的直流分量与计算结果相符，然而AM包络检波需要减去一个工程值，这个数值并非计算所能得出，需要进行仿真尝试得出。

实验四：ASK信号的调制与解调
实验目的：1.了解数字通信系统的仿真原理。

2.ASK 信号是如何进行调制与解调的。

实验原理：
调制原理：数字信号对载波振幅调制称为振幅键控即ASK。

OOK就是用单极性不归零码控制正弦载波的开启与关闭，实现
非常简单，抗噪声性能不好。

ASK 有两种实现方法：1.乘法器实现法2.键控法。

乘法器实现法的输入是随机信息序列，经过基带信号形成器，产生波形序列，乘法器用来进行频谱搬移，相乘后的信号通过带通滤波器滤除高频谐波和低频干扰。

键控法是产生ASK 信号的另一种方法。

二元制ASK 又称为通断控制（OOK ）。

最典型的实现方法是用一个电键来控制载波振荡器的输出而获得。

脉冲成型低
通滤波器
∑∞
-∞
=-n b
n
nT t a )
(δa n 取值为1或0
t
A c ωcos )
(t g T )
(t S ook ∑∞
-∞
=-=
n b T
n
nT t g
a t
b )
()( 解调原理：ASK
的解调有两种方法：1.包络检波法2.相干解
调。

同步解调也称相干解调,信号经过带通滤波器抑制来自信道的带外干扰，乘法器进行频谱反向搬移，以恢复基带信号。

低通滤波器用来抑制相乘器产生的高次谐波干扰。

由于AM 信号波形的包络与输入基带信号
成正比，故也可以用包络检波的方法恢
复原始调制信号。

包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。

相干解调框图和包络检波框图分别如图：
带通
滤波全波整流低通滤波抽样判决
S(t)
A(t)
带通滤波相乘
电路
低通
滤波
抽样
判决
S(t)A(t)
cos(ω
t)
实验内容：
1.1 ASK模拟相乘法、相干解调框图
信源参数：0码概率0.5 采样时间1s
载波参数：幅度1 频率100rad/s
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001
BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/s
LPF参数：截止频率10rad/s
判决器参数：门限0.25
1.2 ASK模拟相乘法、包络检波解调框图
信源参数：0码概率0.5 采样时间1s
载波参数：幅度1 频率100rad/s
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001
BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/s LPF参数：截止频率10rad/s
判决器参数：门限0.25
全波整流器参数：下限0 上限inf
1.3 ASK键控法、包络检波解调框图
信源参数：0码概率0.5 采样时间1s
载波参数：幅度1 频率100rad/s
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001
BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/s LPF参数：截止频率10rad/s
判决器参数：门限0.25
键控器参数：门限1 U2≥门限
全波整流器参数：下限0 上限inf
实验现象及结果：
1.1 ASK模拟相乘法调制相干解调波形
上：信源波形下：解调信号波形
2.1 ASK模拟相乘法调制包络检波法解调波形
上：信源波形下：解调信号波形
2.2 ASK键控法调制相干解调波形
上：信源波形下：解调信号波形
2.3 ASK键控法调制包络检波法解调波形
上：信源波形下：解调信号波形
2.4 ASK在调制过程中调制信号波形与信源波形
上：信源波形下：调制信号波形
实验五：FSK信号的调制与解调
实验目的：1.了解数字通信系统的仿真原理。

2.F SK 信号是如何进行调制与解调的。

实验原理：
调制原理：2FSK 信号的产生通常有两种方式：(1)频率选择法；(2)载波调频法。

由于频率选择法产生的2FSK 信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（0 →1或1 →0 ）时刻，2FSK 信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。

载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK 信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终时连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。

在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如图
解调原理：FSK信号的解调方法很多，我们主要讨论1.非相干解调2.相干解调。

非相干解调框图如图4-12：
带通滤波器带通滤波器包络检
波器
包络检
波器
l=y1+y2
y2
判决
输出
中心频率f1
中心频率f
r(t)
相干解调框图如图4-13：
l=y1+y2 y2判决
输出
r(t)
S1(t)
S2(t)⎰b T dt 0
（）⎰b T dt 0
（）
实验内容：
1.1 FSK模拟相乘法、相干解调框图
信源参数：0码概率0.5 采样时间1s
载波1参数：幅度1 频率100rad/s
载波2参数：幅度1 频率20rad/s
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001
BPF1参数：下限频率95rad/s 上限频率105rad/s BPF2参数：下限频率15rad/s 上限频率25rad/s
LPF参数：截止频率10rad/s
判决器参数：门限0.25
比较器参数：关系操作＞
1.2FSK模拟相乘法、包络检波解调框图
信源参数：0码概率0.5 采样时间1s
载波1参数：幅度1 频率100rad/s
载波2参数：幅度1 频率20rad/s
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001
BPF1参数：下限频率95rad/s 上限频率105rad/s BPF2参数：下限频率15rad/s 上限频率25rad/s LPF参数：截止频率10rad/s
判决器参数：门限0.25
比较器参数：关系操作＞
全波整流器参数：下限0 上限inf
1.3 FSK键控法、相干解调框图
信源参数：0码概率0.5 采样时间1s
载波1参数：幅度1 频率100rad/s
载波2参数：幅度1 频率20rad/s
键控器参数：门限1 U2≥门限
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001
BPF1参数：下限频率95rad/s 上限频率105rad/s BPF2参数：下限频率15rad/s 上限频率25rad/s
LPF参数：截止频率10rad/s
比较器参数：关系操作＞
1.4 FSK键控法、包络检波解调框图
信源参数：0码概率0.5 采样时间1s
载波1参数：幅度1 频率100rad/s
载波2参数：幅度1 频率20rad/s
键控器参数：门限1 U2≥门限
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001
BPF1参数：下限频率95rad/s 上限频率105rad/s
BPF2参数：下限频率15rad/s 上限频率25rad/s
LPF参数：截止频率10rad/s
比较器参数：关系操作＞
全波整流器参数：下限0 上限inf
实验现象及结果：
1 FSK模拟相乘法调制相干解调波形
上：解调信号波形下：信源波形
2 FSK模拟相乘法调制包络检波法解调波形
上：解调信号波形下：信源波形
3 FSK键控法调制相干解调波形
上：解调信号波形下：信源波形
. 4 FSK键控法调制包络检波法解调波形上：解调信号波形下：信源波形
. 5 FSK在调制过程中调制信号波形与信源波形上：信源波形下：调制信号波形
实验六：P SK信号的调制与解调
实验目的：1.了解数字通信系统的仿真原理。

2.P SK 信号是如何进行调制与解调的。

实验原理：
调制原理：相移键控是一种用载波相位表示输入信号信息的调制技术。

移相键控分为绝对移相和相对移相两种。

以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移相。

以二进制调相为例，取码元为“1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”时，调制后载波与未调载波反相；“1”和“0”时调制后载波相位差180°。

PSK的调制有两种方法：1.模拟调制法2.键控法。

模拟调制法框图如图4-14：
PSK解调：PSK信号的解调通常采用相干解调法，相干解调的关键在于如何得到与PSK信号同频同相的相干载波。

PSK信号解调时存在“相位模糊”现象。

为了解决相位模糊的问题，出现了DPSK。

相干解调框图如图4-15：
DPSK调制
为了解决PSK信号的“相位模糊”现象，我们采用差分相移键控。

DPSK是利用前后相邻码元的载波相对变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。

假设△φ为当前码元与前一码元的载波相位差，可定义一种数字信息与△φ之间的关系
也可定义为：
也就是说，2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元相对相位差才唯一决定信息符号。

2DPSK调制框图如图4-16：
DPSK 解调
DPSK 的解调有两种方法：1.相干解调2.差分相干解调 相干解调框图如图4-17：
其中码反变换的规则为：
1-⊕=n n n b b a
式（4-10）
其中，n b 为差分码，1-n b 为差分码的前一码元，n a 为基带信号。

差分相干解调框图如图4-18：
实验内容：
.1 PSK
模拟相乘法框图
信源参数：0码概率0.5 采样时间1s
载波参数：幅度1 频率100rad/s
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001
BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/s
LPF参数：截止频率10rad/s
判决器参数：门限0 U2＞门限
2 PSK键控法框图
键控器参数：门限1 U2＞门限信源参数：0码概率0.5 采样时间1s 载波1参数：幅度1 频率100rad/s 相位0
载波2参数：幅度1 频率100rad/s 相位pi
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001
BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/s
LPF参数：截止频率10rad/s
判决器参数：门限0 U2＞门限
.3 DPSK差分相干解调框图
信源参数：生成多项式1011001 起始状态110001
载波1参数：幅度1 频率40*pi 相位pi
载波2参数：幅度1 频率40*pi 相位0
键控器参数：U2≠0
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.1
BPF参数：下限频率30*pi 上限频率50*pi
LPF参数：截止频率10*pi
时延器参数：时延0.2
判决器参数：门限0 U2＞门限
4 DPSK相干解调框图
信源参数：生成多项式1011001 起始状态110001 载波1参数：幅度1 频率40*pi 相位pi
载波2参数：幅度1 频率40*pi 相位0
键控器参数：U2≠0
高斯白噪声参数：均值0 标准差0.1
BPF参数：下限频率30*pi 上限频率50*pi
LPF参数：截止频率10*pi
时延器参数：时延0.2
判决器参数：门限0 U2＞门限
实验现象及结果：
.1 PSK模拟相乘法调制相干解调波形上：解调信号波形下：信源波形
2 PSK键控法调制相干解调波形
上：解调信号波形下：信源波形
3 PSK在调制过程中调制信号波形与信源波形
上：调制信号波形下：信源波形
4 DPSK差分相干解调波形
上：信源波形下：相干解调波形
5 DPSK相干解调波形
上：信源波形下：相干解调波形
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