《通信原理》AM/DSBSC/SSB信号的调制与解调仿真_fm.消息信号是[-3,3]均匀分布的随机整数,产生的时间间隔为 1/10s,用 fm 方法调制

一、实验内容

利用matlab实现以下内容：

1.信号的调幅。根据随机产生的整数和已知条件来计算：

（1）AM、DSBSC、SSB信号的消息信号和已调信号的频谱；

（2）AM、DSBSC、SSB信号的消息信号和已调信号的功率及调制效率。

2.信号的解调。在1的基础上计算：

（1）用包络检波器解调该信号，画出AM、DSBSC、SSB信号的原始信号和解调信号。

（2）假设调制信号通过AWGN信道，信噪比为20dB，画出AM、DSBSC、SSB信号的解调后的信号与原始信号。

二、实验结果

        实验一：消息信号是[-3,3]均匀分布的随机整数，产生的时间间隔为1/10s，用AM、DSBSC、LSSB、移相法方法调制载波cos2πfct。假设fc=100，A0=4，0<=t<=10，求：

1. AM/DSBSC/SSB信号的消息信号和已调信号的频谱。
2. AM/DSBSC/SSB信号的消息信号和已调信号的功率及调制效率。

1.实验代码

%% AM/DSBSC/SSB信号调幅
 
ts=0.0025;                          %信号抽样时间间隔。
t=0:ts:10-ts;                       %时间矢量。
fs=1/ts;                            %抽样频率。
df=fs/length(t);                    %fft的频率分辨率。
z=rng(123);                         %生成123个种子数。
msg=randi([-3,3],100,1);            %生成消息序列。
msg1=msg*ones(1,fs/10);             %扩展成取样信号形式。
msg2=reshape(msg1.',1,length(t));
Pm=fft(msg2)/fs;                    %求消息信号的频率。
f=-fs/2:df:fs/2-df;
figure('name','AM和DSBSC信号仿真','position',[0,40,2000,750]);
subplot(3,2,1);
plot(f,fftshift(abs(Pm)),'r');      %画出消息信号频谱。
title('AM和DSBSC的消息信号频谱','fontname','黑体');
xlabel('f');
ylabel('消息信号频谱','fontname','黑体');
grid on;
A=4;
fc=100;                               %载波频率。
Sam=(A+msg2).*cos(2*pi*fc*t);         %AM已调信号。
Pam=fft(Sam)/fs;                      %AM已调信号频谱。
Sdsb=msg2.*cos(2*pi*fc*t);            %DSBSC已调信号。
Pdsb=fft(Sdsb)/fs;                    %DSBSC已调信号频谱。
subplot(3,2,3);
plot(f,fftshift(abs(Pam)),'b',f,fftshift(abs(Pdsb)),'g');%画出已调信号频谱。
title('AM和DSBSC的已调信号频谱','fontname','黑体');
axis([-200,200,0,3]);
xlabel('f');
ylabel('消息信号频谱','fontname','黑体');
legend('AM已调信号频谱','DSBSC已调信号频谱','location','n');
grid on;
Pc_AM=sum(abs(Sam).^2)/length(Sam);   %已调信号功率。
Ps_AM=Pc_AM-A^2/2;                 %消息信号功率。
eta_AM=Ps_AM/Pc_AM;                   %调制效率
Pc_DSBSC=sum(abs(Sdsb).^2)/length(Sdsb);    %已调信号功率。
Ps_DSBSC=sum(abs(msg2).^2)/length(msg2);    %消息信号功率。
%% SSB的调制-用滤波法形成单边带（SSB）信号
ts=0.0025;                      %抽样信号的时间间隔。
t=0:ts:10-ts;                   %时间矢量。
fs=1/ts;                        %抽样频率。
df=fs/length(t);                %fft的频率分辨率。
msg=randi([-3,3],100,1);        %生成消息序列。
z=rng(123);                     %随机种子数为123。
msg1=msg*ones(1,fs/10);         %扩展成取样信号形式。
msg2=reshape(msg1.',1,length(t));
Pm=fft(msg2)/fs;                %求消息信号的频谱。
f=-fs/2:df:fs/2-df;
subplot(3,2,2);
plot(f,fftshift(abs(Pm)));      %画出消息信号频谱。
title('SSB的消息信号频谱');
 
fc=100;                         %载波频率。
Sdsb=msg2.*cos(2*pi*fc*t);      %DSB信号。
Pdsb=fft(Sdsb)/fs;              %DSB信号频谱。
 
f_stop=100;                     %低通滤波器的截止频率。
n_stop=floor(f_stop/df);
Hlow=zeros(size(f));            %设计低通滤波器。
Hlow(1:n_stop)=1;
Hlow(length(f)-n_stop+1:end)=1;
Plssb=Pdsb.*Hlow;               %LSSB信号频谱。
subplot(3,2,4);
plot(f,fftshift(abs(Plssb)),'y');           %画出已调信号频谱。
 
Slssb=real(ifft(Plssb))*fs;
Pc_SSB_FM=sum(abs(Slssb).^2)/length(Slssb); %滤波法的SSB已调信号功率。
Ps_SSB_FM=sum(abs(msg2).^2)/length(msg2);   %滤波法的SSB消息信号功率。
 
%% SSB的调制-用相移法形成单边带（SSB）信号
s1=0.5*msg2.*cos(2*pi*fc*t);                %USSB信号的同相分量。
hmsg=imag(hilbert(msg2));                   %消息信号的Hibert变换。
s2=0.5*hmsg.*sin(2*pi*fc*t);                %USSB信号的正交分量。
Sussb=s1-s2;                                %完整的USSB信号。
Pussb=fft(Sussb)/fs;                        %USSB信号频谱。
subplot(3,2,4);
hold on;
plot(f,fftshift(abs(Pussb)));               %画出已调信号频谱。
title('滤波法和相移法的SSB已调信号频谱');
axis auto;
legend('滤波法的SSB已调信号频谱','相移法的SSB已调信号频谱','location','n');
 
Pc_SSB_PSM=sum(abs(Sussb).^2)/length(Sussb);%相移法的SSB已调信号功率。
Ps_SSB_PSM=sum(abs(msg2).^2)/length(msg2);  %相移法的SSB消息信号功率。
 
%% AM和DSBSC的功率及占比值
fprintf('AM已调信号功率：Pc_AM=%.2f\n',Pc_AM);
fprintf('AM消息信号功率：Ps_AM=%.2f\n',Ps_AM);
disp(['AM调制效率：eta_AM=',num2str(100*eta_AM),'%']);
fprintf('DSBSC已调信号功率：Pc_DSBSC=%.2f\n',Pc_DSBSC);
fprintf('DSBSC消息信号功率：Ps_DSBSC=%.2f\n',Ps_DSBSC);
 
%% SSB的功率及占比值
fprintf('滤波法的SSB已调信号功率：Pc_SSB_FM=%.2f\n',Pc_SSB_FM);
fprintf('滤波法的SSB消息信号功率：Ps_SSB_FM=%.2f\n',Ps_SSB_FM);
fprintf('相移法的SSB已调信号功率：Pc_SSB_PSM=%.2f\n',Pc_SSB_PSM);
fprintf('相移法的SSB消息信号功率：Ps_SSB_PSM=%.2f\n',Ps_SSB_PSM);
W=[Pc_AM,Ps_AM,Pc_DSBSC,Ps_DSBSC,Pc_SSB_FM,Ps_SSB_FM,Pc_SSB_PSM,Ps_SSB_PSM];
 
%% AM/DSBSC/SSB的功率占比图
subplot(3,2,6);
pie3(W);
title('AM/DSBSC/SSB的功率占比图','fontname','黑体');
legend('AM已调信号功率','AM消息信号功率','DSBSC已调信号功率','DSBSC消息信号功率','滤波法的SSB已调信号功率','滤波法的SSB消息信号功率','相移法的SSB已调信号功率','相移法的SSB消息信号功率');

2.实验结果

         

实验二：消息信号是[-3,3]均匀分布的随机整数，产生的时间间隔为1/2s，用AM、DSBSC、移相法方法调制载波cos2πfct。假设fc_AM=fc_DSBSC=100，fc_SSB=300，A0=4，0<=t<=5，求：

（1）   用包络检波器解调该信号，画出AM信号的原始信号和解调信号。

（2）   假设调制信号通过AWGN信道，信噪比为20dB，画出AM信号的解调后的信号与原始信号。

（3）   用同步检波解调该信号，设低通滤波器的截止频率为100Hz，增益为2，画出DSBSC信号的原始信号和解调信号。

（4）   假设调制信号通过AWGN信道，信噪比为20dB，画出DSBSC信号的解调后的信号与原始信号。

（5）   用同步检波解调该信号，设低通滤波器的截止频率为100Hz，增益为4，画出SSB信号的原始信号和解调信号。

（6）   假设调制信号通过AWGN信道，信噪比为20dB，画出SSB信号的解调后的信号与原始信号。

1.实验代码

%% AM/DSBSC/SSB信号的解调
 
%% AM和DSBSC信号的解调
a=2;b=2;
ts=0.0025;                              %信号抽样时间间隔。
t=0:ts:5-ts;                            %时间矢量。
fs=1/ts;                                %抽样频率。
df=fs/length(t);                        %fft的频率分辨率。
f=-fs/2:df:fs/2-df;
z=rng(123);                             %生成123个种子数。
msg=randi([-3,3],10,1);                 %生成消息序列。
msg1=msg*ones(1,fs/2);                  %扩展成取样信号形式。
msg2=reshape(msg1.',1,length(t));
 
figure('name','AM和DSBSC信号解调','position',[0,40,2000,750]);
subplot(a,b,1);
plot(t,msg2,'r');                       %画出消息信号频谱。
ylim([0,5]);
title('AM和DSBSC的消息信号','fontname','黑体');
 
fc_DSBSC=100;A=4;
Sdsb=msg2.*cos(2*pi*fc_DSBSC*t);        %DSBSC已调信号。
y_AM=Sdsb.*cos(2*pi*fc_DSBSC*t);        %DSBSC相干解调。
Y_AM=fft(y_AM)./fs;                     %DSBSC解调后的频谱。
f_stop=100;                             %DSBSC低通滤波器的截止频率。
n_stop=floor(f_stop/df);
Hlow=zeros(size(f));                    %DSBSC设计低通滤波器。
Hlow(1:n_stop)=2;
Hlow(length(f)-n_stop+1:end)=2;
DEM=Y_AM.*Hlow;                         %DSBSC解调信号通过低通滤波器。
dem=real(ifft(DEM))*fs;                 %DSBSC最终得到的解调信号。
Sam=(A+msg2).*cos(2*pi*fc_DSBSC*t);     %AM已调信号。
dems=abs(hilbert(Sam))-A;               %AM包络检波，并且去掉直流分量。
subplot(a,b,2);
plot(t,dems,'b',t,dem,'g');             %画出解调信号。
ylim([0,5]);
title('AM和DSBSC的无噪声解调信号','fontname','黑体');
legend('AM的无噪声解调信号','DSBSC的无噪声解调信号','location','b');
 
y_AM=awgn(Sam,20,'measured');           %AM调制信号通过AWGN信道。
dems2=abs(hilbert(y_AM))-A;             %AM包络检波，并且去掉直流分量。
y1_DSBSC=awgn(Sdsb,20,'measured');      %DSBSC调制信号通过AWGN信道。
y2_DSBSC=y1_DSBSC.*cos(2*pi*fc_DSBSC*t);%DSBSC相干解调。
Y2_DSBSC=fft(y2_DSBSC)./fs;             %DSBSC解调信号的频谱。
DEM1=Y2_DSBSC.*Hlow;                    %DSBSC解调信号通过低通滤波器。
dem1=real(ifft(DEM1))*fs;               %DSBSC最终得到的解调信号。
subplot(a,b,3);
plot(t,dems2,'b',t,dem1,'g');           %画出AM解调信号。
ylim([0,5]);
title('信噪比为20dB时的AM和DSBSC的解调信号','fontname','黑体');
legend('信噪比为20dB时的AM的解调信号','信噪比为20dB时的DSBSC的解调信号','location','b');
 
%% SSB信号的解调
y1_SSB=awgn(Sussb,20,'measured');       %调制信号通过AWGN信道。
y2_SSB=y1_SSB.*cos(2*pi*fc*t);          %相干解调。
Y2_SSB=fft(y2_SSB)./fs;                 %解调信号的频谱。
DEM1=Y2_SSB.*Hlow;                      %解调信号通过低通滤波器。
dem1=real(ifft(DEM1))*fs;               %最终得到的解调信号。
subplot(a,b,4);
plot(t,dem1,'m');
title('SSB信噪比为20dB时的解调信号');
 
fc=300;                                 %载波频率。
s1=0.5*msg2.*cos(2*pi*fc*t);            %USSB信号的同相分量。
hmsg=imag(hilbert(msg2));               %消息信号的Hibert变换。
s2=0.5*hmsg.*sin(2*pi*fc*t);            %USSB信号的正交分量。
Sussb=s1-s2;                            %完整的USSB信号。
 
y_SSB=Sussb.*cos(2*pi*fc*t);            %相干解调。
Y_SSB=fft(y_SSB)./fs;                   %解调后的频谱。
f_stop=100;                             %低通滤波器的截止频率。
n_stop=floor(f_stop/df);
Hlow=zeros(size(f));                    %设计低通滤波器的截止频率。
Hlow(1:n_stop)=4;
Hlow(length(f)-n_stop+1:end)=4;
DEM=Y_SSB.*Hlow;                        %解调信号通过低通滤波器。
dem=real(ifft(DEM))*fs;                 %最终得到的解调信号。
subplot(a,b,4);
hold on;
plot(t,dem,'b');
title('SSB无噪声的解调信号');
 
msg1=msg*ones(1,fs/2);                  %扩展取样信号形式。
msg2=reshape(msg1.',1,length(t));
Pm=fft(msg2)/fs;                        %求信息信号的频谱。
subplot(a,b,4);
hold on;
plot(t,msg2,'g');                       %画出消息信号频谱。
title('SSB的原始消息信号','fontname','黑体');
ylim([0,5]);
legend('SSB的原始消息信号','SSB无噪声的解调信号','SSB信噪比为20dB时的解调信号','location','b');

2.实验结果