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通信原理与考研 第五章 模拟调制(3)

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本文摘要:(由ai生成)
本文回顾了单边带调制(SSB)的理论知识,并提供了使用MATLAB实现SSB调制与解调的程序。程序包括上边带(USB)和下边带(LSB)调制、添加高斯白噪声以及相干解调的全过程。文章强调了仿真在理解通信原理中的重要性,并预告了下一篇文章将介绍VSB的仿真程序。同时,提到了调频(FM)作为模拟调制方式的特点和在数字调制中的对应方式FSK,以及GMSK和GFSK的区别。最后,提醒读者信号源需经过积分转化为相位,以及调频指数的重要性。

之前讲了SSB调制,那么该给出仿真程序了!这里简单回顾一下SSB的理论知识。

单边带调制(SSB, Single Sideband Modulation)是从双边带调制(DSB)演变而来的,它只保留了调制信号的一个边带,可以有效减少带宽占用。SSB调制的原理是通过滤波去除载波信号和一个边带,最终只保留一个边带(上边带或下边带)。解调过程则通过相干解调恢复原始信号。什么是相干解调?以后再讲!早期讲了会增加学生的疑惑!毕竟这个知识点难度相当大。

《通信原理》很难学,回想我当年学这门课的时候也非常的吃力,工作以后通过不断的实践才开始慢慢的走进了通信之门。所以本人在教学的时刻一定是叮嘱学生们多做仿真,通过仿真来理解公式,来消化理论。不知道学生们会不会听我的建议?从培养学生的角度出发,我必须再次重申,学习通信原理,仿真真的必不可少。在给几个好学的学生上小课的时候,我就严抓他们的仿真过程。从最开始学通信系统模型时就开始教他们仿真,一直抓到了引入调制概念的时候。此时很多同学的学习已经掉队了。

2024年10月,再次在课堂上检查学生们的学习情况,情况很糟糕,于是又开始了较为严厉的教学过程。如果通信专业的学生毕业后连基本的通信仿真都不会,那岂不是成了笑话?以下是使用MATLAB实现SSB调制与解调的程序,包含调制、添加噪声(高斯白噪声)以及解调的全过程。

% 上边带调制 (USB)

ssb_signal_usb = real(voice_analytic .* exp(1i * 2 * pi * Fc * t)');   

% 上边带调制 注意解析信号的产生过程!

% 具体设备中如何实现这个公式?很具有代表性的问题哦!


% 下边带调制 (LSB) - 可选

ssb_signal_lsb = real(voice_analytic .* exp(-1i * 2 * pi * Fc * t)');  

% 这是下边带调制,和上边带有哪些差异啊?


% 添加噪声(可选)

SNR = 20;  % 信噪比 (dB)

noisy_signal = awgn(ssb_signal_usb, SNR, 'measured'); 

% 高斯白噪声,注意参数measured。

% 解调过程 (相干解调)

% 同频载波信号用于相干解调

carrier_rx = cos(2 * pi * Fc * t);              

% 生成接收端载波

demod_signal = noisy_signal .* carrier_rx';  

% 将接收信号与载波相乘,这就是相干解调!

% 关键是如何产生同频同相的载波呢?这是难点!

% 低通滤波去除高频分量,恢复原始信号

demodulated_signal = lowpass(demod_signal, Fc/2, Fs);

% 播放原始语音和解调后的语音

sound(voice_signal, Fs); % 播放原始语音

pause(length(voice_signal)/Fs + 1); % 等待播放完毕

sound(demodulated_signal, Fs); % 播放解调后的语音

% 绘图展示

figure

subplot(5,1,1)

plot(t, voice_signal);

title('原始语音信号');

xlabel('时间 (秒)'); ylabel('幅度');

subplot(5,1,2)

plot(t, ssb_signal_usb);

title('SSB (USB) 调制信号');

xlabel('时间 (秒)'); ylabel('幅度');

subplot(5,1,3)

plot(t, noisy_signal);

title('带噪声的 SSB 调制信号');

xlabel('时间 (秒)'); ylabel('幅度');

subplot(5,1,4)

plot(t, demod_signal);

title('解调后的信号(未滤波)');

xlabel('时间 (秒)'); ylabel('幅度');

subplot(5,1,5)

plot(t, demodulated_signal);

title('解调后的语音信号');

xlabel('时间 (秒)'); ylabel('幅度');
下一篇文章会给出VSB的仿真程序!后续关于数字调制的仿真程序可在下面菜单中找寻!
 
FM登场!
FM登场了,到现在收音机还在用这种调制方式,通信电台里面也保留着,可见这种调制方式的生命力有多强。在数字调制中,对应FM的就是FSK ,GSM中用的数字调制方式就属于FSK方式,具体一点的说是GMSK。那么GMSK和GFSK有什么区别呢?等讲到那个章节,自然会详细讲解。

FM:模拟调制方式中典型的非线性调制。FM和PM都可以称为角度调制。不过本人到现在也没有接触过PM调制信号!

切记:信号源要经过积分然后才能转化为相位!
理论看起来简单,写成代码就难了哦!

请了解单音调频信号的公式。在通信中,很多实际例子都是用单音信号来举例说明。调频指数是个重要指标,学习通信工程的同学毕业后必然会接触到各种指标,现在应该留下相关指标的概念。后面将接触到数字通信系统的最重要指标——误码率,敬请期待!

调频指数!

在调频中,当一个单音调制信号(频率为f)对载波进行调制时,会产生无穷多个边频分量。边频之间的频率间隔等于调制信号的频率f。例如,若调制信号频率为 10kHz,那么边频之间的频率间隔就是 10kHz。
例题!
考研的同学要学会怎么运用公式来解题目。调频指数这个概念要记住,因为在数字调制FSK调制中也有类似概念。调频指数的大小反映了调制信号对载波的调制深度。当调频指数较小时,意味着调制信号对载波的频率变化影响较小,此时的调频波接近未调制的载波。较大的调频指数意味着更大的频率偏移,需要更宽的带宽来容纳调频信号的频谱。
了解系统的带宽限制是设置调频指数的重要基础。如果传输带宽有限,过大的调频指数会导致信号带宽超出限制,引起信号失真和干扰。

根据调频信号的生成多项式可以看出信号的很多特点。

FM信号有两种产生方法,在FPGA中实现的时候经常采用的是第一种,现在模拟调制都是采用数字化实现方法。比如实现FM都是数字化实现方式,不再是模拟方式。功耗和复杂度都会下降。

本科阶段只需要了解解调部分的简单内容,懂原理即可。深度了解是研究生阶段学习的内容。

% FM调制解调应用程序
% FM 传输语音信号仿真
% 软件版本:2020a
% 2024-10-16
clear all,close all;
% 读取语音信号
[voice_signal, Fs] = audioread('audio_file_20241018.wav');  


来源:通信工程师专辑
非线性MATLAB通信理论
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-11-02
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算法工匠
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