畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-PAM與DSB混合調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿真.doc

1 引 言通信(Communication)就是信息的傳遞，是指由一地向另一地進(jìn)行信息的傳輸與交換，其目的是傳輸消息。然而，隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，人們對傳遞消息的要求也越來越高。在各種各樣的通信方式中，利用“電”來傳遞消息的通信方法稱為電信 (Telecommunication)，這種通信具有迅速、準(zhǔn)確、可靠等特點(diǎn)，且?guī)缀醪皇軙r(shí)間、地點(diǎn)、空間、距離的限制，因而得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用?？梢灶A(yù)見，未來的通信對人們的生活方式和社會的發(fā)展將會產(chǎn)生更加重大和意義深遠(yuǎn)的影響。目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。本課程設(shè)計(jì)運(yùn)用了MATLAB集成環(huán)境下的Simulink平臺來建立仿真模型，實(shí)現(xiàn)模擬基帶信號經(jīng)PAM與DSB混合調(diào)制與相干解調(diào)的傳輸過程，通過分析比較調(diào)制解調(diào)輸出波形以及頻譜圖特征，理解PAM和DSB調(diào)制解調(diào)原理。在分別加入三種不同的噪聲，觀察對波形的影響，并對其進(jìn)行分析總結(jié)。1.1 課程設(shè)計(jì)目的通信課程設(shè)計(jì)的目的是為了學(xué)生加深對所學(xué)的通信原理知識理解，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)，提高利用通信原理知識處理通信系統(tǒng)問題的能力，為今后的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作打下良好的基礎(chǔ)。使學(xué)生能比較扎實(shí)地掌握本專業(yè)的基礎(chǔ)知識和基本理論，掌握數(shù)字通信系統(tǒng)及有關(guān)設(shè)備的分析、開發(fā)等基本技能，受到必要工程訓(xùn)練和初步的科學(xué)研究方法和實(shí)踐訓(xùn)練，增強(qiáng)分析和解決問題的能力，了解本通信專業(yè)的新發(fā)展。1.2 課程設(shè)計(jì)的要求本課程的設(shè)計(jì)要求如下：1）學(xué)習(xí)MATLAB的基本知識，熟悉MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺。2）利用通信原理中所學(xué)到的相關(guān)知識，在Simulink仿真平臺中設(shè)計(jì)PAM與DSB混合調(diào)制與相干解調(diào)仿真系統(tǒng)，并用示波器觀察調(diào)制與解調(diào)后的波形，用頻譜圖分析模塊觀察調(diào)制與解調(diào)前后的信號頻譜圖變化。3）構(gòu)建調(diào)制電路，并用示波器觀察調(diào)制前后的信號波形，用頻譜圖分析模塊觀察調(diào)制前后信號頻譜圖的變化。4）再以調(diào)制信號為輸入，構(gòu)建解調(diào)電路，用示波器觀察調(diào)制前后的信號波形，用頻譜圖分析模塊觀察調(diào)制前后信號頻譜圖的變化。5）在調(diào)制與解調(diào)電路間加上噪聲源，模擬信號在不同信道中的傳輸：a 用高斯白噪聲模擬有線信道，b 用瑞利噪聲模擬有直射分量的無線信道，c 用萊斯噪聲模擬無直射分量的無線信道。將三種噪聲源的方差適當(dāng)設(shè)置，分析比較通過三種不同信道后的接收信號的性能。 6）在老師的指導(dǎo)下，要求獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容，并按要求編寫課程設(shè)計(jì)學(xué)年論文，能正確闡述和分析設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1.3 設(shè)計(jì)平臺Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)1。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulik是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。所謂模型化圖形輸入是指Simulik提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型，進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析2。2設(shè)計(jì)原理2.1 Simulink工作環(huán)境（1）模型庫在MATLAB命令窗口輸入“simulink”并回車，就可進(jìn)入Simulink模型庫，單擊工具欄上的 按鈕也可進(jìn)入。Simulik模塊庫按功能進(jìn)行分為以下8類子庫：Continuous（連續(xù)模塊）、Discrete（離散模塊）、Function&Tables（函數(shù)和平臺模塊）、Math（數(shù)學(xué)模塊）、Nonlinear（非線性模塊）、Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊）、Sinks（接收器模塊）、Sources（輸入源模塊），用戶可以根據(jù)需要混合使用歌庫中的模塊來組合系統(tǒng)，也可以封裝自己的模塊，自定義模塊庫、從而實(shí)現(xiàn)全圖形化仿真。Simulink模型庫中的仿真模塊組織成三級樹結(jié)構(gòu)Simulink子模型庫中包含了Continous、Discontinus等下一級模型庫Continous模型庫中又包含了若干模塊，可直接加入仿真模型。圖2-1 Simulink工具箱（2）設(shè)計(jì)仿真模型在MATLAB子窗口或Simulink模型庫的菜單欄依次選擇“File” | “New” | “Model”或單擊工具欄上的 按鈕，即可生成空白仿真模型窗口，如圖2-2所示：圖2-2 新建仿真模型窗口（3）運(yùn)行仿真兩種方式分別是菜單方式和命令行方式，菜單方式：在菜單欄中依次選擇Simulation | Start 或在工具欄上單擊。命令行方式：輸入“sim”啟動仿真進(jìn)程。比較這兩種不同的運(yùn)行方式：菜單方式的優(yōu)點(diǎn)在于交互性，通過設(shè)置示波器或顯示模塊即可在仿真過程中觀察輸出信號。命令行方式啟動模型后，不能觀察仿真進(jìn)程，但仍可通過顯示模塊觀察輸出，適用于批處理方式3。2.2 PAM調(diào)制解調(diào)原理1. PAM調(diào)制原理：通常人們談?wù)摰恼{(diào)制技術(shù)是采用連續(xù)振蕩波形(正弦型信號)作為載波的，然而，正弦型信號并非是唯一的載波形式。在時(shí)間上離散的脈沖串，同樣可以作為載波，這時(shí)的調(diào)制是用基帶信號去改變脈沖的某些參數(shù)而達(dá)到的，人們常把這種調(diào)制稱為脈沖調(diào)制。通常，按基帶信號改變脈沖參數(shù)(幅度、寬度、時(shí)間位置)的不同，把脈沖調(diào)制分為脈幅調(diào)制(PAM)、脈寬調(diào)制(PDM)和脈位調(diào)制(PPM)等。 所謂脈沖振幅調(diào)制，即是脈沖載波的幅度隨基帶信號變化的一種調(diào)制方式。脈沖幅度調(diào)制的理論基礎(chǔ)是抽樣定理。對于一個(gè)最高頻率為 m 的帶限信號，當(dāng)抽樣頻率大于兩倍的m 時(shí)，我們可以從抽樣信號中恢復(fù)出原來的信號。如果脈沖載波是由沖激脈沖組成的，則前面所說的抽樣定理，就是脈沖振幅調(diào)制的原理。但是，實(shí)際上真正的沖激脈沖串是不可能實(shí)現(xiàn)的，而通常只能采用窄脈沖串來實(shí)現(xiàn)，因此，研究窄脈沖作為脈沖載波的PAM方式，將更加具有實(shí)際意義3。 圖 2-3 脈沖波形調(diào)制示意圖根據(jù)樣本值的不同，脈沖幅度調(diào)制有兩種情況：一種是樣本值和調(diào)制信號在抽樣區(qū)間的函數(shù)值完全一樣；一種是樣本值是常數(shù)，這個(gè)常數(shù)和調(diào)制信號在抽樣區(qū)間的某個(gè)瞬時(shí)值相同。通常，我們將前者稱為自然抽樣的脈沖幅度調(diào)制，將后者稱為平頂抽樣的脈沖幅度調(diào)制。（1） 自然抽樣脈沖調(diào)制：自然抽樣又稱曲頂抽樣，它是指抽樣后的脈沖幅度（頂部）隨被抽樣信號m(t)變化，或者說保持了m(t)的變化規(guī)律。 設(shè)模擬基帶信號m(t)的波形及頻譜圖如圖 2-4(a)所示，脈沖載波以s(t)表示， 它是寬度為，周期為Ts的矩形窄脈沖序列，其中Ts是按抽樣定理確定的，這里取Ts=1/(2fH)。s(t)的波形及頻譜圖如圖 2-4(b)所示，則自然抽樣PAM信號ms(t)(波形見圖 2-4(c)為m(t)與s(t)的乘積，即圖 2-4 自然抽樣的PAM波形及頻譜圖由頻域卷積定理知ms(t)的頻譜圖為 （2-1）頻譜圖如圖2-4(d)所示，它與理想抽樣（采用沖擊序列抽樣）的頻譜圖非常相似，也是由無限多個(gè)間隔為s=2H的M()頻譜圖之和組成。其中, n=0的成分是(A/T)M()，與原信號譜M()只差一個(gè)比例常數(shù)(A/T)，因而也可用低通濾波器從Ms()中濾出M()，從而恢復(fù)出基帶信號m(t)。（2）平頂抽樣的脈沖調(diào)制平頂抽樣又叫瞬時(shí)抽樣，它與自然抽樣的不同之處在于它的抽樣后信號中的脈沖均具有相同的形狀頂部平坦的矩形脈沖，矩形脈沖的幅度即為瞬時(shí)抽樣值。平頂抽樣PAM信號在原理上可以由理想抽樣和脈沖形成電路產(chǎn)生，其原理框圖及波形如圖 7-9 所示，其中脈沖形成電路的作用就是把沖激脈沖變?yōu)榫匦蚊}沖。 設(shè)基帶信號為m(t)，矩形脈沖形成電路的沖激響應(yīng)為H(t)， m(t)經(jīng)過理想抽樣后得到的信號ms(t)可用下式表示， 即 ms(t)= m(nTs)(t-n Ts) (2-2)上式表明，ms(t)是由一系列被m(n Ts)加權(quán)的沖激序列組成，而m(n Ts)就是第n個(gè)抽樣值幅度。經(jīng)過矩形脈沖形成電路，每當(dāng)輸入一個(gè)沖激信號， 在其輸出端便產(chǎn)生一個(gè)幅度為 m(n Ts)的矩形脈沖H(t)，因此在ms(t)作用下，輸出便產(chǎn)生一系列被m(nT)加權(quán)的矩形脈沖序列，這就是平頂抽樣PAM信號mH(t)。它表示為 mH(t)= m(nTs)H(t-nTs) (2-3)波形如圖2-5（a）所示。 圖 2-5 平頂抽樣信號及其產(chǎn)生原理框圖設(shè)脈沖形成電路的傳輸函數(shù)為H()， 則輸出的平頂抽樣信號頻譜圖MH()為 MH()=Ms()H() (2-4)利用式（2-4）的結(jié)果，上式變?yōu)?MH( )= (2-5) 由上式看出，平頂抽樣的PAM信號頻譜圖MH()是由H()加權(quán)后的周期性重復(fù)的M()所組成，由于H()是的函數(shù)， 如果直接用低通濾波器恢復(fù)，得到的是H()M()/Ts，它必然存在失真。以上按自然抽樣和平頂抽樣均能構(gòu)成PAM通信系統(tǒng)， 也就是說可以在信道中直接傳輸抽樣后的信號，但由于它們抗干擾能力差，目前很少實(shí)用。 它已被性能良好的脈沖編碼調(diào)制(PCM)所取代。2、 PAM解調(diào)原理解調(diào)是調(diào)制的逆過程，信號解調(diào)的方法包括兩種，相干解調(diào)（同步檢波）與非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。解調(diào)與調(diào)制的實(shí)質(zhì)一樣，均是頻譜搬移，可以通過一個(gè)相乘器與載波相乘來實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)時(shí)，為了無失真地恢復(fù)基帶信號，接收端必須提供一個(gè)與接收的已調(diào)載波（同頻同相）本地載波。為了從mq(t)中恢復(fù)原基帶信號m(t)，可采用圖2-6所示的解調(diào)原理方框圖。在濾波之前先用特性為1/Q()頻譜圖校正網(wǎng)絡(luò)加以修正，則低通濾波器便能無失真地恢復(fù)原基帶信號m(t)4。在實(shí)際應(yīng)用中，平頂抽樣信號采用抽樣保持電路來實(shí)現(xiàn)， 得到的脈沖為矩形脈沖。實(shí)際應(yīng)用中，恢復(fù)信號的低通濾波器也不可能是理想的，因此考慮到實(shí)際濾波器可能實(shí)現(xiàn)的特性，抽樣速率fs要比2fH選的大一些，一般fs=（2.53）fH。例如語音信號頻率一般為 3003400 Hz，抽樣速率fs一般取8000 Hz。 圖 2-6 平頂抽樣PAM信號的解調(diào)原理框圖以上按自然抽樣和平頂抽樣均能構(gòu)成PAM通信系統(tǒng)， 也就是說可以在信道中直接傳輸抽樣后的信號，但由于它們抗干擾能力差，目前很少實(shí)用。 它已被性能良好的脈沖編碼調(diào)制(PCM)所取代。2.3 DSB調(diào)制解調(diào)原理DSB(Double Side Band)信號是抑制了載波的雙邊帶信號，發(fā)送時(shí)，不發(fā)送載波信號，對于DSB信號，其包洛的變化反映了調(diào)制信號絕對值的變化情況，當(dāng)調(diào)制信號過零點(diǎn)時(shí)，有相位的突變。DSB信號的解調(diào)就是從它的幅度變化上提取原調(diào)制信號的過程。1、DSB調(diào)制原理在消息信號m(t)上不加上直流分量，則輸出的已調(diào)信號就是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號，或稱抑制載波雙邊帶（DSB-SC）調(diào)制信號，簡稱雙邊帶（DSB）信號。DSB調(diào)制器模型如下圖，可見DSB信號實(shí)質(zhì)上就是基帶信號與載波直接相乘。SDSB(t)COSctm(t)圖2-7 DSB信號調(diào)制器模型其時(shí)域和頻域表示式分別如下SDSB(t)=m(t)cosct (2-6) (2-7)除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜圖與AM信號的完全相同，仍由上下對稱的兩個(gè)邊帶組成。故DSB信號是不帶載波的雙邊帶信號，它的帶寬與AM信號相同，也為基帶信號帶寬的兩倍，DSB信號的波形和頻譜圖分別如下4：圖2-8 DSB信號的波形與頻譜圖2、DSB解調(diào)原理因?yàn)椴淮嬖谳d波分量，DSB信號的調(diào)制效率是100%，即全部功率都用于信息傳輸。但由于DSB信號的包絡(luò)不再與m(t)成正比，故不能進(jìn)行包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)5。LPFcosctSDSB(t)S0(t)圖2-9 DSB信號相干解調(diào)模型圖中SL(t)為本地載波，也叫相干載波，必須與發(fā)送端的載波完成同步。即頻率相同。時(shí)域分析如下： (2-8)Sp(t)經(jīng)過低通濾波器LPF，濾掉高頻成份，為 (2-9)頻域分析如下： (2-10) (2-11)式 (2-11)中的H()為LPF的系統(tǒng)函數(shù)。頻域分析的過程如圖所示。事實(shí)上本地載波和發(fā)端載波完全一致的條件是是不易滿足的，因此，需要討論有誤差情況下對解調(diào)結(jié)果的影響。3 設(shè)計(jì)步驟3.1 熟悉Simulink平臺打開matlab7.0集成環(huán)境下的Simulink平臺，即單擊圖標(biāo)，出現(xiàn)的窗口如2-1圖所示，圖2-1表示Simulink中的模型庫，設(shè)計(jì)SSB調(diào)制與解調(diào)主要用到三大模塊，Communications Blockset，Simulink，Signal Processing Blockset 。單擊，打開新建窗口，保存文件為*.mdl類型的文件，將需要的器件找到后，加入工作窗口，并且連線，每個(gè)器件需要設(shè)置參數(shù)，運(yùn)行結(jié)果，并且逐步通過修改，達(dá)到滿意的仿真結(jié)果。3.2 設(shè)計(jì)PAM與DSB仿真模型（1） PAM與DSB混合調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)在理想信道中的仿真新建空白仿真窗口，找到PAM與DSB信號調(diào)制所需的仿真器件，加入新建的窗口中，連接號線路，線路圖如3-1所示：圖3-1 PAM與DSB混合調(diào)制與相干解調(diào)模型 圖3-1是PAM與DSB信號在理想狀態(tài)下（即無噪聲源干擾）的混合調(diào)制與相干解調(diào)的一般模型。其中Analog Filter Design為帶通濾波器、Analog Filter Design1為帶通濾波器、Analog Filter Design2為帶通濾波器、Power Spectral Density是求信號的頻譜圖圖、Scope為示波器?；鶐盘柲K（Sine Wave）的幅度設(shè)置為1，角頻率為1，其余參數(shù)不變；載波（Pulse Generator）的幅度設(shè)置為5，角頻率設(shè)置為0.4，脈寬占周期的40%，其余參數(shù)不改變；載波1參數(shù)（Sine Wave1）的幅度設(shè)置為1，角頻率為10*pi，其余參數(shù)不變；設(shè)置如圖3-2、圖3-3、圖3-4所示：圖3-2 基帶信號的參數(shù)設(shè)置圖3-3 脈沖載波的參數(shù)設(shè)置圖3-4 載波1的參數(shù)設(shè)置圖3-2、3-3、3-4分別是對基帶信號、載波的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使其達(dá)到調(diào)制的最佳效果。 對PAM與DSB混合調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)模型中的乘法器的參數(shù)、帶通濾波器、低通濾波器的參數(shù)設(shè)置如圖3-5、3-6、3-7、3-8所示：圖3-5 乘法器參數(shù)設(shè)置圖3-6 帶通濾波器參數(shù)設(shè)置本次設(shè)計(jì)選用巴特沃斯模擬低通濾波器；通過Filter type確定濾波器的特性；因?yàn)榛鶐盘柕慕穷l率設(shè)為1，載波1角頻率設(shè)為10*pi，以10*pi為中心頻率,又帶通濾波器的角頻率設(shè)置必須包括該頻率段，將最高和最低截止頻率分別為9.2*pi和10.8*pi。 圖3-7 低通濾波器1參數(shù)設(shè)置 圖3-8 低通濾波器2參數(shù)設(shè)置低通濾波器1只需讓PAM調(diào)制信號通過，頻率必須大于PAM調(diào)制信號的頻率,于是將頻率設(shè)為12*pi。把級數(shù)設(shè)為8。而低通濾波器2只需讓原始基帶信號通過，頻率必須大于原始基帶信號的頻率,于是將頻率設(shè)為1*pi。把級數(shù)設(shè)為8，使濾波器的精確度降低，避免輸出波形因誤差而出錯(cuò)?；鶐盘柵c脈沖載波信號相乘之后得到PAM調(diào)制信號，其基帶信號波形、脈沖載波信號波形、調(diào)制信號波形即PAM信號調(diào)制如下圖3-9所示：圖3-9 PAM調(diào)制波形圖3-9是在理想狀態(tài)下的波形，即無噪聲干擾的情況下。第一排是基帶信號波形，第二排是脈沖載波信號波形，第三排是已調(diào)信號波形即PAM信號調(diào)制波形。在此PAM調(diào)制中，得到的已調(diào)信號頻率不變，脈沖頂部和基帶信號的波形相同。將PAM調(diào)制出來的信號與載波1相乘得到PAM與DSB混合調(diào)制信號，其基帶信號波形、載波信號波形、調(diào)制信號波形即PAM與DSB混合調(diào)制如圖3-10所示：圖3-10 PAM與DSB混合調(diào)制波形圖3-10是在理想狀態(tài)下的波形，即無噪聲干擾的情況下。第一排是PAM調(diào)制信號波形，第二排是載波2信號波形，第三排是PAM與DSB混合調(diào)制后的波形，是通過乘法器得到的調(diào)制信號。為了無失真地恢復(fù)原基帶信號，采用相干解調(diào)的解調(diào)方法，保證接收端的載波與發(fā)送端的載波同頻同相。得出波形如圖3-11所示圖3-11 PAM與DSB相干解調(diào)波形圖3-11是在理想狀態(tài)下的波形，即無噪聲干擾的情況下。第一排是基帶信號波形，幅度為1，頻率為1的波形。第二排是理想信道下的PAM調(diào)制后的信號波形，其幅度為5，頻率為10*pi。第三排是理想信道下的PAM與DSB混合調(diào)制后的信號波形，其幅度為5，第四排是PAM與DSB混合調(diào)制出來的信號經(jīng)DSB相干解調(diào)出來的波形，和最后一排則是PAM與DSB混合調(diào)制珥相干解調(diào)的最終信號的波形，由圖可以看出解調(diào)波形與基帶波形基本相同，只有系統(tǒng)誤差而產(chǎn)生的些延遲,所以解調(diào)成功5。（2）PAM與DSB混合調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)在非理想信道中的仿真非理想信道主要是針對信道加入相關(guān)的噪聲，而在實(shí)際現(xiàn)實(shí)中是非理想信道的，此次設(shè)計(jì)主要是研究高斯白噪聲對相關(guān)調(diào)制信號的影響。所謂高斯白噪聲是指噪聲的概率密度函數(shù)滿足正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)特性，同時(shí)它的頻譜圖密度函數(shù)是常數(shù)的一類噪聲。其原理框圖如圖3-8所示：圖3-12 加入高斯噪聲的PAM與DSB混合調(diào)制與相干解調(diào)模型 此電路框圖是建立在理想信道的原理框圖的基礎(chǔ)上在信道加入高斯白噪聲通過一個(gè)加法器相連。圖中Gaussian Noise Generator模塊即為高斯白噪聲，通過對方差的不同取值予以比較高斯白噪聲對信道的影響，了解線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能，便于掌握相關(guān)原理。在調(diào)制信道與相干解調(diào)信道之間，加入高斯白噪聲，將調(diào)制信號與白噪聲相加即可。再進(jìn)行相干解調(diào)，加法器參數(shù)的設(shè)置如圖3-13，高斯噪聲的相干解調(diào)均值設(shè)為0，方差分別設(shè)置為1和100，參數(shù)設(shè)置如圖3-14、3-15，其他系統(tǒng)模塊的參數(shù)不變6。圖3-13 加法器參數(shù)設(shè)置 圖3-14 高斯噪聲參數(shù)設(shè)置 圖3-15 高斯噪聲1參數(shù)設(shè)置在加入高斯噪聲后，經(jīng)MATLAB中運(yùn)行后在示波器中觀察的PAM與DSB混合調(diào)制與相干解調(diào)的信號波形圖。如圖3-16所示圖3-16 加入高斯噪聲的DSB解調(diào)波形圖3-16中，第一排是基帶信號波形，第二排是理想信道下的PAM與DSB混合調(diào)制后DSB相干解調(diào)的信號波形，相對于原始信號只產(chǎn)生了延時(shí)，影響不大。第三排和第四排分別是加入方差為1和方差為100的高斯噪聲后的波形圖。比較3-11中各波形可知，在加入方差為1的高斯噪聲時(shí)，噪聲對信號的影響不大，解調(diào)出來的信號基本上能與基帶信號保持同樣的幅度和頻率，解調(diào)信號相對基帶信號有些延時(shí)；在加入方差為100的高斯噪聲時(shí)，噪聲對信號有一定的影響，解調(diào)出來的信號產(chǎn)生失真，與基帶信號的幅度和頻率都不同了。 圖3-17 加入高斯噪聲的PAM相干解調(diào)波形圖3-17中，第一排是基帶信號波形，第二排是理想信道下的PAM與DSB混合調(diào)制與相干解調(diào)的最終信號波形，相對于原始信號只產(chǎn)生了延時(shí)，影響不大。第三排和第四排分別是加入方差為1和方差為100的高斯噪聲后的波形圖。比較3-11中各波形可知，在加入方差為1的高斯噪聲時(shí)，噪聲對信號的影響并不大，解調(diào)出來的信號基本上能與基帶信號保持同樣的幅度和頻率；而在加入方差為100的高斯噪聲時(shí)，解調(diào)信號產(chǎn)生失真，與基帶信號的幅度和頻率都不同了。綜上所述，噪聲能對信道產(chǎn)生不同程度的影響，不同的噪聲使信號發(fā)生失真的參數(shù)各不相同。在現(xiàn)實(shí)生活中，無處不存在著噪聲，因此研究如何減小噪聲對信道的影響有著重大意義。3.3 功率譜密度分析PAM是一種最基本的模擬脈沖調(diào)制，它是模擬信號數(shù)字化過程的必經(jīng)之路。設(shè)基帶模擬信號的波形為，其頻譜為；用這個(gè)信號對一個(gè)脈沖載波調(diào)幅，的周期為，其頻譜為；脈沖寬度為，幅度為；并設(shè)抽樣信號是和的乘積。則抽樣信號的的頻譜就是兩者頻譜的卷積： （3-1）其中DSB信號的功率定義為已調(diào)信號的均方值，即= (3-2) (3-2)顯然，DSB信號的功率僅由邊帶功率構(gòu)成，為邊帶功率，為調(diào)制信號功率。這樣其調(diào)制效率為100%。由于雙邊帶信號的頻譜圖不存在載波分量，所有的功率都集中在兩個(gè)邊帶中，因此它的調(diào)制效率為百分之百，這是它的最大優(yōu)點(diǎn)6。 為了更深入了解其相關(guān)原理特性，通過頻譜分析模塊對其功率密度譜在時(shí)域、頻域中的波形進(jìn)行分析，為了能出現(xiàn)完整的頻譜圖，需要對相應(yīng)的頻譜分析模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置如圖3-18、3-20、3-22、3-24、3-26、3-28，對應(yīng)頻譜如圖3-19、3-21、3-23、3-25、3-27、3-29所示：圖3-18 基帶信號頻譜分析模塊參數(shù)圖3-19 基帶信號頻譜圖基帶信號的頻譜圖圖如3-19所示，第一個(gè)波形表示歷史時(shí)間，第二個(gè)波形顯示為頻譜圖，基帶信號的的最高功率大約為30，第三個(gè)表示為頻率.圖3-20 脈沖載波頻譜分析模塊參數(shù)圖3-21 脈沖載波頻譜圖基帶信號的頻譜圖圖如3-21所示，第一個(gè)波形表示歷史時(shí)間，第二個(gè)波形顯示為頻譜圖，脈沖載波信號的的最高功率大約為220，第三個(gè)表示為頻率. 圖3-22 PAM調(diào)制信號頻譜分析模塊參數(shù)設(shè)置圖3-23 PAM調(diào)制信號頻譜圖如圖3-23所示，第一個(gè)波形表示歷史時(shí)間，第二個(gè)波形顯示為頻譜圖。在此PAM調(diào)制中，得到的已調(diào)信號的脈沖頂部和基帶信號波形。由圖3-20、3-22、3-24中可以看出PAM調(diào)制信號的頻譜圖就是基帶信號和脈沖載波的頻譜圖的卷積。圖3-24 DSB調(diào)制頻譜分析模塊參數(shù)設(shè)置圖3-25 DSB調(diào)制頻譜圖 由圖3-25可以看出，DSB調(diào)制信號的頻譜由上邊帶、下邊帶三部分組成，上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像，無論是上邊帶還是下邊帶都含有原調(diào)制信號的完整信息。DSB調(diào)制信號的頻譜與PAM調(diào)制信號的頻譜圖結(jié)構(gòu)相同，即通過雙邊帶調(diào)制后將PAM調(diào)制信號以載波為中心進(jìn)行頻譜圖的搬移，且調(diào)制后信號的帶寬是PAM調(diào)制信號的兩倍，相位發(fā)生了移位，波形表現(xiàn)為基帶與載波的乘積。圖3-26 DSB解調(diào)頻譜分析模塊參數(shù)設(shè)置圖3-27 DSB相干解調(diào)頻譜圖 如圖3-27所示，DSB 信號的解調(diào)是理想信道的相干解調(diào)，第二個(gè)波形解調(diào)信號的頻譜圖，解調(diào)功率的最高點(diǎn)功率為4，由公式得，調(diào)制信號功率與解調(diào)信號功率大致符合。圖3-28 PAM相干解調(diào)頻譜分析模塊參數(shù)設(shè)置圖3-29 PAM相干解調(diào)頻譜圖 如圖3-29所示經(jīng)相干解調(diào)后，除由于系統(tǒng)誤差而產(chǎn)生的延時(shí)外，解調(diào)后信號的頻譜圖與原基帶信號的頻譜圖是能一一對應(yīng)的。 （2）在理想信道中各信號及儀器參數(shù)設(shè)置都不變的情況下，加入不同方差的高斯噪聲，其在調(diào)制過程中并無影響，但對解調(diào)結(jié)果有所影響，結(jié)果如圖3-24、圖3-25和圖3-26所示：圖3-24 理想信道DSB相干解調(diào)的波形頻譜圖圖3-25 加入方差為1的高斯噪聲的DSB相干解調(diào)的波形頻譜圖圖3-26 加入方差為100的高斯噪聲DSB相干解調(diào)的波形頻譜圖圖中，第一路是理想信道DSB相干解調(diào)的信號頻譜圖，第二路是加入方差為1的高斯噪聲時(shí)DSB相干解調(diào)的信號頻譜圖，第三路是加入方差為100的高斯噪聲時(shí)DSB相干解調(diào)的信號頻譜圖。比較前后頻譜圖圖可以清楚發(fā)現(xiàn)，高斯噪聲方差的參數(shù)設(shè)置不同，結(jié)果也不同。隨著方差的加大，失真也隨之變大，前者還較為接近理想信道頻譜圖圖，而后者已出現(xiàn)了嚴(yán)重失真。對此，雖然實(shí)際中噪聲的影響不可避免，但是我們應(yīng)該盡量減小噪聲的影響，使得信號傳輸更加地清晰與完整。圖3-27 理想信道PAM相干解調(diào)后的波形頻譜圖圖3-27 加入方差為1的高斯噪聲的PAM相干解調(diào)后的波形頻譜圖圖3-28 加入方差為1的高斯噪聲的PAM相干解調(diào)后的波形頻譜圖圖3-28中在理想信道下，DSB與PAM相干解調(diào)后的波形對比基帶信號波形發(fā)生延時(shí)，加入不同方差的高斯噪聲，解調(diào)后波形收到了噪聲的干擾，波形發(fā)生畸變。圖中，第一路是理想信道DSB與PAM相干解調(diào)后的信號，第二路是加入方差為1的高斯噪聲時(shí)DSB與PAM相干解調(diào)的信號，第三路是加入方差為100的高斯噪聲時(shí)DSB與PAM相干解調(diào)后的信號。比較前后頻譜圖圖可以清楚發(fā)現(xiàn)，高斯噪聲方差的參數(shù)設(shè)置不同，結(jié)果也不同。隨著方差的加大，失真也隨之變大，前者還較為接近理想信道頻譜圖圖，而后者已出現(xiàn)了嚴(yán)重失真。雖然實(shí)際生活中的噪聲不可避免，但我們應(yīng)當(dāng)減小噪聲的影響，以滿足我們對信號的需要。4 出現(xiàn)的問題及解決方法4.1 出現(xiàn)的問題：（1）運(yùn)行后沒有出現(xiàn)波形、出現(xiàn)多路波形的混合有時(shí)出現(xiàn)波形的幅度過小或過大。（2）信號在經(jīng)過所設(shè)計(jì)的帶通通信仿真系統(tǒng)或低通通信仿真系統(tǒng)后波形出現(xiàn)失真。（3）波形圖太密集。（4）在加入噪聲后，解調(diào)信號的波形基本上沒有變化。（5）在使用頻譜分析模塊時(shí)得不到完整而又清晰的頻譜。 4.2 解決辦法（1）點(diǎn)擊scope菜單欄的或者點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇autoscale即可出現(xiàn)清晰波形。（2）這是因?yàn)樾盘栠M(jìn)行抽樣時(shí)沒有滿足奈奎斯特定理。為了能從取樣信號中恢復(fù)原信號，抽樣必須滿足奈奎斯特定理，即抽樣頻率應(yīng)大于或等于兩倍的原始信號頻率；（3）這是由于信號的頻譜圖太高，將載波頻率調(diào)制10*p