AM及SSB調(diào)制與解調(diào)

1、通信原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：AM及SSB調(diào)制與解調(diào)及抗噪聲性能分析班 級： 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號：指導(dǎo)老師： 目 錄一、引言31.1 概述31.2 課程設(shè)計(jì)的目的31.3 課程設(shè)計(jì)的要求3二、AM調(diào)制與解調(diào)及抗噪聲性能分析42.1 AM調(diào)制與解調(diào)42.1.1 AM調(diào)制與解調(diào)原理42.1.2調(diào)試過程62.2 相干解調(diào)的抗噪聲性能分析92.2.1抗噪聲性能分析原理92.2.2 調(diào)試過程10三、SSB調(diào)制與解調(diào)及抗噪聲性能分析123.1 SSB調(diào)制與解調(diào)原理123.2 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)抗噪聲性能分析133.3 調(diào)試過程15四、心得體會19五、參考文獻(xiàn)19一、引言1.1 概述通信原理是通信工程專業(yè)的一

2、門極為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，但內(nèi)容抽象，基本概念較多，是一門難度較大的課程，通過MATLAB仿真能讓我們更清晰地理解它的原理，因此信號的調(diào)制與解調(diào)在通信系統(tǒng)中具有重要的作用。本課程設(shè)計(jì)是AM及SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，用于實(shí)現(xiàn)AM及SSB信號的調(diào)制解調(diào)過程，并顯示仿真結(jié)果，根據(jù)仿真顯示結(jié)果分析所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能。在課程設(shè)計(jì)中，幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化，其他參數(shù)不變。同時(shí)也是使高頻載波的振幅載有傳輸信息的調(diào)制方式。1.2 課程設(shè)計(jì)的目的在此次課程設(shè)計(jì)中，我需要通過多方搜集資料與分析：(1) 掌握模擬系統(tǒng)AM和SSB調(diào)制與解調(diào)的原理；(2) 來理解并掌握A

3、M和SSB調(diào)制解調(diào)的具體過程和它在MATLAB中的實(shí)現(xiàn)方法；(3) 掌握應(yīng)用MATLAB分析系統(tǒng)時(shí)域、頻域特性的方法，進(jìn)一步鍛煉應(yīng)用MATLAB進(jìn)行編程仿真的能力。通過這個課程設(shè)計(jì)，我將更清晰地了解AM和SSB的調(diào)制解調(diào)原理，同時(shí)加深對MATLAB這款通信原理輔助教學(xué)操作的熟練度。1.3 課程設(shè)計(jì)的要求 (1) 熟悉MATLAB的使用方法，掌握AM信號的調(diào)制解調(diào)原理，以此為基礎(chǔ)用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制解調(diào)；(2) 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)AM調(diào)制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，給出系統(tǒng)的原理框圖，對系統(tǒng)的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)說明；(3) 采用MATLAB語言設(shè)計(jì)相關(guān)程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求采用一種方式進(jìn)行仿真，即直接

4、采用MATLAB語言編程的靜態(tài)方式。要求采用兩種以上調(diào)制信號源進(jìn)行仿真，并記錄各個輸出點(diǎn)的波形和頻譜圖；(4) 對系統(tǒng)功能進(jìn)行綜合測試，整理數(shù)據(jù)，撰寫課程設(shè)計(jì)論文。二、AM調(diào)制與解調(diào)及抗噪聲性能分析2.1 AM調(diào)制與解調(diào)2.1.1 AM調(diào)制與解調(diào)原理幅度調(diào)制是由調(diào)制信號去控制高頻載波的幅度，使正弦載波的幅度隨著調(diào)制信號而改變的調(diào)制方案，屬于線性調(diào)制。AM信號的時(shí)域表示式：頻譜： 調(diào)制器模型如圖所示：圖1-1 調(diào)制器模型AM的時(shí)域波形和頻譜如圖所示：時(shí)域 頻域 圖1-2 調(diào)制時(shí)、頻域波形AM信號的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。它的帶寬是基帶信號帶寬的2倍。在波形上，調(diào)幅信號的幅度隨基

5、帶信號的規(guī)律而呈正比地變化，在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移。所謂相干解調(diào)是為了從接受的已調(diào)信號中，不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號，要求本地載波和接收信號的載波保證同頻同相。相干載波的一般模型如下： 將已調(diào)信號乘上一個與調(diào)制器同頻同相的載波，得 由上式可知，只要用一個低通濾波器，就可以將第1項(xiàng)與第2項(xiàng)分離，無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號 相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個與調(diào)制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會破壞原始信號的恢復(fù)。2.1.2調(diào)試過程t=-1:0.00001:1; %定義時(shí)長 A1=6; %調(diào)制信號振幅A2=10; %外加直流分量f=3000; %

6、載波頻率w0=2*f*pi; %角頻率 Uc=cos(w0*t); %載波信號subplot(5,2,1); plot(t,Uc); %畫載波信號title(載波信號); axis(0,0.01,-1,1); %坐標(biāo)區(qū)間T1=fft(Uc); %傅里葉變換subplot(5,2,2); plot(abs(T1);%畫出載波信號頻譜title(載波信號頻譜); axis(5800,6200,0,); %坐標(biāo)區(qū)間mes=A1*cos(0.002*w0*t); %調(diào)制信號subplot(5,2,3); plot(t,mes);%畫出調(diào)制信號 title(調(diào)制信號);T2=fft(mes); %傅里葉

7、變換subplot(5,2,4); plot(abs(T2); %畫出調(diào)制信號頻譜title(調(diào)制信號頻譜); axis(,0,); %坐標(biāo)區(qū)間Uam1=A2*(1+mes/A2).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號subplot(5,2,5); plot(t,Uam1);%畫出已調(diào)信號title(已調(diào)信號); T3=fft(Uam1); %已調(diào)信號傅里葉變換subplot(5,2,6); plot(abs(T3); ;%畫出已調(diào)信號頻譜title(已調(diào)信號頻譜); axis(5950,6050,0,); %坐標(biāo)區(qū)間sn1=20; %信噪比db1=A12/(2*(10(sn1/10)

8、; %計(jì)算對應(yīng)噪聲方差n1=sqrt(db1)*randn(size(t); %生成高斯白噪聲Uam=n1+Uam1; %疊加噪聲后的已調(diào)信號 Dam=Uam.*cos(w0*t); %對AM已調(diào)信號進(jìn)行解調(diào)subplot(5,2,7); plot(t,Dam);% 濾波前的AM解調(diào)信號title(濾波前的AM解調(diào)信號波形); T4=fft(Dam); %求AM信號的頻譜subplot(5,2,8); plot(abs(T4);% 濾波前的AM解調(diào)信號頻譜title(濾波前的AM解調(diào)信號頻譜); axis(,0,);Ft=2000; %采樣頻率fpts=100 120; %通帶邊界頻率fp=1

9、00Hz 阻帶截止頻率fs=120Hzmag=1 0; dev=0.01 0.05; %通帶波動1%，阻帶波動5%n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);%kaiserord估計(jì)采用凱塞窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器的參數(shù)b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta); %由fir1設(shè)計(jì)濾波器z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR低通濾波subplot(5,2,9); plot(t,z21,r);% 濾波后的AM解調(diào)信號title(濾波后的AM解調(diào)信號波形); axis(0,1,-1,10);T5=fft(z2

10、1); %求AM信號的頻譜subplot(5,2,10); plot(abs(T5),r);%畫出濾波后的AM解調(diào)信號頻譜title(濾波后的AM解調(diào)信號頻譜); axis(,0,); 運(yùn)行結(jié)果:2.2 相干解調(diào)的抗噪聲性能分析2.2.1抗噪聲性能分析原理AM線性調(diào)制系統(tǒng)的相干解調(diào)模型如下圖所示。圖3.5.1 線性調(diào)制系統(tǒng)的相干解調(diào)模型圖中可以是AM調(diào)幅信號，帶通濾波器的帶寬等于已調(diào)信號帶寬10。下面討論AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能11。AM信號的時(shí)域表達(dá)式為 通過分析可得AM信號的平均功率為 又已知輸入功率, 其中B表示已調(diào)信號的帶寬。由此可得AM信號在解調(diào)器的輸入信噪比為 AM信號經(jīng)相干解調(diào)器

11、的輸出信號為 因此解調(diào)后輸出信號功率為 在上圖中輸入噪聲通過帶通濾波器之后，變成窄帶噪聲，經(jīng)乘法器相乘后的輸出噪聲為 經(jīng)LPF后， 因此解調(diào)器的輸出噪聲功率為 可得AM信號經(jīng)過解調(diào)器后的輸出信噪比為 由上面分析的解調(diào)器的輸入、輸出信噪比可得AM信號的信噪比增益為 2.2.2 調(diào)試過程clf; %清除窗口中的圖形t=0:0.01:2; %定義變量區(qū)間fc=50; %給出相干載波的頻率A=10; %定義輸入信號幅度fa=5; %定義調(diào)制信號頻率mt=A*cos(2*pi*fa.*t); %輸入調(diào)制信號表達(dá)式xzb=5; %輸入小信躁比(dB)snr=10.(xzb/10); db=A2./(2*s

12、nr); %由信躁比求方差nit=sqrt(db).*randn(size(mt); %產(chǎn)生小信噪比高斯白躁聲psmt=(A+mt).*cos(2*pi*fc.*t); %輸出調(diào)制信號表達(dá)式psnt=psmt+nit; %輸出疊加小信噪比已調(diào)信號波形xzb1=30; %輸入大信躁比(dB)snr1=10.(xzb1/10); db1=A2./(2*snr1); %由信躁比求方差nit1=sqrt(db1).*randn(size(mt) ); %產(chǎn)生大信噪比高斯白躁聲psnt1=psmt+nit1; %輸出已調(diào)信號波形subplot(2,2,1); %劃分畫圖區(qū)間plot(t,nit,g);

13、%畫出輸入信號波形title(小信噪比高斯白躁聲);xlabel( t);ylabel( nit);subplot(2,2,2);plot(t,psnt,b);title(疊加小信噪比已調(diào)信號波形);xlabel(時(shí)間);ylabel(輸出調(diào)制信號);subplot(2,2,3);plot(t,nit1,r); %length用于長度匹配title(大信噪比高斯白躁聲); %畫出輸入信號與噪聲疊加波形xlabel( t);ylabel(nit);subplot(2,2,4);plot(t,psnt1,k);title(疊加大信噪比已調(diào)信號波形); %畫出輸出信號波形xlabel(時(shí)間);yla

14、bel(輸出調(diào)制信號);運(yùn)行結(jié)果：由上圖可見，當(dāng)輸入信號一定時(shí)，隨著噪聲的加強(qiáng)，接收端輸入信號被干擾得越嚴(yán)重。而相應(yīng)的輸出波形相對于發(fā)送端的波形誤差也越大。而當(dāng)噪聲過大時(shí)信號幾難分辨。這信噪比變小導(dǎo)致的在實(shí)際的信號傳輸過程中當(dāng)信道噪聲過大將會導(dǎo)致幅度相位等各失真當(dāng)然由于非線性元件如濾波器等的存在。非線性失真也會隨噪聲加大而變大。三、SSB調(diào)制與解調(diào)及抗噪聲性能分析 3.1 SSB調(diào)制與解調(diào)原理單邊帶調(diào)制信號是將雙邊帶信號中的一個邊帶濾掉而形成的。根據(jù)方法的不同，產(chǎn)生SSB信號的方法有：濾波法和相移法。由于濾波法在技術(shù)上比較難實(shí)現(xiàn),所以在此我們將用相移法對SSB調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行討論與設(shè)計(jì)。相移

15、法和SSB信號的時(shí)域表示設(shè)單頻調(diào)制信號為載波為則其雙邊帶信號DSB信號的時(shí)域表示式為若保留上邊帶，則有若保留下邊帶，則有將上兩式合并得：由希爾伯特變換故單邊帶信號經(jīng)過希爾伯特變換后得:把上式推廣到一般情況，則得到 式中若M(w)是m(t)的傅里葉變換，則上式中的-jsgnw可以看作是希爾伯特濾波器傳遞函數(shù)，即移相法SSB調(diào)制器方框圖相移法是利用相移網(wǎng)絡(luò)，對載波和調(diào)制信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)南嘁?，以便在合成過程中將其中的一個邊帶抵消而獲得SSB信號。相移法不需要濾波器具有陡峭的截止特性，不論載頻有多高，均可一次實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)制。SSB信號的解調(diào) SSB信號的解調(diào)不能采用簡單的包絡(luò)檢波，因?yàn)镾SB信號是抑制載

16、波的已調(diào)信號，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。SSB信號的性能SSB信號的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在傳輸信息時(shí)，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度比AM、DSB減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。3.2 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)抗噪聲性能分析 噪聲功率這里，B = fH 為SSB 信號的帶通濾波器的帶寬。信號功率SSB信號與相干載波相乘后，再經(jīng)低通濾波可得解調(diào)器輸出信號因此，輸出信號平均功率輸入信號平均功率為單邊帶解調(diào)器的輸入信噪比為單邊帶解調(diào)器的輸出信噪比為制度增益因?yàn)樵赟SB系統(tǒng)中，信號和噪聲有相同表示形式，所以相干解調(diào)過程中

17、，信號和噪聲中的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒有改善。3.3 調(diào)試過程先建立3個M文件1. afd_buttfunction b,a = afd_butt(Wp,Ws,Rp,As);if Wp = 0 error(Passband edge must be larger than 0)endif Ws = Wp error(Stopband edge must be larger than Passband edge)endif (Rp = 0) | (As t0=0.1;fs=12000; %t0采樣區(qū)間，fs采樣頻率 fc=1000;Vm0=2.5;ma=0.25; %fc載波頻率，Vm0

18、輸出載波電壓振幅，ma調(diào)幅度 n=-t0/2:1/fs:t0/2; %定義變量區(qū)間 N=length(n); A=4; %定義調(diào)制信號幅度 x1=A*cos(150*pi*n); %調(diào)制信號 x2=hilbert(x1,N); %對x1做希爾伯特變換 y=(Vm0*x1.*cos(2*pi*fc*n)-Vm0*x2.*sin(2*pi*fc*n)/2; %保留上邊帶的已調(diào)波信號 xzb=2; %輸入小信噪比(dB) snr=10.(xzb/10); h,l=size(x1); %求調(diào)制信號的維度 fangcha=A*A./(2*snr); %由信噪比求方差 nit=sqrt(fangcha).

19、*randn(h,l); %產(chǎn)生高斯白噪聲 yn=y+nit; %疊加小信噪比噪聲的已調(diào)波信號 xzb=10; %輸入小信噪比(dB) snr1=10.(xzb/10); h,l=size(x1); %求調(diào)制信號的維度 fangcha=A*A./(2*snr1); %由信噪比求方差 nit1=sqrt(fangcha).*randn(h,l); %產(chǎn)生高斯白噪聲 yn1=y+nit1; %疊加小信噪比噪聲的已調(diào)波信號 figure(1) subplot(2,2,1) %劃分畫圖區(qū)間 plot(n,x1) %畫出調(diào)制信號的波形 title(調(diào)制信號); subplot(2,2,2) %劃分畫圖區(qū)

20、間 plot(n,y) %畫出已調(diào)波信號波形 title(已調(diào)波信號); subplot(2,2,3) %劃分畫圖區(qū)間 plot(n,yn) %畫出疊加噪聲的已調(diào)波信號波形 title(疊加小信噪比噪聲的已調(diào)波信號);subplot(2,2,4) %劃分畫圖區(qū)間 plot(n,yn1) %畫出疊加噪聲的已調(diào)波信號波形 title(疊加大信噪比噪聲的已調(diào)波信號); X=fft(x1); %調(diào)制信號x1的傅里葉變換 Y=fft(y); %已調(diào)信號y的傅里葉變換 Yn=fft(yn); %疊加小信噪比噪聲的已調(diào)信號yn的傅里葉變換 Yn1=fft(yn1); %疊加大信噪比噪聲的已調(diào)信號yn的傅里葉

21、變換 w=0:2*pi/(N-1):2*pi; %定義變量區(qū)間 figure(2) subplot(2,2,1) %劃分畫圖區(qū)間 plot(w,abs(X) %畫出調(diào)制信號頻譜波形 axis(0,pi/4,0,3000); %給出橫縱坐標(biāo)的范圍 title(調(diào)制信號頻譜); subplot(2,2,2) %劃分畫圖區(qū)間 plot(w,abs(Y) %畫出已調(diào)波信號頻譜 axis(pi/6,pi/4,0,2500); %給出橫縱坐標(biāo)的范圍 title(已調(diào)波信號頻譜); subplot(2,2,3) %劃分畫圖區(qū)間 plot(w,abs(Yn) %畫出疊加小信噪比噪聲的已調(diào)波信號頻譜 axis(

22、pi/6,pi/4,0,2500); %給出橫縱坐標(biāo)的范圍 title(疊加小信噪比噪聲的已調(diào)波信號頻譜); subplot(2,2,4) %劃分畫圖區(qū)間 plot(w,abs(Yn1) %畫出疊加大信噪比噪聲的已調(diào)波信號頻譜 axis(pi/6,pi/4,0,2500); %給出橫縱坐標(biāo)的范圍 title(疊加大信噪比噪聲的已調(diào)波信號頻譜); y1=y-2*cos(1500*pi*n); y2=Vm0*y1.*cos(2*pi*fc*n); %將已調(diào)幅波信號的頻譜搬移到原調(diào)制信號的頻譜處 wp=40/N*pi;ws=60/N*pi;Rp=1;As=15;T=1; %濾波器參數(shù)設(shè)計(jì) Omega

23、P=wp/T;OmegaS=ws/T; cs,ds=afd_butt(OmegaP,OmegaS,Rp,As); b,a=imp_invr(cs,ds,T); y=filter(b,a,y2); yn=y+nit; figure(3) subplot(2,1,1) %劃分畫圖區(qū)間 plot(n,y) %畫出解調(diào)波波形 title(解調(diào)波); Y=fft(y); %解調(diào)波y的傅里葉變換 subplot(2,1,2) %劃分畫圖區(qū)間 plot(w,abs(Y) %畫出解調(diào)信號頻譜 axis(0,pi/6,0,2500); %給出橫縱坐標(biāo)的范圍 title(解調(diào)信號頻譜);運(yùn)行結(jié)果:* Butterworth Filter Order = 6可以清晰地看出，加大噪聲后，信號的波形雜亂無章，起伏遠(yuǎn)大于加小噪聲時(shí)的波形。造成此現(xiàn)象的原因是當(dāng)信噪比較小時(shí)，噪聲的功率在解調(diào)信號中所占比重較大，