通信原理課程設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告基于matlab的模擬調(diào)制系統(tǒng)仿真與測(cè)試課程名稱 通信原理課程設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 通信工程2班 學(xué) 號(hào) 14目 錄1、設(shè)計(jì)題目32、 設(shè)計(jì)原理33、 設(shè)計(jì)主程序44、 設(shè)計(jì)調(diào)用子函數(shù)85、 matlab程序運(yùn)行結(jié)果 106、 參考文獻(xiàn)13一.設(shè)計(jì)題目基于matlab的模擬調(diào)制系統(tǒng)仿真與測(cè)試二.設(shè)計(jì)原理1.1 模擬調(diào)制l模擬調(diào)制包括幅度調(diào)制（dsb，ssb，am）和相角調(diào)制（頻率和相位調(diào)制）。l幅度調(diào)制（線性調(diào)制）是正弦載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)而改變的調(diào)制方案。l若調(diào)制信號(hào) ,頻譜為 ，帶寬為 ，ssb調(diào)制的帶寬為 ，dsb和am調(diào)制的帶寬為2 。vsb-am的帶寬在 -2 區(qū)

2、間內(nèi)。lam調(diào)制與dsb調(diào)制在許多方面十分相似，唯一區(qū)別在于am調(diào)制用 代替dsb的 。l l 調(diào)制器模型如圖所示 l假設(shè)被調(diào)信號(hào) 是零均值信號(hào)，則調(diào)制信號(hào)的功率為 。l 為調(diào)制信號(hào)平均功率， 為邊帶功率， 為載波功率。l調(diào)制信號(hào)中用于發(fā)送信息的功率和總功率的比值稱為調(diào)制效率， l解調(diào)器輸入信噪比定義為, 為理想帶通濾波器帶寬,在理想信道中，當(dāng)帶通濾波器幅頻特性為常數(shù)1時(shí)， ， ，即可由解調(diào)器輸入信噪比計(jì)算出信道噪聲的單邊帶功率譜密度，而當(dāng)系統(tǒng)抽樣速率為時(shí)，產(chǎn)生的高斯白噪聲帶寬為 ，由此可計(jì)算出信道中高斯白噪聲的平均功率，即方差 ，從而利用有關(guān)知識(shí)可以產(chǎn)生信道中所疊加的高斯白噪聲。1.2信道加

3、性高斯白噪聲信道中加性高斯白噪聲功率由于其均值為0，故其方差 即為其平均功率，其中 為高斯白噪聲單邊帶功率譜密度；b為信道帶寬。在圖1中，信道噪聲的功率譜密度圖可以看出，當(dāng) =16hz時(shí)，疊加于信道的高斯噪聲帶寬為8hz，信道中的加性高斯白噪聲通過(guò)帶寬為2hz，幅度為1的理想帶通濾波器后，輸出的窄帶噪聲的平均功率即為相干解調(diào)器輸入噪聲的平均功率 ，其功率譜密度不變，仍為 ?？梢钥闯?， 與信道加性高斯白噪聲功率 之間有一定的關(guān)系，其共同點(diǎn)是其功率譜密度相同，從圖1也可以觀察出來(lái)，為-20db。因此，在理想通信系統(tǒng)中，利用已給解調(diào)器輸入信噪比及已調(diào)信號(hào)功率和帶寬，可以計(jì)算出 ，從而算出信道加性高斯

4、白噪聲的方差，由于其均值為0，故該方差為其平均功率，利用它可以生成信道加性高斯白噪聲。轉(zhuǎn)換關(guān)系為： ， ，因此 ， 或 ，e是接收信號(hào)平均能量。 圖1 系統(tǒng)采樣頻率為16hz時(shí)的噪聲1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)制信號(hào)為，利用am調(diào)制方式調(diào)制載波 ，假設(shè) ，直流分量為3，采樣頻率1000hz，解調(diào)器輸入信噪比為25db，采用相干方式解調(diào)編寫matlab程序?qū)崿F(xiàn)am信號(hào)的調(diào)制解調(diào)。三、matlab實(shí)現(xiàn)：主程序% am調(diào)制解調(diào)clear all;close all;echo on%-系統(tǒng)仿真參數(shù) a=3; %直流分量fc=250; %載波頻率（hz）t0=0.15;%信號(hào)時(shí)長(zhǎng)snr=25; %解調(diào)器輸入信噪比

5、dbdt=0.001% 系統(tǒng)時(shí)域采樣間隔fs=1/dt;%系統(tǒng)采樣頻率 df = 0.2; %所需的頻率分辨率t=0:dt:t0;lt=length(t);%仿真過(guò)程中，信號(hào)長(zhǎng)度snr_lin = 10(snr/10); %解調(diào)器輸入信噪比%-畫出調(diào)制信號(hào)波形及頻譜% 產(chǎn)生模擬調(diào)制信號(hào)m=ones(1,t0/(3*dt),-2*ones(1,t0/(3*dt),zeros(1,t0/(3*dt)+1);l=2*min(m);r=2*max(abs(m)+a;pause%畫出調(diào)制信號(hào)波形及頻譜clffigure(1)subplot(321); plot(t,m(1:length(t);% 畫出調(diào)

6、制信號(hào)波形axis(0 t0 -r/2 r/2);xlabel(t);ylabel(調(diào)制信號(hào));subplot(322); m,m,df1,f=t2f(m,dt,df,fs);%求出調(diào)制信號(hào)頻譜bw_eq=signalband(m,df,t0);%求出信號(hào)等效帶寬f_start=fc-bw_eq;f_cutoff=fc+bw_eq;plot(f,fftshift(abs(m)% 畫出調(diào)制信號(hào)頻譜xlabel(f);ylabel(調(diào)制信號(hào)頻譜);pause %畫出載波及頻譜subplot(323); c=cos(2*pi*fc*t);%載波plot(t,c);axis(0 t0 -1.2 1.2

7、);xlabel(t);ylabel(載波);subplot(324)% 載波頻譜c,c,df1,f=t2f(c,dt,df,fs);plot(f,fftshift(abs(c)% 畫出載波頻譜xlabel(f);ylabel(載波頻譜);pause% 畫已調(diào)信號(hào)及其頻譜subplot(325)% 畫已調(diào)信號(hào)u=(a+m(1:lt).*c(1:lt);%已調(diào)信號(hào)plot(t,u);% 畫出已調(diào)信號(hào)波形axis(0 t0 -r r);xlabel(t);ylabel(已調(diào)信號(hào));subplot(326); u,u,df1,f=t2f(u,dt,df,fs);plot(f,fftshift(abs

8、(u)% 畫出已調(diào)信號(hào)頻譜xlabel(f);ylabel(已調(diào)信號(hào)頻譜);%先根據(jù)所給信噪比產(chǎn)生高斯白噪聲signal_power = power_x(u(1:lt); %已調(diào)信號(hào)的平均功率noise_power=(signal_power*fs)/(snr_lin*4* bw_eq);%求出噪聲方差（噪聲均值為0）noise_std = sqrt(noise_power); %噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差noise = noise_std*randn(1,lt); %產(chǎn)生噪聲pause%畫出信道高斯白噪聲波形及頻譜，此時(shí)，噪聲已實(shí)現(xiàn)，為確知信號(hào)，可求其頻譜figure(2)subplot(321); pl

9、ot(t,noise);% 畫出噪聲波形axis(0 t0 -r r);xlabel(t);ylabel(噪聲信號(hào));subplot(322); noisef,noise,df1,f=t2f(noise,dt,df,fs);%噪聲頻譜plot(f,fftshift(abs(noisef)% 畫出噪聲頻譜xlabel(f);ylabel(噪聲頻譜);pause%畫出疊加了噪聲的已調(diào)信號(hào)波形及頻譜sam=u(1:lt)+noise(1:lt);%疊加了噪聲的已調(diào)信號(hào)subplot(323); %畫出疊加了噪聲的已調(diào)信號(hào)波形plot(t,sam);axis(0 t0 -r r);xlabel(t);

10、ylabel(信道中的信號(hào));subplot(324); samf,sam,df1,f=t2f(sam,dt,df,fs);%求出疊加了噪聲的已調(diào)信號(hào)頻譜plot(f,fftshift(abs(samf)% 畫出疊加了噪聲的已調(diào)信號(hào)頻譜xlabel(f);ylabel(信道中信號(hào)頻譜);h,f=bp_f(length(sam),f_start,f_cutoff,df1,fs,1);%求帶通濾波器subplot(326); plot(f,fftshift(abs(h)% 畫出帶通濾波器xlabel(f);ylabel(帶通濾波器);pause%經(jīng)過(guò)理想帶通濾波器后的信號(hào)及其頻譜dem = h.*

11、samf; %濾波器輸出的頻譜dem=f2t(dem,fs);%濾波器的輸出波形 figure(3)subplot(321)%經(jīng)過(guò)理想帶通濾波器后的信號(hào)波形plot(t,dem(1:lt)%畫出經(jīng)過(guò)理想帶通濾波器后的信號(hào)波形axis(0 t0 -r r);xlabel(t);ylabel(理想bpf輸出信號(hào));demf,dem,df1,f=t2f(dem(1:lt),dt,df,fs);%求經(jīng)過(guò)理想帶通濾波器后信號(hào)頻譜subplot(322)plot(f,fftshift(abs(demf);% 畫出經(jīng)過(guò)理想帶通濾波器后信號(hào)頻譜xlabel(f);ylabel(理想bpf輸出信號(hào)頻譜);%-和

12、本地載波相乘，即混頻pause%混頻后的信號(hào)，先畫本地載波及其頻譜subplot(323)plot(t,c(1:lt);axis(0 t0 -1.2 1.2);xlabel(t);ylabel(本地載波);subplot(324)% 載波頻譜c,c,df1,f=t2f(c(1:lt),dt,df,fs);plot(f,fftshift(abs(c)% 畫出載波頻譜xlabel(f);ylabel(本地載波頻譜);pause%再畫混頻后信號(hào)及其頻譜der=dem(1:lt).*c(1:lt);%混頻subplot(325)%畫出混頻后的信號(hào)plot(t,der);axis(0 t0 -r r);

13、xlabel(t);ylabel(混頻后的信號(hào));subplot(326)derf,der,df1,f=t2f(der,dt,df,fs);%求混頻后的信號(hào)頻譜plot(f,fftshift(abs(derf)%畫出混頻后的信號(hào)的頻譜xlabel(f);ylabel(混頻后信號(hào)頻譜);pause%畫出理想低通濾波器figure(4)lpf,f=lp_f(length(der),bw_eq,df1,fs,2);%求低通濾波器subplot(322)plot(f,fftshift(abs(lpf);% 畫出理想低通濾波器xlabel(f);ylabel(理想lpf);pause%混頻信號(hào)經(jīng)理想低通

14、濾波器后的頻譜及波形dm = lpf.*derf; %理想低通濾波器輸出的頻譜dm=f2t(dm,fs);%濾波器的輸出波形 subplot(323)plot(t,dm(1:lt);%畫出經(jīng)過(guò)低通濾波器后的解調(diào)出的波形axis(0 t0 -r r);xlabel(t);ylabel(lpf輸出信號(hào));subplot(324)dmf,dm,df1,f=t2f(dm(1:lt),dt,df,fs);%求lpf輸出信號(hào)的頻譜plot(f,fftshift(dmf);%畫出lpf輸出信號(hào)的頻譜xlabel(f);ylabel(lpf輸出信號(hào)頻譜);axis(-fs/2 fs/2 0 0.5);%-去除

15、解調(diào)信號(hào)中的直流分量pause%去除解調(diào)信號(hào)中的直流分量dmd=dm(1:lt)-mean(dm(1:lt);subplot(325)plot(t,dmd);%畫出恢復(fù)信號(hào)(去除直流分量)axis(0 t0 -r/2 r/2);xlabel(t);ylabel(恢復(fù)信號(hào));dmdf,dmd,df1,f=t2f(dmd,dt,df,fs);%求恢復(fù)信號(hào)的頻譜subplot(326)plot(f,fftshift(dmdf);%畫出恢復(fù)信號(hào)的頻譜xlabel(f);ylabel(恢復(fù)信號(hào)的頻譜);axis(-fs/2 fs/2 0 0.2);subplot(321); plot(t,m(1:lt)

16、;% 畫出調(diào)制信號(hào)波形axis(0 t0 -r/2 r/2);xlabel(t);ylabel(調(diào)制信號(hào));調(diào)用子函數(shù)l 序列的傅立葉變換function m,m,df=fftseq(m,ts,df)%各參數(shù)含義與子函數(shù)t2f中的完全相同，完成fs = 1/ts;if nargin =2 n1 =0;else n1 = fs/df;end n2 = length(m);n = 2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2);m = fft(m,n);m = m,zeros(1,n-n2);df = fs/n;l 計(jì)算信號(hào)功率function p=power_x(x)%x:輸入信

17、號(hào)%p:返回信號(hào)的x功率p=(norm(x).2)./length(x);l 信號(hào)從頻域轉(zhuǎn)換到時(shí)域function m=f2t(m,fs)%-輸入?yún)?shù)%m：信號(hào)的頻譜%fs:系統(tǒng)采樣頻率%-輸出(返回)參數(shù)%m:傅里葉逆變換后的信號(hào)，注意其長(zhǎng)度為2的整數(shù)次冪，利用其畫波形時(shí)，要注意選取m的一部分，選取長(zhǎng)度和所給時(shí)間序列t的長(zhǎng)度要一致，plot(t,m(1:length(t)，否則會(huì)出錯(cuò)。m = real(ifft(m)*fs; l 信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域function m,m,df1,f=t2f(m,ts,df,fs)%-輸入?yún)?shù)%m:信號(hào)%ts:系統(tǒng)時(shí)域采樣間隔%df:所需的頻率分辨率%fs

18、:系統(tǒng)采樣頻率%-輸出(返回)參數(shù)%m:傅里葉變換后的頻譜序列%m: 輸入信號(hào)參與過(guò)傅里葉變換后對(duì)應(yīng)的序列，需要注意的是，該序列與輸入信號(hào)m的區(qū)別，其長(zhǎng)度是不一樣的，輸入的m長(zhǎng)度不一定是2的整數(shù)次冪，而傅里葉變換要求輸入信號(hào)長(zhǎng)度為2的整數(shù)次冪，故傅里葉變換前需對(duì)輸入的m信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)零，其長(zhǎng)度有所增加，故輸出參數(shù)中的m為補(bǔ)零后的輸入信號(hào)，其長(zhǎng)度與輸入?yún)?shù)m不一樣，但與m,f長(zhǎng)度是一樣的，并且，其與時(shí)間序列t所對(duì)應(yīng)的序列m(1:length(t)與輸入?yún)?shù)中的m是一致的。%df1:返回的頻率分辨率%f:與m相對(duì)應(yīng)的頻率序列m,m,df1=fftseq(m,ts,df);f = 0:df1:df1*(

19、length(m)-1) -fs/2; %頻率向量m=m/fs;l 帶通濾波器functionh,f=bp_f(n,f_start,f_cutoff,df1,fs,p)%帶通濾波器函數(shù) 輸入設(shè)計(jì)的濾波器參數(shù)，產(chǎn)生帶通濾波器頻率特性函數(shù)h和頻率向量f%-輸入?yún)?shù)%n 帶通濾波器的輸入信號(hào)長(zhǎng)度%f_start 通帶起始頻率%f_cutoff 帶通濾波器的截止頻率%df1 頻率分辨率%fs 抽樣頻率%p 濾波器幅度%-輸出(返回)參數(shù)%h 帶通濾波器頻率響應(yīng)%f 頻率向量%設(shè)計(jì)濾波器 n_cutoff = floor(f_cutoff/df1); n_start = floor(f_start/df1); f = 0:df1:df1*(n-1) -fs/2; %頻率向量h = zeros(size(f);h(n_start+1:n_cutoff) = p*ones(1,n_cutoff-n_start);h(length(f) - n_cutoff+1:length(f)-n_start) = p*ones(1,n_cutoff-n_start);l 低通濾波器function h,f=lp_f(n,f_cutoff,df1,fs,p)%低通濾波