模擬線性調(diào)制系統(tǒng)

1、 課 程 設(shè) 計 報 告課程設(shè)計名稱： 通信系統(tǒng)原理 系 ： 三 系 學(xué) 生 姓 名 ： 劉亮 班 級： 13通信工程2班 學(xué) 號： 20130306221 成 績： 指 導(dǎo) 教 師： 吳 瓊 開 課 時 間：2015-2016學(xué)年 一 學(xué)期一、 設(shè)計任務(wù)書3二、 課程設(shè)計選題5三、具體要求5四、進(jìn)度安排及成績評定6五、課程設(shè)計內(nèi)容65.1普通調(diào)幅（AM）65.1.1 AM信號調(diào)制65.1.2 AM信號波形特點75.1.3 AM信號解調(diào)75.2雙邊帶調(diào)制（DSB）85.2.1 DSB信號調(diào)制85.2.2 DSB信號解調(diào)：85.2.3 DSB信號的特點：95.3單邊帶調(diào)制（SSB）95.3.1

2、SSB信號調(diào)制：95.3.2 SSB信號解調(diào)：105.4普通調(diào)頻（FM）115.4.1 FM信號的調(diào)制115.4.2 FM信號解調(diào)：115.5.MATLAB 仿真及程序調(diào)制125.5.1 AM波形仿真125.5.2 DSB波形仿真135.5.3 SSB波形仿真145.5.4 FM波形仿真15六、 運(yùn)行程序過程中產(chǎn)生的問題及采取的措施16七、總結(jié)和展望17八、 參考文獻(xiàn)17一、 設(shè)計任務(wù)書題目1、模擬調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計與性能分析2、信源編碼系統(tǒng)的設(shè)計；3、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計4、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計5、基于MATLAB的語音信號采集與處理課程設(shè)計目的本課程是為電子信息工程專業(yè)本科生開設(shè)的必

3、修課，結(jié)合學(xué)生的專業(yè)方向的理論課程，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，使學(xué)生掌握應(yīng)用MATLAB或者SYSTEMVIEW等仿真軟件建立通信系統(tǒng)，鞏固理論課程內(nèi)容，規(guī)范文檔的建立，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，并能夠運(yùn)用其所學(xué)知識進(jìn)行綜合的設(shè)計。通信原理的課程設(shè)計是對通信系統(tǒng)仿真軟件、課程學(xué)習(xí)的綜合檢驗，配合理論課的教學(xué)，讓學(xué)生親自參加設(shè)計、仿真、驗證通信系統(tǒng)的一般原理、調(diào)制解調(diào)原理、信號傳輸及受噪聲影響等方面的知識點。課程設(shè)計的主要內(nèi)容和要求選題一：模擬調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計與性能分析（1）AM信號的調(diào)制解調(diào)與性能分析；（2）DSB信號的調(diào)制解調(diào)與性能分析；（3）SSB信號的調(diào)制解調(diào)與性能分析；（4）FM信號的調(diào)制解調(diào)與性

4、能分析。選題二：信源編碼系統(tǒng)的設(shè)計； （1）PCM編碼的壓縮和擴(kuò)張原理；（2）A壓縮律和壓縮律；（3）增量調(diào)制；（4）PCM的8位編碼C1C2C3C4C5C6C7C8。選題三：二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計（1）設(shè)計一個2ASK數(shù)字調(diào)制器；（2）設(shè)計一個2FSK數(shù)字調(diào)制器；（3）設(shè)計一個2PSK數(shù)字調(diào)制器；（4）設(shè)計一個2DPSK數(shù)字調(diào)制器。選題四：數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計（1）數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，理想信道和非理想信道的系統(tǒng)設(shè)計；（2）設(shè)計基帶信號的常見波形； （3）設(shè)計基帶信號的常用碼型；（4）眼圖。選題五：基于MATLAB的語音信號采集與處理（1）語音信號的采集與分析。（2）濾波器的設(shè)置，對噪聲

5、的濾除。（3）語音信號的還原。課程設(shè)計的工作進(jìn)度安排17周的時間安排：星期一 圖書館查閱資料，確定選題和軟件，思考總體設(shè)計方案星期二 熟悉軟件的編程環(huán)境，總體設(shè)計方案的確定與設(shè)計星期三 各部分的具體實現(xiàn)， 星期四 程序調(diào)試并程序注釋星期五 整理完成設(shè)計報告，答辯，打印并上交成績評定辦法1、考核：總成績由平時成績（課堂出勤）、設(shè)計成績（課堂表現(xiàn)）和設(shè)計報告成績?nèi)糠纸M成。2、方法：學(xué)生需提交以下材料：（1）課程設(shè)計報告紙質(zhì)稿；（2）課程設(shè)計報告電子稿；（3） 相關(guān)的程序包教師需提交以下材料：課堂考勤、課堂檢查任務(wù)完成情況與答辯記錄作為平時成績（課堂出勤）、設(shè)計成績（課堂表現(xiàn)）的評定依據(jù)。3、評定

6、:各部分所占的比例如下：（1）平時成績（課堂考勤）：15%；無故曠課一次，平時成績減半；無故曠課兩次平時成績?yōu)?分，無故曠課三次總成績?yōu)?分。遲到早退15分鐘按曠課處理；（2）設(shè)計成績（課堂表現(xiàn)）：25%；（3）設(shè)計報告成績：按照提交報告的質(zhì)量給出相應(yīng)的成績。課程設(shè)計報告紙質(zhì)稿：格式規(guī)范5%+內(nèi)容完整5%+行文清晰5%+邏輯連貫5%+獨立完成10%；課程設(shè)計報告電子稿15%；相關(guān)的程序包:程序完整10%+可運(yùn)行出結(jié)果,且結(jié)果合理5%。注意：利用MATLAB、SystemView、C等語言進(jìn)行，軟件不限。主要參考書1.通信原理樊昌信 曹麗娜 國防工業(yè)出版社2.現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真matlab通

7、信工具箱李建新等西安電子科技大學(xué)出版社3.數(shù)字信號處理教程matlab釋義與實現(xiàn)陳懷琛 電子工業(yè)出版社 4.現(xiàn)代通信系統(tǒng)使用matlab約翰-G-普羅克斯 西安交通大學(xué)出版社5.MATLAB通信工程仿真張德豐 機(jī)械工業(yè)出版社6.MATLAB/SIMULINK通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析邵玉斌 清華大學(xué)出版社教研室意見 教研室主任（簽字）： 年 月 日系（部）意見系主任（簽字）： 年 月 日二、 課程設(shè)計選題 選題一：模擬調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計與性能分析（1）AM信號的調(diào)制解調(diào)與性能分析；（2）DSB信號的調(diào)制解調(diào)與性能分析；（3）SSB信號的調(diào)制解調(diào)與性能分析；（4）FM信號的調(diào)制解調(diào)與性能分析。三、具

8、體要求a. 設(shè)計具體部分：仿真出AM信號的波形、分析其頻譜、帶寬、平均功率，計算調(diào)制效率、解調(diào)方法，性能評價；b. 仿真出DSB信號的波形、分析其頻譜、帶寬、平均功率，計算調(diào)制效率、解調(diào)方法，性能評價；c. 仿真出SSB信號的波形、分析其頻譜、帶寬、平均功率，計算調(diào)制效率、解調(diào)方法，性能評價；d. 仿真出FM信號的波形、分析其頻譜、帶寬、平均功率，計算調(diào)制效率、解調(diào)方法，性能評價；四、進(jìn)度安排及成績評定課程設(shè)計從第17周開始：星期一 圖書館查閱資料，確定選題和軟件，思考總體設(shè)計方案星期二 熟悉軟件的編程環(huán)境，總體設(shè)計方案的確定與設(shè)計星期三 各部分的具體實現(xiàn)， 星期四 程序調(diào)試并程序注釋星期五

9、整理完成設(shè)計報告，答辯，打印并上交成績評定根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書中的成績評定辦法執(zhí)行。五、課程設(shè)計內(nèi)容課程設(shè)計題目：模擬調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計與性能分析5.1普通調(diào)幅（AM）5.1.1 AM信號調(diào)制設(shè)調(diào)制信號m(t)疊加直流分量A后與載波相乘，濾波器為全通濾波器，就形成了AM（調(diào)幅）信號。AM調(diào)制器模型如下圖所示。圖2.1 AM調(diào)制器模型AM信號的時域和頻域表達(dá)式分別為 （5-1） （5-2）式中，為外加的直流分量；m(t)可以是確知信號也可以是隨機(jī)信號，但通常認(rèn)為其平均值為0，即。AM信號的典型波形和頻譜分別如下圖5.2所示，圖中假定調(diào)制信號m(t)的上限頻率為。顯然，調(diào)制信號m(t)的帶寬為。圖5.2

10、 AM信號的典型波形和頻譜圖 由圖5.2可見，AM信號波形的包絡(luò)與輸入基帶信號m(t)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號。 但為了保證包絡(luò)檢波時不發(fā)生失真，必須滿足 ，否則將出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而帶來失真。5.1.2 AM信號波形特點由它的頻譜圖可知，AM信號的頻譜是由載頻分量和上、下兩個邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，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。故AM信號是帶有載波的雙邊帶信號，它的帶寬為基帶信號帶寬的兩倍，即 式中，為調(diào)制信號m(t)的帶寬，為調(diào)制信號的

11、最高頻率。調(diào)制效率最大為三分之一，為載波功率/平均功率。平均功率為s_am的均方值。5.1.3 AM信號解調(diào)調(diào)制過程的逆過程叫做解調(diào)。AM信號的解調(diào)是把接收到的已調(diào)信號還原為調(diào)制信號。 AM信號的解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和包絡(luò)檢波解調(diào)。5.2雙邊帶調(diào)制（DSB）在幅度調(diào)制的一般模型中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)，調(diào)制信號m(t)中無直流分量，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）調(diào)制信號，簡稱雙邊帶（DSB）信號。5.2.1 DSB信號調(diào)制DSB調(diào)制器模型如圖5.3所示。可見DSB信號實質(zhì)上就是基帶信號與載波直接相乘，其時域和頻域表示式分別為圖5.3 DSB調(diào)

12、制模型器圖 （5-3） （5-4）可見 ，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)；除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜與AM信號的完全相同，仍由上下對稱的兩個邊帶組成。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， 即 （5-5）式中，為調(diào)制信號帶寬，為調(diào)制信號的最高頻率。5.2.2 DSB信號解調(diào)：DSB信號只能運(yùn)用相干解調(diào)，其模型與AM信號相干解調(diào)時完全相同，如圖5.3所示。此時，乘法器輸出 （5-6）經(jīng)低通濾波器濾除高次項，得 （5-7）即無失真地恢復(fù)出原始電信號。抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波

13、發(fā)射功率，調(diào)制效率高；調(diào)制電路簡單，僅用一個乘法器就可實現(xiàn)。缺點是占用頻帶寬度比較寬，為基帶信號的2倍。5.2.3 DSB信號的特點：1、由時間波形可知，DSB信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號，需采用相干解調(diào)(同步檢波)。2、在調(diào)制信號m(t)的過零點處，高頻載波相位有180°的突變。3、由頻譜圖可知，DSB信號節(jié)省了載波功率，功率利用率提高了，但它的頻帶寬度仍是調(diào)制信號帶寬的兩倍，與AM信號帶寬相同。調(diào)制效率為100%，由于DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，它們都攜帶了調(diào)制信號的全部信息，因此僅傳輸其中一個邊帶即可，這就是單邊帶

14、調(diào)制能解決的問題5.3單邊帶調(diào)制（SSB）由于DSB信號的上、下兩個邊帶是完全對稱的，皆攜帶了調(diào)制信號的全部信息，因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜紤]，僅傳輸其中一個邊帶就夠了。這就又演變出另一種新的調(diào)制方式單邊帶調(diào)制（SSB）。5.3.1 SSB信號調(diào)制：產(chǎn)生SSB信號的方法很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。（1）用濾波法形成SSB信號 用濾波法實現(xiàn)單邊帶調(diào)制的原理圖如圖所示，圖中的為單邊帶濾波器。產(chǎn)生SSB信號最直觀方法的是，將設(shè)計成具有理想高通特性或理想低通特性的單邊帶濾波器，從而只讓所需的一個邊帶通過，而濾除另一個邊帶。產(chǎn)生上邊帶信號時即為，產(chǎn)生下邊帶信號時即為。顯然，SSB信

15、號的頻譜可表示為 (2-8)圖5.4 SSB信號的濾波法產(chǎn)生用濾波法實現(xiàn)SSB信號，原理框圖簡潔、直觀，但存在的一個重要問題是單邊帶濾波器不易制作。這是因為，理想特性的濾波器是不可能做到的，實際濾波器從通帶到阻帶總有一個過渡帶。濾波器的實現(xiàn)難度與過渡帶相對于載頻的歸一化值有關(guān)，過渡帶的歸一化值愈小，分割上、下邊帶就愈難實現(xiàn)。而一般調(diào)制信號都具有豐富的低頻成分，經(jīng)過調(diào)制后得到的DSB信號的上、下邊帶之間的間隔很窄，要想通過一個邊帶而濾除另一個，要求單邊帶濾波器在附近具有陡峭的截止特性即很小的過渡帶，這就使得濾波器的設(shè)計與制作很困難，有時甚至難以實現(xiàn)。為此，實際中往往采用多級調(diào)制的辦法，目的在于降

16、低每一級的過渡帶歸一化值，減小實現(xiàn)難度。 可以證明，SSB信號的時域表示式為 （5-9）式中，“”對應(yīng)上邊帶信號，“+”對應(yīng)下邊帶信號；表示把的所有頻率成分均相移稱是 的希爾伯特變換。根據(jù)上式可得到用相移法形成SSB信號，如圖5.5所示。圖中，為希爾伯特濾波器，它實質(zhì)上是一個寬帶相移網(wǎng)絡(luò)，對中的任意頻率分量均相移。圖5.5 相移法形成SSB信號的模型相移法形成SSB信號的困難在于寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作，該網(wǎng)絡(luò)要對調(diào)制信號的所有頻率分量嚴(yán)格相移，這一點即使近似達(dá)到也是困難的。5.3.2 SSB信號解調(diào)：從SSB信號調(diào)制原理圖中不難看出，SSB信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號成正比，因此SSB信號的解調(diào)也不能

17、采用簡單的包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)。此時，乘法器輸出 （2-10）經(jīng)低通濾波后的解調(diào)輸出為（5-11）綜上所述，單邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高；頻帶寬度只有雙邊帶的一半，頻帶利用率提高一倍。缺點是單邊帶濾波器實現(xiàn)難度大SSB信號的實現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在傳輸信息時，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度為，比AM、DSB減少了一半，調(diào)制效率為100%。HSSBfB=SSB調(diào)制已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。SSB信號的解調(diào)和DSB一樣，不能采用簡單的包絡(luò)檢波，因為SSB信號也是抑制載波的已調(diào)信號，其包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變化，所以能需采用

18、相干解調(diào)。5.4普通調(diào)頻（FM）5.4.1 FM信號的調(diào)制在調(diào)制時，調(diào)制信號的頻率去控制載波的頻率的變化，載波的瞬時頻偏隨調(diào)制信號成正比例變化，即 （5-12）式中，為調(diào)頻靈敏度（）。這時相位偏移為 （5-13）則可得到調(diào)頻信號為 （5-14）5.4.2 FM信號解調(diào)：調(diào)制信號的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。相干解調(diào)僅僅適用于窄帶調(diào)頻信號，且需同步信號，故應(yīng)用范圍受限；而非相干解調(diào)不需同步信號，且對于NBFM信號和WBFM信號均適用，因此是FM系統(tǒng)的主要解調(diào)方式。在本仿真的過程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。 圖5.7 FM解調(diào)模型非相干解調(diào)器由限幅器、鑒頻器和低通濾波器等組成，其方框

19、圖如圖2.7所示。限幅器輸入為已調(diào)頻信號和噪聲，限幅器是為了消除接收信號在幅度上可能出現(xiàn)的畸變；帶通濾波器的作用是用來限制帶外噪聲，使調(diào)頻信號順利通過。鑒頻器中的微分器把調(diào)頻信號變成調(diào)幅調(diào)頻波，然后由包絡(luò)檢波器檢出包絡(luò)，最后通過低通濾波器取出調(diào)制信號。設(shè)輸入調(diào)頻信號為微分器的作用是把調(diào)頻信號變成調(diào)幅調(diào)頻波。微分器輸出為 （5-15）包絡(luò)檢波的作用是從輸出信號的幅度變化中檢出調(diào)制信號。包絡(luò)檢波器輸出為 （5-16）5.5.MATLAB 仿真及程序調(diào)制5.5.1 AM波形仿真dt=0.001; %時間采樣頻譜fm=1; %基帶頻率fc=10; %載波頻率T=6; %信號時長t=0:dt:T %幀中

20、的采樣時刻mt=2*cos(2*pi*fm*t); %基帶信號A=2; s_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t); %AM信號subplot(2,1,1)plot(t,s_am); title('AM調(diào)制信號')xlabel('t')ylabel('s-am')subplot(2,1,2);F=fft(s_am); %傅里葉變換plot(abs(F),grid; %頻譜信號title('AM調(diào)制信號頻譜');xlabel('w')ylabel('s-am(w)')axis(0,100,

21、0,8000);5.5.2 DSB波形仿真dt=0.001; %時間采樣頻譜fm=1; %基帶頻率fc=10; %載波頻率T=6; %信號時長t=0:dt:T; %幀中的采樣時刻mt=2*cos(2*pi*fm*t); %基帶信號s_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t); %DSB信號subplot(2,1,1)plot(t,s_dsb);title('DSB調(diào)制信號');xlabel('t');ylabel('s-dsb')subplot(2,1,2);F=fft(s_dsb); %傅里葉變換plot(abs(F),grid; %頻譜信

22、號title('DSB調(diào)制信號頻譜');xlabel('w')ylabel('s-dsb(w)')axis(0,200,0,3000);5.5.3 SSB波形仿真dt=0.001; %時間采樣頻譜fm=1; %基帶頻率fc=10; %載波頻率T=6; %信號時長t=0:dt:T; %幀中的采樣時刻mt=2*cos(2*pi*fm*t); %基帶信號s_ssb=real(hilbert(mt).*exp(j*2*pi*fc*t); %SSB信號figure(1)subplot(2,1,1)plot(t,s_ssb); title('SSB調(diào)

23、制信號');xlabel('t');ylabel('s-ssb')subplot(2,1,2);F=fft(s_ssb); %傅里葉變換plot(abs(F),grid; %頻譜信號title('SSB調(diào)制信號頻譜');xlabel('t')ylabel('s-ssb(w)')axis(0,200,0,8000);5.5.4 FM波形仿真dt=0.001; %時間采樣頻譜t=0:dt:T; %幀中的采樣時刻fm=1; %基帶頻率A=2;mt=A*cos(2*pi*fm*t); %基帶信號mti=1/2/pi

24、/fm*sin(2*pi*fm*t);FMt=A*cos(2*pi*fc*t+2*pi*Kf*mti); %FM信號figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,FMt);xlabel('t');ylabel('FM')title('FM調(diào)制信號');subplot(2,1,2);F=fft(FMt); %傅里葉變換plot(abs(F),grid; %頻譜信號title('FM調(diào)制信號頻譜');xlabel('w')ylabel('FM(w)')axis(0,200,0,2500);6、 運(yùn)行程序過程中產(chǎn)生的問題及采取的措施在MATLAB仿真中我最常犯的錯誤還是粗心導(dǎo)致代碼錯誤，每當(dāng)我運(yùn)行時總會發(fā)現(xiàn)代碼字母的先后順序會顛倒，警醒我不能過分追求速度，。同時