通信原理課程設(shè)計(jì)

1、通信原理課程設(shè)計(jì)姓 名：Doby學(xué) 號(hào)：1111111學(xué) 院：理學(xué)院 班 級(jí)：電子信息科學(xué)與技術(shù)-2目錄摘要·········································

2、··························1第1章、前言·······················

3、;····································21.1 設(shè)計(jì)意義1.2 設(shè)計(jì)要求第2章、SSB調(diào)制與解調(diào)的基本原理········&

4、#183;·······························32.1 設(shè)計(jì)原理2.2 濾波法2.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟2.4 程序設(shè)計(jì)第三章、單邊帶調(diào)制與解調(diào)電路設(shè)計(jì)··········

5、;·······························73.1、SSB電路的設(shè)計(jì)過程3.2、帶通濾波器3.3、切比雪夫型帶通濾波器3.4、二階有源濾波電路3.5、普通調(diào)幅（AM） 3.6、雙邊帶調(diào)制（DSB）3.7、普通調(diào)頻（FM）第四章、調(diào)制與解調(diào)的MATLAB仿真·

6、····································· 134.1、AM的框圖與仿真4.2、DSB的框圖與仿真4.3、FM的框圖與仿真4.4、設(shè)計(jì)體會(huì)摘要單邊帶SSB節(jié)約頻帶，節(jié)省功率，具有較高的保密性，因此，

7、國內(nèi)外使用的短波電臺(tái)均為單邊帶電臺(tái)。本課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是產(chǎn)生單邊帶并進(jìn)行解調(diào)。使用乘法器生產(chǎn)DSB信號(hào)，然后經(jīng)過帶通濾波器進(jìn)行濾波生成SSB信號(hào)，再通過同步檢波進(jìn)行解調(diào)。通過輸入檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)計(jì)的電路可以完成單邊帶的調(diào)制和解調(diào)。在通信技術(shù)的發(fā)展中，通信系統(tǒng)的仿真是一個(gè)技術(shù)重點(diǎn)。這次課程設(shè)計(jì)的就是模擬通信系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的基本原理以及仿真，并在MATLAB軟件平臺(tái)上的仿真實(shí)現(xiàn)幾種常見的模擬調(diào)制方式(AM ,DSB , FM)，結(jié)合MATLAB模塊和Simulink工具箱的實(shí)現(xiàn)，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，從而能夠更深入地掌握通信原理中掌握模擬調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。第1章 前言1.1 設(shè)計(jì)意義隨著通

8、信業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，頻道擁擠的問題日益突出，占用較窄頻帶或能在同一頻段內(nèi)容納更多用戶的通信技術(shù)日漸受到了人們的重視。本次課設(shè)的目的是通過學(xué)習(xí)和掌握電路設(shè)計(jì)于仿真軟件的基礎(chǔ)上，按照要求設(shè)計(jì)一個(gè)普通調(diào)幅的調(diào)制解調(diào)電路并進(jìn)行仿真，綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累經(jīng)驗(yàn)。此外，該題目涵蓋了通信原理、電路分析、模擬電子、通信電子線路等主要課程的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生通過該題目的設(shè)計(jì)過程，可以初步掌握各種元器件工作原理和電路設(shè)計(jì)、開發(fā)原理， 得到系統(tǒng)的訓(xùn)練，提高解決實(shí)際問題的能力。實(shí)現(xiàn)SSB的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。單邊帶幅度調(diào)制（Single Side Band Amplitude Modulation）只

9、傳輸頻帶幅度調(diào)制信號(hào)的一個(gè)邊帶，使用的帶寬只有雙邊帶調(diào)制信號(hào)的一半，具有更高的頻率利用率，成為一種廣泛使用的調(diào)制方式。本文在介紹單邊帶調(diào)制與解調(diào)的方法后，利用Multisim對(duì)單邊帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。1.2 設(shè)計(jì)要求學(xué)習(xí)掌握AM、FM、DSB、SSB調(diào)幅的調(diào)制和解調(diào)電路原理，包括：SSB調(diào)幅調(diào)制電路的分析；調(diào)制電路的分析；學(xué)習(xí)和初步掌握電路設(shè)計(jì)仿真軟件包括：原理圖設(shè)計(jì)的基本操作；電路仿真的基本操作；設(shè)計(jì)一個(gè)SSB調(diào)幅電路并仿真，繪制其電路圖；包括:SSB調(diào)幅調(diào)制及解調(diào)電路的設(shè)計(jì)；電路仿真及結(jié)果分析；第2章 SSB調(diào)制與解調(diào)的基本原理2.1 設(shè)計(jì)原理信號(hào)的調(diào)制主要是在時(shí)域上乘上一個(gè)頻率較

10、高的載波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)頻率的搬移，使有用信號(hào)容易被傳播。單邊帶調(diào)幅信號(hào)可以通過雙邊帶調(diào)幅后經(jīng)過濾波器實(shí)現(xiàn)。雙邊帶調(diào)制信號(hào)頻譜中含有攜帶同一信息的上、下兩個(gè)邊帶。因此，我們只需傳送一個(gè)邊帶信號(hào)就可以達(dá)到信息傳輸?shù)哪康模怨?jié)省傳輸帶寬、提高信道利用率。這就是單邊帶調(diào)制（SSBSC）。產(chǎn)生SSB信號(hào)有移相法和濾波法。本設(shè)計(jì)采用濾波法，即，將已產(chǎn)生的雙邊帶信號(hào)通過一個(gè)帶通濾波器，根據(jù)該濾波器傳遞函數(shù)的不同，可分別得到下邊帶信號(hào)和上邊帶信號(hào)。SSB信號(hào)可表示為： 式中：是m（t）的所有頻率成分移相的信號(hào)，稱為的希爾伯特信號(hào)。式中符號(hào)取“-”產(chǎn)生上邊帶，取“+”產(chǎn)生下邊帶。 2.2 濾波法 

11、0;  單邊帶調(diào)制就是只傳送雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶（上邊帶或下邊帶）。產(chǎn)生單邊帶信號(hào)最直接、最常用的是濾波法，就是從雙邊帶信號(hào)中濾出一個(gè)邊帶信號(hào)，圖1是濾波法模型的示意圖。單邊帶信號(hào)的頻譜如圖2所示，該圖能說明濾波法的基本原理，圖中HSSB（）是單邊帶濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，即hSSB（t）的傅里葉變換。圖1濾波法模型    若保留上邊帶，則HSSB（）應(yīng)具有高通特性。    單邊帶信號(hào)的頻譜所示。    若保留下邊帶，則應(yīng)具有低通特性。    單邊帶信號(hào)的頻譜。 圖2單

12、邊帶信號(hào)頻譜圖2.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟2.3.1 信號(hào)的產(chǎn)生未調(diào)信號(hào)的頻率f=300Hz，載波頻率30kHz，未調(diào)信號(hào)表達(dá)為：y=sin(300*2*pi*t)。2.3.2 所使用的函數(shù) 三角波函數(shù)sawtooth;調(diào)用格式為：x=sawtooth(t,width)功能：產(chǎn)生一個(gè)周期為2pi 幅度在-1到+1之間的周期性三角波信號(hào)。其width表示最大幅度出現(xiàn)的位置：即在一個(gè)周期內(nèi)，信號(hào)從t0到width*2pi時(shí)函數(shù)值從-1到+1線性增加，而從width*2pi到2pi又是從+1到-1線性下降width取值在01 之間。若x=sawtooth(at,width ),則對(duì)應(yīng)的周期為2*pi/a。a

13、bs(x):純量的絕對(duì)值或向量的長(zhǎng)度Abs函數(shù)返回一個(gè)數(shù)的絕對(duì)值。用法為：result=Abs(number)其中result是number參數(shù)的絕對(duì)值。filter: 一維數(shù)字濾波filter(fb,fa,mo),這里fa,fb分別為濾波器的上下限截止頻率，而mo為濾波器的輸入信號(hào)。2.4 程序設(shè)計(jì)程序如下：Fs=100000; %抽樣頻率t=0:1/Fs:0.01;m=1;y=sin(300*2*pi*t); %調(diào)制信號(hào)Y=fft(y);Y=abs(Y(1:length(Y)/2+1); %調(diào)制信號(hào)頻譜frqY=0:length(Y)-1*Fs/length(Y)/2;Fc=30000;y

14、1=amod(m*y,Fc,Fs,'amssb'); %解調(diào)n=awgn(y1,30); %已調(diào)信號(hào)加噪聲Y1=fft(y1);Y1=abs(Y1(1:length(Y1)/2+1);frqY1=0:length(Y1)-1*Fs/length(Y1)/2;y2=ademod(n,Fc,Fs,'amssb'); %ssb信號(hào)解調(diào)Y2=fft(y2);Y2=abs(Y2(1:length(Y2)/2+1);frqY2=0:length(Y2)-1*Fs/length(Y2)/2; %解調(diào)信號(hào)頻譜subplot(3,2,1);plot(t,y);title('

15、;調(diào)制信號(hào)')subplot(3,2,2);plot(frqY,Y);title('調(diào)制信號(hào)頻譜')axis(0 3000 0 max(Y);subplot(3,2,3);plot(t,y1);title('已調(diào)信號(hào)')subplot(3,2,4);plot(frqY1,Y1);title('已調(diào)信號(hào)頻譜')subplot(3,2,5);plot(t,y2);title('解調(diào)信號(hào)')subplot(3,2,6);plot(frqY2,Y2);title('解調(diào)信號(hào)頻譜')axis(0 3000 max(Y

16、2);第三章 單邊帶調(diào)制與解調(diào)電路設(shè)計(jì)3.1 SSB電路的設(shè)計(jì)過程產(chǎn)生SSB信號(hào)最直觀的方法是，先產(chǎn)生一個(gè)雙邊帶信號(hào)，然后讓其通過一個(gè)邊帶濾波器，濾除不要的邊帶，即可得到單邊帶信號(hào)。 3.2 帶通濾波器圖4 濾波法產(chǎn)生SSB的多級(jí)頻率搬移過程由的分析原理我們知道，當(dāng)載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)相乘以后產(chǎn)生了相同的上下兩個(gè)邊帶為了節(jié)約帶寬我們?nèi)∠逻厧覀儾捎们斜妊┓蛐蛶V波器 圖5切比雪夫帶通濾波器3.3 切比雪夫型帶通濾波器通過帶通濾波器與雙邊帶的信號(hào)。低通濾波器是通過從零到某一截止角頻率的低頻信號(hào)，而對(duì)大于的所有頻率則完全衰減，因此其帶寬 3.4 二階有源濾波電路集成運(yùn)放在有源RC濾波電路中作為高增

17、益有源器件使用時(shí)，可組成無限增益多反饋環(huán)形有源濾波電路，而當(dāng)作為有限增益有源器件使用時(shí)，則可組成所謂言控電壓源濾波電路VCVS。由圖可見，他是有兩節(jié)RC濾波電路和同相比列放大電路組成，其中同相比列放大電路實(shí)際上就是所謂的壓控電壓源。其特點(diǎn)是，輸入阻抗高，輸出阻抗低。前一指出，同相李烈放大電路的電壓增益就是低通濾波器的通帶電壓增益 3.5 普通調(diào)幅（AM）設(shè)調(diào)制信號(hào)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(hào)。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(hào)的時(shí)域和頻域表達(dá)式分別為 （2-1） （2-2）式中，為外加的直流分量；m(t)可以是確知信號(hào)

18、也可以是隨機(jī)信號(hào)，但通常認(rèn)為其平均值為0，即。AM信號(hào)的典型波形和頻譜分別如下圖2.2所示，圖中假定調(diào)制信號(hào)m(t)的上限頻率為。顯然，調(diào)制信號(hào)m(t)的帶寬為。圖2.2 AM信號(hào)的典型波形和頻譜圖由圖2.2可見，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)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(hào)。 但為了保證包絡(luò)檢波時(shí)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。由它的頻譜圖可知，AM信號(hào)的頻譜是由載頻分量和上、下兩個(gè)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(hào)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，

19、都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息。故AM信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬為基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即 式中，為調(diào)制信號(hào)m(t)的帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。AM信號(hào)解調(diào)調(diào)制過程的逆過程叫做解調(diào)。AM信號(hào)的解調(diào)是把接收到的已調(diào)信號(hào)還原為調(diào)制信號(hào)。 AM信號(hào)的解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和包絡(luò)檢波解調(diào)。3.6 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(hào)m(t)中無直流分量，則輸出的已調(diào)信號(hào)就是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，或稱抑制載波雙邊帶（DSB）調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)稱雙邊帶（DSB）信號(hào)。DSB調(diào)制器模型如圖2.3所示?？梢奃SB信號(hào)實(shí)質(zhì)上就是基帶信號(hào)與載波直接相乘，其時(shí)域和頻域

20、表示式分別為圖2.3 DSB調(diào)制模型器圖 （2-3） （2-4）可見 ，DSB信號(hào)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(hào)的頻譜與AM信號(hào)的完全相同，仍由上下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶組成。故DSB信號(hào)是不帶載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬與AM信號(hào)相同，也為基帶信號(hào)帶寬的兩倍， 即 （2-5）式中，為調(diào)制信號(hào)帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。 DSB信號(hào)解調(diào)DSB信號(hào)只能運(yùn)用相干解調(diào)，其模型與AM信號(hào)相干解調(diào)時(shí)完全相同，如圖2.3所示。此時(shí)，乘法器輸出 （2-6）經(jīng)低通濾波器濾除高次項(xiàng)，得（2-7）即無失真地恢復(fù)出原始電信號(hào)。抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制的好

21、處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高；調(diào)制電路簡(jiǎn)單，僅用一個(gè)乘法器就可實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是占用頻帶寬度比較寬，為基帶信號(hào)的2倍。DSB信號(hào)的特點(diǎn)：1、由時(shí)間波形可知，DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，需采用相干解調(diào)(同步檢波)。2、在調(diào)制信號(hào)m(t)的過零點(diǎn)處，高頻載波相位有180°的突變。3、由頻譜圖可知，DSB信號(hào)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(hào)帶寬的兩倍，與AM信號(hào)帶寬相同。由于DSB信號(hào)的上、下兩個(gè)邊帶是完全對(duì)稱的，它們都攜帶了調(diào)制信號(hào)的全部信息，因此僅傳輸其中一個(gè)邊帶即可，這就是單邊帶調(diào)制能解決的問題3.7 普通調(diào)頻（FM）在調(diào)制時(shí)，調(diào)制信號(hào)的頻率去控制載波的頻率的變化，載波的瞬時(shí)頻偏隨調(diào)制信號(hào)成正比例變化，即 （2-12）式中，為調(diào)頻靈敏度（）。這時(shí)相位偏移為 （2-13）則可得到調(diào)頻信號(hào)為 （2-14）FM信號(hào)解調(diào)：調(diào)制信號(hào)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(hào)，且需同步信號(hào)，故應(yīng)用范圍受限；而非相干解調(diào)不需同步信號(hào)，且對(duì)于NBFM信號(hào)和WBFM信號(hào)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