AM及SSB調(diào)制與解調(diào)詳解

1、通信原理課程設(shè)計設(shè)計題目：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：一、引言31.1 概述31.2 課程設(shè)計的目的31.3 課程設(shè)計的要求3二、AMM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、SSBM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)191.1 概述通信原理是通信工程專業(yè)的一門極為重要的專業(yè)基

2、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MATLA昉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)計是AM及SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，用于實現(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)計的系統(tǒng)性能。在課程設(shè)計中，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)計的目的在此次課程設(shè)計中，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AM和SSB調(diào)制解調(diào)的具體

3、過程和它在MATLA訃的實現(xiàn)方法；(3)掌握應(yīng)用MATLA的析系統(tǒng)時域、頻域特性的方法，進(jìn)一步鍛煉應(yīng)用MATLAB1行編程仿真的能力。通過這個課程設(shè)計，我將更清晰地了解AMBSSB的調(diào)制解調(diào)原理，同時加深對MATLAB款通信原理輔助教學(xué)操作的熟練度。1.3 課程設(shè)計的要求(1)熟悉MATLAB勺使用方法，掌握AM言號的調(diào)制解調(diào)原理，以此為基礎(chǔ)用MATLA褊程實現(xiàn)信號的調(diào)制解調(diào)；(2)設(shè)計實現(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)計說明；(3)采用MATLA斷言設(shè)計相關(guān)程序，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求采用一種方式進(jìn)行仿真，即直接采用MATLAB言編程的靜態(tài)方式。要求采用兩

4、種以上調(diào)制信號源進(jìn)行仿真，并記錄各個輸出點的波形和頻譜圖；(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)計論文。二、AMM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信號的時域表示式：sAMQ）=4+w（/）coscyt/=4ccs阻f+叭f）85卬J頻譜:S也（=4必0+利）+方（一2）+（田+Q）+（一例）調(diào)制器模型如圖所示:mtstAmttAcosct圖1-1調(diào)制器模型AM的時域波形和頻譜如圖所示：頻域圖1-2調(diào)制時、頻域波形AM信號的頻譜由載頻分

5、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：LPFSdtd>ctcosrtc將已調(diào)信號乘上一個與調(diào)制器同頻同相的載波，得2.SAM(t)?coswctAom(t)coswct11c2隔m(t)-Aom(t)cos2wct由上式可知，只要用一個低通濾波器，就可以將第1項與第2項分離，無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號1Mo(T)-AoM(T

6、)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=-i：0.0000i：i；%定義時長A1=6;%調(diào)制信號振幅A2=10;%外加直流分量f=3000;%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);

7、axis(5800,6200,0,200000);%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(198000,202000,0,1000000);%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tit

8、le('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(5950,6050,0,900000);%坐標(biāo)區(qū)間sn1=20;%信噪比db1=A1A2/(2*(10A(sn1/10);%計算對應(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);%又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

9、title(,濾波前的AM解調(diào)信號波形,);T4=fft(Dam);%求人”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(187960,188040,0,600000);Ft=2000;%采樣頻率fpts=100120;%通帶邊界頻率fp=100Hz阻帶截止頻率fs=120Hzmag=10;dev=0.010.05;%通帶波動1%,阻帶波動5%n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);%kaiserord估計采用凱塞窗設(shè)計的FIR濾波器的參數(shù)b

10、21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta);%由fir1設(shè)計濾波器z21=fftfilt(b21,Dam);%FIRf氐通濾波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(z21);%求人”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(198000,202000,0,500000);運行結(jié)果：c

11、-I就如44川InUO.f0.31VWTVTVTW4羽4EmI)UU便H1餐就肺即腦能糊10riii1frriiOfc：00.1(J0.30.40.59iW0.5UI|1'I11.3!tffiI.M1.395i2M52.012.015Wr1111:J-I1_:_1弛hm珊姍刪腳m洶瞰腳迪/飆前加0聯(lián)魁-1aAIA，3-Imiotwhmwi物闞xa腳§揖域的哪1第糯”:J糊1.53I朋1.3S2激2.01m2.122.2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。圖中Sm。)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

12、10。下面討論AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能口1】。AM信號的時域表達(dá)式為Sam(t)Aom(t)COSWct通過分析可得AM信號的平均功率為(Si)AMm2(t)2又已知輸入功率NinoB,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22Am2(t)2n0BAM22(S/Ni)AMAm2(t)4n°fHAM信號經(jīng)相干解調(diào)器的輸出信號為1m0(t)2m(t)因此解調(diào)后輸出信號功率為，一、2,、12,、(S0)amm°(t)m(t)4在上圖中輸入噪聲通過帶通濾波器之后，變成窄帶噪聲ni(t),經(jīng)乘法器相乘后的輸出噪聲為np(t)ni(t)coswctnc(t)c

13、oswct-ns(t)sinwctcoswct1.-nc(t)cos2wct-ns(t)sin2wct經(jīng)LP脂，因此解調(diào)器的輸出噪聲功率為，、1，、n0(t)-nc(t)21-21N0n0(t)nc(t)Ni44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(S0.N0)AM22m2(t)m2noB2nofHAM信號的信噪比增益為GAMSoN。SiNi-22mjt)A0m2(t)2.2.2調(diào)試過程clf;t=0:0.01:2;fc=50;A=10;fa=5;mt=A*cos(2*pi*fa.*t);xzb=5;snr=10.A(xzb/10);db=AA2./(

14、2*snr);nit=sqrt(db).*randn(size(mt);psmt=(A+mt).*cos(2*pi*fc.*t);psnt=psmt+nit;xzb1=30;snr1=10.A(xzb1/10);db1=AA2./(2*snr1);nit1=sqrt(db1).*randn(size(mt);psnt1=psmt+nit1;subplot(2,2,1);plot(t,nit,'g');title('小信噪比高斯白躁聲,);xlabel('t');ylabel('nit');subplot(2,2,2);plot(t,psn

15、t,'b');title('疊加小信噪比已調(diào)信號波形');%清除窗口中的圖形%定義變量區(qū)間%給出相干載波的頻率%定義輸入信號幅度%定義調(diào)制信號頻率%輸入調(diào)制信號表達(dá)式%輸入小信躁比(dB)%由信躁比求方差%產(chǎn)生小信噪比高斯白躁聲%輸出調(diào)制信號表達(dá)式%輸出疊加小信噪比已調(diào)信號波形%輸入大信躁比(dB)%由信躁比求方差%產(chǎn)生大信噪比高斯白躁聲%輸出已調(diào)信號波形%劃分畫圖區(qū)間%畫出輸入信號波形xlabel('時間');ylabel('輸出調(diào)制信號,);subplot(2,2,3);plot(t,nit1,'r');%length

16、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('時間');ylabel('輸出調(diào)制信號');運行結(jié)果:小信噪比高斯白躁聲0.511.5t大信噪比高斯白躁聲2010W00511.5105W0-05oO-2由上圖可見，當(dāng)輸入信號一定時，隨著噪聲的加強，接收端輸入信號被干擾得越嚴(yán)重。

17、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)噪聲過大時信號幾難分辨。這信噪比變小導(dǎo)致的在實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。、SSB調(diào)制與解調(diào)及抗噪聲性能分析3.1SSB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)上比較難實現(xiàn)，所以在此我們將用相移法對SS則制與解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行討論與設(shè)計。相移法和SSB信號的時域表示設(shè)單頻調(diào)制信號為mAmcosmt載波為c(t)cosctct、，1A，m)t2Amcos(cm

18、)t則其雙邊帶信號DSB信號的時域表示式為sdsb(t)Amcosmtcos1 A/2 Amcos(c若保留上邊帶，則有1，、,sUSB(t)-Amcos(cm)t2若保留下邊帶，則有14cosmcos2，1“.，ct-Amsinmsin2小1A,、.sLSB(t)Amcos(Cm)t21a,1a.,.,-Amcosmtcosct-Amsinmtsinct22將上兩式合并得:5二"(f)=一月港cos0JcosrT-sin幻由希爾伯特變換Amc?smtAmsinmt故單邊帶信號經(jīng)過希爾伯特變換后得：1_1(0=2coscosT2C055111把上式推廣到一般情況，則得到%初=；潴Q)

19、com巧的薄金口府映a解化歷式中囹(t)是m的希爾伯特變換若m)是mt)的傅里葉變換，則M?()M()jsgn上式中的-jsgn可以看作是希爾伯特濾波器傳遞函數(shù)，即Hh()M?()/M()jsgn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，因為SSB信號是抑制載波的已調(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信號的實現(xiàn)比AMDS期

20、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比AMDS聰少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。3.2SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)抗噪聲性能分析噪聲功率1 1NoNin°B44這里，B=fH為SSB信號的帶通濾波器的帶寬。信號功率SSB信號$應(yīng)«)二不加("8千51n£L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mo(t)因此，輸出信號平均功率_2&mo(t)輸入信號平均功率為5f-d(r)二一做。cos414而sinfiv4=；"(£)十;裾因例t)與m(t)的幅度相同，所以具有相同

21、的平均功率，故上式i1Si-m2(t)4單邊帶解調(diào)器的輸入信噪比為1o-m(t)2/4Si4')m(t)NinoB4noB單邊帶解調(diào)器的輸出信噪比為a116m2面NoMoB4noB4制度增益GSSBSo/NoS/N因為在SSB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，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_buttfunctionb,a=afd_butt(Wp,Ws,Rp,As);ifWp<=0-error('Passbandedgemustbelargerthan0')endifWs<=Wp

22、error('StopbandedgemustbelargerthanPassbandedge')endif(Rp<=0)|(As<0)error('PBrippleand/orSBattenuationustbelargerthan0')endN=ceil(log10(10A(Rp/10)-1)/(10A(As/10)-1)/(2*log10(Wp/Ws);fprintf('n*ButterworthFilterOrder=%2.0fn',N)OmegaC=Wp/(10A(Rp/10)-1)A(1/(2*N);b,a=u_butta

23、p(N,OmegaC);2. u_buttapfunctionb,a=u_buttap(N,Omegac);z,p,k=buttap(N);p=p*Omegac;k=k*OmegacAN;B=real(poly(z);b0=k;b=k*B;a=real(poly(p);3. imp_invr%脈沖向應(yīng)不變法子程序functionb,a=imp_invr(c,d,T)R,p,k=residue(c,d);p=exp(p*T);b,a=residuez(R,p,k);b=real(b).*T;a=real(a);程序：> >t0=0.1;fs=12000;%t0采樣區(qū)間，fs采樣頻率&

24、gt; >fc=1000;Vm0=2.5;ma=0.25;%fc載波頻率，Vm0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(d

25、B)> >snr=10.A(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).*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.A(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

26、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)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

27、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);%

28、疊加大信噪比噪聲的已調(diào)信號yn的傅里葉變換> >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);

29、%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(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

30、> >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> >OmegaP=wp/T;OmegaS=ws/T;> >cs,ds=afd_butt(OmegaP,OmegaS,Rp,As);> >b,a=imp_invr(cs,ds,T);> >y=fi

31、lter(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,);運行結(jié)果：> *ButterworthFilterOrder=6420-2-4-0.0500.05疊加小信噪比噪聲的已調(diào)波信號20100-10-201050-5已調(diào)波信號-10-0.0500.05調(diào)制信號頻譜25002000150010005000已調(diào)波信號頻譜0.55