2022年通信系统仿真课程设计 .pdf

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1、青 岛 农 业 大 学理学与信息科学学院通 信 系 统 仿 真 课 程 设 计 报 告论 文 题 目AM、SSB调制与解调的实现与比较学生专业班级通信工程 10级 2 班学生姓名（学号）程显聪（ 20102743）指 导 教 师谭谈老师完 成 时 间 2013.10.23 实 习 地 点信息楼机房2013 年 10月 23日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 17 页 - - - - - - - - - 1. 课程设计目的和任务本次课程设计是对通信原理课程理论

2、教学和实验教学的综合和总结。要求学生掌握通信原理的基本知识，运用所学的通信仿真的方法实现某种传输系统。能够根据设计任务的具体要求，掌握软件设计、调试的具体方法、步骤和技巧。对一个实际课题的软件设计有基本了解，拓展知识面，激发在此领域中继续学习和研究的兴趣，为学习后续课程做准备。2.AM调制与解调2.1 AM调制与解调原理幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使正弦载波的幅度随着调制信号而改变的调制方案，属于线性调制。AM 信号的时域表示式：频谱：调制器模型如图所示：m tmstcosct0A图1-1 调制器模型AM 的时域波形和频谱如图所示：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -

3、 - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 17 页 - - - - - - - - - 时域频域图1-2 调制时、频域波形AM 信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。它的带宽是基带信号带宽的 2倍。在波形上，调幅信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化，在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。所谓相干解调是为了从接受的已调信号中，不失真地恢复原调制信号，要求本地载波和接收信号的载波保证同频同相。相干载波的一般模型如下：将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得twtmAtmAtwt

4、mASccAM2cos)(21)(21cos)(tcoswt)(0020c由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第 2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号)(21)(00TMATM相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。2.2 调试过程及程序代码：t=-1:0.00001:1; %定义时长LPFmstpstdstcoscc tt名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 17 页 - -

5、 - - - - - - - A1=6; %调制信号振幅A2=10; %外加直流分量f=3000; % 载波频率w0=2*f*pi; %角频率Uc=cos(w0*t); %载波信号subplot(5,2,1); plot(t,Uc); %画载波信号title(载波信号 ); axis(0,0.01,-1,1); %坐标区间T1=fft(Uc); %傅里叶变换subplot(5,2,2); plot(abs(T1);%画出载波信号频谱title(载波信号频谱 ); axis(5800,6200,0,200000); %坐标区间mes=A1*cos(0.002*w0*t); %调制信号subplo

6、t(5,2,3); plot(t,mes);%画出调制信号title(调制信号 ); T2=fft(mes); %傅里叶变换subplot(5,2,4); plot(abs(T2); %画出调制信号频谱title(调制信号频谱 ); axis(198000,202000,0,1000000); %坐标区间Uam1=A2*(1+mes/A2).*cos(w0).*t); %AM 已调信号subplot(5,2,5); plot(t,Uam1);%画出已调信号title(已调信号 ); T3=fft(Uam1); % 已调信号傅里叶变换subplot(5,2,6); plot(abs(T3); ;

7、%画出已调信号频谱title(已调信号频谱 ); axis(5950,6050,0,900000); %坐标区间sn1=20; %信噪比db1=A12/(2*(10(sn1/10); %计算对应噪声方差n1=sqrt(db1)*randn(size(t); %生成高斯白噪声Uam=n1+Uam1; %叠加噪声后的已调信号Dam=Uam.*cos(w0*t); %对AM 已调信号进行解调subplot(5,2,7); plot(t,Dam);% 滤波前的 AM 解调信号title(滤波前的 AM 解调信号波形 ); T4=fft(Dam); % 求AM 信号的频谱subplot(5,2,8);

8、plot(abs(T4);% 滤波前的 AM 解调信号频谱名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 17 页 - - - - - - - - - title(滤波前的 AM 解调信号频谱 ); axis(187960,188040,0,600000); Ft=2000; % 采样频率fpts=100 120; %通带边界频率 fp=100Hz 阻带截止频率 fs=120Hz mag=1 0; dev=0.01 0.05; %通带波动 1% ，阻带波动 5% n21,

9、wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft); %kaiserord 估计采用凯塞窗设计的 FIR滤波器的参数b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta); %由fir1 设计滤波器z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR低通滤波subplot(5,2,9); plot(t,z21,r);% 滤波后的 AM 解调信号title(滤波后的 AM 解调信号波形 ); axis(0,1,-1,10); T5=fft(z21); %求AM 信号的频谱subplot(5,2,10); plot(abs(T5),r);%画出滤

10、波后的 AM 解调信号频谱title(滤波后的 AM 解调信号频谱 ); axis(198000,202000,0,500000); 2.3 运行结果如下图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 17 页 - - - - - - - - - 2.4 AM 调制抗噪性能分析：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 17 页 - - -

11、 - - - - - - AM线性调制系统的相干解调模型如下图所示。图3.5.1 线性调制系统的相干解调模型图中)(mtS可以是AM调幅信号，带通滤波器的带宽等于已调信号带宽10。下面讨论AM调制系统的抗噪声性能11。AM信号的时域表达式为tcosw)t (m) t (c0ASAM通过分析可得 AM信号的平均功率为2) t (m2)(220iASAM又已知输入功率BN0in, 其中B表示已调信号的带宽。由此可得 AM信号在解调器的输入信噪比为HAMAMABANSfn4) t (mn2) t (m)(02200220iiAM信号经相干解调器的输出信号为) t (m21) t (m0因此解调后输出

12、信号功率为) t (m41) t (m)(2200AMS在上图中输入噪声通过带通滤波器之后，变成窄带噪声) t (ni，经乘法器相乘后的输出噪声为picccscccccscn (t)n (t)cosw tn (t)cosw t-n (t)sinw tcosw t11n (t)n (t)cos2w t-n (t)sin2w t22经LPF 后，) t (n21) t (nc0因此解调器的输出噪声功率为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 17 页 - - - -

13、- - - - - i2c20041) t (n41) t (nNN可得AM信号经过解调器后的输出信噪比为HAMBNSfn2) t (mn) t (m)(020200由上面分析的解调器的输入、输出信噪比可得AM信号的信噪比增益为) t (m) t (m22202ii00ANSNSGAM3SSB调制与解调3.1 SSB 调制与解调原理单边带调制信号是将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的。根据方法的不同，产生 SSB信号的方法有：滤波法和相移法。由于滤波法在技术上比较难实现, 所以在此我们将用相移法对SSB调制与解调系统进行讨论与设计。相移法和 SSB信号的时域表示设单频调制信号为载波为则其双边带

14、信号 DSB信号的时域表示式为若保留上边带，则有若保留下边带，则有将上两式合并得：由希尔伯特变换tAtmmmcos)(ttcccos)(tAtAttAtsmcmmcmcmmDSB)cos(21)cos(21coscos)(1( )cos()2USBmCmstAt11coscossinsin22mmcmmcAtAt11coscossinsin22mmcmmcAttAtt1( )cos()2LSBmCmstAttAtAmmmmsinso ?c名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

15、 8 页，共 17 页 - - - - - - - - - 故单边带信号经过希尔伯特变换后得: 把上式推广到一般情况，则得到式中若 M () 是 m ( t ) 的傅里叶变换，则上式中的 -jsgn 可以看作是希尔伯特滤波器传递函数，即移相法 SSB调制器方框图相移法是利用相移网络，对载波和调制信号进行适当的相移，以便在合成过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。相移法不需要滤波器具有陡峭的截止特性，不论载频有多高，均可一次实现SSB调制。SSB信号的解调 SSB信号的解调不能采用简单的包络检波，因为 SSB信号是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以仍需采用相干解调

16、。SSB信号的性能SSB信号的实现比 AM 、DSB要复杂，但 SSB调制方式在传输信息时，不仅可节省发射功率，而且它所占用的频带宽度比AM 、DSB减少了一半。它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。的希尔伯特变换是)()(?tmtm为的傅里叶变换)(?)(?Mtmsgn)()(?jMMsgn)(/)(?)(jMMHh名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 17 页 - - - - - - - - - 3.2 调试过程及源代码：% SSB 调制figure(N

17、ame,SSB信号调制过程中波形及其频谱,NumberTitle,off) f0=10;fc=50;fs=1000;snr=5; t=-20:0.001:20; am=cos(2*pi*f0*t); am1=sin(2*pi*f0*t); t1=cos(2*pi*fc*t); t2=sin(2*pi*fc*t); s_dsb=am.*t1; %DSB信号Wp=55/(fs/2);Ws=45/(fs/2);Rp=3; Rs=20; %高通滤波器N,Wn= Buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) ; B,A=Butter(N,Wn,high); ssb1=filtfilt(B,A,s_dsb);

18、 %上边带Wp=45/(fs/2);Ws=55/(fs/2);Rp=3; Rs=20; %低通滤波器N,Wn= Buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) ; B,A=Butter(N,Wn,low); ssb2=filtfilt(B,A,s_dsb); %下边带AM=fft(am); T1=fft(t1); SSB1=fft(ssb1);SSB2=fft(ssb2); f=(0:40000)*fs/40001-fs/2; subplot(3,2,1); plot(t(19801:20200),am(19801:20200); title(信息信号波形); subplot(3,2,2); plo

19、t(f,fftshift(abs(AM); title(信息信号频谱 ); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 17 页 - - - - - - - - - subplot(3,2,3); plot(t(19801:20200),t1(19801:20200); title(载波信号 ); subplot(3,2,4); plot(f,fftshift(abs(T1); title(载波信号频谱 ); subplot(3,2,5); plot(t(19801

20、:20200),ssb1(19801:20200),:,t(19801:20200),ssb2(19801:20200); title(已调信号（虚线 - 上边带 / 实线- 下边带 ); subplot(3,2,6); plot(f,fftshift(abs(SSB1),:,f,fftshift(abs(SSB2); title(SSB调制信号频谱（虚线 - 上边带 / 实线-下边带 ); legend(上边带 ,下边带 ); figure(Name,下 边 带 - 添 加 噪 声 及 带 通 滤 波 过 程 波 形 及 其 频 谱,NumberTitle,off); %加噪声y=awgn(

21、ssb2,snr); %以下边带为例设计a=35,65;b=30,70; Wp=a/(fs/2);Ws=b/(fs/2);Rp=3; Rs=15; N,Wn= Buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) ; B,A=Butter(N,Wn,bandpass); q=filtfilt(B,A,y); Q=fft(q);Y=fft(y); subplot(2,2,1);plot(t(19851:20050),y(19851:20050);title(添加噪声后信号波形); subplot(2,2,2);plot(f,fftshift(abs(Y);title(添加噪声后信号频谱 ); 名师资料总结

22、- - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 17 页 - - - - - - - - - subplot(2,2,3);plot(t(19801:20200),q(19801:20200);title(带通滤波后信号波形); subplot(2,2,4); plot(f,fftshift(abs(Q);title(带通滤波后信号频谱 ); % 解调figure(Name,下边带 - 相干解调所得波形及其频谱,NumberTitle,off); s_ssb2=q.*t1; Wp=1

23、5/(fs/2);Ws=40/(fs/2);Rp=3; Rs=20; N,Wn= Buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) ; B,A=Butter(N,Wn,low); m0=filtfilt(B,A,s_ssb2); M0=fft(m0); subplot(2,1,1);plot(t(19801:20200),m0(19801:20200);title(解调信号 ); subplot(2,1,2); plot(f,fftshift(abs(M0);title(解调信号频谱 ); 3.3 调试结果如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

24、- - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 17 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 17 页 - - - - - - - - - 3.4 SSB 的抗噪性能分析：噪声功率这里， B = fH 为 SSB 信号的带通滤波器的带宽。信号功率SSB信号与相干载波相乘后，再经低通滤波可得解调器输出信号因此，输出信号平均功率输入信号平均功率为o01144iNNn Bo1( )( )4mt

25、m t22oo1( )( )16Sm tm t名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 17 页 - - - - - - - - - 单边带解调器的输入信噪比为单边带解调器的输出信噪比为制度增益因为在 SSB系统中，信号和噪声有相同表示形式，所以相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。4. 两种调制的带宽、信噪比参数的比较：AM调制的优点：是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差，信号带宽较宽，频带利用率不高。因此，AM制式用于

26、通信质量要求不高的场合，目前主要用在中波和短波的调幅广播中。其信噪比为 = 。?( )( )m tm t因与的幅度相同，所以具有相同的平均功率，故上式)(412tmSiBntmBntmNSii02024)()(4122oo001( )( )16144m tSm tNn Bn Boo/1/SSBiiSNGSN名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 17 页 - - - - - - - - - SSB调制的优点：是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰

27、落能力均优于 AM ，而带宽只有 AM的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。SSB制式普遍用在频带比较拥挤的场合， 如短波波段的无线电广播和频分多路复用系统中。与标准幅度调制相比，单边带调制（SSB ）对于频谱和输出功率的利用率更高。尽管很少用于数据传送， SSB仍广泛地用于 HF和 VHF低端的语音通讯。双边带调制信号包含有两个完全相同的基带信号，即上、下边带。由于两个边带含的信息相同，因而从信息传输角度考虑， 传送一个边带同样可以达到信息传输的目的, 本设计只考虑上边带信号。单边带调制，就是通过某种办法，只传送一个边带的调制方法。其信噪比为 = 。5心得体会设计总结：这次的课程设计时间虽短但

28、收获很多。我们用MATLAB 进行了 AM及 SSB调制与解调的研究。不但又加深了课本的知识， 而且也对 matlab 的基本知识有了一定掌握。本次课程设计中实现了通信基本知识与MATLAB 的结合，并在实际中设计并仿真AM及 SSB调制与解调的过程。对 AM原理以及 SSB原理进行更深一层次的理解， 对书中原来学到的只知其果不懂其因的理论，在设计中也有了更深刻的认识。这次程序需要自己写，而我的MATLAB 的基础不是很好。这次课程设计虽然很简单，由于没有基础，查找了很多相关的资料，而且我们在编译和调试过程中除了很多次错误，这是过程，学习就是在过程中进行的，经过自己几天的劳动，再加上同学们和老

29、师的帮助，不仅对读程序有了很大提高，而且自己的编译水平也上了一个新台阶，更加熟系了 MATLAB 的应用，也对其中的函数有了大概的了解总之这次课程设计收获很大，是一场难得的锻炼机会。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 17 页 - - - - - - - - - 课程设计成绩评定表学生姓名专业班级设计题目指导教师评语及意见：指导教师评阅成绩：指导教师签字：年月日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 17 页 - - - - - - - - -