文档线性幅度调制系统的仿真设计

通信系统课程设计报告通信系统课程设计报告课题名称线性幅度调制系统的仿真设计学生姓名班级学号指导教师设计地点13年12月1日通信系统课程设计报告目录序言………………………………………………………………………………1第1章MATLAB软件介绍……………………………………………………2第2章AM调制解调…………………………………………………………32.1AM调制指标要求……………………………………………………………32.2整体设计………………………………………………………………………32.2.1AM调制设计………………………………………………………………32.2.2AM解调设计………………………………………………………42.3AM调制流程图……………………………………………………………52.4AM调制仿真结果及分析………………………………………………6第3章DSB调制解调…………………………………………………93.1DSB调制指标要求…………………………………………………93.2整体设计……………………………………………………………………93.2.1DSB调制设计…………………………………………………………93.2.2DSB解调设计…………………………………………103.3DSB调制流程图……………………………………………………………113.4DSB调制仿真结果及分析………………………………………………………12第4章SSB调制解调……………………………………………………144.1SSB调制指标要求…………………………………………………………144.2整体设计……………………………………………………………………144.2.1SSB调制设计……………………………………………………………144.2.2SSB解调设计……………………………………………………………154.3SSB调制流程图……………………………………………………………164.4SSB调制仿真结果及分析……………………………………………………17参考文献…………………………………………………………………………19体会与建议………………………………………………………………………20附录………………………………………………………………………21通信系统课程设计报告第1页共23页序言这次课程设计的重点就是模拟通信系统中的调制解调系统的基本原理以及仿真，并在MATLAB软件平台上的仿真实现几种常见的模拟调制方式。幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律变化的过程，常分为标准调幅（AM）、抑制载波双边带调制（DSB）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）等。在通信系统中，信道的频段往往是有限的，而原始的通道信号的频段与信道要求的频段是不匹配的，这就要求将原始信号进行调制再进行发送。相应的在接收端对调制的信号进行调解，恢复原始的信号，而且调制解调还可以在一定的程度上抑制噪声对通信型号的干扰。调制解调技术按照通信信号是模拟的还是数字的可分为模拟调制调制和数字调制解调。但不论是模拟调制解调还是数字调制解调，都是通过将通信信号的信息加载到载波的幅度、频率或者相位上，因此调制解调可有分为幅度调制、频率调制和相位调制。通信系统有不同的分类的方法，根据是否采用调制，将通信系统分为基带传输和频带传输。基带传输是将未经频带调制的信号直接传送，调制的方式有很多。调制方式按照传输特性，调制方式可分为线性调制和非线性调制。广义的线性调制，是指已调波中被调参数随调制信号成线性变化的调制过程。狭义的线性调制,是指把调制信号的频谱搬移到载波频率两侧而成为上、下边带的调制过程。此时只改变频谱中各分量的频率，但不改变各分量振幅的相对比例，使上边带的频谱结构与调制信号的频谱相同，下边带的频谱结构则是调制信号频谱的镜像。狭义的线性调制有调幅(AM)、抑制载波的双边带调制(DSB-SC)和单边带调制(SSB)、残留边带调制（VSB）。调制和解调在通信系统中是一个极为重要的组成部分，采用什么样的调制与解调方式将直接影响通信系统的性能。而模拟调制技术的原理还可以推广到数字调制中，因此我们有必要对模拟调制技术进行研究。通信系统课程设计报告第2页共23页第1章MATLAB软件介绍MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematca、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。通信系统课程设计报告第3页共23页第2章AM调制信号2．1AM调制指标要求（1）信源为fm=7Hz,Am=7V的余弦信号，载波fc=70Hz（2）根据线性幅度调制原理，确定调制系统设计方案（3）画出AM调制信号时域波形和频谱图（4）对数据结果进行分析2.2整体设计2.2.1AM调制设计标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅（AF）。假设调制信号m(t)的平均值为0，将其叠加一个直流偏量后与载波相乘(图2-1),即可形成调幅信号。载波m(t)S(t)图2-1AM调制模型AM信号的时域和频域表达式分别为SAM=(t)[A0+m(t)]coswc(t)=A0coswc(t)+m(t)coswc(t)(1)SAM(ω)=πA0[δ(ω+ωC)+δ(ω-ω)]+1/2[M（ω+ω）+M(ω-ωC)]（2）式中，A0为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即m(t)=0。AM信号的频谱SAM(t)是由载频分量和上、下两个边带组成（通常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带）。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即加法器乘法器通信系统课程设计报告第4页共23页BAM=2Bm=2fH(3)式中，Bm=fH为调制信号m(t)的带宽，fH为调制信号的最高频率。2.2.2AM解调设计（1）AM信号的解调原理及方式解调是将位于载波的信号频谱再搬回来，并且不失真的恢复出原始基带信号。解调的方式有两种：相干解调和非相干解调。相干解调适用于各种线性调制系统，非线性解调一般适用于幅度调制（AM）信号。（2）相干解调相干解调也叫同步检波。解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。解调是把在载频位置的以调信号的谱搬回到原始基带位置。由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。载波S（t）m(t)图2-2相干解调原理图SAM(t)coswct=[A0+m(t)]cos2wct=1/2[A0+m(t)]+1/2[A0+m(t)]cos2wct(1)乘法器低通滤波器通信系统课程设计报告第5页共23页2.3AM调制流程图开始结束图2-3AM调制流程图画出AM信号波形画出AM相干解调波形画出AM频谱图为各个变量赋初值生成源信号m(t)对m(t)进行AM调制计算带宽通信系统课程设计报告第6页共23页2.4AM调制仿真及分析仿真程序closeall;clearall;dt=0.0001;%时间采样间隔fm=7;%信源最高频率fc=70;%载波中心频率T=1%信号时长N=T/dt;t=[0:N-1]*dt;mt=7*cos(2*pi*fm*t);%信源，调制信号m(t)表达式%AMmodulationA=7;%不失真条件，A要大于m(t)的最大值s_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t);%AM时域表达式B=2*fm;%带通滤波器带宽figure(1)%表示显示在一张图片上subplot(311)%3表示上下显示三个，1表示一行显示一个，1表示显示的位置plot(t,s_am);holdon;%画出AM信号波形，holdon继续plot(t,A+mt,'r--');%标出AM的包络title('AM调制信号')xlabel('t');%横坐标显示tgridon%AMdemodulationrt=s_am.*cos(2*pi*fc*t);%相干解调表达式rt=rt-mean(rt);[f,rf]=FFT_SHIFT(t,rt);[t,rt]=RECT_LPF(f,rf,2*fm);%低通滤波subplot(312)通信系统课程设计报告第7页共23页plot(t,rt);holdon;title('AM相干解调后的信号波形')xlabel('t')gridonsubplot(313)[f,sf]=FFT_SHIFT(t,s_am);%调制信号频谱plot(f,sf);holdon;%画出频谱图形axis([-2*fc2*fc01.5*max(sf)]);title('AM信号频谱')xlabel('f');%横坐标显示fgridon图2-4AM仿真图形（不过载）A=7。由图2-4可以看出AMD的调制信号幅值的为-20到+20，周期为0.13通信系统课程设计报告第8页共23页图2-5AM仿真图形（过载）A=1由图2-5可以看出AMD的调制信号的幅值为-10到+10周期为0.13（1）当未满足|m(t)|max≤A0的条件时，就会出现“过调幅”现象，这时包络检波将会发生失真。本题过调幅时的参数（A0=10，|m(t)|=7）表达式为f(t)=(8+7)coswct。（2）可以看出AM调制占用频带较宽，已调信号的频带宽度是调制信号的频带的两倍。（3）AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，所以信道利用率不高，传输效率很低。（4）由图2-4看出带宽为BAM=2Bm=2fH=14hz，与理论值一致。通信系统课程设计报告第9页共23页第3章DSB调制信号3.1DSB调制指标要求（1）信源为fm=7Hz,Am=7V的余弦信号，载波fc=70Hz（2）根据线性幅度调制原理，确定调制系统设计方案（3）画出DSB调制解调信号时域波形和频谱图（4）对数据结果进行分析3.2整体设计3.2.1DSB调制设计在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果将载波抑制，只需在将直流0A去掉，即可输出抑制载波双边带信号，简称双边带信号（DSB）。DSB调制器模型如图3-1所示。m(t)SDSB(t)cosωc(t)图3-1DSB调制模型其中，设正弦载波为c(t)=Acos(ωct+φ0)(1)式中，A为载波幅度；ω为载波角频率；φ为初始相位（假定φ0为0）。调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信