通信系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)--am、ssb調(diào)制與解調(diào)的實(shí)現(xiàn)與比較

1、<p><b>　　理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院</b></p><p>　　通 信 系 統(tǒng) 仿 真 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　論 文 題 目 AM、SSB調(diào)制與解調(diào)的實(shí)現(xiàn)與比較 </p><p>　　學(xué)生專(zhuān)業(yè)班級(jí) 通信工程10級(jí)2班

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名（學(xué)號(hào)） </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　完 成 時(shí) 間

3、 2013.10.23 </p><p>　　實(shí) 習(xí) 地 點(diǎn) 信息樓機(jī)房 </p><p>　　2013年 10月 23日</p><p>　　1.課程設(shè)計(jì)目的和任務(wù)</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)通信原理課程

4、理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合和總結(jié)。要求學(xué)生掌握通信原理的基本知識(shí)，運(yùn)用所學(xué)的通信仿真的方法實(shí)現(xiàn)某種傳輸系統(tǒng)。能夠根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的具體要求，掌握軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試的具體方法、步驟和技巧。對(duì)一個(gè)實(shí)際課題的軟件設(shè)計(jì)有基本了解，拓展知識(shí)面，激發(fā)在此領(lǐng)域中繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究的興趣，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程做準(zhǔn)備。</p><p><b>　　2.AM調(diào)制與解調(diào)</b></p><p>　　2.1 A

5、M調(diào)制與解調(diào)原理</p><p>　　幅度調(diào)制是由調(diào)制信號(hào)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(hào)而改變的調(diào)制方案，屬于線性調(diào)制。</p><p>　　AM信號(hào)的時(shí)域表示式：</p><p><b>　　頻譜：</b></p><p>　　調(diào)制器模型如圖所示：</p><p>　　圖1-

6、1 調(diào)制器模型</p><p>　　AM的時(shí)域波形和頻譜如圖所示：</p><p>　　時(shí)域 頻域</p><p>　　圖1-2 調(diào)制時(shí)、頻域波形</p><p>　　AM信號(hào)的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的2倍。在波形上，調(diào)幅信號(hào)的幅度

7、隨基帶信號(hào)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(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移。</p><p>　　所謂相干解調(diào)是為了從接受的已調(diào)信號(hào)中，不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，要求本地載波和接收信號(hào)的載波保證同頻同相。相干載波的一般模型如下：</p><p>　　將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)與調(diào)制器同頻同相的載波，得</p><p>　　由上式可知，只要用一個(gè)低通濾波器，就可

8、以將第1項(xiàng)與第2項(xiàng)分離，無(wú)失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào) </p><p>　　相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個(gè)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(mǎn)足，則會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。</p><p>　　2.2 調(diào)試過(guò)程及程序代碼：</p><p>　　t=-1:0.00001:1; %定義時(shí)長(zhǎng) </p><p>　　A1=6; %調(diào)

9、制信號(hào)振幅</p><p>　　A2=10; %外加直流分量</p><p>　　f=3000; %載波頻率</p><p>　　w0=2*f*pi; %角頻率 </p><p>　　Uc=cos(w0*t); %載波信號(hào)</p><p>　　subplot(5,2,1); </p><p

10、>　　plot(t,Uc); %畫(huà)載波信號(hào)</p><p>　　title('載波信號(hào)'); </p><p>　　axis([0,0.01,-1,1]); %坐標(biāo)區(qū)間</p><p>　　T1=fft(Uc); %傅里葉變換</p><p>　　subplot(5,2,2); </p>&l

11、t;p>　　plot(abs(T1));%畫(huà)出載波信號(hào)頻譜</p><p>　　title('載波信號(hào)頻譜'); </p><p>　　axis([5800,6200,0,200000]); %坐標(biāo)區(qū)間</p><p>　　mes=A1*cos(0.002*w0*t); %調(diào)制信號(hào)</p><p>　　subp

12、lot(5,2,3); </p><p>　　plot(t,mes);%畫(huà)出調(diào)制信號(hào) </p><p>　　title('調(diào)制信號(hào)');</p><p>　　T2=fft(mes); %傅里葉變換</p><p>　　subplot(5,2,4); </p><p>　　plot(abs(T2))

13、; %畫(huà)出調(diào)制信號(hào)頻譜</p><p>　　title('調(diào)制信號(hào)頻譜'); </p><p>　　axis([198000,202000,0,1000000]); %坐標(biāo)區(qū)間</p><p>　　Uam1=A2*(1+mes/A2).*cos((w0).*t); %AM 已調(diào)信號(hào)</p><p>　　subplot(5,

14、2,5); </p><p>　　plot(t,Uam1);%畫(huà)出已調(diào)信號(hào)</p><p>　　title('已調(diào)信號(hào)'); </p><p>　　T3=fft(Uam1); %已調(diào)信號(hào)傅里葉變換</p><p>　　subplot(5,2,6); </p><p>　　plot(abs(T3));

15、 ;%畫(huà)出已調(diào)信號(hào)頻譜</p><p>　　title('已調(diào)信號(hào)頻譜'); </p><p>　　axis([5950,6050,0,900000]); %坐標(biāo)區(qū)間</p><p>　　sn1=20; %信噪比</p><p>　　db1=A1^2/(2*(10^(sn1/10))); %計(jì)算對(duì)應(yīng)噪聲方差</p>

16、;<p>　　n1=sqrt(db1)*randn(size(t)); %生成高斯白噪聲</p><p>　　Uam=n1+Uam1; %疊加噪聲后的已調(diào)信號(hào) </p><p>　　Dam=Uam.*cos(w0*t); %對(duì)AM已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)</p><p>　　subplot(5,2,7); </p><p>　　plo

17、t(t,Dam);% 濾波前的AM解調(diào)信號(hào)</p><p>　　title('濾波前的AM解調(diào)信號(hào)波形'); </p><p>　　T4=fft(Dam); %求AM信號(hào)的頻譜</p><p>　　subplot(5,2,8); </p><p>　　plot(abs(T4));% 濾波前的AM解調(diào)信號(hào)頻譜</p&g

18、t;<p>　　title('濾波前的AM解調(diào)信號(hào)頻譜'); </p><p>　　axis([187960,188040,0,600000]);</p><p>　　Ft=2000; %采樣頻率</p><p>　　fpts=[100 120]; %通帶邊界頻率fp=100Hz 阻帶截止頻率fs=120Hz</p>

19、<p>　　mag=[1 0]; </p><p>　　dev=[0.01 0.05]; %通帶波動(dòng)1%，阻帶波動(dòng)5%</p><p>　　[n21,wn21,beta,ftype]=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);</p><p>　　%kaiserord估計(jì)采用凱塞窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器的參數(shù)</p>&l

20、t;p>　　b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta)); %由fir1設(shè)計(jì)濾波器</p><p>　　z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR低通濾波</p><p>　　subplot(5,2,9); </p><p>　　plot(t,z21,'r');% 濾波后的AM解調(diào)信號(hào)<

21、/p><p>　　title('濾波后的AM解調(diào)信號(hào)波形'); </p><p>　　axis([0,1,-1,10]);</p><p>　　T5=fft(z21); %求AM信號(hào)的頻譜</p><p>　　subplot(5,2,10); </p><p>　　plot(abs(T5),'r&

22、#39;);%畫(huà)出濾波后的AM解調(diào)信號(hào)頻譜</p><p>　　title('濾波后的AM解調(diào)信號(hào)頻譜'); </p><p>　　axis([198000,202000,0,500000]); </p><p>　　2.3運(yùn)行結(jié)果如下圖：</p><p>　　2.4 AM調(diào)制抗噪性能分析：</p><p

23、>　　AM線性調(diào)制系統(tǒng)的相干解調(diào)模型如下圖所示。</p><p>　　圖3.5.1 線性調(diào)制系統(tǒng)的相干解調(diào)模型</p><p>　　圖中可以是AM調(diào)幅信號(hào)，帶通濾波器的帶寬等于已調(diào)信號(hào)帶寬[10]。下面討論AM調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能[11]。</p><p>　　AM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為</p><p>　　通過(guò)分析可得AM信號(hào)的平均功率為

24、</p><p>　　又已知輸入功率, 其中B表示已調(diào)信號(hào)的帶寬。</p><p>　　由此可得AM信號(hào)在解調(diào)器的輸入信噪比為</p><p>　　AM信號(hào)經(jīng)相干解調(diào)器的輸出信號(hào)為</p><p>　　因此解調(diào)后輸出信號(hào)功率為</p><p>　　在上圖中輸入噪聲通過(guò)帶通濾波器之后，變成窄帶噪聲，經(jīng)乘法器相乘后的輸出噪

25、聲為</p><p><b>　　經(jīng)LPF后， </b></p><p>　　因此解調(diào)器的輸出噪聲功率為</p><p>　　可得AM信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)器后的輸出信噪比為</p><p>　　由上面分析的解調(diào)器的輸入、輸出信噪比可得AM信號(hào)的信噪比增益為</p><p>　　3．SSB調(diào)制與解調(diào)<

26、/p><p>　　3.1 SSB調(diào)制與解調(diào)原理</p><p>　　單邊帶調(diào)制信號(hào)是將雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶濾掉而形成的。根據(jù)方法的不同，產(chǎn)生SSB信號(hào)的方法有：濾波法和相移法。</p><p>　　由于濾波法在技術(shù)上比較難實(shí)現(xiàn),所以在此我們將用相移法對(duì)SSB調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行討論與設(shè)計(jì)。</p><p>　　相移法和SSB信號(hào)的時(shí)域表示<

27、/p><p><b>　　設(shè)單頻調(diào)制信號(hào)為</b></p><p><b>　　載波為</b></p><p>　　則其雙邊帶信號(hào)DSB信號(hào)的時(shí)域表示式為</p><p><b>　　若保留上邊帶，則有</b></p><p><b>　　若保留下

28、邊帶，則有</b></p><p><b>　　將上兩式合并得：</b></p><p><b>　　由希爾伯特變換</b></p><p>　　故單邊帶信號(hào)經(jīng)過(guò)希爾伯特變換后得:</p><p>　　把上式推廣到一般情況，則得到 </p><p><b&g

29、t;　　式中</b></p><p>　　若M()是m(t)的傅里葉變換，則</p><p>　　上式中的[-jsgn]可以看作是希爾伯特濾波器傳遞函數(shù)，即</p><p>　　移相法SSB調(diào)制器方框圖</p><p>　　相移法是利用相移網(wǎng)絡(luò)，對(duì)載波和調(diào)制信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)南嘁疲员阍诤铣蛇^(guò)程中將其中的一個(gè)邊帶抵消而獲得SSB信號(hào)。

30、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(shí)現(xiàn)SSB調(diào)制。</p><p><b>　　SSB信號(hào)的解調(diào)</b></p><p>　　SSB信號(hào)的解調(diào)不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，因?yàn)镾SB信號(hào)是抑制載波的已調(diào)信號(hào)，它的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號(hào)的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。</p><p><b>　　SSB信號(hào)的性能&

31、lt;/b></p><p>　　SSB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比AM、DSB要復(fù)雜，但SSB調(diào)制方式在傳輸信息時(shí)，不僅可節(jié)省發(fā)射功率，而且它所占用的頻帶寬度比AM、DSB減少了一半。它目前已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式。</p><p>　　3.2調(diào)試過(guò)程及源代碼：</p><p><b>　　% SSB調(diào)制</b></p><

32、;p>　　figure('Name','SSB信號(hào)調(diào)制過(guò)程中波形及其頻譜','NumberTitle','off')</p><p>　　f0=10;fc=50;fs=1000;snr=5;</p><p>　　t=[-20:0.001:20];</p><p>　　am=cos(2*pi*f0*

33、t); </p><p>　　am1=sin(2*pi*f0*t);</p><p>　　t1=cos(2*pi*fc*t);</p><p>　　t2=sin(2*pi*fc*t);</p><p>　　s_dsb=am.*t1; %DSB信號(hào)</p><p>

34、;　　Wp=55/(fs/2);Ws=45/(fs/2);Rp=3; Rs=20; %高通濾波器</p><p>　　[N,Wn]= Buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) ;</p><p>　　[B,A]=Butter(N,Wn,'high');</p><p>　　ssb1=filtfilt(B,A,s_dsb);

35、 %上邊帶</p><p>　　Wp=45/(fs/2);Ws=55/(fs/2);Rp=3; Rs=20; %低通濾波器</p><p>　　[N,Wn]= Buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) ;</p><p>　　[B,A]=Butter(N,Wn,'low');</p><p>　　ssb

36、2=filtfilt(B,A,s_dsb); %下邊帶</p><p>　　AM=fft(am); T1=fft(t1); SSB1=fft(ssb1);SSB2=fft(ssb2);</p><p>　　f=(0:40000)*fs/40001-fs/2;</p><p>　　subplot(3,2,1); plot(t(19

37、801:20200),am(19801:20200)); title('信息信號(hào)波形');</p><p>　　subplot(3,2,2); plot(f,fftshift(abs(AM))); title('信息信號(hào)頻譜');</p><p>　　subplot(3,2,3); plot(t(19801:20200),t1(19801:20200));

38、title('載波信號(hào)');</p><p>　　subplot(3,2,4); plot(f,fftshift(abs(T1))); title('載波信號(hào)頻譜');</p><p>　　subplot(3,2,5);</p><p>　　plot(t(19801:20200),ssb1(19801:20200),':

39、9;,t(19801:20200),ssb2(19801:20200));</p><p>　　title('已調(diào)信號(hào)（虛線-上邊帶/實(shí)線-下邊帶)');</p><p>　　subplot(3,2,6);</p><p>　　plot(f,fftshift(abs(SSB1)),':',f,fftshift(abs(SSB2)));

40、</p><p>　　title('SSB調(diào)制信號(hào)頻譜（虛線-上邊帶/實(shí)線-下邊帶)');</p><p>　　legend('上邊帶','下邊帶');</p><p>　　figure('Name','下邊帶-添加噪聲及帶通濾波過(guò)程波形及其頻譜','NumberTitle

41、9;,'off');</p><p><b>　　%加噪聲</b></p><p>　　y=awgn(ssb2,snr); %以下邊帶為例設(shè)計(jì)</p><p>　　a=[35,65];b=[30,70];</p><p>　　Wp=a/(fs/2);Ws=

42、b/(fs/2);Rp=3; Rs=15;</p><p>　　[N,Wn]= Buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) ;</p><p>　　[B,A]=Butter(N,Wn,'bandpass');</p><p>　　q=filtfilt(B,A,y);</p><p>　　Q=fft(q);Y=fft(y);&l

43、t;/p><p>　　subplot(2,2,1);plot(t(19851:20050),y(19851:20050));title('添加噪聲后信號(hào)波形');</p><p>　　subplot(2,2,2);plot(f,fftshift(abs(Y)));title('添加噪聲后信號(hào)頻譜');</p><p>　　subplot(

44、2,2,3);plot(t(19801:20200),q(19801:20200));title('帶通濾波后信號(hào)波形');</p><p>　　subplot(2,2,4); plot(f,fftshift(abs(Q)));title('帶通濾波后信號(hào)頻譜');</p><p><b>　　%解調(diào)</b></p>&l

45、t;p>　　figure('Name','下邊帶-相干解調(diào)所得波形及其頻譜','NumberTitle','off');</p><p>　　s_ssb2=q.*t1;</p><p>　　Wp=15/(fs/2);Ws=40/(fs/2);Rp=3; Rs=20;</p><p>　　[N,Wn

46、]= Buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) ;</p><p>　　[B,A]=Butter(N,Wn,'low');</p><p>　　m0=filtfilt(B,A,s_ssb2);</p><p>　　M0=fft(m0);</p><p>　　subplot(2,1,1);plot(t(19801:20200),

47、m0(19801:20200));title('解調(diào)信號(hào)');</p><p>　　subplot(2,1,2); plot(f,fftshift(abs(M0)));title('解調(diào)信號(hào)頻譜');</p><p>　　3.3調(diào)試結(jié)果如下：</p><p>　　3.4 SSB的抗噪性能分析：</p><p>

48、<b>　　噪聲功率</b></p><p>　　這里，B = fH 為SSB 信號(hào)的帶通濾波器的帶寬。</p><p><b>　　信號(hào)功率</b></p><p><b>　　SSB信號(hào)</b></p><p>　　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(hào)</

49、p><p>　　因此，輸出信號(hào)平均功率</p><p><b>　　輸入信號(hào)平均功率為</b></p><p>　　單邊帶解調(diào)器的輸入信噪比為</p><p>　　單邊帶解調(diào)器的輸出信噪比為</p><p><b>　　制度增益</b></p><p>　

50、　因?yàn)樵赟SB系統(tǒng)中，信號(hào)和噪聲有相同表示形式，所以相干解調(diào)過(guò)程中，信號(hào)和噪聲中的正交分量均被抑制掉，故信噪比沒(méi)有改善。</p><p>　　4. 兩種調(diào)制的帶寬、信噪比參數(shù)的比較：</p><p>　　AM調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)：是接收設(shè)備簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是功率利用率低，抗干擾能力差，信號(hào)帶寬較寬，頻帶利用率不高。因此，AM制式用于通信質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，目前主要用在中波和短波的調(diào)幅廣播中。</p&

51、gt;<p><b>　　其信噪比為 = 。</b></p><p>　　SSB調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)：是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗干擾能力和抗選擇性衰落能力均優(yōu)于AM，而帶寬只有AM的一半；缺點(diǎn)是發(fā)送和接收設(shè)備都復(fù)雜。SSB制式普遍用在頻帶比較擁擠的場(chǎng)合，如短波波段的無(wú)線電廣播和頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中。與標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制相比，單邊帶調(diào)制（SSB）對(duì)于頻譜和輸出功率的利用率更高。盡管很少用于

52、數(shù)據(jù)傳送，SSB仍廣泛地用于HF和VHF低端的語(yǔ)音通訊。雙邊帶調(diào)制信號(hào)包含有兩個(gè)完全相同的基帶信號(hào)，即上、下邊帶。由于兩個(gè)邊帶含的信息相同，因而從信息傳輸角度考慮，傳送一個(gè)邊帶同樣可以達(dá)到信息傳輸?shù)哪康?本設(shè)計(jì)只考慮上邊帶信號(hào)。單邊帶調(diào)制，就是通過(guò)某種辦法，只傳送一個(gè)邊帶的調(diào)制方法。</p><p><b>　　其信噪比為 = 。</b></p><p>　　5．心得

53、體會(huì)設(shè)計(jì)總結(jié)：</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)時(shí)間雖短但收獲很多。我們用MATLAB進(jìn)行了AM及SSB調(diào)制與解調(diào)的研究。不但又加深了課本的知識(shí)，而且也對(duì)matlab的基本知識(shí)有了一定掌握。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了通信基本知識(shí)與MATLAB的結(jié)合，并在實(shí)際中設(shè)計(jì)并仿真AM及SSB調(diào)制與解調(diào)的過(guò)程。</p><p>　　對(duì)AM原理以及SSB原理進(jìn)行

54、更深一層次的理解，對(duì)書(shū)中原來(lái)學(xué)到的只知其果不懂其因的理論，在設(shè)計(jì)中也有了更深刻的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　這次程序需要自己寫(xiě)，而我的MATLAB的基礎(chǔ)不是很好。這次課程設(shè)計(jì)雖然很簡(jiǎn)單，由于沒(méi)有基礎(chǔ)，查找了很多相關(guān)的資料，而且我們?cè)诰幾g和調(diào)試過(guò)程中除了很多次錯(cuò)誤，這是過(guò)程，學(xué)習(xí)就是在過(guò)程中進(jìn)行的，經(jīng)過(guò)自己幾天的勞動(dòng)，再加上同學(xué)們和老師的幫助，不僅對(duì)讀程序有了很大提高，而且自己的編譯水平也上了一個(gè)新臺(tái)階，更加熟系了