AM及SSB調(diào)制與解調(diào)詳解

1、設(shè)計(jì)題目：am及SSB調(diào)制與解調(diào)及抗噪聲性能分析班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：目錄、弓丨言 31.1概述31.2課程設(shè)計(jì)的目的313課程設(shè)計(jì)的要求3二、AM調(diào)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、SSB調(diào)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(huì)19五、參考文獻(xiàn)19、引言1.1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)基礎(chǔ)課

2、，但內(nèi)容抽象，基本概念較 多，是一門難度較大的課程，通過MATLAB仿真能讓我們更清晰地理解它的原理，因此信號(hào)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(jì)是AM及SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，用于實(shí)現(xiàn)AM及SSB信號(hào)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(jì)的系統(tǒng)性能。在課程 設(shè)計(jì)中，幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，其他參 數(shù)不變。同時(shí)也是使高頻載波的振幅載有傳輸信息的調(diào)制方式。2課程設(shè)計(jì)的目的在此次課程設(shè)計(jì)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)

3、的具體過程和它在MATLAB中的實(shí)現(xiàn)方法；(3) 掌握應(yīng)用MATLAB分析系統(tǒng)時(shí)域、頻域特性的方法，進(jìn)一步鍛煉應(yīng)用MATLAB進(jìn)行編 程仿真的能力。通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我將更清晰地了解AM和SSB的調(diào)制解調(diào)原理，同時(shí)加深對(duì)MATLAB 這款通信原理輔助教學(xué)操作的熟練度。1.3課程設(shè)計(jì)的要求(1)熟悉MATLAB的使用方法，掌握AM信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理，以此為基礎(chǔ)用MATLAB編程 實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制解調(diào)； 設(shè)計(jì)實(shí)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(duì)系統(tǒng)的主要參數(shù) 進(jìn)行設(shè)弈說日月；(3) 采用MATLAB語言設(shè)計(jì)相關(guān)程序，實(shí)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

4、語言編程的靜態(tài)方式。要求采用兩種以上調(diào)制信號(hào)源進(jìn)行仿真，并記錄 各個(gè)輸出點(diǎn)的波形和頻譜圖；(4) 對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行綜合測(cè)試，整理數(shù)據(jù)，撰寫課程設(shè)計(jì)論文。AM調(diào)制與解調(diào)及抗噪聲性能分析2. 1AM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(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。AM信號(hào)的時(shí)域表示式：頻譜:調(diào)制器模型如圖所示:Ao COS ct圖1-1調(diào)制器模型AM的時(shí)域波形和頻譜如圖所示：頻圖1-2調(diào)制時(shí)、頻域波形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2涪。 的 在波形上，調(diào)幅信號(hào)的幅度隨基帶信

5、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。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：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2Sam (t) coswct Ao m (t ) cos2 Wet112Ao m (t) 2Ao m (t) cos2wct由上式可知，只要用一個(gè)低通濾波器，就可以將第1項(xiàng)與第2項(xiàng)分離，無失真的恢復(fù)出原始的調(diào) 制信號(hào)1M o (T) Ao M (T)2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足

6、，則會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。2. 1.2調(diào)試過程t=-1:0.00001:1; % 定義時(shí)長(zhǎng)A仁6; %調(diào)制信號(hào)振幅A2=10; %外加直流分量f=3000; %載波頻率w0=2*f*pi; %角頻率Uc二cos (w0*t) ; %載波信號(hào) subp I ot (5, 2, 1);plot (tf Uc) ; %畫載波信號(hào)t it le(載波信號(hào));axis(0, 0.01,-1,1); %坐標(biāo)區(qū)間T1=fft (Uc) ; %傅里葉變換subp I ot (5, 2, 2);plot (abs(T1) ;%畫出載波信號(hào)頻譜titleC 載波信號(hào)頻譜 *) ; ax is (5800, 620

7、0, 0, 200000) ; % 坐標(biāo)區(qū)間 mes=A1*cos (0. 002*w0*t) ; %調(diào) 制信號(hào)subp I ot (5, 2, 3);plot (tf mes) ;%畫出調(diào)制信號(hào)t itleC調(diào)制信號(hào));T2=fft (mes) ; % 傅里葉變換 subplot (5,2,4);plot (abs(T2) ; %畫出調(diào)制信號(hào)頻譜t it le(調(diào)制信號(hào)頻譜)；ax i s (198000, 202000, 0, 1000000) ; % 坐標(biāo)區(qū)間Uam1=A2* (1+mes/A2). *cos (wO). *t) ; %AM 已調(diào)信號(hào) subp I ot (5, 2, 5

8、);plot (t, Uam1) ;%畫出已調(diào)信號(hào)t it le(已調(diào)信號(hào));T3=fft(Uam1) ; %已調(diào)信號(hào)傅里葉變換 subplot(5, 2, 6);plot (abs(T3) ; ;%畫出已調(diào)信號(hào)頻譜t itleC已調(diào)信號(hào)頻譜);ax i s (5950, 6050, 0, 900000) ; % 坐標(biāo)區(qū)間sn1=20; %信噪比 db1=Ar2/(2*(10(sn1/10); % 計(jì)算對(duì)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(hào)Dam=Uam. *cos (w0*t) ; % 對(duì) AM

9、已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào) subp I ot (5, 2, 7);plot (t, Dam) ;%濾波前的AM解調(diào)信號(hào)t itleC濾波前的AM解調(diào)信號(hào)波形);T4=fft (Dam) ; % 求 AM 信號(hào)的頻譜 subplot (5, 2, 8);plot (abs(T4) ;%濾波前的AM解調(diào)信號(hào)頻譜t itleC濾波前的AM解調(diào)信號(hào)頻譜);axis(187960, 188040, 0, 600000);Ft二2000; %采樣頻率fpts二100 120 ; % 通帶邊界頻率 fp=100Hz 阻帶截止頻率 fs二 120Hz mag=1 0; dev二0.01 0. 05; %通帶波動(dòng)1%,

10、阻帶波動(dòng)5%n21f wn21, beta, ftype=ka i serord (fpts, mag, dev, Ft);%kaiserord 估計(jì)采用凱塞窗設(shè)計(jì)的 FIR 濾波器的參數(shù) b21 =f i r 1 (n21, wn21, Kaiser (n21 +1, beta);%由門門設(shè)計(jì)濾波器z21=fftfi lt(b21,Dam) ; %FIR 低通濾波subplot (5, 2, 9);plot (t, z21t r) ;%濾波后的AM解調(diào)信號(hào)t itleC濾波后的AM解調(diào)信號(hào)波形)；axis(0,1,-1, 10);T5=fft (z21) ; %求 AM 信號(hào)的頻譜 subp

11、lot (5, 2, 10);plot(abs(T5), *) ;%畫出濾波后的AM解調(diào)信號(hào)頻譜t itleC濾波后的AM解調(diào)信號(hào)頻譜)； axis(198000, 202000, 0, 500000);運(yùn)行結(jié)果：成績(jī):272. 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3.5.1線性調(diào)制系統(tǒng)的相干解調(diào)模型圖中卅)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。下面討論AM 調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。AM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為Sam (t) Ao m (t ) coswc t通過分析可得AM信號(hào)的平均功率為 2222(s)Ao m2 (

12、t)(S )i AMi AM2 2又已知輸入功率Ni nB ,其中B表示已調(diào)信號(hào)的帶寬。由此可得AM信號(hào)在解調(diào)器的輸 入信噪比為A02 m2 (t) A02 m 2 (t)(Si Ni ) AM 2n B/上0 AM4nOTHAM信號(hào)經(jīng)相干解調(diào)器的輸出信號(hào)為mo (t) 12m (t)因此解調(diào)后輸出信號(hào)功率為(So) AM2 1 2m2n (t) m2 (t)在上圖中輸入噪聲通過帶通濾波器変咸窄帶噪聲打,經(jīng)乘法器相乘后的輸出噪聲為nP (t) ni (t)cosw ct n c (t) cosw ct-n11nr ft) rn c (十)十一經(jīng)LPF后,no (t) 2ric 仕)因此解調(diào)器的

13、輸出噪聲功率為2KL小心、1nc2(t)44N.可得AM信號(hào)經(jīng)過解調(diào)器后的輸出信噪比為(So No ) AM由上面分析的解調(diào)器的輸入、輸出信 噪比可得GAM50 No51 Nim2(t)m2(t)noB 2nof hAM信號(hào)的信噪比增益為 22m2 (t)A02 m2(t)2. 2. 2調(diào)試過 程elf;%清除窗口中的圖形t=0:0. 01:2;fc=50;%定義變量區(qū)間給出相干載 波的頻率定義輸入信號(hào)幅A=10;fa=5;度定義調(diào)制信號(hào)頻率%輸入調(diào)制信號(hào)表達(dá)式mt=A*cos (2*p i *fa. *t);%輸入小信躁比(dB)xzb=5;snr=10. (xzb/10);%由信躁比求方差

14、%產(chǎn)生小信噪比高斯白躁psmt二(A+mt) *cos (2*p i *fc輸出疊加小信噪比已調(diào)信號(hào) *t); psnt二psmt+n i t;波形輸入大信躁比(dB)db二A八2./(2*snr);n i t二sqrt(db). *randn (s i ze(mt);%輸出調(diào)制信號(hào)表達(dá)式%xzb1=30;snr仁 10. (xzb1/10);db1=A/v2./(2*snr1);nit1=sqrt (db1). *randn(s i ze(mt)%由信躁比求方差產(chǎn)生大信噪比高斯白躁聲輸subplot (2f 2f 1);出已調(diào)信號(hào)波形劃分畫圖區(qū)間畫出輸入信號(hào)波形plot(t, nit, g)

15、;titleC小信噪比高斯白躁聲 );xlabel C t);ylabel ( nit); subplot (2, 2, 2); plot (t, psnt, b);加小信噪比已調(diào)信號(hào)波形)；x I abe I (時(shí)間);ylabel (輸出調(diào)制信號(hào)*)；subp I ot (2, 2, 3);% length用于長(zhǎng)度匹配plot(t,nit1, r);%畫出輸入信號(hào)與噪聲?titleC大信噪比高斯白躁聲*)；x IabeI ( t);yIabeI (nit1); subp I ot (2, 2, 4);title（f疊加大信噪比已調(diào)信號(hào)%畫出輸出信號(hào)波形波形）；X label （時(shí)間）;yl

16、abel （*輸出調(diào)制信號(hào)）；運(yùn)行結(jié)果:2001 t00.51.6 2Dlr処甚孵H霹O5OII訓(xùn)III訓(xùn)II訓(xùn)11-2000.511.52時(shí)間由上圖可見，當(dāng)輸入信號(hào)一定時(shí)，隨著噪聲的加強(qiáng)，接收端輸入信號(hào)被干擾得越嚴(yán)重。而變非線性元件如濾波器等的存在。非線性失真也會(huì)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. 1 SSB調(diào)制與解調(diào)原理單邊帶調(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彳言 的方法有：濾波法和相移法?？谟捎跒V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)弈。相移法和SSB信號(hào)的時(shí)域表示設(shè)g嘶 m (t)

17、Am cos mt 昨 c (t) cos ct則其雙邊帶信號(hào)DSB信號(hào)的時(shí)域表示式為Am COS mtCOS ct 1 12 Am cos： c m 若保留上邊帶,SUSB (t若保留下邊帶,則有1)Am2則有COS I C11m) t 2 Amcos mcos ct 2 AmS i n mS i n ctSdsb (t)SLSB (t)21將上兩式合并得:Am COS ( C m) t11 1Am COS mt COS ct Am S i n mts i n ct由希爾伯特變換Am CO?S mt Am S 5 mt故單邊帶信號(hào)經(jīng)過希爾伯特變換后得：把上式推廣到一般情況，則得到m? (t)

18、的傅里葉變換M?()為式中m? (t)是m (t)的希爾伯特變換若M()是m( t)的傅里葉變換，則M?( ) M ( ) j sgn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2 用(r) cos 02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?，以便在合成過程中將其中 的一個(gè)邊帶抵消而獲得SSB信號(hào)。相移法不需要濾波器具有陡111肖的截止特性，不論載頻有多 高，均可一次 實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)制。Ssb信號(hào)R勺角軍調(diào)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

19、信號(hào)的變化，所以仍需采用相干解調(diào)。SSB信號(hào)的性能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。3. 2SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)抗噪聲性能分析噪聲功率11No Ni noB44這里，B二fH為SSB信號(hào)的帶通濾波器的帶寬。信號(hào)功率SSB信號(hào)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)1m0 (t) m(t)4因此，輸出信號(hào)平均功率2 1 2So m02 (t) i6m2 (t)輸入信號(hào)平均功率為因m?(t)與m(t)的幅度相同，所以具有相同的平均功率，故上式1

20、2Si m2 (t)4單邊帶解調(diào)器的輸入信噪比為Ni noB 4noB單邊帶解調(diào)器的輸出信噪比為m2(t)4noB1 m2(t)16noB4制度增益GSSBSo/NoSi /Ni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)過程中，信號(hào)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(gè)M文件1. afd_buttfunct i on b, a = afd_butt (Wp, Ws, Rp, As);if Wp = 0 error (Passband edge mustbe Iarger than O)endif Ws = Wperror ( Stopban

21、d edge must be Iarger than Passband edge*)endif (Rp = 0) | (As titleC疊加小信噪比噪聲的已調(diào)波信號(hào));subp lot (2,2,4)%劃分畫圖區(qū)間 p I ot (n, yn1)%畫出疊加噪聲的已調(diào)波信號(hào)波形 titleC疊加大信噪比噪聲的已調(diào)波信號(hào)); X=fft(x1);%調(diào)制信號(hào)x1的傅里葉變換 Y=fft (y) ; %已調(diào)信號(hào)y的傅里葉變換 Yn=fft (yn);%疊加小信噪比噪聲的已調(diào)信號(hào)yn的傅里葉變換 Yn1=fft (yn1);%疊加大信噪比噪聲的已調(diào)信號(hào)yn的傅里葉變換 w=0:2*pi/(N-1) :

22、2*pi; %定義變量區(qū)間 figure (2) subp lot (2, 2, 1) %劃分畫圖區(qū)間 plot (w, abs(X) %畫出調(diào)制信號(hào)頻譜波形 axis(0,pi/4, 0,3000); %給出橫縱坐標(biāo)的范圍 titleC調(diào)制信號(hào)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(hào)頻譜 axis(pi/6,pi/4, 0,2500); %給出橫縱坐標(biāo)的范圍 titleC已調(diào)波信號(hào)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(hào)頻譜axis(pi/6,p

23、i/4, 0,2500) ; %給出橫縱坐標(biāo)的范圍 titleC疊加小信噪上甞聲的已調(diào)波信號(hào)頻譜9； subplot(2,2,4) %劃分畫圖區(qū)間r=iplot (w, abs (Yn1) %畫出疊加大信噪比噪聲的已調(diào)波信號(hào)頻譜 ax is(pi/6,pi/4, 0,2500) ; %給出橫縱坐標(biāo)的范圍 titleC疊加大信噪比噪聲的已調(diào)波信號(hào)頻譜)； y1=y-2*cos(1500*p i *n); y2=VmO*y 1. *cos (2*p i *fc*n) ; %將已調(diào)幅波信號(hào)的頻譜搬移到原調(diào)制信號(hào)的頻譜處 wp二40/N*pi ;ws二60/N*pi ;Rp=1 ;As=15;T=1;

24、 %濾波器參數(shù)設(shè)計(jì) OmegaP二wp/T;0megaS二ws/T; cs, ds=afd_butt (OmegaP, OmegaS, Rp, As); b, a = imp_invr (cs, ds, T); y=f i Iter (b, a, y2); yn=y+n it; 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); Yhft(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(hào)頻譜 axis(0,pi/6, 0,2500);

25、 %給出橫縱坐標(biāo)的范圍 t it leC解調(diào)信號(hào)頻譜)；運(yùn)行結(jié)果：* Butterworth Filter Order = 6調(diào)制信號(hào)10已調(diào)波信號(hào)加小信噪比噪聲的已調(diào)波信號(hào)-0. 05 0 0. 053000調(diào)制信號(hào)頻譜已調(diào)波信號(hào)頻譜25002000100000 0.2 0.4 0.62000 -1500.1000-500.0 EeEKE加大信噪比噪聲的已0. 55 0. 6 0. 65 0. 7 0. 752500If25002000200015001500100041000500n J、 4 500BU0.550.60.650.70.750.550.6 0. 65 0. 7 0. 75加小信噪比噪聲的已調(diào)波信號(hào)頻譜?調(diào)波信號(hào)頻譜解調(diào)波-0. 05 -0. 04 -0. 03 -0. 02 -0. 01 0 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 0. 05解調(diào)信號(hào)頻譜0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 0. 525002000150010005000可以清晰地看出，加大噪