通信原理報告陳昊

1、課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱：通信綜合專業(yè)班級：電信1102學(xué)生姓名：陳昊學(xué)號：201116910212指導(dǎo)教師：朱春華課程設(shè)計(jì)時間：2014年9月8日-9月12日電子信息工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名陳昊專業(yè)班級電信1102學(xué)號201116910212題目AM信號的解調(diào)及抗噪聲性能課題性質(zhì)其他課題來源自擬指導(dǎo)教師朱春華同組姓名無主要內(nèi)容利用MATLAB編程進(jìn)行AM解調(diào)及抗噪聲性能的分析任務(wù)要求1 理解AM信號的調(diào)制解調(diào)的基本過程的相關(guān)知識2用MATLAB對單音頻信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)的模擬3.加入噪聲并對不同過程信號的功率進(jìn)仃分析，求出輸入輸出信 噪比及調(diào)制增益。參考文獻(xiàn)1 樊昌信等通信原理（第6版）M.

2、國防工業(yè)出版社，2008.32 無線通信原理與應(yīng)用，蔡濤等譯，電子工業(yè)出版社，19993 通信系統(tǒng)仿真原理與無線應(yīng)用，肖明波等譯，機(jī)械工業(yè)出版社，20054 現(xiàn)代通信原理，曹志剛，清華大學(xué)出版社，1992審查意見指導(dǎo)教師簽字：朱春華教研室主任簽字：2014年9月05日、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和目的1.1內(nèi)容：1.1利用MATLAB編程進(jìn)行AM解調(diào)及抗噪聲性能分析。1.2目的：1.2.1雖然是對AM解調(diào)但還是要先進(jìn)行調(diào)制在進(jìn)行解調(diào)從而掌握振幅調(diào)制和 解調(diào)原理及其抗噪聲性能。1.2.2 學(xué)會Matlab仿真軟件在振幅調(diào)制和解調(diào)中的應(yīng)用。1.2.3 掌握參數(shù)設(shè)置方法和性能分析方法。1.2.4 通過實(shí)驗(yàn)中波形

3、的變換，學(xué)會分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。二、原理2.1.振幅調(diào)制產(chǎn)生原理標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波（AM產(chǎn)生原理：調(diào)制信號是只來來自信源的調(diào)制信號（基帶信 號），這些信號可以是模擬的，亦可以是數(shù)字的。為首調(diào)制的高頻振蕩信號可稱 為載波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波（如周期性脈沖序列）。載波由高頻 信號源直接產(chǎn)生即可，然后經(jīng)過高頻功率放大器進(jìn)行放大，作為調(diào)幅波的載波， 調(diào)制信號由低頻信號源直接產(chǎn)生，二者經(jīng)過乘法器后即可產(chǎn)生雙邊帶的調(diào)幅波。設(shè)載波信號的表達(dá)式為COS ct，調(diào)制信號的表達(dá)式為m tAm COS mt :則調(diào)幅信號的表達(dá)式為：Sam tAo m t COS ctm(t)A0SAM (t)COS ct圖1.1標(biāo)

4、準(zhǔn)調(diào)幅波示意圖2.2. AM信號的解調(diào)原理從高頻已調(diào)信號中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)。對于振幅調(diào)制信號，解 調(diào)就是從它的幅度變化上提取調(diào)制信號的過程。解調(diào)是調(diào)制的逆過程?？衫贸朔e型同步檢波器實(shí)現(xiàn)振幅的解調(diào)，讓已調(diào)信號與本地恢復(fù)載波信號 相乘并通過低通濾波可獲得解調(diào)信號。 就是將位于載波的信號頻譜再搬回來， 并 且不失真的恢復(fù)出原始基帶信號。解調(diào)的方式有兩種：相干解調(diào)與非相干解調(diào)。相干解調(diào)適用于各種線性調(diào)制 系統(tǒng)，非相干解調(diào)一般適用幅度調(diào)制(AM信號及包絡(luò)檢波。2.2.1 AM信號的相干解調(diào)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

5、相。相干載波的一般模型如下：久(/)圖2.1 AM信號的相干解調(diào)原理框圖將已調(diào)信號乘上一個與調(diào)制器同頻同相的載波，得2Sam (t) COSWct Ao m(t)cos Wet11-Ao m(t)- Ao m(t)cos2Wct22由上式可知，只要用一個低通濾波器，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1Mo(T)-Ao M(T)2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)。2.2.2 AM信號的非相干解調(diào)所謂非相干解調(diào)是在接收端解調(diào)信號時不需要本地載波， 而是利用已調(diào)信號 中的包絡(luò)信號來恢復(fù)原基帶信號。因此，

6、非相干解調(diào)一般只適用幅度調(diào)制( AM 系統(tǒng)。憂郁包絡(luò)解調(diào)器電路簡單，效率高，所以幾乎所有的幅度調(diào)制( AM接收 機(jī)都采用這種電路。如下為串聯(lián)型包絡(luò)檢波器的具體電路。Of1O1Sam(f)a n c*加仆o11o圖2.2 AM信號的非相干解調(diào)原理當(dāng)RC滿足條件1 wc RC 1 wh時，包絡(luò)檢波器的輸出基本與輸入信號的包絡(luò)變 化呈線性關(guān)系，即m0(t) A0 m (t)其中，A m (t)max。隔去直流后就得到原信號 m(t)223抗噪聲性能的分析各種線性已調(diào)信號在傳輸過程中不可避免地要受到噪聲的干擾， 為了討論問 題的簡單起見，我們這里只研究加性噪聲對信號的影響。 因此，接收端收到的信 號是

7、發(fā)送信號與加性噪聲之和。由于加性噪聲只對已調(diào)信號的接收產(chǎn)生影響， 因而調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能主 要用解調(diào)器的抗噪聲性能來衡量。為了對不同調(diào)制方式下各種解調(diào)器性能進(jìn)行度 量，通常采用信噪比增益 G (又稱調(diào)制制度增益)來表示解調(diào)器的抗噪聲性能， 即(341)輸出信噪比 S0 N0 輸入信噪比 S Ni有加性噪聲時解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型如圖* BPF圖2.3 AM信號的解調(diào)原理圖圖中Sm(t)為已調(diào)信號，n(t)為加性高斯白噪聲。Sm(t)和n(t)首先經(jīng)過一帶通濾波器，濾出有用信號，濾除帶外的噪聲。經(jīng)過帶通濾波器后到達(dá)解調(diào)器輸 入端的信號為Sm(t)，噪聲為高斯窄帶噪聲ni(t)，顯然解調(diào)器輸入端的噪聲

8、帶寬與已調(diào)信號的帶寬是相同的。最后經(jīng)解調(diào)器解調(diào)輸出的有用信號為m(t)，噪聲為 no(t)。2.3.不同解調(diào)方式的抗噪聲性能2.3.1相干解調(diào)的抗噪聲性能各種線性調(diào)制系統(tǒng)的相干解調(diào)模型如下圖所示圖3.1線性調(diào)制系統(tǒng)的相干解調(diào)模型圖中Sm（t）可以是調(diào)幅信號，帶通濾波器的帶寬等于已調(diào)信號帶寬。下面討 論各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。AM言號的時域表達(dá)式為：Sam (t) Ao m(t)COSWct通過分析可得AM信號的平均功率為:(Sj) AMA m2(t)1又已知輸入功率Ni nB,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:(S NJamA m2(t) Am2(t)2

9、nB AM4nfHAM信號經(jīng)相干解調(diào)器的輸出信號為:mo(t)1丁因此解調(diào)后輸出信號功率為:2(S0 ) AMm0(t)m2(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n,t），經(jīng)乘法器相乘后的輸出噪聲為np(t)n i (t)cosw ct n C(t)cosw ct-n s (t)sinw Ctcosw ct11-nc(t)-n Jt)cos2Wct-ns(t)sin2w 貞22經(jīng) LPF后,no(t)因此解調(diào)器的輸出噪聲功率為1 2 /、nc(t) 4可得AM信號經(jīng)過解調(diào)器后的輸出信噪比為N。n：(t)4Ni(So No)amm (t)nBm2(t)2n OfH由上面分析的解

10、調(diào)器的輸入、輸出信噪比可得 AM信號的信噪比增益為GSo No2m2(t)gamS Nia2m2(t)(3.5.10)2.3.2非相干解調(diào)的抗噪聲性能只有AM信號可以采用非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波)。實(shí)際中，AM信號常采用包絡(luò) 檢波器解調(diào)，有噪聲時包絡(luò)檢波器的數(shù)字模型如下：包絡(luò)險皮狂灼(0圖3.2有噪聲時包絡(luò)檢波器的數(shù)字模型設(shè)包絡(luò)檢波器輸入信號Sm(t)為Sm(t) Aom(t)coswct，其中 A m(t) max輸入噪聲ni(t)為n/t)nc(t)coswct - ns(t)sinw ct顯然，解調(diào)器輸入信噪功率S 屋m2(t)2 2噪聲功率Ni n2(t)nB2.3.3大信噪比的情況所謂大

11、信噪比是指輸入信號幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度。即滿足條件Aom t nj t由此可知，包絡(luò)檢波器輸出的有用信號是m(t),輸出噪聲是nc(t)，信號與噪聲是分開的。直流成分Ao可被低通濾波器濾除。故輸出的平均信號功率及平均噪聲功率分別為Som2(t)2 2No nc(t) ni (t)noB于是，可以得到GSo No2mc(t)GAMccS NiAo m (t)此結(jié)果與相干解調(diào)時得到的噪聲增益一致?？梢娫诖笤肼暠惹闆r下，AM言號包絡(luò)檢波器的性能幾乎與相干解調(diào)性能相同。234小信噪比情況所謂小信噪比是指噪聲幅度遠(yuǎn)大于信號幅度。在此情況下，包絡(luò)檢波器會把 有用信號擾亂成噪聲，即有用信號“淹沒”在噪聲中，這

12、種現(xiàn)象通常稱為門限效 應(yīng)。進(jìn)一步說，所謂門限效應(yīng)，就是當(dāng)包絡(luò)檢波器的輸入信噪比降低到一個特定 的數(shù)值后，檢波器輸出信噪比出現(xiàn)急劇惡化的一種現(xiàn)象。小信噪比輸入時，包絡(luò)檢波器輸出信噪比計(jì)算很復(fù)雜， 而且詳細(xì)計(jì)算它一般 也無必要。三、仿真流程圖、仿真結(jié)果圖形及分析3.1仿真流程圖 *調(diào)制信號m t開始相乘已調(diào)信號SamCOS ctSAM COS ct低通濾波器解調(diào)信號結(jié)束*載波信號COS ct加噪噪聲cos ct3.2仿真結(jié)果圖321產(chǎn)生載波信號和調(diào)制信號及其頻譜圖5X 10載波信號頻譜151050-5-10-15載波信號108642000.0050.0158005900600061006200調(diào)制

13、信號21.510.52.01 2.02501.981.99調(diào)制信號頻譜x 10X 103.2.2調(diào)制信號和一直流分量相加在和載波信號相乘得到已調(diào)信號及其頻譜圖 調(diào)制度m的大小決定已調(diào)信號的包絡(luò)1050-5-10-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81已調(diào)信號x 105已調(diào)信號頻譜5432159505960597059805990600060106020603060406050M=0.2 滿調(diào)幅已調(diào)信號0.20.40.60.8-1-0.8-0.6-0.4-0.2x 104321560006010602060306040605005950596059705980599011

14、11一-一1-11A A1rr1已調(diào)信號頻譜M=0.1欠調(diào)幅調(diào)信號已5x 10已調(diào)信號頻譜!059505960597059805990600060106020603060406050M=0.3 過調(diào)幅3.2.3解調(diào)過程，已調(diào)信號乘以cos ct在經(jīng)過低通濾波器得到解調(diào)信號濾波前的AM解調(diào)信號波形0二.L-1-0.5-0.5前的AM解調(diào)信號頻譜210.51.501.8796 1.87981.881.8802 1.88045X 10Xlo波后的AM解調(diào)信號頻譜21.510.52.01 2.02501.981.99-10X 10已調(diào)信號加上加性噪聲后的信號及其解調(diào)信號（不同信噪比）10已調(diào)信號500

15、.5-1-0.5-5-1010x 105已調(diào)信號頻譜50595043216000加噪已調(diào)信號50-50.5-1-0.56050濾波前的加噪AM解調(diào)信號波形濾X波0前的加噪AM解調(diào)信號頻譜5x 10濾0后的加噪AM解調(diào)信號頻譜21.510.52.01 2.02501.981.99x 10信噪比sn1=202010-10加噪已調(diào)信號luI1 FI |-20 J-1-0.500.51100濾波前的加噪AM解調(diào)信號波形20-20-1-10-0.500.51濾X波0前的加噪AM解調(diào)信號頻譜21.510.501.8796 1.87981.881.8802 1.8804-105x 10濾X波（后的加噪AM解

16、調(diào)信號頻譜5濾波后的加噪AM解調(diào)信號波形10 -5 ErE-1-0.500.51X 1010-10-1信噪比sn 1=2已調(diào)信號50-5-0.500.51X 105105950k,I-15已調(diào)信號頻譜432600060501050-5-1-0.500.51加噪已調(diào)信號-1 11 -II1x 105加噪已調(diào)信號頻譜432106000595060501.510.501.8796 1.87981.881.8802 1.88045濾葛0前的加噪AM解調(diào)信號頻譜2信噪比1.510.501.981.992.01 2.025x 10x 10濾jgo后的加噪AM解調(diào)信號頻譜2sn仁 100由上面三種不同信噪比

17、情況下的對比可以看出在小信噪比的情況下由噪聲 功率和調(diào)制信號很接近不能很好的解調(diào)出調(diào)制信號，通過頻域頻譜可以看到解調(diào)出的信號有很多的分量，含有噪聲。四、仿真程序Ft=2000;%采樣頻率fpts=100 120; %通帶邊界頻率fp=100Hz，阻帶截止頻率fs=120Hz mag=1 0;dev=0.01 0.05; %通帶波動1%,阻帶波動5%n 21,w n21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta);% 由 fir1 設(shè)計(jì)濾波器h,w=freqz(b21,1);% 得到頻率響應(yīng)

18、figure(1);plot(w/pi,abs(h);grid ontitle（FIR低通濾波器）;%=AM解調(diào)信號FIR濾波t=-1:0.00001:1;A0=10;%載波信號振幅A1=5;%調(diào)制信號振幅A2=3;%已調(diào)信號振幅f=3000; %載波信號頻率 w0=2*f*pi;m=0.2;%調(diào)制度Uc=A0.*cos(w0*t); figure(2);subplot(2,2,1); plot(t,Uc);title(載波信號);axis(0,0.01,-15,15);T1=fft(Uc);subplot(2,2,2);plot(abs(T1);title(載波信號頻譜); axis(580

19、0,6200,0,1000000);mes=A1*cos(0.001*w0*t); subplot(2,2,3);plot(t,mes);title(調(diào)制信號);T2=fft(mes); subplot(2,2,4);plot(abs(T2);title(調(diào)制信號頻譜);*%載波信號%傅里葉變換%調(diào)制信號axis(198000,202000,0,2000000);Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號 *figure(3);subplot(2,1,1);plot(t,Uam);title(已調(diào)信號);T3=fft(Uam1);subplot(2,#,2)

20、;plot(abs(T3);title( 已調(diào)信號頻譜 );axis(5950,6050,0,500000);Dam=Uam.*cos(w0*t); % 對 AM 已調(diào)信號進(jìn)行解調(diào)figure(7);subplot(2,2,1);plot(t,Dam);title(濾波前的加噪AM解調(diào)信號波形);%對 AM 已調(diào)信號進(jìn)行解調(diào)Dam=Uam.*cos(w0*t); figure(4); subplot(2,2,1);plot(t,Dam);title( 濾波前的 AM 解調(diào)信號波形 );T4=fft(Dam);%求 AM 信號的頻譜subplot(2,2,2);plot(abs(T4);titl

21、e( 濾波前的 AM 解調(diào)信號頻譜 ); axis(187960,188040,0,200000);z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR 低通濾波 subplot(2,2,3);plot(t,z21,r);title( 濾波后的 AM 解調(diào)信號波形 );T5=fft(z21);%求 AM 信號的頻譜subplot(2,2,4);plot(abs(T5),r);title( 濾波后的 AM 解調(diào)信號頻譜 );axis(198000,202000,0,200000);%=AM 解調(diào)信號 FIR 濾波= 加噪=%信噪比%計(jì)算對應(yīng)噪聲方差%生成高斯白噪聲sn1=15;db仁 A1A2/(2*(10A(s n1/10);n1=sqrt(db1)*randn(size(t);Uam=n1+Uam1;subplot(2,2,3