AM及SSB调制与解调详解

1、设计题目：am及SSB调制与解调及抗噪声性能分析班级：学生姓名：学生学号：指导老师：目录、弓丨言 31.1概述31.2课程设计的目的313课程设计的要求3二、AM调制与解调及抗噪声性能分析 42. 1 AM调制与解调42. 1.1 AM调制与解调原理42.1.2调试过程62.2相干解调的抗噪声性能分析92. 2. 1抗噪声性能分析原理 92.2.2调试过程 10三、SSB调制与解调及抗噪声性能分析 123.1 SSB调制与解调原理123. 2 SSB调制解调系统抗噪声性能分析 133.3调试过程15四、心得体会19五、参考文献19、引言1.1概述通信原理是通信工程专业的一门极为重要的专业基础课

2、，但内容抽象，基本概念较 多，是一门难度较大的课程，通过MATLAB仿真能让我们更清晰地理解它的原理，因此信号的 调制与解调在 通信系统中具有重要的作用。本课程设计是AM及SSB调制解调系统的设计与仿真，用于实现AM及SSB信号的调制解调过程，并显示仿真结果，根据仿真显示结果分析所设计的系统性能。在课程 设计中，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，其他参 数不变。同时也是使高频载波的振幅载有传输信息的调制方式。2课程设计的目的在此次课程设计中，我需要通过多方搜集资料与分析：(1) 掌握模拟系统AM和SSB调制与解调的原理；(2) 来理解并掌握AM和SSB调制解调

3、的具体过程和它在MATLAB中的实现方法；(3) 掌握应用MATLAB分析系统时域、频域特性的方法，进一步锻炼应用MATLAB进行编 程仿真的能力。通过这个课程设计，我将更清晰地了解AM和SSB的调制解调原理，同时加深对MATLAB 这款通信原理辅助教学操作的熟练度。1.3课程设计的要求(1)熟悉MATLAB的使用方法，掌握AM信号的调制解调原理，以此为基础用MATLAB编程 实现信号的调制解调； 设计实现AM调制与解调的模拟系统，给出系统的原理框图，对系统的主要参数 进行设弈说日月；(3) 采用MATLAB语言设计相关程序，实现系统的功能，要求采用一种方式进行仿真，即 直 接采用MATLAB

4、语言编程的静态方式。要求采用两种以上调制信号源进行仿真，并记录 各个输出点的波形和频谱图；(4) 对系统功能进行综合测试，整理数据，撰写课程设计论文。AM调制与解调及抗噪声性能分析2. 1AM调制与解调 2. 1. 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:Ao COS ct图1-1调制器模型AM的时域波形和频谱如图所示：频图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2涪。 的 在波形上，调幅信号的幅度随基带信

5、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2Sam (t) coswct Ao m (t ) cos2 Wet112Ao m (t) 2Ao m (t) cos2wct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1M o (T) Ao M (T)2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

6、，则会破坏原始信号的恢复。2. 1.2调试过程t=-1:0.00001:1; % 定义时长A仁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二cos (w0*t) ; %载波信号 subp I ot (5, 2, 1);plot (tf Uc) ; %画载波信号t it le(载波信号);axis(0, 0.01,-1,1); %坐标区间T1=fft (Uc) ; %傅里叶变换subp I ot (5, 2, 2);plot (abs(T1) ;%画出载波信号频谱titleC 载波信号频谱 *) ; ax is (5800, 620

7、0, 0, 200000) ; % 坐标区间 mes=A1*cos (0. 002*w0*t) ; %调 制信号subp I ot (5, 2, 3);plot (tf mes) ;%画出调制信号t itleC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t it le(调制信号频谱)；ax i s (198000, 202000, 0, 1000000) ; % 坐标区间Uam1=A2* (1+mes/A2). *cos (wO). *t) ; %AM 已调信号 subp I ot (5, 2, 5

8、);plot (t, Uam1) ;%画出已调信号t it le(已调信号);T3=fft(Uam1) ; %已调信号傅里叶变换 subplot(5, 2, 6);plot (abs(T3) ; ;%画出已调信号频谱t itleC已调信号频谱);ax i s (5950, 6050, 0, 900000) ; % 坐标区间sn1=20; %信噪比 db1=Ar2/(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

9、已调信号进行解调 subp I ot (5, 2, 7);plot (t, Dam) ;%滤波前的AM解调信号t itleC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);plot (abs(T4) ;%滤波前的AM解调信号频谱t itleC滤波前的AM解调信号频谱);axis(187960, 188040, 0, 600000);Ft二2000; %采样频率fpts二100 120 ; % 通带边界频率 fp=100Hz 阻带截止频率 fs二 120Hz mag=1 0; dev二0.01 0. 05; %通带波动1%,

10、阻带波动5%n21f wn21, beta, ftype=ka i serord (fpts, mag, dev, Ft);%kaiserord 估计采用凯塞窗设计的 FIR 滤波器的参数 b21 =f i r 1 (n21, wn21, Kaiser (n21 +1, beta);%由门门设计滤波器z21=fftfi lt(b21,Dam) ; %FIR 低通滤波subplot (5, 2, 9);plot (t, z21t r) ;%滤波后的AM解调信号t itleC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 subp

11、lot (5, 2, 10);plot(abs(T5), *) ;%画出滤波后的AM解调信号频谱t itleC滤波后的AM解调信号频谱)； axis(198000, 202000, 0, 500000);运行结果：成绩:272. 2相干解调的抗噪声性能分析2. 2. 1抗噪声性能分析原理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卅)可以是AM调幅信号，带通滤波器的带宽等于已调信号带宽。下面讨论AM 调制系统的抗噪声性能。AM信号的时域表达式为Sam (t) Ao m (t ) coswc t通过分析可得AM信号的平均功率为 2222(s)Ao m2 (

12、t)(S )i AMi AM2 2又已知输入功率Ni nB ,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A02 m2 (t) A02 m 2 (t)(Si Ni ) AM 2n B/上0 AM4nOTHAM信号经相干解调器的输出信号为mo (t) 12m (t)因此解调后输出信号功率为(So) AM2 1 2m2n (t) m2 (t)在上图中输入噪声通过带通滤波器変咸窄带噪声打,经乘法器相乘后的输出噪声为nP (t) ni (t)cosw ct n c (t) cosw ct-n11nr ft) rn c (十)十一经LPF后,no (t) 2ric 仕)因此解调器的

13、输出噪声功率为2KL小心、1nc2(t)44N.可得AM信号经过解调器后的输出信噪比为(So No ) AM由上面分析的解调器的输入、输出信 噪比可得GAM50 No51 Nim2(t)m2(t)noB 2nof hAM信号的信噪比增益为 22m2 (t)A02 m2(t)2. 2. 2调试过 程elf;%清除窗口中的图形t=0:0. 01:2;fc=50;%定义变量区间给出相干载 波的频率定义输入信号幅A=10;fa=5;度定义调制信号频率%输入调制信号表达式mt=A*cos (2*p i *fa. *t);%输入小信躁比(dB)xzb=5;snr=10. (xzb/10);%由信躁比求方差

14、%产生小信噪比高斯白躁psmt二(A+mt) *cos (2*p i *fc输出叠加小信噪比已调信号 *t); psnt二psmt+n i t;波形输入大信躁比(dB)db二A八2./(2*snr);n i t二sqrt(db). *randn (s i ze(mt);%输出调制信号表达式%xzb1=30;snr仁 10. (xzb1/10);db1=A/v2./(2*snr1);nit1=sqrt (db1). *randn(s i ze(mt)%由信躁比求方差产生大信噪比高斯白躁声输subplot (2f 2f 1);出已调信号波形划分画图区间画出输入信号波形plot(t, nit, g)

15、;titleC小信噪比高斯白躁声 );xlabel C t);ylabel ( nit); subplot (2, 2, 2); plot (t, psnt, b);加小信噪比已调信号波形)；x I abe I (时间);ylabel (输出调制信号*)；subp I ot (2, 2, 3);% length用于长度匹配plot(t,nit1, r);%画出输入信号与噪声?titleC大信噪比高斯白躁声*)；x IabeI ( t);yIabeI (nit1); subp I ot (2, 2, 4);title（f叠加大信噪比已调信号%画出输出信号波形波形）；X label （时间）;yl

16、abel （*输出调制信号）；运行结果:2001 t00.51.6 2Dlr処甚孵H霹O5OII訓III訓II訓11-2000.511.52时间由上图可见，当输入信号一定时，随着噪声的加强，接收端输入信号被干扰得越严重。而变非线性元件如滤波器等的存在。非线性失真也会随噪声加大而变大。SSB调制与解调及抗噪声性能分析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彳言 的方法有：滤波法和相移法。口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 行讨论与设弈。相移法和SSB信号的时域表示设g嘶 m (t)

17、Am cos mt 昨 c (t) cos ct则其双边带信号DSB信号的时域表示式为Am COS mtCOS ct 1 12 Am cos： c m 若保留上边带,SUSB (t若保留下边带,则有1)Am2则有COS I C11m) t 2 Amcos mcos ct 2 AmS i n mS i n ctSdsb (t)SLSB (t)21将上两式合并得:Am COS ( C m) t11 1Am COS mt COS ct Am S i n mts i n ct由希尔伯特变换Am CO?S mt Am S 5 mt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m? (t)

18、的傅里叶变换M?()为式中m? (t)是m (t)的希尔伯特变换若M()是m( t)的傅里叶变换，则M?( ) M ( ) j sgn上式中的-jsgn 可以看作是希尔伯特滤波器传递函数，即Hh( ) M?( )/M ()jsgn移相法SSB调制器方框图2 用(r) cos 02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111肖的截止特性，不论载频有多 高，均可一次 实现SSB调制。Ssb信号R勺角军调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

19、信号的变化，所以仍需采用相干解调。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。3. 2SSB调制解调系统抗噪声性能分析噪声功率11No Ni noB44这里，B二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1m0 (t) m(t)4因此，输出信号平均功率2 1 2So m02 (t) i6m2 (t)输入信号平均功率为因m?(t)与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单边带解调器的输入信噪比为Ni noB 4noB单边带解调器的输出信噪比为m2(t)4noB1 m2(t)16noB4制度增益GSSBSo/NoSi /Ni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。3. 3调试过程先建立3个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叠加小信噪比噪声的已调波信号);subp lot (2,2,4)%划分画图区间 p I ot (n, yn1)%画出叠加噪声的已调波信号波形 titleC叠加大信噪比噪声的已调波信号); X=fft(x1);%调制信号x1的傅里叶变换 Y=fft (y) ; %已调信号y的傅里叶变换 Yn=fft (yn);%叠加小信噪比噪声的已调信号yn的傅里叶变换 Yn1=fft (yn1);%叠加大信噪比噪声的已调信号yn的傅里叶变换 w=0:2*pi/(N-1) :

22、2*pi; %定义变量区间 figure (2) subp lot (2, 2, 1) %划分画图区间 plot (w, abs(X) %画出调制信号频谱波形 axis(0,pi/4, 0,3000); %给出横纵坐标的范围 titleC调制信号频谱)； subplot(2,2,2) %划分画图区间 plot (w, abs(Y) %画出已调波信号频谱 axis(pi/6,pi/4, 0,2500); %给出横纵坐标的范围 titleC已调波信号频谱); subplot(2,2,3) %划分画图区间 plot (w, abs(Yn) %画出叠加小信噪比噪声的已调波信号频谱axis(pi/6,p

23、i/4, 0,2500) ; %给出横纵坐标的范围 titleC叠加小信噪上甞声的已调波信号频谱9； subplot(2,2,4) %划分画图区间r=iplot (w, abs (Yn1) %画出叠加大信噪比噪声的已调波信号频谱 ax is(pi/6,pi/4, 0,2500) ; %给出横纵坐标的范围 titleC叠加大信噪比噪声的已调波信号频谱)； y1=y-2*cos(1500*p i *n); y2=VmO*y 1. *cos (2*p i *fc*n) ; %将已调幅波信号的频谱搬移到原调制信号的频谱处 wp二40/N*pi ;ws二60/N*pi ;Rp=1 ;As=15;T=1;

24、 %滤波器参数设计 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) %划分画图区间 plot (n, y) %画出解调波波形 title(解调波); Yhft(y); %解调波y的傅里叶变换 subplot(2, 1,2)%划分画图区间 plot (w, abs(Y) %画出解调信号频谱 axis(0,pi/6, 0,2500);

25、 %给出横纵坐标的范围 t it leC解调信号频谱)；运行结果：* Butterworth Filter Order = 6调制信号10已调波信号加小信噪比噪声的已调波信号-0. 05 0 0. 053000调制信号频谱已调波信号频谱25002000100000 0.2 0.4 0.62000 -1500.1000-500.0 EeEKE加大信噪比噪声的已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加小信噪比噪声的已调波信号频谱?调波信号频谱解调波-0. 05 -0. 04 -0. 03 -0. 02 -0. 01 0 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 0. 05解调信号频谱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