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文档简介

1、课程设计课程设计名称:通信综合专业班级:电信1102学生姓名:陈昊学号:201116910212指导教师:朱春华课程设计时间:2014年9月8日-9月12日电子信息工程专业课程设计任务书学生姓名陈昊专业班级电信1102学号201116910212题目AM信号的解调及抗噪声性能课题性质其他课题来源自拟指导教师朱春华同组姓名无主要内容利用MATLAB编程进行AM解调及抗噪声性能的分析任务要求1 理解AM信号的调制解调的基本过程的相关知识2用MATLAB对单音频信号进行调制解调的模拟3.加入噪声并对不同过程信号的功率进仃分析,求出输入输出信 噪比及调制增益。参考文献1 樊昌信等通信原理(第6版)M.

2、国防工业出版社,2008.32 无线通信原理与应用,蔡涛等译,电子工业出版社,19993 通信系统仿真原理与无线应用,肖明波等译,机械工业出版社,20054 现代通信原理,曹志刚,清华大学出版社,1992审查意见指导教师签字:朱春华教研室主任签字:2014年9月05日、课程设计的内容和目的1.1内容:1.1利用MATLAB编程进行AM解调及抗噪声性能分析。1.2目的:1.2.1虽然是对AM解调但还是要先进行调制在进行解调从而掌握振幅调制和 解调原理及其抗噪声性能。1.2.2 学会Matlab仿真软件在振幅调制和解调中的应用。1.2.3 掌握参数设置方法和性能分析方法。1.2.4 通过实验中波形

3、的变换,学会分析实验现象。二、原理2.1.振幅调制产生原理标准调幅波(AM产生原理:调制信号是只来来自信源的调制信号(基带信 号),这些信号可以是模拟的,亦可以是数字的。为首调制的高频振荡信号可称 为载波,它可以是正弦波,亦可以是非正弦波(如周期性脉冲序列)。载波由高频 信号源直接产生即可,然后经过高频功率放大器进行放大,作为调幅波的载波, 调制信号由低频信号源直接产生,二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波。设载波信号的表达式为COS ct,调制信号的表达式为m tAm COS mt :则调幅信号的表达式为:Sam tAo m t COS ctm(t)A0SAM (t)COS ct图1.1标

4、准调幅波示意图2.2. AM信号的解调原理从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调。对于振幅调制信号,解 调就是从它的幅度变化上提取调制信号的过程。解调是调制的逆过程。可利用乘积型同步检波器实现振幅的解调,让已调信号与本地恢复载波信号 相乘并通过低通滤波可获得解调信号。 就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:相干解调与非相干解调。相干解调适用于各种线性调制 系统,非相干解调一般适用幅度调制(AM信号及包络检波。2.2.1 AM信号的相干解调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

5、相。相干载波的一般模型如下:久(/)图2.1 AM信号的相干解调原理框图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)cos Wet11-Ao m(t)- Ao m(t)cos2Wct22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1Mo(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,则会破坏原始信号的恢复。2.2.2 AM信号的非相干解调所谓非相干解调是在接收端解调信号时不需要本地载波, 而是利用已调信号 中的包络信号来恢复原基带信号。因此,

6、非相干解调一般只适用幅度调制( AM 系统。忧郁包络解调器电路简单,效率高,所以几乎所有的幅度调制( AM接收 机都采用这种电路。如下为串联型包络检波器的具体电路。Of1O1Sam(f)a n c*加仆o11o图2.2 AM信号的非相干解调原理当RC满足条件1 wc RC 1 wh时,包络检波器的输出基本与输入信号的包络变 化呈线性关系,即m0(t) A0 m (t)其中,A m (t)max。隔去直流后就得到原信号 m(t)223抗噪声性能的分析各种线性已调信号在传输过程中不可避免地要受到噪声的干扰, 为了讨论问 题的简单起见,我们这里只研究加性噪声对信号的影响。 因此,接收端收到的信 号是

7、发送信号与加性噪声之和。由于加性噪声只对已调信号的接收产生影响, 因而调制系统的抗噪声性能主 要用解调器的抗噪声性能来衡量。为了对不同调制方式下各种解调器性能进行度 量,通常采用信噪比增益 G (又称调制制度增益)来表示解调器的抗噪声性能, 即(341)输出信噪比 S0 N0 输入信噪比 S Ni有加性噪声时解调器的数学模型如图* BPF图2.3 AM信号的解调原理图图中Sm(t)为已调信号,n(t)为加性高斯白噪声。Sm(t)和n(t)首先经过一带通滤波器,滤出有用信号,滤除带外的噪声。经过带通滤波器后到达解调器输 入端的信号为Sm(t),噪声为高斯窄带噪声ni(t),显然解调器输入端的噪声

8、带宽与已调信号的带宽是相同的。最后经解调器解调输出的有用信号为m(t),噪声为 no(t)。2.3.不同解调方式的抗噪声性能2.3.1相干解调的抗噪声性能各种线性调制系统的相干解调模型如下图所示图3.1线性调制系统的相干解调模型图中Sm(t)可以是调幅信号,带通滤波器的带宽等于已调信号带宽。下面讨 论各种线性调制系统的抗噪声性能。AM言号的时域表达式为:Sam (t) Ao m(t)COSWct通过分析可得AM信号的平均功率为:(Sj) AMA m2(t)1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:(S NJamA m2(t) Am2(t)2

9、nB AM4nfHAM信号经相干解调器的输出信号为:mo(t)1丁因此解调后输出信号功率为:2(S0 ) AMm0(t)m2(t)4在上图中输入噪声通过带通滤波器之后,变成窄带噪声n,t),经乘法器相乘后的输出噪声为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 贞22经 LPF后,no(t)因此解调器的输出噪声功率为1 2 /、nc(t) 4可得AM信号经过解调器后的输出信噪比为N。n:(t)4Ni(So No)amm (t)nBm2(t)2n OfH由上面分析的解

10、调器的输入、输出信噪比可得 AM信号的信噪比增益为GSo No2m2(t)gamS Nia2m2(t)(3.5.10)2.3.2非相干解调的抗噪声性能只有AM信号可以采用非相干解调(包络检波)。实际中,AM信号常采用包络 检波器解调,有噪声时包络检波器的数字模型如下:包絡险皮狂灼(0图3.2有噪声时包络检波器的数字模型设包络检波器输入信号Sm(t)为Sm(t) Aom(t)coswct,其中 A m(t) max输入噪声ni(t)为n/t)nc(t)coswct - ns(t)sinw ct显然,解调器输入信噪功率S 屋m2(t)2 2噪声功率Ni n2(t)nB2.3.3大信噪比的情况所谓大

11、信噪比是指输入信号幅度远大于噪声幅度。即满足条件Aom t nj t由此可知,包络检波器输出的有用信号是m(t),输出噪声是nc(t),信号与噪声是分开的。直流成分Ao可被低通滤波器滤除。故输出的平均信号功率及平均噪声功率分别为Som2(t)2 2No nc(t) ni (t)noB于是,可以得到GSo No2mc(t)GAMccS NiAo m (t)此结果与相干解调时得到的噪声增益一致。可见在大噪声比情况下,AM言号包络检波器的性能几乎与相干解调性能相同。234小信噪比情况所谓小信噪比是指噪声幅度远大于信号幅度。在此情况下,包络检波器会把 有用信号扰乱成噪声,即有用信号“淹没”在噪声中,这

12、种现象通常称为门限效 应。进一步说,所谓门限效应,就是当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定 的数值后,检波器输出信噪比出现急剧恶化的一种现象。小信噪比输入时,包络检波器输出信噪比计算很复杂, 而且详细计算它一般 也无必要。三、仿真流程图、仿真结果图形及分析3.1仿真流程图 *调制信号m t开始相乘已调信号SamCOS ctSAM COS ct低通滤波器解调信号结束*载波信号COS ct加噪噪声cos ct3.2仿真结果图321产生载波信号和调制信号及其频谱图5X 10载波信号频谱151050-5-10-15载波信号108642000.0050.0158005900600061006200调制

13、信号21.510.52.01 2.02501.981.99调制信号频谱x 10X 103.2.2调制信号和一直流分量相加在和载波信号相乘得到已调信号及其频谱图 调制度m的大小决定已调信号的包络1050-5-10-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81已调信号x 105已调信号频谱5432159505960597059805990600060106020603060406050M=0.2 满调幅已调信号0.20.40.60.8-1-0.8-0.6-0.4-0.2x 104321560006010602060306040605005950596059705980599011

14、11一-一1-11A A1rr1已调信号频谱M=0.1欠调幅调信号已5x 10已调信号频谱!059505960597059805990600060106020603060406050M=0.3 过调幅3.2.3解调过程,已调信号乘以cos ct在经过低通滤波器得到解调信号滤波前的AM解调信号波形0二.L-1-0.5-0.5前的AM解调信号频谱210.51.501.8796 1.87981.881.8802 1.88045X 10Xlo波后的AM解调信号频谱21.510.52.01 2.02501.981.99-10X 10已调信号加上加性噪声后的信号及其解调信号(不同信噪比)10已调信号500

15、.5-1-0.5-5-1010x 105已调信号频谱50595043216000加噪已调信号50-50.5-1-0.56050滤波前的加噪AM解调信号波形滤X波0前的加噪AM解调信号频谱5x 10滤0后的加噪AM解调信号频谱21.510.52.01 2.02501.981.99x 10信噪比sn1=202010-10加噪已调信号luI1 FI |-20 J-1-0.500.51100滤波前的加噪AM解调信号波形20-20-1-10-0.500.51滤X波0前的加噪AM解调信号频谱21.510.501.8796 1.87981.881.8802 1.8804-105x 10滤X波(后的加噪AM解

16、调信号频谱5滤波后的加噪AM解调信号波形10 -5 ErE-1-0.500.51X 1010-10-1信噪比sn 1=2已调信号50-5-0.500.51X 105105950k,I-15已调信号频谱432600060501050-5-1-0.500.51加噪已调信号-1 11 -II1x 105加噪已调信号频谱432106000595060501.510.501.8796 1.87981.881.8802 1.88045滤葛0前的加噪AM解调信号频谱2信噪比1.510.501.981.992.01 2.025x 10x 10滤jgo后的加噪AM解调信号频谱2sn仁 100由上面三种不同信噪比

17、情况下的对比可以看出在小信噪比的情况下由噪声 功率和调制信号很接近不能很好的解调出调制信号,通过频域频谱可以看到解调出的信号有很多的分量,含有噪声。四、仿真程序Ft=2000;%采样频率fpts=100 120; %通带边界频率fp=100Hz,阻带截止频率fs=120Hz mag=1 0;dev=0.01 0.05; %通带波动1%,阻带波动5%n 21,w n21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta);% 由 fir1 设计滤波器h,w=freqz(b21,1);% 得到频率响应

18、figure(1);plot(w/pi,abs(h);grid ontitle(FIR低通滤波器);%=AM解调信号FIR滤波t=-1:0.00001:1;A0=10;%载波信号振幅A1=5;%调制信号振幅A2=3;%已调信号振幅f=3000; %载波信号频率 w0=2*f*pi;m=0.2;%调制度Uc=A0.*cos(w0*t); figure(2);subplot(2,2,1); plot(t,Uc);title(载波信号);axis(0,0.01,-15,15);T1=fft(Uc);subplot(2,2,2);plot(abs(T1);title(载波信号频谱); axis(580

19、0,6200,0,1000000);mes=A1*cos(0.001*w0*t); subplot(2,2,3);plot(t,mes);title(调制信号);T2=fft(mes); subplot(2,2,4);plot(abs(T2);title(调制信号频谱);*%载波信号%傅里叶变换%调制信号axis(198000,202000,0,2000000);Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已调信号 *figure(3);subplot(2,1,1);plot(t,Uam);title(已调信号);T3=fft(Uam1);subplot(2,#,2)

20、;plot(abs(T3);title( 已调信号频谱 );axis(5950,6050,0,500000);Dam=Uam.*cos(w0*t); % 对 AM 已调信号进行解调figure(7);subplot(2,2,1);plot(t,Dam);title(滤波前的加噪AM解调信号波形);%对 AM 已调信号进行解调Dam=Uam.*cos(w0*t); figure(4); subplot(2,2,1);plot(t,Dam);title( 滤波前的 AM 解调信号波形 );T4=fft(Dam);%求 AM 信号的频谱subplot(2,2,2);plot(abs(T4);titl

21、e( 滤波前的 AM 解调信号频谱 ); axis(187960,188040,0,200000);z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR 低通滤波 subplot(2,2,3);plot(t,z21,r);title( 滤波后的 AM 解调信号波形 );T5=fft(z21);%求 AM 信号的频谱subplot(2,2,4);plot(abs(T5),r);title( 滤波后的 AM 解调信号频谱 );axis(198000,202000,0,200000);%=AM 解调信号 FIR 滤波= 加噪=%信噪比%计算对应噪声方差%生成高斯白噪声sn1=15;db仁 A1A2/(2*(10A(s n1/10);n1=sqrt(db1)*randn(size(t);Uam=n1+Uam1;subplot(2,2,3

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