通信系统仿真课程设计资料

1、青岛农业大学理学与信息科学学院通信系统仿真课程设计报告论 文 题 目 AM 、 SSB 调制与解调的实现与比较学生专业班级 通信工程 10级 2班学生姓名(学号) 程显聪( 20102743)指 导 教 师谭谈老师完 成 时 间2013.10.23实 习 地 点 信息楼机房2013 年 10 月 23 日1. 课程设计目的和任务本次课程设计是对通信原理课程理论教学和实验教学的综合和总结。要求学生 掌握通信原理的基本知识，运用所学的通信仿真的方法实现某种传输系统。能够根 据设计任务的具体要求，掌握软件设计、调试的具体方法、步骤和技巧。对一个实 际课题的软件设计有基本了解，拓展知识面，激发在此领域

2、中继续学习和研究的兴 趣，为学习后续课程做准备。2.AM调制与解调2.1 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：A0cos ct图1-1 调制器模型AM的时域波形和频谱如图所示：时域 频域 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 带宽的 2倍。在波形上，调幅信号的幅度随基带信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

3、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：sm tsp t LPF sd tc t cos ct将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得2 SAM (t) coswct A0 m(t) cos wct112A0 m(t) 2A0 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1 M 0(T) A0 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 调试过程及程序代码： t=-1:0.00001:1

4、; % 定义时长A1=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=cos(w0*t); % 载波信号 subplot(5,2,1);plot(t,Uc); % 画载波信号title( 载波信号 );axis(0,0.01,-1,1); % 坐标区间T1=fft(Uc); % 傅里叶变换 subplot(5,2,2);plot(abs(T1);% 画出载波信号频谱title( 载波信号频谱 ); axis(5800,6200,0,200000); % 坐标区间 mes=A1*cos(0.002*w0*t); % 调制信号 su

5、bplot(5,2,3);plot(t,mes);% 画出调制信号title( 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title( 调制信号频谱 ); axis(198000,202000,0,1000000); % 坐标区间 Uam1=A2*(1+mes/A2).*cos(w0).*t); %AM 已调信号 subplot(5,2,5);plot(t,Uam1);% 画出已调信号title( 已调信号 );T3=fft(Uam1); % 已调信号傅里叶变换subplot(5,2,6);plot(a

6、bs(T3); ;% 画出已调信号频谱 title( 已调信号频谱 );axis(5950,6050,0,900000); % 坐标区间sn1=20; % 信噪比 db1=A12/(2*(10(sn1/10); % n1=sqrt(db1)*randn(size(t); %计算对应噪声方差 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已调信号进行解调subplot(5,2,7);plot(t,Dam);% 滤波前的 AM解调信号 title( 滤波前的AM解调信号波形 ); T4=fft(Dam); % 求AM信号的频谱 su

7、bplot(5,2,8);plot(abs(T4);% 滤波前的 AM解调信号频谱 title( 滤波前的 AM解调信号频谱 ); axis(187960,188040,0,600000); 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% n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);%kaiserord 估计采用凯塞窗设计的 FIR滤波器的参数 b21=fir1(n21,wn21,Kai

8、ser(n21+1,beta); %由fir1 设计滤波器z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR 低通滤波subplot(5,2,9);plot(t,z21,r);%滤波后的 AM解调信号title( 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subplot(5,2,10);plot(abs(T5),r);%画出滤波后的 AM解调信号频谱title( 滤波后的AM解调信号频谱 ); axis(198000,202000,0,500000);2.3 运行结果如下图：2.4 AM 调制抗噪性能分析：AM线性调制系统的相

9、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 Sm (t )可以是AM调幅信号，带通滤波器的带宽等于已调信号带宽 10。下面 讨论 AM调制系统的抗噪声性能 11。AM信号的时域表达式为SAM (t) A0 m(t)coswct通过分析可得 AM信号的平均功率为(Si ) AMA02 m2 (t)22A02 m2 (t) A02 m2(t) 2n0 BAM4n0f H又已知输入功率 Ni n0B , 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(Si N i )AMAM信号经相干解调器的输出信号为m0(t) 12m(t)因此解调后输出信号功率为2 1

10、 2(S0 )AM m02(t)m2(t)4上图中输入噪声通过带通滤波器之后，变成窄带噪声 ni ( t) ，经乘法器相乘后的输出噪声为np(t) ni (t)cosw ct n c (t)cosw ct-n s (t)sinw ctcosw c t 11nc(t)nc(t)cos2wct-ns(t)sin2w ct2 c 2 c c s c经LPF后，1n0(t) 2nc (t)因此解调器的输出噪声功率为N0 n02(t) 41nc2(t) 14 Ni44可得AM信号经过解调器后的输出信噪比为(S0 N0) AMm2(t)n0Bm2(t)2n0f H由上面分析的解调器的输入、输出信噪比可得A

11、M信号的信噪比增益为S0 N02m2(t)GAMSi NiA02 m2 (t)3SSB调制与解调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信号的方法有：滤波法和相移法。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 系统进行讨论与设计。相移法和 SSB信号的时域表示 设单频调制信号为 m(t) Am cos mt 载波为 c(t) cos ct则其双边带信号DSB信号的时域表示式为sDSB (t ) Am cos mtcos ct112 Am cos( cm)t 2Amcos( cm)t若

12、保留上边带，则有11m)t 2 Amcos m cos ct 2 Am sin msin ct1sUSB (t ) 2 Am cos( C若保留下边带，则有1 1 1sLSB ( t)Am cos( Cm)tAmcos mtcos ctAmsin mt sin ctAm co?s mt Am sin mt2 2 m m c 2 m m c将上两式合并得：由希尔伯特变换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)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 -

13、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峭的截止特 性，不论载频有多高，均可一次实现 SSB调制。SSB信号的解调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

14、 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。3.2 调试过程及源代码： % SSB调制 figure(Name,SSB 信号调制过程中波形及其频谱 ,NumberTitle,off) f0=10;fc=50;fs=1000;snr=5;t=-20:0.001:20;am=cos(2*pi*f0*t);am1=sin(2*pi*f0*t);t1=cos(2*pi*fc*t);t2=sin(2*pi*fc*t);s_dsb=am.*t1; %DSB 信号Wp=55/(fs/2);Ws=45/(fs/2);Rp=3; Rs=20; % 高通滤波器 N,Wn= Buttord

15、(Wp,Ws,Rp,Rs) ;B,A=Butter(N,Wn,high);ssb1=filtfilt(B,A,s_dsb); % 上边带Wp=45/(fs/2);Ws=55/(fs/2);Rp=3; Rs=20; % 低通滤波器 N,Wn= Buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) ;B,A=Butter(N,Wn,low);ssb2=filtfilt(B,A,s_dsb); % 下边带AM=fft(am); T1=fft(t1); SSB1=fft(ssb1);SSB2=fft(ssb2);f=(0:40000)*fs/40001-fs/2;信息信号波形subplot(3,2,1); plo

16、t(t(19801:20200),am(19801:20200); title( );信息信号频谱 );subplot(3,2,2); plot(f,fftshift(abs(AM); title(载波信号 );subplot(3,2,3); plot(t(19801:20200),t1(19801:20200); title( subplot(3,2,4); plot(f,fftshift(abs(T1); title( 载波信号频谱 ); subplot(3,2,5);plot(t(19801:20200),ssb1(19801:20200),:,t(19801:20200),ssb2(1

17、9801:20200);title( 已调信号(虚线 - 上边带/ 实线- 下边带 ); subplot(3,2,6);plot(f,fftshift(abs(SSB1),:,f,fftshift(abs(SSB2);title(SSB 调制信号频谱(虚线 - 上边带/ 实线-下边带);legend( 上边带 , 下边带 );figure(Name, 下 边 带 - 添 加 噪 声 及 带 通 滤 波 过 程 波 形 及 其 频 谱 ,NumberTitle,off);%加噪声y=awgn(ssb2,snr); % 以下边带为例设计 a=35,65;b=30,70;Wp=a/(fs/2);Ws

18、=b/(fs/2);Rp=3; Rs=15;N,Wn= Buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) ;B,A=Butter(N,Wn,bandpass);q=filtfilt(B,A,y);Q=fft(q);Y=fft(y);subplot(2,2,1);plot(t(19851:20050),y(19851:20050);title( 添加噪声后信号 波形);添加噪声后信号频谱 );subplot(2,2,2);plot(f,fftshift(abs(Y);title( subplot(2,2,3);plot(t(19801:20200),q(19801:20200);title( 带通滤波后

19、信号 波形);subplot(2,2,4); plot(f,fftshift(abs(Q);title( 带通滤波后信号频谱 );%解调figure(Name, 下边带 - 相干解调所得波形及其频谱 ,NumberTitle,off); s_ssb2=q.*t1;Wp=15/(fs/2);Ws=40/(fs/2);Rp=3; Rs=20;N,Wn= Buttord(Wp,Ws,Rp,Rs) ;B,A=Butter(N,Wn,low);m0=filtfilt(B,A,s_ssb2);M0=fft(m0);subplot(2,1,1);plot(t(19801:20200),m0(19801:20

20、200);title( 解调信号 ); subplot(2,1,2); plot(f,fftshift(abs(M0);title( 解调信号频谱 );3.3 调试结果如下：添加嗓声后信号波形100009000600040002000-?00带通滤波后信号波形12000100009000600040002000-500添加嗓声后信号频谱芾通泯浪后信号频谱5005003.4 SSB 的抗噪性能分析： 噪声功率11NoNi n0B44这里，B = 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1mo(t)m(t)4因此，输出信号平均功率

21、2 1 2So mo2 (t ) m2(t)16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Si 1 m2(t)i4单边带解调器的输入信噪比为S1m2 (t) m2(t)Si4m2(t)Nin0B4n0 B单边带解调器的输出信噪比为SoNo116 m2 (t )1614n0B4m2(t)4n0B制度增益GSo / No 1GSSB1SSB Si / 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。4. 两种调制的带宽、信噪比参数的比较：AM调制的优点：是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差，信号 带宽较宽，频带利用率不高。因此， AM制式用于通信质量要求不高的场合，目前主 要用在中波和短波的调幅广播中。其信噪比为 = 。SSB调制的优点：是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性 衰落能力均优于 AM，而带宽只有 AM的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。 SS