模拟单边带调幅及解调设计

1、探次2009级通信工程专业通信原理课程设计通信原理课程设计报告书课题名称模拟单边带调幅及解调姓名易冬亮学号0912402*28学院通信与电子工程学院专业通信工程指导教师李梦醒2011年06月28日一、 设计任务及要求：设计要求：产生300 3400Hz的调制信号，画出时域波形及频谱； 产生载波信号，频率自定义，画出时域波形及频谱； 产生加性高斯白噪声，画出时域波形及频谱；单边调幅，画出叠加噪声后的调制信号和已调信号的波形及频谱;设计滤波器，画出幅频响应图；解调，画出解调后的信号时域波形及频谱，并对比分析。扩展要求：调制信号、载波信号、噪声信号及滤波器参数可变 。指导教师签名：2011年12月2

2、7日、指导教师评语:指导教师签名：2011年 月 日三、成绩验收盖章2010年 月日模拟单边带调幅及解调1设计目的由于AM DSE所需传输的带宽是信号的2倍，这样就降低了系统的有效性。 由于从信息传输的角度讲，上、下两个边带所包含的信息相同，因此只传送一个 边带即可以传送信号的全部信息。因此SSB单边带调幅具有最窄的传输带宽，最 高的信道利用率。2设计原理1、SSB模拟单边带调制的原理：AM的时域表示幅度调制一用基带信号f(t)去迫使高频载波的瞬时幅度随f(t)的变化 而变化.Sam (t) A) f(t)COS( ctc)其中® c为载波角频率；9 c为载波起始相位；A0为载波幅度

3、 当调制信号为单频余弦时令 f(t)=AmCOS( mt+ m)Sam (t)=Ao+ AmCOS( mt+ m)COS(衣+ c)则=A°1+AmCOS( mt+ m)COS( ct+ c)其中 Am=Am/A0 1，称为调幅指数。调制信号为确定信号时，已调信号的频谱Sam (t)=A °+f(t)COS( ct+ c)=Ao+f(t)e j( ct+ c)+ e-j( ct+ c)已知f(t)的频谱为F()，由付里叶变换：FA ° =2A o ()Ff(t)ej( ct+ c)=F( - c) Ff(t)e j( ct-c)=F(c)由此可得Sam ()Ao(

4、c)(1c) 2M(c) M(c)调制前后的频谱如图所示。标准调幅的频辭由于上下边带携带的信息是一样的，所以我们只要将上下边带用滤波器滤 除其中的一个，只保留上（下）边带即可。滤波法：SSSB（3 ）=SDSB（3 ）H（ 3 ）原理框图如下：滤波法产生单边带信号：单边带信号形成的频谱变换窗函数法就是设计FIR数字滤波器的最简单的方法。它在设计FIR数字滤波器中有很重要的作用，正确地选择窗函数可以提高设计数字滤波器的性能，或者 在满足设计要求的情况下，减小FIR数字滤波器的阶次。常用的窗函数有以下几 种：矩形窗(Rectangular window)、三角窗(Triangular window

5、)、汉宁窗(Hanning window)、海明窗(Hammingwindow)、布拉克曼窗(Blackman window)、切比雪夫 窗(Chebyshev window)、巴特 里特窗(Bartlettwindow)及凯塞窗(Kaiserwin dow) own):窗函数序列要选择合适的形状和长度加窗函数的影响：不连续点处边沿加宽形成过渡带，其宽度(两肩峰之间的宽度)等于窗函 数频率响应的主瓣宽度。滤波器真正的过渡带比这个数值要小。在处出现肩峰值，两侧形成起伏振荡，振荡的幅度和多少取决于旁瓣的幅 度和多少改变N只能改变窗谱的主瓣宽度，但不能改变主瓣与旁瓣的相对比例。 其 相对比例由窗函数

6、形状决定，称为 Gibbs (吉布斯)效应在MATLAB，实现矩形窗的函数为 boxcar和rectwin，其调用格式如下:w=boxcar(N) w=rectwi n(N) 其中N是窗函数的长度，返回值w是一个N阶的向量，它的元素由窗函数的值组 成。实际上，w=boxcar( N)等价于 w=ones(N,1)。在MATLAB，实现三角窗的函数为triang，调用格式为：w=tria ng(N)在MATLAB，实现汉宁窗的函数为hann,调用格式如下：w=hann(N)w=hann(N,' sflag ')Hann函数中的参数sflag为采样方式，其值可取symmetric(

7、默认值)或 periodic。当 sflag = symmetric 时，为对称采样；当 sflag = periodic 时，为 周期采样，此时hann函数计算N+1个点的窗，但是仅返回前N个点。在MATLAB，实现海明窗的函数为hamming调用格式分别如下：w=hammi ng (N)w=hammi ng (N,'sflag')其中sflag的用法同上。在MATLAB，实现布拉克曼窗的函数为 blackman,调用格式如下：w=blackma n (N)w=blackma n (N,'sflag')在MATLAB，实现切比雪夫窗的函数为 chebwin，调

8、用格式为：w=chebwin (N,r)其中r表示切比雪夫窗函数的傅里叶变换旁瓣幅度比主瓣低rdB(其默认值为100dB)，且旁瓣是等纹波的。在MATLAB，实现巴特里特窗的函数为 bartlett ，调用格式为：w=bartlett (N)在MATLAB，实现凯塞窗的函数为kaiser，调用格式为：w=kaiser (N,beta)其中beta为窗函数的参数B 。各种窗函数的性能比较可见表 4-2 ,在设计FIR滤波器的过程中可以根据要求选 择合适的窗函数：表4-2各种窗函数的性能比较窗 函 数第一旁瓣相对于主瓣衰减/dB主瓣宽阻带最小衰减/dB矩形窗-134 n /N21三角窗-258n

9、/N25汉宁窗-318n /N 144海明窗-418n /N53布拉克曼窗-5712n /N74凯塞窗可调可调可调切比雪夫窗可调可调可调3、功率谱密度分析通信中，调制信号通常是平稳随机过程。其功率谱密度与自相关函数 之间是一对付氏变换关系。这样就可以先找到信号的自相关函数，然后通过付氏变换来实现信号的功率谱密度。3详细设计步骤1、为了使调制过程中的参数，可变，首先定义了一些变量，要求用户在使用的过程中，进行输入参数，其中调制信号的频率在300-3400HZ之间，超过这个范围，将有可能会产生失真。2、利用matlab绘制已知信号y:根据y的 表达示y=(A+yt).*cos(2*pi*fr*t)

10、参数由用户设定，故利用时 间t与y的关系，再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做 标识，如标题，幅度。具体图形如图1。利用快速傅立叶变换对输入信号做fft,以便得到信号的频谱。如图1所示：3、 利用matlab绘制载波信号：设置输入载波，其参数由用户来设定，根据由给定的载波为yc=B*cos(2*pi*fc*t)，这里取fc=10000。得出余弦信号及其频谱的画法，这样再 利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度，时 间。具体图形如下图所示：4、利用matlab绘制高斯信号:根据y4=randn(1,length(t)绘出(0，1)分布的高斯白

11、噪声,利用快速傅立叶变换绘出其频谱，这样再利用subplot函数实现子图的画5、法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度，时间。具体图形如下图所示:利用y6二y+y4将信号进行加噪，然后用fft进行频谱分析，再 利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度，时 间。具体图形如下图所示：5、利用matlab画出加噪后的双边带调幅信号：根据yv=y6.*yc+yc画出其时域波形，根据 FFT画出其频谱，再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度，时间。 具体图形如下图所示：-叫戏边帝调佃佶号0Fi26、利用matlab画出滤波器的频率响应图

12、:利用凯撒函数进行窗函数法设计FIR滤波器，然后利用k,Wn,beta,ftype二kaiserord(fc p1,1 0,0.05 0.01,fs)来计算凯撒窗的各参数，画出其频率响应图，再利用subplot函数实现子图的画法，并且对 所画的图做标识，如标题，幅度，时间。具体图形如下图所示：50O 00数学低適總波的频率响应因0.10.20.30 40.50.5070.G0 91Normalized f-requency (如 rad/sannpie)O50150、!7:riii ling b14aiicil>141hili1 p i>ii i:1 iiiiiping LhI&g

13、t;1Ifai>1a* 1 1I*149l1ii pIi1Ii1I11I1111I1IIh1iHill1111 1020.30.405&070.6.91Normalizej Fr&quencv (xk rad/sampie)Q O50n-7、利用matlab画出经过低通滤波后的已调波：根据FFT来确定已调波的频谱，再利用 subplot函数实现子图的画法, 并且对所画的图做标识，如标题，幅度，时间。具体图形如下图所示：蛭il低遍台弓的叶域澹足弃lLOO11.经过任迪已调信号频域没影rr r4rnn -3COO-2C0D-1Q0DQ三小鶯*、Z (T8利用matlab来画出

14、解调信号的低通滤波器频率响应:利用凯撒函数进行窗函数法设计 FIR滤波器，然后利用 k,Wn,beta,ftype=kaiserord(p3 p2,1 0,0.05 0.01,fs)来计算凯撒窗 的各参数，画出其频率响应图， 再利用subplot函数实现子图的画法，并且 对所画的图做标识，如标题，幅度，时间。具体图形如下图所示：数字低適滤浪的硕率陋应區1111111111|l1!jBP14IliiPb11V1!l"R1!ll!1111lli11*1P11iixiiiii 1 1 1 1 ¥ 1 1 1 1 1 1iii I fM«iii11I11i I vYynj

15、ntvxrOTI j41Ji i ii i i i ii Ii 1 4 a p | |ii i I - i i i i i ii i a i i 1 1 1 1 1 10D.10.203 ZI0.506070.30.9Nomftalized Frequticy 収u rad/sarrple)50-100500-1O0O160-200000,10.20.30.10.5060.70.80.91NaiDalized Frequency (xar&d/s«irple)9、利用matlab来画出已调信号的波形及频谱：根据快速傅立叶变换来进行频谱分析，再利用subplot函数实现子图的画

16、法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度，时间。具体图形如下图所示: 解调启的吋域波形采样2010-10-20-3001234567四、设计结果及分析根据由傅立叶变换得到的频谱进行分析， 结果基本符合调制原理，但是由于各种噪声以及误差的影响，有的地方有些许的失真。五、体会本设计要求采用matlab或者其它软件工具实现对信号进行但边带调幅和解 调，并且绘制相关的图形。通过设计完成了题目的要求。本次设计，首先针对题目进行分析，将所涉及的波形，频谱及相关函数做了 研究，大体撒谎能够把握了设计的流程以及思路。再通过查阅相关资料，能对 相关的知识做正确的记录，以便随时查看。在问题的分析阶段中，就原始信号 的频率和载波信号的频率做了比较，确定了具体的方案后，在针对matlab中的有关画图处理函数进行学习和分析，这样就提高了学习的针对性，同时节约了 设计的时间。在设计过程中，也遇到了许多的困难。由于一开始对知识的掌握程度不够， 所以课程设计曾一度停滞不前，但在后面的学习及讨论过程中，最终解决了问题。 此外在分析所设计的图中，根据相关的通信原理知识可以对结果作出判断，这样 就提高了自己的相关知识，同时加深了对 matlab 的运用由于本次设计运用了不同的知识， 这样我就可以更好的将