通信系统仿真课程设计--AM、SSB调制与解调的实现与比较.doc

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：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 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 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; %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subplot(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(abs(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); %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subplot(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=120Hzmag=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,Kaiser(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 通过分析可得AM信号的平均功率为 又已知输入功率, 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 AM信号经相干解调器的输出信号为 因此解调后输出信号功率为 在上图中输入噪声通过带通滤波器之后，变成窄带噪声，经乘法器相乘后的输出噪声为 经LPF后， 因此解调器的输出噪声功率为 可得AM信号经过解调器后的输出信噪比为 由上面分析的解调器的输入、输出信噪比可得AM信号的信噪比增益为 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载波为则其双边带信号DSB信号的时域表示式为若保留上边带，则有若保留下边带，则有将上两式合并得：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 式中若M(w)是m(t)的傅里叶变换，则上式中的-jsgnw可以看作是希尔伯特滤波器传递函数，即移相法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(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;subplot(3,2,1); plot(t(19801:20200),am(19801:20200); title(信息信号波形);subplot(3,2,2); plot(f,fftshift(abs(AM); title(信息信号频谱);subplot(3,2,3); plot(t(19801:20200),t1(19801:20200); title(载波信号);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(19801:20200);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=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);subplot(2,2,2);plot(f,fftshift(abs(Y);title(添加噪声后信号频谱);subplot(2,2,3);plot(t(19801:20200),q(19801:20200);title(带通滤波后信号波形);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(19801:20200);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：3.4 SSB的抗噪性能分析： 噪声功率这里，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因此，输出信号平均功率输入信号平均功率为单边带解调器的输入信噪比为单边带解调器的输出信噪比为制度增益因为在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。SSB制式普遍用在频带比较拥挤的场合，如短波波段的无线电广播和频分多路复用系统中。与标准幅度调制相比，单边带调制（SSB）对于频谱和输出功率的利用率更高。尽管很少用于数据传送，SSB仍广泛地用于HF和VHF低端的语音通讯。双边带调制信号包含有两个完全相同的基带信号，即上、下边带。由于两个边带含的信息相同，因而从信息传输角度考虑，传送一个边带同样可以达到信息传输的目的,本设计只考虑上边带信号。单边带调制，就是通过某种办法，只传送一个边带的调制方法。 其信噪比为 = 。5心得体会设计总结：这次的课程设计时间虽短但收获很多。我们用MATLAB进行了AM及SSB调制与解调的研究。不但又加深了课本的知识，而且也对matlab的基本知识有了一定掌握。本次课程设计中实现了通信基本知识与MATLAB的结合，并在实际中设计并仿真AM及SSB调制与解调的过程。对AM原理以及SSB原理进行更深一