通信原理仿真展.ppt

模拟调制 t 请在此处填写作品信息 此页非设计模板 张宗王秋萍 纪雪 制作人 谷骏康 曾俊淇 学习目的 1 通过对模拟通信系统的仿真 学习通信系统的仿真方法 进一步理解模拟通信系统的调制解调方法 掌握各种模拟调制解调系统的性能 包括已调信号的时域表示 频域表示 已调信号的带宽 已调信号的功率含量 解调信号的信噪比等 学会用傅立叶变换方法分析信号的频域成分及相关的数字信号处理方法 2 了解幅度调制 AM 方法 包括 和常规的 和角调制方法 频率和相位的调制 学会模拟调制表征五个基本性质的方法 包括已调信号的频域和时域的表示 已调信号的带宽 已调信号的功率和已调信号的信噪比 平常我们所听到看到的信号 由于频率 带宽以及易受干扰等原因 不适合直接用天线发射 所以就使用一个高频信号作为载波 把需要传输的信号混入载波中 通过天线发射 在接收端再通过解调电路 筛选出所需频率信号 再滤除干扰信号 还原出我们所需的信号 即调制 干嘛要调制啊 那为什么要模拟调制呢 有的信道只适合模拟调制 它的调制信号时模拟调制信号 已调载波信号的参量是模拟信号 模拟调制用在空中信号传输多一些 比如广播 设备简单 廉价 在DBS AM系统中 已调信号的幅度正比于消息信号 这种调制通过使用乘法器完成 将消息信号码 m t 与载波Acos 2ft 如图一所示 表示为 u t Am t cos 2 ft 其中c t Acos 2 ft 是载波 而m t 是消息信号 1 幅度调制 DSB AM调制的一般模型 二 设计依据 安徽 设计院www a 1 电信分公司工程设计委托书 2 GB50311 2007 综合布线系统工程设计规范 3 YD5102 2010 通信线路工程设计规范 4 YD5121 2010 通信线路工程验收规范 5 DXJS1028 2010 中国电信基于PON的光纤接入工程设计规范 暂行 6 DXJS1029 2010 中国电信基于PON的光纤接入工程施工和验收规范 暂行 7 中国电信 2011 376号 关于发布中国电信FTTH工程项目补充施工定额的通知 8 电信颁布的 中国电信 分公司工程设计施工监理费率折扣和定额取定标准 9 关于下发 FTTHODN组网模式和造价指南 2011版 的通知 中国电信网发 2011 59号 10 电信网络运营部颁布的 FTTH建设设计及施工规范 11 设计人员实地勘察 收集的资料 时间截止于2012年9月 DSB AM的典型信号 若以单频正弦信号调制为例那么典型波形如图 取u t 的傅立叶变换 可以得到DSB AM信号的频域表示为 U f A 2M f fc A 2M f fc 其中M f 是m t 的傅立叶变换 很明显可以看出 这种调制方式将消息信号的频谱进行了搬移 并在幅度上乘以A 2 传输带宽B是消息信号带宽的两倍 也就是说 B 2W显示了一个典型的消息信号的频谱及其相对应的DSB AM已调信号的频谱 消息信号和已调信号的频谱 已调信号的功率为P A 2 Pm其中Pm是消息信号的功率 在DSB AM通信系统中 信噪比SNR等于基带的SNR 也就是 S N 0 PR N0W 其中P是接收到的功率 在接收端已调信号的功率 N0 2是噪声功率谱密度 假定为白噪声 W是信号噪声的带宽 练习展示 信号在区间 0 2 内给出给出为用该信号以DSB方式调制一载波频率为25HZ的载波 画出原信号时域波形画出载波信号时域波形画出已调信号时域波形画出已调信号的频谱画出已调信号的功率谱 表达式 相关主要代码 ts 0 001 samplingintervalfc 25 carrierfrequencyfs 1 ts samplingfrequencyt 0 ts 2 timevectorm 0 1 0 t 仿真结果 调制信号的相位谱功率谱 2 标准调幅波 AM 调制与解调 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DSB信号的时域表示式 频谱 DSB的相干解调模型如图所示 与AM信号相比 因为不存在载波分量 DSB信号的调制效率时100 DSB信号解调时需采用相干解调 消息信号m t 是周期的 周期为2s 在区间 0 2 内定义为 用该信号以DSB方式调制频率为50Hz的载波 画出这个DSB解调器的输出 并将它与在下述噪声情况下的消息信号进行比较 高斯白噪声的功率是已调信号功率的0 001 0 01 0 05 0 1和0 3倍 并加在已调信号上 主要代码 t0 15 signalduration脉冲持续时间ts 0 001 samplinginterval抽样 采样 间隔fc 50 carrierfrequency载 波 频 率 T 2 周期为2s snr 20 SNRindB logarithmic 信噪比的分贝 对数 fs 1 ts samplingfrequency采样频率df 0 3 desiredfreq resolution期望的频率分辨率t 0 ts 2 timevector时间矢量k 0 3 高斯白噪声信号功率比 snr lin 10 snr 10 linearSNR线性信噪比 messagesignal信息信号m t 0 1 t 主要代码 c cos 2 pi fc t carriersignal载波信号u m c modulatedsignal已调制信号 M m df1 fftseq m ts df Fouriertransform傅里叶变换M M fs scaling缩放比 U u df1 fftseq u ts df FouriertransformU U fs scaling C c df1 fftseq c ts df Fouriertransformf 0 df1 df1 length m 1 fs 2 freq vector频率向量signal power spower u 1 length t powerinmodulatedsignal已调制信号的功率noise power k signal power snr lin Computenoisepower 计算噪声功率noise std sqrt noise power Computenoisestandarddeviation 计算噪声的标准偏差noise noise std wgn 1 length u 2 Generatenoise 产生噪声r u noise Addnoisetothemodulatedsignal 添加噪声调制信号 R r df1 fftseq r ts df spectrumofthesignal noise信号 噪声谱 仿真结果 用LSSB 单边带调制 方式重做上题 将结果比较 单边带信号的解调方法与双边带信号相同 其区别仅在于解调器之前的带通滤波器的带宽和中心频率不同 前者的带通滤波器的带宽是后者的一半 由于单边带信号的解调器与双边带信号的相同 故计算单边带信号解调器输入及输出信噪比的方法也相同 单边带信号解调器的输出噪声与输入噪声的功率可由式 4 2 14 给出 即 相关练习展示 主要代码 udsb m c DSBmodulatedsignal UDSB udsb df1 fftseq udsb ts df FouriertransformUDSB UDSB fs scalingn2 ceil fc df1 locationofcarrierinfreq vector RemovetheuppersidebandfromDSB UDSB n2 length UDSB n2 zeros size UDSB n2 length UDSB n2 ULSSB UDSB GenerateLSSB AMspectrum M m df1 fftseq m ts df spectrumofthemessagesignalM M fs scalingf 0 df1 df1 length M 1 fs 2 frequencyvectoru real ifft ULSSB fs GenerateLSSBsignalfromspectrum mixingy u cos 2 pi fc 0 ts ts length u 1 Y y df1 fftseq y ts df spectrumoftheoutputofthemixerY Y fs scalingf cutoff 150 Choosethecutofffreq ofthefilter n cutoff floor 150 df Designthefilter H zeros size f H 1 n cutoff 4 ones 1 n cutoff spectrumofthefilteroutputH length f n cutoff 1 length f 4 ones 1 n cutoff DEM H Y spectrumofthefilteroutputdem real ifft DEM fs filteroutput 0 01倍 通过对DSB和LSSB的调制过程可以得出以下结论 如果我们在相同的输入信号功率Si 相同输入噪声功率谱密度n0 相同基带信号带宽fH条件下 对这两种调制方式进行比较 可以发现它们的输出信噪比是相等的 因此两者的抗噪声性能是相同的 但双边带信号所需的传输带宽是单边带的2倍 非线性调制 角调制 的原理 幅度调制属于线性调制 它是通过改变载波的幅度 以实现调制信号频谱的平移及线性变换的 一个正弦载波有幅度 频率和相位三个参量 因此 我们不仅可以把调制信号的信息寄托在载波的幅度变化中 还可以寄托在载波的频率或相位变化中 这种使高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式 称为频率调制 FM 和相位调制 PM 分别简称为调频和调相 因为频率或相位的变化都可以看成是载波角度的变化 故调频和调相又统称为角度调制 与线性调制之间的区别 角度调制与线性调制不同 已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移 而是频谱的非线性变换 会产生与频谱搬移不同的新的频率成分 故又称为非线性调制 由于频率和相位之间存在微分与积分的关系 故调频与调相之间存在密切的关系 即调频必调相 调相必调频 鉴于FM用的较多 本节将主要讨论频率调制 这里讨论下FM调制 FM调制频率调制是非线性调制的一种 分为直接调频和间接调频 频率调制的一般表达式为 其中Kf为频偏常数如图所示的产生调频信号的方法称为直接调频法 直接调频适用于宽带调制情形 为方便起见 无妨假设正弦载波的振幅A 1 则由式调频信号的一般表达式 得 相关练习展示 用信号对频率为1000HZ的载波进行频率调制FM 频偏常数 用M文件实现下述任务 求已调信号的瞬时频率范围求已调信号带宽画出消息信号和已调信号的频谱求调制指数 相关代码 Kf 25 A 1 fc 1000 T 5 dt 1 65000 t 0 1 dt T t0 0 dt 0 1 y0 0 1 t1 0 1 dt dt 1 y1 t1 t2 1 dt dt 1 9 y2 t2 2 t3 1 9 dt dt 5 y3 0 1 tm t0 t1 t2 t3 y y0 y1 y2 y3 yy0 0 1 t0 yy1 1 2 t1 2 yy2 1 2 t2 2 2 t2 yy3 0 1 t3 yy yy0 yy1 yy2 yy3 st A cos 2 pi fc tm Kf yy a min y b max y Fmin fc Kf aFmax fc Kf b f sf1 T2F t st s max max abs sf1 B sum abs sf1 2 0 1 fc fc s max 2 f sf2 T2F t y subplot 211 x2 abs sf2 plot f x2 axis 10 10 0 3 xlabel f ylabel 信源信号频谱 f sf1 T2F t st figure 1 subplot 212 sf1 abs sf1 plot f sf1 axis 69800 69800 0 2 xlabel f ylabel 调制信号频谱 子程序 傅氏变换 function f sf T2F t st dt t 2 t 1