基于MATLAB模拟调制系统的仿真

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业1 线性模拟调制 1.1模拟调制原理模拟调制是指用来自信源的基带模拟信号去调制某个载波，而载波是一个确知的周期性波形。模拟调制可分为线性调制和非线性调制，本文主要研究线性调制。m(t)H(t)A oscs(t)线性调制的原理模型如图1.1所示。设c(t)=Acos2,调制信号为m(t),已调信号为s(t)。图1.1 线性调制的远离模型调制信号m(t)和载波在乘法器中相乘的结果为：，然后通过一个传输函数为H(f)的带通滤波器，得出已调信号为。从图1.1中可得已调信号的时域和频域表达式为： （1-1）式（1-1）中，M(f)为调制信号m(t)的频谱。由于调

2、制信号m(t)和乘法器输出信号之间是线性关系，所以成为线性调制。带通滤波器H(f)可以有不同的设计，从而得到不同的调制种类。1.2双边带调制DSB的基本原理在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络，调制信号m(t)中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB）调制信号，简称双边带（DSB）信号。设正弦型载波c(t)=Acos(ct) ，式中：A为载波幅度，c为载波角频率。根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为： sm(t)=Am(t)cos(ct) （1-2）其中，m(t)为基带调制信号。设调制信号m(t)的频谱为M()，则由公式2

3、-2不难得到已调信号sm(t)的频谱： （1-3）由以上表示式可见，在波形上，幅度已调信号随基带信号的规律呈正比地变化；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。标准振幅就是常规双边带调制，简称调幅（AM）。假设调制信号m(t)的平均值为0，将其叠加一个直流偏量A0后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表达式为: sAM （1-4）式中：A0为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号，也可以是随机信号。若为确知信号，则AM信号的频谱为: （1-5）AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关，也就

4、是说，载波分量并不携带信息。因此，AM信号的功率利用率比较低。AM调制器模型如下图所示。图1.2 AM调制器模型AM信号的时域和频域表达式分别为 （1-6） （1-7）式中，为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即。 由频谱可以看出，AM信号的频谱由载波分量、上边带、下边带三部分组成。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此，AM信号是带有载波分量的双边带信号，他的带宽是基带信号带宽 的2倍，即（1-8）AM调制典型波形和频谱如图1-1所示：图1.3AM调制典型波形和频谱如果在AM调制模型中将直流A去掉，即可得到一种高调

5、制效率的调制方式抑制载波双边带信号(DSBSC)，简称双边带信号。 其时域表达式为 （1-9）式中，假设的平均值为0。DSB的频谱与AM的谱相近，只是没有了在处的函数，即 （1-10）与AM信号比较，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100%，即全部效率都用于信息传输。但由于DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号。DSB信号借条是需采用相干解调，也称同步检波（比包络检波器复杂得多）。其典型波形和频谱如图1-2所示：图1.4 DSB调制典型波形和频谱1.3 DSB解调原理与抗噪性能解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号

6、（即调制信号）。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。相干解调，也称同步检波，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号，通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。由于DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号。DSB信号解调时需采用相干解调。DSB相干解调性能分析模型如图2.5所示：图1.5 DSB相干解调性能分析模型设解调器输入信号为：

7、sm(t)= m(t)cos(ct) (1-11)与相干载波cos(ct)相乘后，得 (1-12)经低通滤波器后，输出信号为: (1-13)因此，解调器输出端的有用信号功率为: (1-14)解调DSB信号时，接收机中的带通滤波器的中心频率c与调制频率c相同，此解调器输入端的窄带噪声: （1-15）它与相干载波cos(ct)相乘后，得： （1-16）经低通滤波器后，解调器最终输出噪声为： （1-17）故输出噪声功率为： （1-18）式中，B=2fH,为DSB的带通滤波器的带宽，n0为噪声单边功率谱密度。解调器输入信号平均功率为： （1-19）可得解调器的输入信噪比： （1-20）解调器的输出信噪

8、比： （1-21）因此制度增益为: （1-22）也就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。2 DSB双边带信号的模拟与仿真2.1 DSB调制解调分析的MATLAB实现信号DSB调制采用MATLAB函数modulate实现，其函数格式为： Y = MODULATE(X,Fc,Fs,METHOD,OPT) X为基带调制信号，Fc为载波频率，Fs为抽样频率，METHOD为调制方式选择，DSB调制时为am，OPT在DSB调制时可不选，Fs需满足Fs 2*Fc + BW，BW为调制信号带宽。 DSB信号解调采用MATLAB函数demod实现，其函数使用格式为： X = DEMOD(Y,Fc,Fs,M

9、ETHOD,OPT) Y为DSB已调信号，Fc为载波频率，Fs为抽样频率，METHOD为解调方式选择，DSB解调时为am，OPT在DSB调制时可不选。 观察信号频谱需对信号进行傅里叶变换，采用MATLAB函数fft实现，其函数常使用格式为：Y=FFT(X,N)，X为时域函数，N为傅里叶变换点数选择，一般取值2。频域变换后，对频域函数取模，格式：Y1=ABS(Y)，再进行频率转换，转换方法：f=(0:length(Y)-1)*Fs/length(Y) 分析解调器的抗噪性能时，在输入端加入高斯白噪声，采用MATLAB函数awgn实现，其函数使用格式为：Y =AWGN(X,SNR)，加高斯白噪声于X

10、中，SNR为信噪比，单位为dB，其值在假设X的功率为0dBM的情况下确定。 信号的信噪比为信号中有用的信号功率与噪声功率的比值，根据信号功率定义，采用MATLAB函数var实现，其函数常使用格式为：Y =VAR(X)，返回向量的方差，则信噪比为:SNR=VAR(X1)/VAR(X2)。绘制曲线采用MATLAB函数plot实现，其函数常使用格式：PLOT（X，Y），X为横轴变量，Y为纵轴变量，坐标范围限定AXIS(x1 x2 y1 y2)，轴线说明XLABEL( )和YLABEL( )。程序设计流程图见附录。2.2仿真程序用频率300HZ正弦波调制频率30KHZ的正弦波，采用同步解调，观察调制信

11、号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器输入输出信噪比的关系。编程如下：Fs=; %抽样频率 Fc=30000; %载波频率N=1000; %FFT长度 n=0:N-1; t=n/Fs; %截止时间和步长 x= sin(2*pi*300*t); %基带调制信号 y=modulate(x,Fc,Fs,am); %抑制双边带振幅调制 yn=awgn(y,4); %加入高斯白噪声 yn1=awgn(y,10); yn2=awgn(y,15); yn3=awgn(y,20); yn4=awgn(y,25);y1=demod(y,Fc,Fs,am); %无噪声已调信号解调 yyn=demod(yn,

12、30000,Fs,am); %加噪声已调信号解调yyn1=demod(yn1,30000,Fs,am);yyn2=demod(yn2,30000,Fs,am);yyn3=demod(yn3,30000,Fs,am);yyn4=demod(yn4,30000,Fs,am); dy1=yn-y; %高斯白噪声 snr1=var(y)/var(dy1); %输入信噪比 dy2=yyn-y1; %解调后噪声 snr2=var(y1)/var(dy2); %输出信噪比 dy11=yn1-y; snr11=var(y)/var(dy11); dy21=yyn1-y1; snr21=var(y1)/var(

13、dy21); dy12=yn2-y; snr12=var(y)/var(dy12); dy22=yyn2-y1; snr22=var(y1)/var(dy22); dy13=yn3-y; snr13=var(y)/var(dy13); dy23=yyn3-y1; snr23=var(y1)/var(dy23); dy14=yn4-y; snr14=var(y)/var(dy14); dy24=yyn4-y1; snr24=var(y1)/var(dy24); in=snr1,snr11,snr12,snr13,snr14; out=snr2,snr21,snr22,snr23,snr24; f

14、f1=fft(x,N); %傅里叶变换mag1=abs(ff1); %取模 f1=(0:length(ff1)-1)*Fs/length(ff1); %频率转换 ff2=fft(y,N); mag2=abs(ff2); f2=(0:length(ff2)-1)*Fs/length(ff2); ff3=fft(y1,N); mag3=abs(ff3);f3=(0:length(ff3)-1)*Fs/length(ff3); figure(1); subplot(221) %绘制曲线 plot(t,x) xlabel(调制信号波形)subplot(222) plot(f1,mag1)axis(0

15、1000 0 1000) xlabel(调制信号频谱) subplot(223) plot(t,y) xlabel(已调信号波形) subplot(224) plot(f2,mag2) axis(0 40000 0 500) xlabel(已调信号频谱) figure(2); subplot(311) plot(t,yyn) xlabel(加噪声解调信号波形) subplot(313)plot(f3,mag3) axis(0 1000 0 600)xlabel(解调信号频谱) subplot(312) plot(t,y1) xlabel(无噪声解调信号波形)figure(3);plot(in,

16、out,*) hold onplot(in,out)xlabel(输入信噪比)ylabel(输出信噪比)2.3 仿真结果及分析调用程序调制信号、已调信号的波形、频谱如图3.1所示：图2.1调制信号、已调信号的波形、频谱解调信号的波形、频谱如图3.2所示：图2.2解调信号的波形、频谱通过MATLAB对DSB调制和解调系统的模拟仿真，观察各波形和频谱，在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律呈正比地变化；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，若调制信号频率为，载波频率，调制后信号频率搬移至处。DSB信号的包络与调制信号的波形的变化规律完全相符。因而不能直接采用包络检波恢复原始

17、信号，只能采用同步解调。DSB信号的频谱是基带信号的线性搬移，由上下两个边带分量构成，上下两个边带分量包含相同的有用信息且关于载频左右对称，DSB信号的带宽是基带信号最高截止频率的两倍。输入输出信噪比关系曲线如图2.3所示：图2.3输入输出信噪比关系曲线通过在已调信号中加入高斯白噪声，通过解调器解调，根据对输入输出信噪比关系曲线绘制观察，在理想情况下，输出信噪比为输入信噪比的二倍，即DSB信号的解调器使信噪比改善一倍；这是因为采用相干解调，使输入噪声中的一个正交分量被消除的缘故。因此，不同的调制信号对系统性能有一定的影响。4 总结通过此次通信系统综合训练课程设计，我掌握了运用MATLAB进行信

18、号处理和分析的基本内容和方法，加强了我对MATLAB软件的应用能力。提高自己的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质，并帮助我们掌握基本的文献检索和文献阅读的方法，同时提高我们正确地撰写论文的基本能力。在课程设计过程中，着重研究了DSB信号调制与解调原理和MATLAB模拟实现，熟悉了信号波形、频谱的和系统性能的分析方法，了解了数字滤波器的设计与使用方法，综合提高了自己的专业技能。通过这次课程设计，我明白了：许多细小的环节是注意不到的，而这诸多环节往往影响你整个系统的正常运转；这可真应验了“细节决定一切”这句话。这一切告诉我做任何事情必须从全局出发，并且要注意其中的任何一个细节。参考文献1.葛哲学等 .MATLAB时频分析技术及其应用M.人民邮电出版社.2007年 2.葛哲学.精通MATLABM.电子工业出版社.20