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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 通信系统课程设计报告课 题 名 称 线性幅度调制系统地仿 真设计 同学姓名 班 级 学 号 指导老师 设计地点13 年 12 月 1 日目 录序言 1第 1 章 MA TLAB 软件介绍 2名师归纳总结 第 2 章 AM 调制解调 3第 1 页,共 22 页2.1 AM 调制指标要求 32.2 整体设计 32.2.1 AM 调制设计 32.2.2 AM 解调设计 4 2.3 AM 调制流程图 52.4 AM 调制仿真结果及分析 6- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 第 3 章 DSB 调制解调 9名师归纳
2、总结 3.1 DSB 调制指标要求 921第 2 页,共 22 页3.2 整体设计 93.2.1 DSB 调制设计 93.2.2 DSB 解调设计 103.3 DSB 调制流程图 113.4 DSB 调制仿真结果及分析 12第 4 章 SSB 调制解调 144.1 SSB 调制指标要求 144.2 整体设计 144.2.1 SSB 调制设计 144.2.2 SSB 解调设计 154.3 SSB 调制流程图 164.4 SSB 调制仿真结果及分析 17参考文献 19体会与建议 20附 录 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 序 言这次课程设计地重点就是模拟
3、通信系统中地调制解调系统地基本原理以及仿真,并在MATLAB 软件平台上地仿真实现几种常见地模拟调制方式 .幅度调制是用调制信号去掌握高频载波地振幅,使其按调制信号地规律变化地过程,常分为标准调幅（AM ）、抑制载波双边带调制（DSB）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB ）等 .在通信系统中,信道地频段往往是有限地,而原始地通道信号地频段与信道要求地频段是不匹配地,这就要求将原始信号进行调制再进行发送.相应地在接收端对调制地信号进行调解,复原原始地信号,而且调制解调仍可以在肯定地程度上抑制噪声对通信型号地干 扰.调制解调技术依据通信信号是模拟地仍是数字地可分为模拟调制调制和数字调制解
4、调 .但 不论是模拟调制解调仍是数字调制解调,都是通过将通信信号地信息加载到载波地幅度、频率或者相位上,因此调制解调可有分为幅度调制、频率调制和相位调制 .通信系统有不同 地分类地方法,依据是否采纳调制,将通信系统分为基带传输和频带传输 .基带传输是将未 经频带调制地信号直接传送,调制地方式有很多 .调制方式依据传输特性,调制方式可分为线性调制和非线性调制.广义地线性调制,是指已调波中被调参数随调制信号成线性变化地调制过程.狭义地线性调制,是指把调制信号地频谱搬移到载波频率两侧而成为上、下边带地调制过程.此时只转变频谱中各重量地频率,但不转变各重量振幅地相对比例,使上边带地频谱结构与调制信号地
5、频谱相同,下边带地频谱结构就是调制信号频谱地镜像 .狭义地线性调制有调幅 AM 、抑制载波地双边带调制DSB-SC 和单边带调制 SSB、残留边带调制（VSB ） .调制和解调在通信系统中是一个极为重要地组成部分,采纳什么样地调制与解调方式将直接影响通信系统地性能.而模拟调制技术地原理仍可以推广到数字调制中,因此我们有必要对模拟调制技术进行讨论 .第 1 章 MATLAB 软件介绍MATLAB是 matrix & laboratory两个词地组合,意为矩阵工厂（矩阵试验室）.是由美国名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - -
6、 mathworks 公司发布地主要面对科学运算、可视化以及交互式程序设计地高科技运算环境 .它将数值分析、矩阵运算、科学数据可视化以及非线性动态系统地建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用地视窗环境中,为科学讨论、工程设计以及必需进行有效数值计算地众多科学领域供应了一种全面地解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如 C、Fortran ）地编辑模式,代表了当今国际科学运算软件地先进水平 .MATLAB 和 Mathematca、Maple 并称为三大数学软件 .它在数学类科技应用软件中在数值运算方面首屈一指 .MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创
7、建用户界面、连接其他编程语言地程序等,主要应用于工程运算、掌握设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域 .MATLAB 地基本数据单位是矩阵,它地指令表达式与数学、工程中常用地势式特别相像,故用 MATLAB 来解算问题要比用 C,FORTRAN 等语言完成相同地事情简捷得多,并且MATLAB 也吸取了像 Maple 等软件地优点,使 MA TLAB 成为一个强大地数学软件 .在新地版本中也加入了对 C,FORTRAN ,C+ ,JAVA 地支持 .可以直接调用,用户也可以将自己编写地有用程序导入到 MATLAB 函数库中便利自己以后调用,此外很多地 MATLAB 爱
8、好者都编写了一些经典地程序,用户可以直接进行下载就可以用 .第 2 章 AM 调制信号21AM 调制指标要求（1）信源为 fm=7Hz,Am=7V地余弦信号,载波fc=70Hz（2）依据线性幅度调制原理,确定调制系统设计方案（3）画出 AM 调制信号时域波形和频谱图（4）对数据结果进行分析名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2 整体设计2.2.1 AM 调制设计标准调幅就是常规双边带调制,简称调幅（AF ）.假设调制信号mt 地平均值为0,将其叠加一个直流偏量后与载波相乘图 2-1,即可形成调幅信号.载波mt S
9、t 乘法器图 2-1 AM 调制模型AM 信号地时域和频域表达式分别为 SAM=tA0+mtcoswct=A0coswct+mtcoswct 1SAM = A0 + C+ - +1/2M（ +）+M - C （2）式中, A0 为外加地直流重量；值为 0,即 mt =0 .mt 可以是确知信号也可以是随机信号,但通常认为其平均AM 信号地频谱 SAMt 是由载频重量和上、下两个边带组成（通常称频谱中画斜线地部分为上边带,不画斜线地部分为下边带）.上边带地频谱与原调制信号地频谱结构相同,下边带是上边带地镜像 .明显,无论是上边带仍是下边带,都含有原调制信号地完整信息.故 AM 信号是带有载波地双
10、边带信号,它地带宽为基带信号带宽地两倍,即BAM=2Bm=2fH 3式中, Bm=fH为调制信号 mt 地带宽, fH 为调制信号地最高频率 . 2.2.2 AM 解调设计（1）AM信号地解调原理及方式解调是将位于载波地信号频谱再搬回来,并且不失真地复原出原始基带信号. 解调地方式有两种：相干解调和非相干解调. 相干解调适用于各种线性调制系名师归纳总结 统,非线性解调一般适用于幅度调制（AM）信号 .第 5 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （2）相干解调相干解调也叫同步检波.解调与调制地实质一样,均是频谱搬移.解调是把在载频位置地以调
11、信号地谱搬回到原始基带位置.由 AM 信号地频谱可知,假如将已调信号地频谱搬回到原点位置,即可得到原始地调制信号频谱,从而复原出原始信号 .解调中地频谱搬移同样可用调制时地相乘运算来实现 .载波S（t ） mt 低通滤波器图 2-2 相干解调原理图SAMtcoswct=A0+mtcos2wct=1/2A0+mt+1/2A0+mtcos2wct12.3AM调制流程图开头为各个变量赋初值生成源信号 mt 对 mt 进行 AM 调制运算带宽名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 画出AM信号波形画出 AM 相干解调波形画出 A
12、M 频谱图终止图 2-3 AM 调制流程图2.4 AM 调制仿真及分析 仿真程序 close all；clear all ；dt=0.0001； %时间采样间隔 fm=7 ； %信源最高频率 fc=70； % 载波中心频率 T=1 % 信号时长 N=T/dt ；t=0:N-1*dt ；名师归纳总结 mt=7*cos2*pi*fm*t； %信源,调制信号mt 表达式第 7 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - %AM modulation A=7 ； %不失真条件, A要大于 mt 地最大值 s_am=A+mt.*cos2*pi*fc*t；
13、%AM 时域表达式 B=2*fm ； % 带通滤波器带宽 figure1 % 表示显示在一张图片上subplot311 %3 表示上下显示三个,1表示一行显示一个,1表示显示位置置plott,s_am ；hold on ； %画出 AM 信号波形 ,hold on 连续 plott,A+mt,r- ； %标出 AM 地包络 titleAM 调制信号 xlabelt ； % 横坐标显示 t grid on %AM demodulation rt=s_am.*cos2*pi*fc*t； %相干解调 表达式 rt=rt-meanrt ；f,rf=FFT_SHIFTt,rt；t,rt=RECT_LPF
14、f,rf,2*fm； %低通滤波 subplot312 plott,rt ；hold on ； titleAM 相干解调后地信号波形 xlabelt grid on subplot313 f,sf=FFT_SHIFTt,s_am ； %调制信号频谱 plotf,sf ；hold on ； %画出频谱图形 axis-2*fc 2*fc 0 1.5*maxsf；titleAM 信号频谱 xlabelf ； %横坐标显示 f grid on名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2-4AM 仿真图形（不过载）A=7.由图
15、2-4 可以看出 AMD 地调制信号幅值地为图 2-5AM 仿真图形（过载）A=1由图 2-5 可以看出 AMD 地调制信号地幅值为-20 到+20,周期为 0.13-10 到+10 周期为 0.13（1）当未满意 |mt|max A0地条件时,就会显现“ 过调幅 ” 现象,这时包络检波将会发生失真.此题过调幅时地参数（A0=10 ,|mt|=7）表达式为 ft=8+7coswct.（2）可以看出 AM调制占用频带较宽,已调信号地频带宽度是调制信号地频带地两倍 . （3）AM 信号是带有载波地双边带信号,它地带宽为基带信号带宽地两倍,所以信道利用名师归纳总结 率不高,传输效率很低.BAM=2B
16、m=2fH=14hz,与理论值一样.第 9 页,共 22 页（4）由图 2-4 看出带宽为- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 第 3 章 DSB 调制信号3.1 DSB 调制指标要求（1）信源为 fm=7Hz,Am=7V地余弦信号,载波fc=70Hz（2）依据线性幅度调制原理,确定调制系统设计方案（3）画出 DSB 调制解调信号时域波形和频谱图（4）对数据结果进行分析3.2 整体设计3.2.1 DSB 调制设计在 AM 信号中,载波重量并不携带信息,信息完全由边带传送.假如将载波抑制,只需在将直流A 去掉,即可输出抑制载波双边带信号,简称双边带信号（DS
17、B ）. DSB 调制器模型如图 3-1 所示 .mt SDSBt名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - cos ct图 3-1 DSB 调制模型其中,设正弦载波为 ct=Acos ct+ 0 1式中,A为载波幅度； 为载波角频率； 为初始相位（假定 0为 0）.调制过程是一个频谱搬移地过程,它是将低频信号地频谱搬移到载频位置 .而解调是将位于载频地信号频谱再搬回来,并且不失真地复原出原始基带信号 .3.2.2 DSB 解调设计双边带解调通常采纳相干解调地方式,它使用一个同步解调器,即由相乘器和低通滤波器组成 .在解调
18、过程中,输入信号和噪声可以分别单独解调.相干解调地原理框图如图2-2所示ct=Acos ct+ 0 2 tSmt 乘法器低通滤波器m0t图 3-2 相干解调器原理图信号传输信道为高斯白噪声信道,其功率为 2.DSB 信号只能运用相干解调,SDSBt.coswct=mtcos2wct=1/2mt+1/2mtcos2wct 3经低通滤波器滤除高次项,得M0t=1/2mt 4 名师归纳总结 无失真地复原原始电信号.第 11 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 3.3 DSB 调制流程图开头为各个变量赋初值生成源信号 mt 对 mt进行 DSB
19、调制运算带宽画出 DSB 信号波形画出 DSB 相干解调波形画出 DSB 频谱图终止图 3-3 DSB 调制流程图名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.4 DSB 调制仿真及分析 仿真程序close all；clear all ；dt=0.0001； %时间采样间隔 fm=7 ； %信源最高频率 fc=70； % 载波中心频率 T=1 % 信号时长 N=T/dt ；t=0:N-1*dt ；mt=7*cos2*pi*fm*t； %信源,调制信号mt 表达式%DSB modulation s_dsb=mt.*cos2
20、*pi*fc*t； %DSB 时域表达式 B=2*fm ； %带通滤波器带宽 figure1 % 表示显示在一张图片上 subplot312 %3 表示上下显示三个,1表示一行显示一个,2表示显示位置置 plott,s_dsb ；hold on； %画出 DSB信号波形, hold on 连续 plott,mt,r- ； %标出 mt地波形 titleDSB 调制信号 xlabelt ； %横坐标显示 t grid on %DSB demodulation rt=s_dsb.*cos2*pi*fc*t； %相干解调 表达式 rt=rt-meanrt ；名师归纳总结 f,rf=FFT_SHIFT
21、t,rt；第 13 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - t,rt=RECT_LPFf,rf,2*fm； %低通滤波 subplot312 plott,rt ； hold on ；titleDSB 相干解调后地信号波形 xlabelt ；grid on subplot313 f,sf=FFT_SHIFTt,s_dsb ； %调制信号频谱 plotf,sf ；hold on ； %画出频谱图形 axis-2*fc 2*fc 0 1.5*maxsf；titleDSB 信号频谱 xlabelf ； %横坐标显示 f grid on图 3-4 DS
22、B 仿真图形由图 3-4 可以看出, DSB 地调制信号幅值为-10 到+10 周期为 0.13,有上边带和下边带（1）DSB 地频谱不含载频,只有两个边带,仍是线性频谱搬移（频谱线性搬移即将调制名师归纳总结 信号频谱线性搬移至载频邻近）.第 14 页,共 22 页（2）DSB 地带宽和 AM 地带宽相同,所以频带利用率都比较低.（3）与AM 信号频谱相比,由于不存在载波重量,DSB 信号地频谱少掉了载频部分地频- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 谱；（4）DSB 信号所需地传输带宽仍是调制信号地2 倍.（5）由图 3-4 看出带宽为BAM=2Bm=2f
23、H=14hz,与理论值一样第 4 章 SSB 调制信号4.1 SSB 调制指标要求（1）信源为 fm=7Hz,Am=7V地余弦信号,载波fc=70Hz（2）依据线性幅度调制原理,确定调制系统设计方案（3）画出 SSB 调制信号时域波形和频谱图（4）对数据结果进行分析4.2 整体设计4.2.1 SSB 调制设计用滤波法实现单边带调制地原理图如图 4-1 所示,图中地 HSSB 为单边带滤波器 .产生 SSB 信号最直观方法地是,将 HSSB 设计成具有抱负高通特性 HH 或抱负低通特性HL 地单边带滤波器,从而只让所需地一个边带通过,而滤除另一个边带 .产生上边带信号时 HSSB 即为 HH ,
24、产生下边带信号时 SdsbtHSSB 即为 HL . 载波mt 乘法器Hssbw Sssbt图 4-1 SSB 信号调制模型明显, SSB 信号地频谱可表示为SSSBw=SDSBwHSSBw=1/2Mw+wc+Mw-wcHSSBw 1用滤波法实现 SSB 信号,原理框图简洁、直观,但存在地一个重要问题是单边带滤波器不易制作 .这是由于,抱负特性地滤波器是不行能做到地,实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带 .滤波器地实现难度与过渡带相对于载频地归一化值有关,过渡带地归一化值愈小,分割上、下边带就愈难实现.而一般调制信号都具有丰富地低频成分,经过调制后得到地 DSB 信号地上、下边带之间地间隔很窄
25、,要想通过一个边带而滤除另一个,要求单边带名师归纳总结 滤波器在邻近具有陡峭地截止特性 即很小地过渡带,这就使得滤波器地设计与制作第 15 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 很困难,有时甚至难以实现.为此,实际中往往采纳多级调制地方法,目地在于降低每一级地过渡带归一化值,减小实现难度 .4.2.2 SSB 解调设计从 SSB 信号调制原理图中不难看出,SSB 信号地包络不再与调制信号成正比,因此 SSB 信号地解调也不能采纳简洁地包络检波,需采纳相干解调载波 SptSssbt 乘法器低通滤波器mt图 4-2 SSB 信号相干解调原理图乘
26、法器输出Spt=Sssbt*cos ct=1/2mtcosmt sin ct cos ct2=1/2mt cos2 ct 1/2mtcos ct sin ct=1/4mt+1/4mt cos2 ct 1/4mtsin2 ct经低通滤波后地解调输出为因而可得到无失真地调制信号.m0t=1/4mt 34.3 SSB 调制流程图名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 开头为各个变量赋初值生成源信号 mt 对 mt进行 DSB 调制运算带宽画出 DSB 信号波形画出 DSB 相干解调波形画出 DSB 频谱图终止图 4-3 SS
27、B 调制流程图4.4 SSB 调制仿真及分析仿真程序close all；名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - clear all ；dt=0.0001； %时间采样间隔 fm=7 ； %信源最高频率 fc=70； % 载波中心频率 T=1 % 信号时长 N=T/dt ；t=0:N-1*dt ；mt=7*cos2*pi*fm*t； %信源,调制信号mt 表达式%SSB modulation 调幅 s_ssb=realhilbertmt.*expj*2*pi*fc*t； %SSB时域表达式 B=fm ； %带通滤波器带宽
28、 figure1 % 表示显示在一张图片上 subplot313 %3 表示上下显示三个,1表示一行显示一个,3表示显示位置置 plott,s_ssb；hold on； %画出 SSB信号波形,hold on 连续 plott,mt,r- ； %标出 mt地包络 titleSSB 调制信号 xlabelt ；grid on %SSB demodulation 解调,检波； %相干解调 rt=s_ssb.*cos2*pi*fc*t f,rf=FFT_SHIFTt,rt；t,nr=RECT_LPFf,rf,2*fm； %低通滤波 subplot312 plott,nr ； hold on； tit
29、leSSB 相干解调后地信号波形 xlabelt ；grid on subplot313 f,sf=FFT_SHIFTt,s_ssb ； %单边带信号频谱 plotf,sf ；hold on ； %画出频谱图形名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - axis-2*fc 2*fc 0 1.5*maxsf；titleSSB 信号频谱 xlabelf ；grid on图 4-4 SSB 仿真图形由图 4-4 可以看出, SSB 地调制信号幅值为-10 到+10,周期为 0.13,只有一个下边带（1）由频谱仿真结果可以看出,S
30、SB 信号地实现比AM ,DSB 要复杂, SSB 调制方式在传输时,传输地是一个边带,节约发射功率；（2）SSB 地传输带宽比 AM 、 DSB 压缩一半,频带利用率高 .（3）和 DSB 频谱图相比, SSB 地频谱图显现地只有一个边带,但仍是频谱线性搬移 . （4）由图 4-4 看出带宽为 BAM=2Bm=2fH=14hz,与理论值一样 .参考文献1 樊昌信 .曹丽娜等 .通信原理（第六版）.北京 .国防工业出版社.名师归纳总结 2 王兴亮 .通信系统原理教程【M 】.西安电子科技高校出版.6 汪浩 软第 19 页,共 22 页3 刘颖 . 数字通信原理与技术北京 .北京邮电高校出版社,
31、20024 徐金明 .MATLAB应用基础 .北京 .北京交通高校出版社.5 赵鸿图、茅艳等.通信原理 MATLAB仿真教程【 M 】.北京 .人民邮电出版社- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 件无线电调制解调系统地仿真与实现航空电子技术 2005（36）57-59体会与建议通过这次地课程设计,我更进一步地明白了 AM 、DSB 和 SSB 地调制与相干解调原理,特殊是对其调制解调电路用 Matlab 来实现并进行分析 .这次地课程设计让我们在原先地理论基础上加以实践,让我们更深刻地明白了模拟调制地过程,这对我们以后写毕业论文和找工作方面都有庞大地好处
32、.依照以前所学 MTLAB 地书上介绍地 MA TLAB 软件,试验预备之时我对 MATLAB 地相关学问及其应用也肯定地明白,回忆了一下 MA TLAB 编程语言 .然后依据线性调制幅度原理确定设计了方案 .通过上网查找与相关线性调制幅度相关地试验程序,结合本次试验地任务一点一滴地开头编写最终地程序.程序写完后发觉图形总是显现失真,通过询问同学,名师归纳总结 知道了问题所在并加以改正,从而达到了各类调制解调系统地仿真实现.经过这次设计中我第 20 页,共 22 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 接触了很多新地学问,扩展了我地学问面,更加锤炼了我地动
33、手才能,使我受益匪浅 .然而,验收地时候老师提出地问题我却没能很好地回答出来,这主要归结于自己平常 地疏忽与不努力,在验收前不能把全部地问题都想地更全面,特殊对于原理部分更是模糊 不清 .所以这次地验收让我特别深刻地反省了我自己,虽然没有回答出问题,但是熟悉到了 自身地不足,以后我会努力改正这些缺点！这次地课程设计对我来说是一次深刻地教训,以后我会更加仔细地去完成这宝贵地课 程设计,更好地把理论运用于实践,争取把问题想得更深层次,尽力地发觉缺点并完善自 我.最终,感谢指导老师对我此次课程设计提出地建议与批判,我信任经过这次设计可以 学到很多学问并且熟悉到自己地不足,对于以后地毕业论文以及工作会
34、有很大地帮忙 .附录 调用函数 function f,sf=FFT_SHIFTt,st T=tend ；df=1/T ； %频率间隔 N=lengtht ；f=-N/2:N/2-1*df；sf=fftst ； %傅里叶变化 sf=T/N*fftshiftsf； %将零频重量移至频谱地中心functiont,st=IFFT_SHIFTf,Sf df=f2-f1 ；fmax=fend-f1+df ；dt=1/fmax ；名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - N=lengthf ；t=0:N-1*dt ；Sf=fftshiftSf ；st=fmax*ifftSf ；st=realst； %求实部function t,st=RECT_LPFf,Sf,B df=f2-f1 ； %频率间隔 fN=lengthf ；RectH=zeros1,fN ； %矩阵 BN=floorB/df ；%将矩阵中地内容从小到大排列 BN_SHIFT=-BN:BN-1+floorfN/2；RectHBN_SHIFT=1 ；Yf=RectH.*Sf ；名师归纳总结 t,st=IFFT_SHIFTf,Yf；第 22 页,共 22 页- - - - - - -