Matlab模拟线性调制与解调.doc

1、塔里木大学信息工程学院课程设计目 录1前 言12工程概况13正 文13.1设计的目的和意义13.2 设计方法和内容23.2.1 幅度调制与解调原理23.2.2 AM信号仿真23.2.3 DSB信号仿真43.2.4 SSB信号仿真63.3 结论84致 谢95参考文献9第 9 页 共 9页前 言在当今飞速发展的信息时代，随着数字通信技术计算机技术的发展以及通信网络与计算机网络的相互融合，信息科学技术已成为21世纪国际社会和世界经济发展飞新的强大动力。信息作为一种资源，只有通过广泛的传播与交流，才能差生利用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产力的发展，创造巨大的经济效益。而信息的传播和交流，是

2、依靠各种通信方式和技术来实现的。学习和掌握现代通信理论和技术是信息社会每一位成员，尤其是未来通信工作着的迫切要求。近两年来，伴随着美国MathWorks公司的MATLAB6.0和MATLAB6.5的发布，MATLAB由最初的“矩阵实验室”，已经发展成适合多科多工作平台的大型科技应用软件。它包含众多的功能各异的工具箱，涉及领域包括：数字信号处理、通信技术、控制系统、神经网络、模糊逻辑、数值统计、系统仿真和虚拟现实技术等。作为一个功能强大的数学工具软件，在很多领域中得到了广泛的应用。近年来已逐渐列入许多大学理工科学生的教学内容，成为广大师生、研究人员的重要数学分析工具和有利助手；也为广大科研工作者

3、进行系统仿真与分析提供了极大的方便。在过去几年中，Simulink已经成为院校和工程领域中广大师生和研究人员用来建模和方针动态系统的软件包。Simulink鼓励人们去尝试，可以用它轻松的搭建一个系统模型，并设置模型参数和方针参数，并且立即观察到改变后的方针结果。通信仿真是衡量通信系统性能的工具。通信仿真可以分成离散事件仿真和连续仿真。在寓教事件仿真中，仿真系统只对离散事件做出响应，而在连续仿真中，仿真系统对输入信号“生连续的输出信号。离散事件仿真是对实际通信系统的一种简化，它的仿真建模比较简单，整个仿真过程需要花费的时间也比连续仿真少。虽然离散事件仿真舍弃了一些仿真细节，在旨些场合显得不够具体

4、，但仍然是通信仿真的主要形式。通过调制可以使信号适用于无线信道传输，AM、DSB、SSB是短波通信的三种主要方式。其中SSB调制已经成为短波通信的一种重要的调制方式。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， 目前主要用于中波和短波的调幅广播中。DSB调制设备较复杂，应用较少，一般只用于点对点的专用通信。SSB制式普遍用于频带比较拥挤的场合，如短波的无线电广播和频分多路复用系统中。工程概况在这次课程设计的主要概况是了解幅度调制与解调的基本原理。主要概况是利用 MATLAB7.0 中的模拟仿真软件Simulink 仿真设计AM、DSB、SSB调制与解调系统。完成调制信号分析

5、，并绘制相关的波形图及频谱图。分析信号波形及其频谱特点。分析信号波形及其频谱特点。采用包络检波和相干解调的发放分别对DSB、SSB、AM信号进行解调。正 文3.1设计的目的和意义通过利用matlab simulink模拟仿真线性幅度调制与解调。熟悉matlab simulink仿真工具。通过课程设计来更好的掌握课本的相关知识，熟悉幅度调制的基本原理与动态模拟仿真的基本过程。更好的了解通信原理的相关知识，磨练自己分析问题、查阅资料、巩固知识、创新等各方面能力。3.2 设计方法和内容3.2.1 幅度调制与解调原理幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按照调制信号的规律而变化的过程。将基带信

6、号加入一个直流分量后与载波相乘，即可形成AM信号。将直流分量去掉，即可输出抑制载波的双边带信号。若让双边带信号通过一个带同滤波器或利用相移法即可产生SSB信号。即滤波法和相移法。解调是调制的逆过程，其作用是从接受信号中恢复出原基带信号。解调的方法分为两类：相干解调和非相干解调（如包络检波）。相干解调也称同步检波，适用于所有线性调制信号的解调。其关键是必须在已调信号的接受端产生与信号载波同频同相的本地载波。包络检波多用于广播接受机中，也适用于AM信号中。简单的模块如下LPF图3-1幅度调制与解调基本原理图3.2.2 AM信号仿真AM调制的基本原理是将基带信号加一个直流分量后与载波相乘，即可形成调

7、幅信号。其时域和频域表示式分别为+因此，已调信号的频谱由载频分量和上、下两个边带组成，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。其带宽是基带信号的两倍，为。AM信号频谱中，载波分量占据大部分的功率，而含有用信息的两个边带占有的功率较小。因此，从功率上讲，AM信号的功率利用率比较低。利用matlab /simulink模拟AM信号的仿真原理图如下图图3-2 AM信号仿真原理图图中各个模块的作用、参数设置如下：(1) Singal Generrater信号信号发生器。其主要作用是产生各种信号。本次实验中采用的是正弦波信号 。正弦波的频率设置为f=10赫兹，幅值A=1。(2)

8、 DSB Modulater ，AM信号调制器。其主要作用相当于一个加法器和相乘器，使原信号与直流分量相加后再与本地载波相乘，实现对原信号的调制。该模块中主要的参数如下nout signal offset（输入信号偏移）输入信号偏移K。本参数应该大于或等于输入信号最小值的绝对值；Carrier frequency(HZ)，波频率为200赫兹。Initial phase(rad) 初始相位为pi/3。(3)DSB Dmodulater，解调器。其主要作用是将原信号从已调信号中恢复出来。需注意的是加入的同步信号必须与本地载波同频同相，因此其频率和初相分别为200赫兹、pi/3。(4) Analog

9、 Filter Design低通滤波器。它在通信系统中主要其的作用是滤除带外噪声等。Filter oder值为9，Passband edgefrequency为5000。(5) Scope示波器。用来显示各个仿真信号的时域波形图。设置坐标轴数为4，使其能够同时显示4组信号。仿真信号的时域波形图为如下图3-3 AM信号仿真时域波形图如图所示基带信号是正弦波信号，经过调制后，可以看出频率较载波信号频率较低的基带信号形成了包络。而高频载波信号的幅度随着基带信号幅度的改变呈线性变化。从图上看出解调后的信号高频载波被滤除，只剩下包络信号。经低通滤波器滤除噪声等干扰后，我们可以看到恢复出的解调信号失真很小

10、。信号的频谱图如下图3-4 AM信号仿真频谱图由图可看出AM信号的频谱成分由载波分量和两个边带分量构成。对于该系统，由基带信号和载波信号的频率大小可得,仿真信号频谱的中心频率为200赫兹，而上、下边带的频率分别为190赫兹和210赫兹。其带宽为20赫兹，正好是基带信号的两倍。因此由图也可看出AM信号的带宽是基带信号的两倍。3.2.3 DSB信号仿真在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果抑制载波，只需将直流去掉，即可输出抑制载波双边带信号。其时域和频域表示式分别为因此DSB信号的频谱含有两个边带，即上、下边带。两个边带所含的信息相同。它的带宽是基带信号带宽的两倍为。因为其频

11、谱中不含有载有无用信息的载波分量，只含有载有无用信息的边带分量，因此其信号的功率利用率较AM信号要大的多。利用matlab /simulink模拟AM信号的仿真原理图如下图3-5 DSB信号仿真原理图 图中各个模块的作用及参数分别为：(1) Singal Generrater信号信号发生器。其主要作用是产生各种信号。本次实验中采用的是正弦波信号 。正弦波的频率设置为f=5兹。幅值A=1.(2) DSBC Modulater双边带信号调制器。其主要作用相当于一个相乘器，使基带信号与本地载波相乘，实现对原信号的DSB调制。该模块中主要的参数如下：nout signal offset（输入信号偏移）

12、输入信号偏移K。本参数应该大于或等于输入信号最小值的绝对值；载波频率为120赫兹，初始相位为pi/3。 (3) DSBC Dmodulater解调器。其主要作用是将原信号从已调信号中恢复出来。需注意的是加入的同步信号也必须与本地载波同频同相，因此其频率和初相分别为120赫兹，pi/3。(4) Analog Filter Design低通滤波器。在通信系统中它的主要其的作用是滤除带外噪声等。Filter oder值为9，Passband edgefrequency为5000。(6)FFT频谱仪。用来显示仿真信号的频谱。设置其横轴以千赫兹为单位。仿真信号的时域波形图为如图图3-6 DSB信号时域波

13、形图 如图所示基带信号也是正弦波信号，经过调制后载波信号的幅度随基带信号的变化而变化，从而出现包络，包络后的信号为高频载波信号。解调后的信号，滤除了高频分量，因此恢复出原来的基带信号的基本模型。经低通滤波器滤除噪声等干扰后，可以看出恢复出的信号波形和原始的信号波形几乎一样，有少许的失真。 信号频谱图如下图3-7 DSB信号频谱图由图可知DSB的频谱分量不含有载波分量，而含有两个边带分量。同时，由图可以看出DSB信号的频谱为。因此，信号的带宽为10赫兹，频谱成分以200赫兹为中心频率，两侧的上、下边带的频谱分量分别为115赫兹与125赫兹。3.2.4 SSB信号仿真产生SSB信号最直观的方法是让

14、双边带信号通过一个边带滤波器，保留所需要的边带，滤除不要的边带。但是，这要求单边带滤波器在附近具有陡峭的截止特性。是的滤波器的设计和制作很困难。因此，我们借助希尔伯特变换来实现相移法形成SSB信号。其时域和频域的表示式分别为， SSB信号所占用的带宽为AM、DSB的一半。它的带宽与基带信号的带宽相同，为。 利用matlab /simulink模拟AM信号的仿真原理图如下图3-8 SSB信号仿真原理图图中各个模块的作用及参数分别为：(1) Singal Generrater信号信号发生器。产生各种信号。本次实验中采用的是正弦波信号 。正弦波的频率设置为f=8赫兹。幅值A=1。(2) SSB Mo

15、dulater调制器。其主要作用相当于DSB调制器让DSB信号在通过一个边带滤波器，保留所需要的边带，滤除不要的边带。实现对原信号的调制。该模块中主要的参数如下nout signal offset（输入信号偏移）输入信号偏移K。本参数应该大于或等于输入信号最小值的绝对值；Carrier frequency(HZ)，波频率为180赫兹，I nitial phase(rad) 初始相位为pi/3。(3) SSB Dmodulater解调器。其主要作用是将原信号从已调信号中恢复出来。同步信号必须与本地载波同频同相，因此其频率和初相分别为180赫兹。(4) Analog Filter Design低通

16、滤波器。在通信系统中主要的作用是滤除带外噪声等。Filter oder值为9，Passband edgefrequency为5000。(5)Zero-Oder Hold,临界保持。将连续的信号离散化。显示的仿真信号的时域波形图如下图3-9 SSB信号时域波形图如图所示基带信号的波形是正弦波，经过调制后，频率低的信号成为包络，而频率高的载波信号则随基带信号幅度的变化而变化。解调后的信号，由图可以看出很明显滤除了高频分量，已调信号的包络消失，原来的基带信号已被恢复出基带信号正弦波信号的大概样式。之后再经低通滤波器滤除噪声等干扰后，我们看可以看到得到的解调信号就和原始基带信号几乎一样，但仔细看，还是

17、有少许的失真。信号频谱图如下图3-10 SSB信号频谱图由图可知SSB信号的频谱只有一个边带分量，而无载波分量。同时，该模拟系统基带信号的带宽为8赫兹，载波信号频率为180赫兹。由图可以看出SSB信号的带宽是8赫兹。也就证明了SSB信号的带宽与基带信号的带宽相同。频谱如果保留下边带的话频率在172兹上，如果保留上边带的话在频率188赫兹上。3.3 结论通过模拟仿真这三种幅度调制信号，可以了解这三种调制各有自己的优缺点。AM优点是接收设备简单，缺点是率利用率低，抗干扰能力差。DSB优点是功率利用率低，接收设备较复杂。SSB优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和选择性衰落能力均优于AM，

18、缺点是发送设备和接收设备丢复杂。SSB信号的实现比AM、DSB要复杂的多，但是SSB调制载传输时，不仅可以节省发射功率，而且它所占用的带宽为，只有AM、DSB的一半，因此，它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。实际上评价一个模拟系统的好坏，最终要看解调器的输出信噪比。输出信噪比是指解调器输出有用信号的平均功率与解调器输出噪声的平均功率之比。SSB系统中，信号与噪声有相同的表示形式，所以，相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制，故信噪比没有改善。其值为1。而DSB调制系统中，其制度增益为2，系统的抗噪声性能胜于SSB调制系统。致 谢通过这两周的课程设计，我对通信领域的知识得到了更深一步

19、的了解。通过课设中查阅资料等，我拓宽了知识面，增长了见识。在这过程中我遇到了很多困难，其中两大难点就是参数设置的调整和Simulink的应用，切身体会到自己的英文知识欠佳。不过，很欣慰自己可以坚持到底，最后圆满完成课程设计任务。 我深切体会到做任何事情都必须用心、耐心。我很感谢在课设过程中给予我帮助的老师和同学。我相信，我们的每一次拼搏都是未来的垫脚石，课程设计过程中所学到的东西我将受益终身。参考文献1 邓华.MATLAB通信仿真及应用实例.北京：人民邮电出版社,2003：89962 姚俊.马松辉.Simulink建模与仿真基础.北京：西安电子科技大学出版社,2002：971203 王沫然. Simulink4建模及动态仿真.北京：电子工业出版社,2001:46644 谭杨林.数字通信原理.北京:电子工业出版社，2001：69705 许波，刘征.MATLAB工程数学应用.北京:清华大学出版社，2002：9299