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线性幅度调制系统的设计.doc

线性幅度调制系统的设计

香水百合9119
2017-11-15 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《线性幅度调制系统的设计doc》,可适用于IT/计算机领域

线性幅度调制系统的设计本科毕业论文(设计)作者声明本毕业论文(设计)是在导师的指导下由本人独立撰写完成的没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文(设计)引起的法律结果完全由本人承担。特此声明。作者专业:作者学号:作者签名:年月日线性幅度调制系统的设计theDesignoftheLinearAmplitudeModulationSystem年月日摘要从语音、声音、图像等信息源直接转换得到的电信号是频率较低的电信号其频谱特点是包括直流分量的低通频谱。如电话信号的频率范围在~kHz这些信号可以直接通过架空线、电缆等有线信道传输但不可能在无线信道直接传输。另外这些信号即使可以在有线信道传输但一对线路上只能传输一路信号对信道的利用不经济。为了使低频信号能够在像无线信道上传输同时为了使有线信道上同时传输多路信号就需要采用调制和解调技术。本文研究基于MATLAB的线性幅度调制系统的仿真与分析。首先介绍了调制在通信系统中至关重要的作用以及近年来线性幅度调制的发展状况。接着介绍了线性幅度调制的基本理论包括通信系统中的几种常见的调制与解调技术重点阐述普通调幅(AM)、双边带调制(DSB)、单边带调制(SSB)、残留边带调制(VSB)的基本原理以及它们的解调方式。其次介绍了仿真工具MATLAB软件的特点、功能和该仿真技术在现代通信中的应用。接着通过观察调制信号、已调信号、解调后的信号以及在不同调制方式下各已调信号的频谱(主要包括载频分量和边带)来分析四种不同调制方式的异同和特点最后阐述了四种调制方式的异同点指出了线性幅度调制是数字调制的基础以及它们在工程实践中的应用。关键词:MATLABAMSSBDSBVSBAbstractFromthevoice,voice,imagesandotherinformationsourcesfordirectconversionofsignalsaresignalswithlowfrequency,thespectrumcharacteristicsoflowpassspectrumincludingDCcomponentSuchasthefrequencyrangeoftelephonesignalsin~kHz,thesesignalscanbedirectlythroughtheoverheadlines,cablesandcablechannel,butnotinthewirelesschannelofdirecttransmissionInaddition,thesesignalscanbetransmittedinwiredchanneleven,butapairoflinescantransmitasignal,useofthechannelisnoteconomicInordertomakethelowfrequencysignalinthewirelesschanneltransmission,atthesametimeinordertoenablethesimultaneoustransmissionofmultiplesignalsinthecablechannel,requirestheuseofmodulationanddemodulationtechniquesThesimulationandanalysisoflinearamplitudemodulationsystemisstudiedbasedonMATLABinthispaperFirstthecrucialroleinthemodulationincommunicationsystemandthedevelopmentoflinearamplitudemodulationinrecentyearsareintroducedThenthebasictheoryoflinearamplitudemodulationisintroduced,includingthemodulationanddemodulationtechnologyofseveralcommunicationsystemincommon,focusesontheordinaryamplitudemodulation(AM),doublesidebandmodulation(DSB),singlesidebandmodulation(SSB),vestigialsidebandmodulation(VSB)aswellasthebasicprinciplesofthedemodulationoftheirSecondly,theapplicationcharacteristics,simulationtoolsandfunctionsofMATLABsoftwareandthesimulationtechnologyinmoderncommunicationareintroducedThenthroughtheobservationsignalmodulation,themodulatedsignal,signalafterdemodulationandmodulationspectrumindifferentways,eachmodulatedsignal(includingcarrierfrequencycomponentandthesideband)toanalyzethedifferencesandcharacteristicsoffourkindsofdifferentmodulationfinallyelaboratedfourkindsofmodulationindifference,pointedoutthelinearamplitudemodulationisthefoundationofdigitalmodulationandtheiruseinEngineeringKeywords:MATLABAMSSBDSBVSB目录绪论引言线性幅度调制技术的发展状况论文的主要研究内容线性幅度调制的基本理论几种常见的调制解调技术线性调制与解调的基本原理普通调幅(AM)的基本原理双边带调制(DSB)的基本原理单边带调制(SSB)的基本原理残留边带调制(VSB)的基本原理仿真工具MATLAB简介MATLAB软件M文件线性幅度调制系统的MATLAB仿真与分析普通调幅(AM)的仿真与分析双边带调制(DSB)的仿真与分析单边带调制(SSB)的仿真与分析残留边带调制(VSB)的仿真与分析结论主要参考文献附录附录附录附录附录附录后记绪论引言调制在通信系统中的作用至关重要。所谓调制就是把信号转化成适合在信道中传输形式的一种过程。线性幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度使之随调制信号作线性变化。“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。而是在波形上幅度已调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。目前普通调幅主要应用于无线电广播SSB已成为短波通信中的一种重要的方式。信号在信道中传输时必须进行调制信号才能有效且可靠地传输。在工程实践中可以结合实际的需求来选取高效的调制方式对于调制的要求我们不但要求调制效率高、调制线性范围大、失真小而且要考虑器件的成本、该方式实现的难以程度等。在全球数字信息化不断推进过程中数字通信有其非常多的优点。但是线性幅度调制系统是数字调制系统的基础同时在生产、生活中一些利用线性幅度调制生产的器件有着其它产品无法替代的优势。因此对线性幅度调制系统的研究有其现实的意义。线性幅度调制技术的发展状况随着以WCDMA为代表的第三代移动通信技术的发展线性幅度调制技术正得到越来越广泛地应用。同时以线性幅度调制技术为基础的其他新型技术也在不断出现和发展。世纪初期无线电技术慢慢的发展起来开始人们把它用于通讯系统无线电广播是无线电的一个分支它主要运用了线性幅度调制的基本原理用音频电流去调制高频电流的振幅也就是使载波的振幅随着广播的语言、音乐等音频信号的变化而变化这一门科学技术的发明至今短短几十年的时间里发生了翻天覆地的变化。世纪中期无线电广播主要是是中波和短波调幅两种方式。中波可沿着地球表面传播(地波)如果功率较大能够覆盖半径为多公里的地区也可依靠地球外层空间的电离层反射(天波)有可能到达几百以至上千公里以外的远方。短波主要依靠电离层的反射功率较大的短波能够传播到几千公里以外。目前无线电技术已经广泛的应用于工农业生产、国防军事、交通运输、广播通讯和日常生活等各个方面。近年来正交振幅调制受到国际上移动通信技术专家的高度重视它是以线性幅度调制为基础的新技术正交幅度调制(QAM)是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性实现两路并行的数字信息的传输。该技术具有很高的频带利用率因此它不仅在移动通信领域得到应用而且在有线电视传输、数字视频广播卫星通信等领域也得到了广泛的应用。综上所述线性幅度调制技术不仅有着自身独特的优点而且为研究其他调制技术作好了铺垫。论文的主要研究内容本文研究基于MATLAB编程法的线性幅度调制系统的设计(包括AM、DSB、SSB、VSB)输出显示调制信号、载波信号以及已调信号波形并输出显示三种信号频谱图。对产生波形进行分析并通过参数的改变观察波形变化分析实验现象。第一章绪论:主要介绍了调制在通信系统的重要的意义并概述线性幅度调制技术的发展状况以及论文研究的主要内容第二章线性调制与解调的基本理论:首先介绍了几种常见的调制技术主要分为模拟调制与数字调制其次对线性幅度调制技术的一般模型进行了介绍接着重点阐述普通调幅(AM)、双边带调制(DSB)、单边带调制(SSB)、残留边带调制(VSB)的基本原理以及它们各自不同的解调方式第三章仿真工具MATLAB介绍:主要介绍了MATLAB软件的特点、功能和该仿真技术在现代通信中的应用同时介绍了MATLAB所提供的M文件的设计编写规则第四章基于MATLAB的线性幅度调制系统的仿真与分析通过观察调制信号、已调信号、解调后的信号以及在不同调制方式下各已调信号的频谱(主要包括载频分量和边带)来分析四种不同调制方式的异同和特点第五章结论:本章依次对普通调幅(AM)、双边带调制(DSB)、单边带调制(SSB)、残留边带调制(VSB)进行了比较阐述了四种调制方式的异同点最后指出了线性幅度调制是数字调制的基础以及在生产、生活中一些利用线性幅度调制生产的器件有着其它产品无法替代的优势。线性幅度调制的基本理论几种常见的调制解调技术在通信中我们常常采用的调制方式有以下几种:对于模拟调制而言主要分为线性调制与非线性调制而线性调制主要包括幅度调制(普通调幅双边带调制单边带调制残留边带调制)和非线性调制(调频调相)两种。AM调制信号去控制高频正弦载波的幅度使其按调制信号的规律变化的过程DSB调制后会在坐标轴Y轴两边分成两个部分双边带调制会把原来的振幅利用算法分解成两个频率相对较高的部分SSB是效率最高的语音通信方式,频带占用只有AM的一半,效率理论上是AM的四倍,但设备复杂残留边带调制是介于单边带调制与抑制载波双边带调制之间的一种调制方式在残留边带调制中除了传送一个边带之外还保留另外一个边带的一部分。对于数字调制而言主要有脉冲调制(脉幅调制脉宽调制等)以及增量调制等等。ASK是振幅键控FSK是频移键控PSK是相移键控DPSK是差分相移键控ASK是利用载波的幅度变化来传递数字信息而且频率和初始相位保持不变FSK是利用载波的频率的变化来传递数字信息PSK是利用载波的相位变化来传递数字信息DPSK是利用前后码元的载波相对相位变化传递数字信息所以又称为相对相移键控。通信系统有不同的分类的方法根据是否采用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的信号直接传送调制的方式有很多。线性调制与解调的基本原理幅度调制的一般模型幅度调制时用调制信号去控制高频正弦载波的幅度使之随调制信号作线性变化的过程。幅度调制器的一般模型如图所示:图幅度调制器的一般模型(t)图中m(t)为调制信号为已调信号h(t)为滤波器的冲激响应则已调信号的sm时域和频域一般表达式分别为()()cos()tmttht,,(式)swmc(式)wMwMwHw,,,()()()()Swwmcc式中M(w)为调制信号m(t)的频谱w为载波角频率。由以上表达式可见对于幅度调制信号在波形上它的幅度随基带信号规律而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。由于这种搬移是线性的因此幅度调制通常又称为线性调制相应地幅度调制系统也称为线性调制。在上图的一般模型中适当选择滤波器的特性H(w)便可得到各种幅度调制信号例如:常规普通调幅(AM)、双边带调幅(DSB)、单边带调制(SSB)、残留边带调制(VSB)等。普通调幅(AM)的基本原理AM信号的表达式、频谱及带宽在上图中若假设滤波器为全通网络(,)调制信号叠加直流后再与载波相乘则输出的信号就是常规双边带调幅(AM)信号。AM调制器模型如图所示。图AM调制器模型AM信号的时域和频域表达式分别为()()coscos()costmtttmtt,,(式)swwwAAAMccc(式)wwwMwMw,,,,,,()()()()()SwwwwAAMcccc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A平均值为即AM信号的典型波形和频谱分别如图(a)、(b)所示图中mt(),假定调制信号m(t)的上限频率为。显然调制信号m(t)的带宽为。,ffBmHHm(t)(a)可见AM信号波形的包络与输入基带信号成正比故用包络检波由图的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真必须满足否则将出现过调幅现象而带来失真。由它的频谱图可知AM信号的频谱,mt()Amax()t是由分量和上、下两个边带组成(通常称频谱中画斜线的部分为上边带不画斜线sAM的部分为下边带)。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同下边带是上边带的镜像。显然无论是上边带还是下边带都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号它的带宽为基带信号带宽的两倍即(式),,,fBBBDSBAMmHmt()式中为调制信号的带宽为调制信号的最高频率。,ffBmHHAM信号的典型波形和频谱图图AM信号的解调()tsAM调制过程的逆过程叫做解调。AM信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号m(t)。AM信号的解调方法有两种:相干解调和包络检波解调。()相干解调由AM信号的频谱可知如果将已调信号的频谱搬回到原点位置即可得到原始的调制信号频谱从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调的原理如图所示。图相干解调原理图将已调信号乘上一个与调制器同频同相的相干载波(式)ttmttmtmtt,,()cos()()()cosswwwcosAAAAMccc由上式可知只要用一个低通滤波器就可以将第项与第项分离无失真的恢复出原始的调制信号(式),()()tmtmAA对于AM信号的解调过程中含有直流分量此时需在解调后加上一个简单的直流电容即可。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相干解调后将会出现原始基带信号减弱甚至带来严重的失真。()包络检波法()t由的波形可见AM信号波形的包络与输入基带信号m(t)成正比故可以用包sAM络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成如图所示。图包络检波原理图上图为串联型包络检波器的具体电路及其输出波形电路由二极管D、电阻R和电容C组成。当RC满足条件(式),,,,RCwwcH时包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近包络检波器输出的信号中通常含有频率为的波纹可由LPF滤除。wc()()tmt,(式)mA图串联型包络检波器电路及其输出波形包络检波法属于非相干解调法其特点是:解调效率高解调器输出近似为相干解调的倍解调电路简单特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号大大降低实现难度。故几乎所有的调幅(AM)式接收机都采用这种电路。综上所述可以看出采用常规双边带幅度调制传输信息的好处是解调电路简单可采用包络检波法。缺点是调制效率低载波分量不携带信息但却占据了大部分功率白白浪费掉。如果抑制载波分量的传送则可演变出另一种调制方式即抑制载波的双边带调幅(DSBSC)。双边带调制(DSB)的基本原理DSB信号的表达式、频谱及带宽H(w)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(DSBSC)调制信号简称双边带(DSB)信号。DSB调制器模型如图所示。可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘其时域和频域表示式分别为图DSB调制模型器图()()costmtt,(式)swDSBc(式)www,,()()()SwwDSBcc可见DSB信号的包络不再与m(t)成正比故不能进行包络检波需采用相干解调除不再含有载频分量离散谱外DSB信号的频谱与AM信号的完全相同仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号它的带宽与AM信号相同基带信号带宽的两倍即(式),,,fBBBDSBAMmH式中为调制信号带宽为调制信号的最高频率。,ffBmHHDSB信号的解调DSB信号只能运用相干解调其模型与AM信号相干解调时完全相同如图所示。此时乘法器输出(式)ttmttmtmtt,,()cos()()()cosswwwcosDSBccc经低通滤波器滤除高次项得(式),()()tmtm即无失真地恢复出原始电信号。抑制载波的双边带幅度调制的好处是节省了载波发射功率调制效率高调制电路简单仅用一个乘法器就可实现。缺点是占用频带宽度比较宽为基带信号的倍。单边带调制(SSB)的基本原理由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的皆携带了调制信号的全部信息因此从信息传输的角度来考虑仅传输其中一个边带就够了。这就又演变出另一种新的调制方式单边带调制(SSB)。SSB信号的产生产生SSB信号的方法很多其中最基本的方法有滤波法和相移法。()用滤波法形成SSB信号用滤波法实现单边带调制的原理图如图所示图中的为单边带滤波器。产生()wHSSBSSB信号最直观方法的是将设计成具有理想高通特性或理想低通特性()w()wHHSSBH的单边带滤波器从而只让所需的一个边带通过而滤除另一个边带。产生上边带()wHi信号时即为产生下边带信号时即为。()w()w()w()wHHHHSSBHSSBi图SSB信号的滤波法产生显然SSB信号的频谱可表示为(式)wwwMwMww,,,()()()()()()SSwwHHSSBSSBSSBDSBcc用滤波法实现SSB信号原理框图简洁、直观但存在的一个重要问题是单边带滤波器不易制作。这是因为理想特性的滤波器是不可能做到的实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带。滤波器的实现难度与过渡带相对于载频的归一化值有关过渡带的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的低频成分经过调制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄要想通过一个边带而滤除另一个要求单边带滤波器在附近具有陡峭的截止特性――即很小的过渡带这就使得滤波器的设计与制fc作很困难有时甚至难以实现。为此实际中往往采用多级调制的办法目的在于降低每一级的过渡带归一化值减小实现难度。()用相移法形成SSB信号可以证明SSB信号的时域表示式为,(式),mtttt,()cos()sinSwmwSSBcc,()t式中“,”对应上边带信号“”对应下边带信号表示把m(t)的所有频率成分m,,()t均相移称是的希尔伯特变换。m根据上式可得到用相移法形成SSB信号如图所示。图中为希尔伯特()wHSSB,m(t)滤波器它实质上是一个宽带相移网络对中的任意频率分量均相移。图相移法形成SSB信号的模型相移法形成SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作该网络要对调制信号的所有频,率分量严格相移这一点即使近似达到也是困难的。SSB信号的解调从SSB信号调制原理图中不难看出SSB信号的包络不再与调制信号m(t)成正比因此SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波需采用相干解调如图所示。图SSB信号的相干解调此时乘法器输出,tttmttttt,,,(式)()()cos()cos()sincossswwmwwFSSBcccc经低通滤波后的解调输出为(式),()()tmtm因而可得到无失真的调制信号。综上所述单边带幅度调制的好处是节省了载波发射功率调制效率高频带宽度只有双边带的一半频带利用率提高一倍。缺点是单边带滤波器实现难度大。残留边带调制(VSB)的基本原理VSB信号的表达式、频谱及带宽残留边带调制是介于单边带调制与抑制载波双边带调制之间的一种调制方式在残留边带调制中除了传送一个边带之外还保留另外一个边带的一部分。对于具有低频即直流分量的调制信号用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡带是无限陡的理想滤波器在残留边带调制中已不再需要这就避免了实现上的困难。其代价是传输频带增宽了一些。用滤波法实现残留边带调制的原理图如图所示。图SSB信号的相干解调图中的为残留边带滤波器其特性应按残留边带调制的要求来进行设计。为()wHVSB了保证相干解调时无失真地得到调制信号残留边带滤波器的传输函数必须满足:()()ww,w,=常数。残留部分下边带时的传递函数如图wwwHHVSBVSBccH所示。图VSB信号的下边带传递函数残留部分上边带时的传递函数所示图VSB信号上边带传递函数它的几何含义是残留边带滤波器的传输函数()w在载频附近必须具有互补对wHVSBc称性它可以看作是对截止频率为的理想滤波器进行“平滑”的结果习惯上称这种“平wc滑”为“滚降”。显然由于“滚降”滤波器截止频率特性的“陡度”变缓实现难度降低但滤波器的带宽变宽。由滤波法可知残留边带信号的频谱为()()()()wwww,,(式)SwwHVSBVSBcc其时域表达式为()()()ttt,,(式)sshVSBDSBVSBVSB信号的解调残留边带信号显然也不能简单地采用包络检波而必须采用下图所示的相干解调。图VSB信号的相干解调()()cos()ttt,乘法器输出,相应的频域表达式为sswpVSBcwtwtwwMwMw,,()()()()()()()()SswswwwHVSBPVSBcVSBccc,,,,MwwwMwwww()()()()()()()wwwwwwHHHHVSBVSBVSBVSBcccccc(式)经LPF滤除上式第二项得解调器输出(式)wMwww,,()()()()wwMHHVSBVSBcc由上式可知为了保证相干解调的输出无失真地重现调制信号m(t)必须要求在w,()()ww,,=常数而这正是残留边带滤波器传输函数要求满wwwHHVSBVSBHcc足的互补对称条件。若设k=则(式),()()wMwM(式),()()tmtm仿真工具MATLAB简介MATLAB软件MATLAB是英文MatrixLaboratory(矩阵实验室)的缩写。它是由美国Mathworks公司推出的用于数值计算和图形处理的数学计算环境。在MATLAB环境下用户可以集成地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项操作。它优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力使其很快在同类软件中脱颖而出。MATLAB系统最初是由CleveMoler用FORTRAN语言设计的现在的MATLAB程序是Mathworks公司用C语言开发的。它的第一版(DOS版本)发行于年经过年的不断改进MATLAB已经成为国际上最流行的科学与工程计算的软件工具最流行的计算机高级编程语言了有人称它为“第四代”计算机语言它在国内外高校和研究部门正扮演着重要的角色。MATLAB语言的功能也越来越强大不断适应新的要求提出新的解决方法。可以预见在科学运算、自动控制与科学绘图领域MATLAB语言将长期保持其独一无二的地位。MATLAB软件自年推向市场以来历经十几年的发展和竞争现已成为(IEEE评述)国际公认的最优秀的科技应用软件。它功能强大、界面友好、语言自然、开放性强的特点是它获得了对应用学科(特别是边缘学科和交叉学科)的季强是盈利并且很快成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真、教学乃至科技文字处理不可缺少的基础软件。在欧美等高校MATLAB已成为理工科高级课程的基本工具成为攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的技能。在设计研究单位和工业部门MATLAB已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。近年来该软件系统开始在我国国内流行。受到理工科大中专院校释省级科研人员的重视这也是本文选择用它来设计实现线性幅度调制设计的原因所在。MATLAB是一种功能强大的科学计算和工程仿真软件它的交互式集成界面能够帮助用户快速完成数值分析、矩阵运算、数字信号处理、仿真建模、系统控制和优化等功能。MATLAB语言采用与数学表达相同的形式不需要传统的程序设计语言因而不像其他高级语言那样难于掌握。一般说来用户可以在极短的时间内掌握MATLAB的基础知识并且能够初步应用MATLAB解决简单的问题。由于MATLAB的这些特性它已经成为科研工作和工程仿真中的高效助手。MATLAB是一种科学的计算软件,它简单易学,书写简洁,编程和调试效率高,人机交互性能好,用解释方式工作,键入程序后可立即得出结果,特别是具有很强的绘图功能,可以使比较抽象的概念得以直观地展示,繁琐的计算得到大大简化。目前的MATLAB版本已经可以方便的设计漂亮的界面它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口同时因为有最丰富的函数库(工具箱)所以计算的功能实现也很简单进一步受到了科研工作者的欢迎。另外MATLAB和其他高级语言也具有良好的接口可以方便的实现与其他语言的混合编程进一步拓宽了MATLAB的应用潜力。可以说MATLAB已经也很有必要成为大学生的必修课之一掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。我们在对原有的通信系统做出改进或建立一个新系统时通常需要对这个系统进行建模和仿真通过仿真结果衡量方案的可行性从中选择最合理的系统配置和参数设置然后应用于实际系统中这个过程就是通信仿真。简而言之通信仿真就是衡量通信系统性能的工具。通信仿真一般分为仿真建模、仿真实验和仿真分析三个步骤。通过对仿真数据的分析可以得到相应的结论然后把这个结论应用到当前通信系统的改造。MATLAB是一种目前通用的通信仿真软件它将高性能的数值计算和可视化集成在一起除自身带有丰富的库函数外还可以根据用户的需要方便地建立和扩充新的库函数。人们常用它来帮助进行数值运算、信号处理及图像处理等等。为研究所述本文所提到的各种解调方案的抗干扰性能并说明该解调方案的一些细节下面用MATLAB语言进行仿真。M文件MATLAB的程序设计就是进行M文件的设计MATLAB提供了M文件的设计工具编辑器和编译器。M文件的编写规则:()在编写函数式M文件时M文件保存的文件名必须与函数名相同。()脚本式M文件没有输入和输出参数而函数式M文件有输入和输出参数它根据输入输出参数提供的信息对数据进行加工处理然后通过输出函数返回处理结果。()函数可以没有或有多个输入变量而且可以没有或有多个输出变量。函数nargin和nargout分别包含输入和输出变量的个数。()函数M文件中的所有变量除了特别声明的以外都是局部变量。局部变量在自己专有的空间中工作全局变量则在MATLAB内共享。编写完M文件后保存文件就可以进行M文件的调试调试过程中设置断点即可查看各变量的值。线性幅度调制系统的MATLAB仿真与分析普通调幅(AM)的仿真与分析AM程序如附录所示运行结果如图所示:图AM仿真波形图分析:由频谱可以看出AM信号的频谱由载频分量、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它的带宽是基带信号带宽的倍。对AM信号的解调采取乘积型同步检波。实现方式是使调制信号与相干载波相乘然后通过低通滤波器。由AM仿真分析可得出:()此调制方式占用频带较宽已调信号的频带宽度是调制信号的频带的两倍()由于被调信号的包络就是调制信号叠加一个直流所以容易实现峰值包络解调()含有正弦载波分量即有部分功率耗用在载波上而没有用于信息的传送()从效率上看常规调幅幅度方式效率较低但调制和解调过程简单。双边带调制(DSB)的仿真与分析DSB程序如附录所示运行结果如图所示:图DSB仿真波形图由图可以看出DSB调制有如下特点:()DSB信号的幅值仍随调制信号变化但与普通调幅波不同它的包络不再在载波振幅上下变化()DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处(调制电压正负交替时候)要突变度()DSB调制信号仍集中在载频附近由于DSB调制抑制了载波它的全部功率为边带占有输出功率都是有用信号它比普通调幅波经济但在频带利用率上没有改进()DSB的频谱相当于从AM波频谱图中将载频去掉后的频谱。进一步观察DSB信号的仿真图形可见上下半轴对称这是因为上下两个边带所含的消息完全相同故从消息传送的角度看发送一个边带即可这样不仅可以节省发射功率而且频带的宽度也缩小一半。单边带调制(SSB)的仿真与分析SSB程序如附录所示运行结果如图所示:图SSB仿真波形图SSB信号的解调和DSB一样不能采用简单的包络检波因为SSB信号也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采用相干解调法即对SSB信号的解调采取乘积型同步检波。实现方法是使调制信号与相干载波相乘然后通过低通滤波器。单频调制信号仍是等幅波但它与原载波的电压是不同的。SSB的振幅与调制信号的幅度成正比它的频率随调制信号的频率不同而不同因而它含消息特征。单边带信号的包络与调制信号的包络形状相同。残留边带调制(VSB)的仿真与分析SSB程序如附录所示运行结果如图所示:图VSB仿真波形图残留边带调幅是介于单边带调幅和已知双边带调幅之间的一种调幅方式在残留边带调幅中传送一个边带并且保留一个边带的一部分。其主要优点是实现较简单。由于VSB基本性能接近SSB而VSB调制中的边带滤波器比SSB中的边带滤波器容易实现所以VSB调制在广播电视、通信等系统中得到广泛应用。结论对于AM、DSB、SSB、VSB上述四种线性幅度调制过程中四种方式各有优劣。AM的优点在于系统结构简单价格低廉但是其调制效率和功率利用率较低。如果在调制过程中没有满足一定的条件就会出现“过调幅”现象从而引起信号失真。目前普通调幅主要应用于无线电广播。DSB的优点在于信号的调制效率非常高()即全部功率都应用于信息传输但是其传输带宽是调制信号带宽的倍相比于其他调制方式而言浪费了有限的资源同时DSB信号的包络与调制信号的变化规律不一致因此不能采用简单的包络检波来恢复调制信号。DSB信号解调采用同步检波的方式该检波器比包络检波器复杂所以在设备的投入与资源的利用上要提高成本代价。SSB的优点在于不仅功率利用率高而且相比于AM、DSB可以节省一半的传输带宽频带利用充分目前已成为短波通信中的一种重要的方式。但是其主要的难点在于边带滤波器的制作并且该调制方式也不能采用简单的包络检波来恢复调制信号。对于VSB它不仅克服DSB信号占用频带宽浪费有限资源的缺点同时解决了SSB信号难以实现的困难。由于在调制过程中不同于SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带而是逐渐切割使其残留一小部分在滤波器的设计上该方式不需要十分陡峭的截止特性因此相比于SSB方式的滤波器要容易制作。在工程实践中可以结合实际的需求来选取高效的调制方式对于调制的要求我们不但要求调制效率高、调制线性范围大、失真小而且要考虑器件的成本、该方式实现的难以程度等。在全球数字信息化不断推进过程中数字通信有其非常多的优点。但是线性幅度调制系统是数字调制系统的基础同时在生产、生活中一些利用线性幅度调制生产的器件有着其它产品无法替代的优势。因此对线性幅度调制系统的研究有其现实的意义。主要参考文献常峰基于LabVIEW的ASK调制解调模拟设计硅谷():丁玉美高西全(数字信号处理M(西安电子科技大学出版社:樊昌信模拟调制系统通信原理():范戈光纤数据传输系统中的ASK调制上海交通大学学报():雷欣基于MATLAB的ASK数字调制与解调的系统仿真电脑知识与技术():苏博妮基于Matlab的幅度调制信号仿真研究塔里木大学学报():宋依青一种新型ASK调制系统的设计与实现通信技术():施阳MATLAB语言工具箱西北工业大学出版社():余成波陶红艳杨菁杨如民编著(数字信号处理及MATLAB实现(第二版)(清华大学出版社:姚天任江太辉(数字信号处理(第二版)武汉:华中科技大学出版社:赵知劲、刘顺兰:数字信号处理实验,浙江大学出版社:曾兴雯振幅调制、解调与混频高频电子线路():MiroslavDLutovac,DejanVTosic,BrianLEvansSignalProcessingandFilterDesigM北京:电子工业出版社:SnitKMDigitaSignalProcessing:AcomputerBasedApproach(nded)JMcGrawHill:VinayKIngleDigitalSignalProcessingUsingMATLAB清华大学出版社:附录附录AM调制程序显示模拟调制的波形及解调方法AM,文件mamm信源closeallclearalldt=时间采样间隔fm=信源最高频率fc=载波中心频率T=信号时长t=:dt:Tmt=sqrt()*cos(*pi*fm*t)信源N=白噪单边功率谱密度AMmodulationA=sam=(Amt)*cos(*pi*fc*t)B=*fm带通滤波器带宽noise=noisenb(fc,B,N,t)窄带高斯噪声产生sam=samnoisefigure()subplot(,,)plot(t,sam)holdon画出AM信号波形plot(t,Amt,'r')标出AM的包络title('AM调制信号及其包络')xlabel('t')AMdemodulationrt=sam*cos(*pi*fc*t)相干解调rt=rtmean(rt)f,rf=TF(t,rt)t,rt=lpf(f,rf,*fm)低通滤波subplot(,,)plot(t,rt)holdonplot(t,mt,'r')title('相干解调后的信号波形与输入信号的比较')xlabel('t')subplot(,,)f,sf=TF(t,sam)调制信号频谱plot(f,sf)holdonaxis()title('AM信号频谱')xlabel('f')附录DSB调制程序显示模拟调制的波形及解调方法DSB,文件mdsbm信源closeallclearalldt=时间采样间隔fm=信源最高频率fc=载波中心频率T=信号时长t=:dt:Tmt=sqrt()*cos(*pi*fm*t)信源N=白噪声单边功率谱密度DSBmodulationsdsb=mt*cos(*pi*fc*t)B=*fmnoise=noisenb(fc,B,N,t)sdsb=sdsbnoisefigure()subplot()plot(t,sdsb)holdon画出DSB信号波形plot(t,mt,'r')标出mt的波形title('DSB调制信号')xlabel('t')DSBdemodulationrt=sdsb*cos(*pi*fc*t)rt=rtmean(rt)f,rf=TF(t,rt)t,rt=lpf(f,rf,*fm)subplot()plot(t,rt)holdonplot(t,mt,'r')title('相干解调后的信号波形与输入信号的比较')xlabel('t')subplot()f,sf=TF(t,sdsb)plot(f,sf)holdonaxis()title('DSB信号频谱')xlabel('f')附录SSB调制程序显示模拟调制的波形及解调方法SSB,文件mssbm信源closeallclearalldt=时间采样间隔fm=信源最高频率fc=载波中心频率T=信号时长t=:dt:Tmt=sqrt()*cos(*pi*fm*t)信源SSBmodulationsssb=real(hilbert(mt)*exp(j**pi*fc*t))B=fm带通滤波器带宽figure()subplot()plot(t,sssb)holdon画出SSB信号波形plot(t,mt,'r')标出mt的包络title('SSB调制信号')xlabel('t')SSBdemodulationrt=sssb*cos(*pi*fc*t)相干解调rt=rtmean(rt)f,rf=TF(t,rt)t,rt=lpf(f,rf,*fm)低通滤波subplot()plot(t,rt)holdonplot(t,mt,'r')title('相干解调后的信号波形与输入信号的比较')xlabel('t')subplot()f,sf=TF(t,sssb)单边带信号频谱plot(f,sf)holdonaxis()title('SSB信号频谱')xlabel('f')附录VSB调制程序调用函数functionf,sf=FFTSHIFT(t,st)ThisfunctionisFFTtocalculateasignal’sFouriertransformInput:t:samplingtime,st:signaldataTimelengthmustgreatertheanoutput:f:samplingfrequency,sf:frequenoutputisthefrequencyandthesignalspectrumdt=t()t()T=t(end)df=TN=length(t)f=N:N*dfsf=fft(st)sf=TN*fftshift(sf)显示模拟调制的波形及其解调方法VSB文件名:VSBmSignaldt=fmax=fc=T=N=Tdtt=:N*dtmt=sqrt()*(cos(*pi*fmax*t)sin(*pi**fmax*t))VSBmodulationsvsb=mt*cos(*pi*fc*t)B=*fmaxB=*fmaxf,sf=FFTSHIFT(t,svsb)t,svsb=vsbmd(f,sf,B,B,fc)PowerSpectrumDensityf,sf=FFTSHIFT(t,svsb)PSD=(abs(sf)^)TPlotVSBandPSDfigure()subplot()plot(t,svsb)holdonplot(t,mt,'r')title('VSB调制信号')xlabel('t')subplot()plot(f,PSD)axis(*fc*fcmax(PSD))title('VSB信号功率谱')xlabel('f')functiont,st=vsbmd(f,sf,B,B,fc)ThisfunctionisaresidualbandpassfilterInputsf:samplefrequency,sf:frequencyspectrumdataB:residualbandwidth,B:highestfreqofthebasebandsignalOutputst:sampletime,st:signaldatadf=f()f()T=dfhf=zeros(,length(f))bf=floor((fcB)df):floor((fcB)df)bf=floor((fcB)df):floor((fcB)df)f=bffloor(length(f))f=bffloor(length(f))stepf=length(f)hf(f)=:stepf:stepfhf(f)=f=bffloor(length(f))f=bffloor(length(f))hf(f)=:stepf:(stepf)hf(f)=yf=hf*sft,st=IFFTSHIFT(f,yf)st=real(st)functiont,st=IFFTSHIFT(f,Sf)df=f()f()fmax=(f(end)f()df)dt=fmaxN=length(f)t=:N*dtSf=fftshift(Sf)st=fmax*ifft(Sf)st=real(st)附录程序中调用的脚本文件TF、FT、lpffunctiont,st=FT(f,sf)df=f()f()Fmx=(f(end)f()df)dt=FmxN=length(sf)T=dt*Nt=:dt:Tdtsff=fftshift(sf)st=Fmx*ifft(sff)functionf,sf=TF(t,st)dt=t()t()T=t(end)df=TN=length(st)f=N*df:df:N*dfdfsf=fft(st)st=TN*fftshift(sf)functiont,st=lpf(f,sf,B)df=f()f()T=dfhf=zeros(,length(f))bf=floor(Bdf):floor(Bdf)floor(length(f))hf(bf)=yf=hf*sft,st=FT(f,yf)st=real(st)后记对于这篇论文的完成我首先要感谢我的指导老师欧老师感谢欧老师给我提供了学习的机会。欧老师正直的人格、严谨的治学风范、脚踏实地的科学态度、认真仔细平易近人的工作作风都给我留下了深刻的印象。在撰写论文期间欧老师给我提供了很多参考资料而且每次在给我修改时都是非常仔细耐心的她的这种工作态度也会给我以后的工作带来很大的影响。感谢本班同学在此期间给我提供的搜索资料的网站他们的关心和帮助使我感觉到大学友谊是那么的珍贵大学生活是人生最美好的时光。感谢我的父母及家人对我一贯的支持和鼓励。父母的辛劳我会永记心中是他们的理解、信任和帮助让我顺利完成了我的大学求学生涯我会用实际行动报答父母。最后还要感谢各位评审老师在百忙之中抽出时间对论文进行审稿和提出宝贵意见。

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