通信原理matlab仿真设计

通信原理 课 程 设 计 报 告

设 计 题 目 模拟幅度调制系统仿真

学生专业班级 电子信息工程三班

学生姓名（学号） 胡家喜（********）

指 导 教 师 赵友刚

完 成 时 间 2013年6月17日

实 习（设计）地点 信息楼139机房

2013年 6 月 17 日

一、课程设计目的和任务 设计要求：

1、对模拟调制信号与解调信号进行处理，建立通信系统的仿真模型以及分析得到的波形图；

2、掌握本次课程设计涉汲到的相关知识，相关原理及概念； 3、模拟信号的最高频率在12千赫兹以内； 4、熟悉maltab环境下的绘图函数功能； 目的：

1、学习现有的通信系统仿真软件maltab的基本使用方法，学会使用 该软件解决实际系统出现的问题；

2、通过系统仿真加深对通信课程理论的理解以及熟悉信号的幅值调制与解调原理，了解信号的调制与解调过程中波形和频谱的变化，加深对调制与解调的认识； 3、学习使用计算机建立通信系统模型的基本方法及基本技能，学会利 用系统仿真的手段对于通信系统的基本理论、基本算法进行实际的验证；

4、培养学生的独立分析、解决问题的能力，同时也培养了学生系统设计与系统开发的思想；

5、学会如何综合应用平时学到的多门课程，做到理论与实践的结合，建立通信系统的整体概念； 任务：

模拟幅度调制系统仿真， 实现AM、DSB、SSB调制与解调，要求信道为AWGN信道（加性高斯白噪声信道），画出调制信号、已调信号的波形图与频谱图，并比较三种调制的带宽、信噪比参数；

二、分析与设计

1、设计任务分析：通信的目的是传递消息中所包含的信息，通信系统的作用就是将信息从信源发送到一个或多个目的地，如何准确地传输信息是通信的一个重要目标。通常从信源产生的原始的基带信号具有较低频率的频谱分量，这种信号在多信道复用以及以自由空间为信道的无线电传输却无法直接进行传输。因此，在通信系统的发送端通常要将基带信号转换成适合在信道中传输的信号，并在接收端进行相反的变换。 2、 设计方案论证：本课程设计主要是MATLAB程序的编写，该软件有强大的科学计算和可视化图形功能，有丰富的信号处理工具箱。通信原理的仿真系统有两种，一种是其自带的simulink仿真，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。另外就是利用其编程工具来实现，通过其函数的调用及其点M文件实现系统的通信。 3、详细设计 A、总体分析

模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-1所示。

信息源调制器信道解调器受信者



噪声源

图1-1 模拟通信系统模型

B、幅度调制基本原理及其模型

1、调幅：标准调幅就是常规双边带调幅，简称调幅（AM）。AM调制的基本原理是将基带信号加一个直流分量A0后与载波相乘，即可形成调幅信号，如图1-2所示，

图1-2 AM调制器模型

其时域和频域表示式分别为：

SAMtA0wwcwwc1MwwcMwwc 2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。 AM信号的波形和频谱分别如下图1-2-1所示，

图1-2-1

由波形可以看出，当m(t)的最大值小于等于A0时，AM波形的包络与调制信号形状完全一样，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号；若上述条件没有满足，就会出现“过调幅”现象，这时用包络检波将会引起失真。但是可以采用其他的解调方法，如同步检波。

由它的频谱图可知，AM信号的频谱 是由载频分量和上、下两个边带组成 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。

2、双边带调制：在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带发送。如果将AM调制模型中的直流分量去掉，即可得到一种高效的调制方式---抑制载波双

边带信号，简称双边带（DSB）信号。其时域和频域表示式分别为：

sDSB(t)m(t)coswc

()=[M(

)+ M(

)]

DSB调制器模型如图1-3-1所示:

图1-3-1 DSB调制模型器图

DSB的时域波形和频谱如图1-3-2所示

tMHtHSDSBsDSBttc0c

图1-3-2

从波形图可以看出DSB除不再含有载频分量外，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，也为基带信号带宽的两倍，同时DSB信号的包络不再与调制信号变化规律一致，故不能采用包络检波来恢复调制信号,需采用相干解调。

3、单边带调制：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和效率来考虑，仅需要其中一个传输边带就够了，这就是单边带调制（SSB）。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。用滤波法实现单边带调制的原理图如图1-4-1所示

图1-4-1 SSB信号的滤波法产生

图中HSSB（w）为单边带滤波器, 产生SSB信号最直观方法的是将其设计成理想

高通特性滤波器或是理想低通特性的滤波器。从而只让所需的一个边带信号通过，而滤除另一个边带信号。SSB信号的频谱可表示为

单边带调制方式在传输信息时，它所占用的频带跟基带信号带宽一样，比AM、DSB减小了一半，节省了一半的发射功率，但滤波法技术难点是边带滤波器的制作。因实际滤波器不具有上式的理想特性，即在载频处不具有陡峭的截止特性，而是有一定的过渡带。

4、源代码清单（原理图及元器件清单等）

AM： fm=5; fc=100; fs=500; N=200;

k=0:N-1;t=k/fs;

am=2+sin(2*pi*fm*t);

amf=abs(fftshift(fft(am,N)))/fs; tam=am.*cos(2*pi*fc*t);

tamf=abs(fftshift(fft(tam,N)))/fs; f=linspace(0,fs*(N-1)/N,N)-fs/2; rtam=tam.*cos(2*pi*fc*t);

rtamf=abs(fftshift(fft(rtam,N)))/fs; [b,a]=butter(4,2*pi*fc,'s'); xb=lsim(tf(b,a),rtam,t);

xbf=abs(fftshift(fft(xb,N)))/fs;

k=tam+awgn(tam,30,-40);%已调信号加噪声 sdk=conv(k,xb);%加噪声后解调 SDK=abs(fft(sdk));

subplot(2,2,1);plot(t,am);xlabel('t');ylabel('x(t)');title('原始信号时域'); subplot(2,2,2);plot(t,amf);xlabel('f');ylabel('X(F)');title('原始信号频谱'); subplot(2,2,3);plot(t,tam);xlabel('t');ylabel('y(t)');title('调制信号时域'); subplot(2,2,4);plot(t,tamf);xlabel('f');ylabel('Y(F)');title('调制信号频谱'); figure;

subplot(2,2,1);plot(t,rtam);xlabel('t');ylabel('yo(t)');title('解调信号时域'); subplot(2,2,2);plot(t,rtamf);xlabel('f');ylabel('Yo(F)');title('解调信号频谱'); subplot(2,2,3);plot(t,xb);xlabel('t');ylabel('xb(t)');title('低通输出信号时域'); subplot(2,2,4);plot(t,xbf);xlabel('f');ylabel('Xb(f)');title('低通输出信号频谱'); figure;

subplot(2,1,1);plot(t,k);xlabel('t');title('加噪后的已调信号时域'); subplot(2,1,2);plot(SDK);xlabel('t');title('加噪后的已调信号频域');

DSB： fm=5; fc=100;

fs=500; N=200;

k=0:N-1;t=k/fs; am=sin(2*pi*fm*t);

amf=abs(fftshift(fft(am,N)))/fs; tam=am.*cos(2*pi*fc*t);

tamf=abs(fftshift(fft(tam,N)))/fs; f=linspace(0,fs*(N-1)/N,N)-fs/2; rtam=tam.*cos(2*pi*fc*t);

rtamf=abs(fftshift(fft(rtam,N)))/fs; [b,a]=butter(4,2*pi*fc,'s'); xb=lsim(tf(b,a),rtam,t);

xbf=abs(fftshift(fft(xb,N)))/fs;

k=tam+awgn(tam,30,-40);%已调信号加噪声 sdk=conv(k,xb);%加噪声后解调 SDK=abs(fft(sdk));

subplot(2,2,1);plot(t,am);xlabel('t');ylabel('x(t)');title('原始信号时域'); subplot(2,2,2);plot(t,amf);xlabel('f');ylabel('X(F)');title('原始信号频谱'); subplot(2,2,3);plot(t,tam);xlabel('t');ylabel('y(t)');title('调制信号时域'); subplot(2,2,4);plot(t,tamf);xlabel('f');ylabel('Y(F)');title('调制信号频谱'); figure;

subplot(2,2,1);plot(t,rtam);xlabel('t');ylabel('yo(t)');title('解调信号时域'); subplot(2,2,2);plot(t,rtamf);xlabel('f');ylabel('Yo(F)');title('解调信号频谱'); subplot(2,2,3);plot(t,xb);xlabel('t');ylabel('xb(t)');title('低通输出信号时域'); subplot(2,2,4);plot(t,xbf);xlabel('f');ylabel('Xb(f)');title('低通输出信号频谱'); figure;

subplot(2,1,1);plot(t,k);xlabel('t');title('加噪后的已调信号时域'); subplot(2,1,2);plot(SDK);xlabel('t');title('加噪后的已调信号频域');

SSB：

fm=3;fc=30;am=sqrt(2);Fs=500; wc=2*pi*fc;wm=fm*2*pi; t=0:1/Fs:1;

sm=am*cos(wm*t);%原信号 smf=abs(fft(sm));

subplot(2,2,1);plot(t,sm);xlabel('t');title('原始时域信号');%原信号时域波形 subplot(2,2,2);plot(smf);xlabel('f');title('原始频域信号'); s=modulate(sm,fc,Fs,'amssb');%已调制信号 S=abs(fft(s));%傅里叶变换

subplot(2,2,3);plot(t,s);xlabel('t');title('解调后的信号');%已调制信号时域波形 subplot(2,2,4);plot(S);xlabel('f');title('解调后的信号');%已调制信号频域波形 sp=s.*cos(wc*t); fp=5;fs=50;

wp=(2*pi*fp)/Fs;ws=(2*pi*fs)/Fs;alphap=0.8;alphas=100;

delta1=(10^(alphap/20)-1)/(10^(alphap/20)+1);delta2=10^(-alphas/20); delta=[delta1,delta2]; f=[fp,fs];m=[1,0];

[L,fpts,mag,wt]=remezord(f,m,delta,Fs);

hn=remez(L,fpts,mag,wt);%设计低通滤波器结束 sd=conv(sp,hn);% SD=abs(fft(sd)); figure;

subplot(2,2,1);plot(sd);xlabel('t');title('解调后的时域信号');%解调后的时域波形 subplot(2,2,2);plot(SD);xlabel('f');title('解调后的频域信号');%解调后的频域波形 k=s+awgn(s,30,-40);%已调信号加噪声 sdk=conv(k,hn);%加噪声后解调

subplot(2,2,3);plot(sdk);xlabel('t');title('加噪声的解调时域信号');%加噪声后解调得到时域波形

SDK=abs(fft(sdk));

subplot(2,2,4);plot(SDK);xlabel('f');title('加噪声的解调频域信号');%加噪声后得到信号频域波形 三、系统实施

(系统实现与调试过程中遇到的主要问题分析和系统运行的结果)

对matlab的很多函数的绘图功能都不熟悉，不能理解程序函数的作用及其目的，从而导致不能正确的使用该软件环境下的功能；另外就是对通信原理的部分东西理解的不是很好，导致自己在建立起系统模型时，费了很多时间，模拟调制与解调之间的变化认识不是很深，不能正确推出其傅里叶变换等等。

AM的执行结果：

DSB的执行结果：

SSB的执行结果：

四、总结与体会

(在下列方面进行总结：本次设计涉及到那些理论知识，通过此次设计对那些原理加深了理解，掌握了哪些技术与方法，掌握了对哪些仪器设备和软件工具的使用，对本设计结果的改进和展望)

本次模拟调制系统仿真课程设计，了解幅度调制、双边带、单边带各自的优缺点。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，信号带宽为基带信号带宽的两倍，频带利用率不高。因此，AM用于通信质量要求不高的场合，目前主要用在中波和短波的调幅广播中。DSB调制的优点是功率利用率高，带宽与AM相同，但其频带利用率不高，接收要求同步解调，设备较复杂。DSB只用于点对点的专用通信及低带宽信号多路复用系统。SSB调制的优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM和DSB，且带宽只有AM、DSB的一半，但其缺点是发送设备和接收设备都相当的复杂。SSB普遍用在频带比较拥挤的场合，如短波波段的无线电广播和话音频分多路系统中。

通过本次课程设计让我重新巩固了通信原理和matlab这两门课所学的知识，进一步加深了对所学知识的应用，在熟悉matlab的基础上又加深对其绘图及仿真的掌握，也学会了用matlab编程来处理通信系统所要表达的功能，了解了用该软件实现各类调制仿真的过程，从而在原有的基础上又加深了对模拟调制与解调的原理及变化的过程。

两周的学习让我学会了如何查找资料，如何将理论与实际相结合，更懂得了怎么将多门课程所学到的知识应用得到一个综合的课题上，也培养了自己的科研创新思维和努力寻求答案的执著精神，为后续的学习和研究打下了良好的基础。

五、参考书目

(按“作者，书名，出版社，出版时间”格式逐一列出) [1]. 樊昌信，《通信原理》（第五版），国防工业出版社，1980年出版 [2]. 曹志刚 钱亚生，《现代通信原理》 ，清华大学出版社，1993年出版 [3]. 黄载禄 殷蔚华，《通信原理》，科学出版社，1990年出版 [4]. 南利平，《通信原理简明教程》，清华大学出版社，1995年出版 [5]. 徐利民，《基于MATLAB的信号与系统的实验教程》，清华大学出版社，2007年出版

[6]. 杨祖櫻，《《Matlab教程R2011a》》，北京航空航天大学出版，2010.8

课程设计成绩评定表

学生姓名 胡家喜 专业班级 电子信息工程三班 模拟幅度调制系统仿真 设计题目 指导教师评语及意见： 指导教师评阅成绩： 指导教师签字： 年 月 日 注：此表装订在课程设计之后。