基于matlab載波同步仿真

1、通信系統(tǒng)綜合設計與實踐 題目基于matlab載波同步仿真 院（系）名稱信息工程學院通信系 專業(yè)名稱通信工程 學生姓名趙鴻飛 曹優(yōu)寧 封蒙蒙 學生學號 1203100022 1203100010 1203100040 指導教師 2013年 6 月 2 日第 15 頁 通信系統(tǒng)綜合設計與實踐基于matlab載波同步仿真摘 要從載波相位調(diào)制解調(diào)原理出發(fā),理論分析了載波頻率漂移對解調(diào)結(jié)果的影響.通過對解調(diào)公式的推導及分析,給出了頻率漂移對解調(diào)結(jié)果影響的公式.結(jié)果表明,當混頻基頻信號的頻率與載波頻率存在微小頻差時,解調(diào)結(jié)果將出現(xiàn)低頻調(diào)制,嚴重影響解調(diào)效果;仿真及實驗驗證結(jié)果與理論分析完全吻合. 關(guān)鍵詞：

2、 載波 相位 調(diào)制 解調(diào)目錄摘 要I第一章 概 述.1一 課題內(nèi)容.1二 設計目的.1三 設計要求.1四 開發(fā)工具.1第二章 系統(tǒng)理論設計2一 振幅調(diào)制產(chǎn)生原理2二 調(diào)幅電路方案分析2三 信號解調(diào)思路3第三章 matlab仿真5一 載波信號與調(diào)制信號分析5二 設計FIR數(shù)字低通濾波器7三 AM解調(diào). 9四 結(jié)果分析.154心得體會.155致謝.166參考文獻.16第一章 概 述一 課題內(nèi)容1.設計AM信號實現(xiàn)的Matlab程序，輸出調(diào)制信號、載波信號以及已調(diào)信號波形以及頻譜圖，并改變參數(shù)觀察信號變化情況，進行實驗分析。2.設計AM信號解調(diào)實現(xiàn)的Matlab程序，輸出并觀察解調(diào)信號波形，分析實驗

3、現(xiàn)象。二 設計目的1.掌握振幅調(diào)制和解調(diào)原理。2.學會Matlab仿真軟件在振幅調(diào)制和解調(diào)中的應用。3.掌握參數(shù)設置方法和性能分析方法。4.通過實驗中波形的變換，學會分析實驗現(xiàn)象。三 設計要求利用Matlab軟件進行振幅調(diào)制和解調(diào)程序設計，輸出顯示調(diào)制信號、載波信號以及已調(diào)信號波形，并輸出顯示三種信號頻譜圖。對產(chǎn)生波形進行分析，并通過參數(shù)的改變，觀察波形變化，分析實驗現(xiàn)象。四 開發(fā)工具 計算機、Matlab軟件、相關(guān)資料第二章 系統(tǒng)理論設計一 振幅調(diào)制產(chǎn)生原理所謂調(diào)制，就是在傳送信號的一方將所要傳送的信號附加在高頻振蕩上，再由天線發(fā)射出去。這里高頻振蕩波就是攜帶信號的運載工具，也叫載波。振幅調(diào)

4、制，就是由調(diào)制信號去控制高頻載波的振幅，直至隨調(diào)制信號做線性變化。全調(diào)幅或常規(guī)調(diào)幅，簡稱為調(diào)幅（AM）。在頻域中已調(diào)波頻譜是基帶調(diào)制信號頻譜的線性位移；在時域中，已調(diào)波包絡與調(diào)制信號波形呈線性關(guān)系。設正弦載波為 式中，A為載波幅度；為載波角頻率；為載波初始相位(通常假設=0).調(diào)制信號（基帶信號）為。根據(jù)調(diào)制的定義，振幅調(diào)制信號（已調(diào)信號） 一般可以表示為 設調(diào)制信號的頻譜為，則已調(diào)信號的頻譜： 二 調(diào)幅電路方案分析標準調(diào)幅波（AM）產(chǎn)生原理 ：調(diào)制信號是只來來自信源的調(diào)制信號（基帶信號），這些信號可以是模擬的，可也以是數(shù)字的。為首調(diào)制的高頻振蕩信號可稱為載波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波

5、(如周期性脈沖序列)。載波由高頻信號源直接產(chǎn)生即可，然后經(jīng)過高頻功率放大器進行放大，作為調(diào)幅波的載波，調(diào)制信號由低頻信號源直接產(chǎn)生，二者經(jīng)過乘法器后即可產(chǎn)生雙邊帶的調(diào)幅波。 設載波信號的表達式為，調(diào)制信號的表達式為 ，則調(diào)幅信號的表達式為 圖5.1 標準調(diào)幅波示意圖 三 信號解調(diào)思路從高頻已調(diào)信號中恢復出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)，又稱為檢波。對于振幅調(diào)制信號，解調(diào)就是從它的幅度變化上提取調(diào)制信號的過程。解調(diào)是調(diào)制的逆過程?？衫贸朔e型同步檢波器實現(xiàn)振幅的解調(diào)，讓已調(diào)信號與本地恢復載波信號相乘并通過低通濾波可獲得解調(diào)信號。 第三章 matlab仿真一 載波信號與調(diào)制信號分析t=-1:0.00001

6、:1; A0=10; %載波信號振幅f=6000; %載波信號頻率w0=f*pi;Uc=A0*cos(w0*t); %載波信號figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,Uc);title('載頻信號波形');axis(0,0.01,-15,15);subplot(2,1,2);Y1=fft(Uc); %對載波信號進行傅里葉變換 plot(abs(Y1);title('載波信號頻譜');axis(5800,6200,0,1000000); 圖6.1載波信號% =調(diào)制信號=t=-1:0.00001:1; A1=5; %調(diào)制信號振幅f=6000;

7、 %載波信號頻率w0=f*pi;mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號subplot(2,1,1);plot(t,mes);xlabel('t'),title('調(diào)制信號'); subplot(2,1,2);Y2=fft(mes); % 對調(diào)制信號進行傅里葉變換 plot(abs(Y2);title('調(diào)制信號頻譜');axis(198000,202000,0,1000000);如圖6.2調(diào)制信號% =AM已調(diào)信號=t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號振幅A1=5; %調(diào)制信號振幅A2=3; %已調(diào)信號振幅

8、f=3000; %載波信號頻率w0=2*f*pi;m=0.15; %調(diào)制度mes=A1*cos(0.001*w0*t); %消調(diào)制信號Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號 subplot(2,1,1);plot(t,Uam);grid on;title('AM調(diào)制信號波形');subplot(2,1,2);Y3=fft(Uam); % 對AM已調(diào)信號進行傅里葉變換 plot(abs(Y3),grid;title('AM調(diào)制信號頻譜');axis(5950,6050,0,500000); 如圖6.3AM已調(diào)信號二 設計FI

9、R數(shù)字低通濾波器FIR濾波器比鞥采用間接法，常用的方法有窗函數(shù)法、頻率采樣法和切比雪夫等波紋逼近法。對于線性相位濾波器，經(jīng)常采用FIR濾波器。 對于數(shù)字高通、帶通濾波器的設計，通用方法為雙線性變換法?？梢越柚谀M濾波器的頻率轉(zhuǎn)換設計一個所需類型的過渡模擬濾波器，再經(jīng)過雙線性變換將其轉(zhuǎn)換策劃那個所需的數(shù)字濾波器。具體設計步驟如下：（1）確定所需類型數(shù)字濾波器的技術(shù)指標。（2）將所需類型數(shù)字濾波器的邊界頻率轉(zhuǎn)換成相應的模擬濾波器的邊界頻率，轉(zhuǎn)換公式為=2/T tan(0.5)(3)將相應類型的模擬濾波器技術(shù)指標轉(zhuǎn)換成模擬低通濾波器技術(shù)指標。（4）設計模擬低通濾波器。（5）通過頻率變換將模擬低通轉(zhuǎn)

10、換成相應類型的過渡模擬濾波器。（6）采用雙線性變換法將相應類型的過渡模擬濾波器轉(zhuǎn)換成所需類型的數(shù)字濾波器。我們知道，脈沖響應不變法的主要缺點是會產(chǎn)生頻譜混疊現(xiàn)象，使數(shù)字濾波器的頻響偏離模擬濾波器的頻響特性。為了克服之一缺點，可以采用雙線性變換法。下面我們介紹用窗函數(shù)法設計FIR濾波器的步驟。如下：（1）根據(jù)對阻帶衰減及過渡帶的指標要求，選擇串窗數(shù)類型（矩形窗、三角窗、漢寧窗、哈明窗、凱塞窗等），并估計窗口長度N。先按照阻帶衰減選擇窗函數(shù)類型。原則是在保證阻帶衰減滿足要求的情況下，盡量選擇主瓣的窗函數(shù)。（2）構(gòu)造希望逼近的頻率響應函數(shù)。（3）計算h(n).。（4）加窗得到設計結(jié)果。低通濾波器的性

11、能指標：通帶邊界頻率fp=300Hz，阻帶截止頻率fc=320Hz，阻帶最小衰減As=100db , 通帶最大衰減Ap=1dB在Matlab中，可以利用函數(shù)fir1設計FIR濾波器，利用函數(shù)butter,cheby1和ellip設計IIR濾波器，利用Matlab中的函數(shù)freqz畫出各步步器的頻率響應。hn=fir1(M，wc，window)，可以指定窗函數(shù)向量window。如果缺省window參數(shù)，則fir1默認為哈明窗。其中可選的窗函數(shù)有Rectangular Barlrtt Hamming Hann Blackman窗，其相應的都有實現(xiàn)函數(shù)。MATLAB信號處理工具箱函數(shù)buttp bu

12、ttor butter是巴特沃斯濾波器設計函數(shù)，其有5種調(diào)用格式，本課程設計中用到的是N,wc=butter(N,wc,Rp,As,s),該格式用于計算巴特沃斯模擬濾波器的階數(shù)N和3dB截止頻率wc。MATLAB信號處理工具箱函數(shù)cheblap,cheblord和cheeby1是切比雪夫I型濾波器設計函數(shù)。我們用到的是cheeby1函數(shù)，其調(diào)用格式如下：B,A=cheby1(N,Rp,wpo,ftypr)B,A=cheby1(N,Rp,wpo,ftypr,s) 函數(shù)butter,cheby1和ellip設計IIR濾波器時都是默認的雙線性變換法，所以在設計濾波器時只需要代入相應的實現(xiàn)函數(shù)即可。下

13、面我們將給出FIR數(shù)字濾波器的主要程序。 %=FIR低通濾波器=Ft=2000; %采樣頻率fpts=100 120; %通帶邊界頻率fp=100Hz，阻帶截止頻率fs=120Hzmag=1 0; dev=0.01 0.05; %通帶波動1%，阻帶波動5%n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);%kaiserord估計采用凱塞窗設計的FIR濾 波器的參數(shù)b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta); %由fir1設計濾波器h,w=freqz(b21,1); %得到頻率響應plot(w/pi,abs(h);grid

14、 ontitle('FIR低通濾波器'); 如圖6.6 FIR低通濾波器三 AM解調(diào)t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號振幅A1=5; %調(diào)制信號振幅A2=3; %已調(diào)信號振幅f=3000; %載波信號頻率w0=2*f*pi;m=0.15; %調(diào)制度k=0.5 ; %DSB 前面的系數(shù)mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號Dam=Uam.*cos(w0*t); %對AM調(diào)制信號進行解調(diào)subplot(2,1,1);plot(t,Dam);grid on;titl

15、e('濾波前AM解調(diào)信號波形');subplot(2,1,2);Y5=fft(Dam); % 對AM解調(diào)信號進行傅里葉變換 plot(abs(Y5),grid;title('濾波前AM解調(diào)信號頻譜');axis(187960,188040,0,200000);如圖6.7 AM解調(diào)信號%=AM解調(diào)信號FIR濾波=t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號振幅A1=5; %調(diào)制信號振幅A2=3; %已調(diào)信號振幅 f=6000; %載波信號頻率w0=f*pi;m=0.15; %調(diào)制度 Uc=A0.*cos(w0*t); %載波信號subplot(5,2,

16、1);plot(t,Uc);title('載波信號');axis(0,0.01,-15,15);T1=fft(Uc); %傅里葉變換subplot(5,2,2);plot(abs(T1);title('載波信號頻譜');axis(5800,6200,0,1000000);mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號subplot(5,2,3);plot(t,mes);title('調(diào)制信號');T2=fft(mes); subplot(5,2,4);plot(abs(T2); title('調(diào)制信號頻譜');axis

17、(198000,202000,0,2000000);Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號 subplot(5,2,5);plot(t,Uam);title('已調(diào)信號');T3=fft(Uam); subplot(5,2,6);plot(abs(T3);title('已調(diào)信號頻譜');axis(5950,6050,0,500000);Dam=Uam.*cos(w0*t); %對AM已調(diào)信號進行解調(diào)subplot(5,2,7);plot(t,Dam); title('濾波前的AM解調(diào)信號波形');T4=ff

18、t(Dam); %求AM信號的頻譜subplot(5,2,8);plot(abs(T4); title('濾波前的AM解調(diào)信號頻譜');axis(187960,188040,0,200000);z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR低通濾波 subplot(5,2,9);plot(t,z21,'r'); title('濾波后的AM解調(diào)信號波形');T5=fft(z21); %求AM信號的頻譜subplot(5,2,10);plot(abs(T5),'r'); title('濾波后的AM解調(diào)信號頻譜')

19、;axis(198000,202000,0,200000);如圖6.9 AM解調(diào)信號FIR低通濾波%=AM解調(diào)信號FIR濾波=加噪=t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號振幅A1=5; %調(diào)制信號振幅A2=3; %已調(diào)信號振幅 f=6000; %載波信號頻率w0=f*pi;m=0.15; %調(diào)制度 Uc=A0.*cos(w0*t); %載波信號subplot(5,2,1);plot(t,Uc);title('載波信號');axis(0,0.01,-15,15);T1=fft(Uc); %傅里葉變換subplot(5,2,2);plot(abs(T1);titl

20、e('載波信號頻譜');axis(5800,6200,0,1000000);mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號subplot(5,2,3);plot(t,mes);title('調(diào)制信號');T2=fft(mes); subplot(5,2,4);plot(abs(T2); title('調(diào)制信號頻譜');axis(198000,202000,0,2000000);Uam1=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號 subplot(5,2,5);plot(t,Uam1);title('

21、已調(diào)信號');T3=fft(Uam1); subplot(5,2,6);plot(abs(T3);title('已調(diào)信號頻譜');axis(5950,6050,0,500000);sn1=20; %信噪比 db1=A12/(2*(10(sn1/10); %計算對應噪聲方差 n1=sqrt(db1)*randn(size(t); %生成高斯白噪聲 Uam=n1+Uam1; Dam=Uam.*cos(w0*t); %對AM已調(diào)信號進行解調(diào)subplot(5,2,7);plot(t,Dam); title('濾波前的AM解調(diào)信號波形');T4=fft(Dam)

22、; %求AM信號的頻譜subplot(5,2,8);plot(abs(T4); title('濾波前的AM解調(diào)信號頻譜');axis(187960,188040,0,200000);z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR低通濾波 subplot(5,2,9);plot(t,z21,'r'); title('濾波后的AM解調(diào)信號波形');T5=fft(z21); %求AM信號的頻譜subplot(5,2,10);plot(abs(T5),'r'); title('濾波后的AM解調(diào)信號頻譜');axis(

23、198000,202000,0,200000);四 結(jié)果分析本設計圓滿的完成了對AM信號實現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)，與課題的要求十分相符；也較好的完成了對AM信號的時域分析，通過fft變換，得出了調(diào)制信號和解調(diào)信號的頻譜圖；在濾波這一部分，課題主要是從巴特沃斯濾波器入手來設計低通濾波器等入手，實現(xiàn)了預期的濾波效果。在設計FIR低通濾波器的時候，通帶邊界頻率設定為載波信號頻率Fp=f，阻帶截止頻率Fs=f+20,采樣頻率Ft=8f；在設計IIR低通濾波器的時候，通帶邊界頻率設定為Fp=f-50，阻帶截止頻率Fs=f，采樣頻率Ft=10f。這樣設定后，在改變載波信號頻率的時候就有可能使濾波器無法進行正常的濾波，從而得不到正確的結(jié)果。載波頻率f可以選的高一些，在設計的時候時間采樣t的間隔就要大一些。4 心得體會調(diào)制與解調(diào)技術(shù)是通信電子線路課程中一個重要的環(huán)節(jié)，也是實現(xiàn)通信必不可少的一門技術(shù)，也是通信專業(yè)學生必須掌握的一門技術(shù)。課題在這里是把要處理的信號當做一種特殊的信號，即一種“復雜向量”來看待。也就是說，課題更多的還是體現(xiàn)了數(shù)字信號處理技術(shù)。從課題的中心來看，課題“基于Matlab的AM-DSB調(diào)制系統(tǒng)仿