AM模擬調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

摘要調(diào)幅，英文是Amplitude

Modulation〔AM〕。調(diào)幅也就是通常說(shuō)的中波，范圍在5031060KHz。調(diào)幅是用聲音的上下變?yōu)榉鹊淖兓碾娦盘?hào)。

本課程設(shè)計(jì)主要研究了AM模擬調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。在本次通信系統(tǒng)仿真訓(xùn)練中，我主要通過(guò)了解模擬幅度調(diào)制和解調(diào)的原理和其實(shí)現(xiàn)方法，然后根據(jù)其模擬幅度調(diào)制系統(tǒng)的原理給出了調(diào)制和解調(diào)的框圖。其次弄懂了AM模擬調(diào)制的根本原理。最后利用Matlab軟件仿真模擬幅度調(diào)制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)AM調(diào)制和相干解調(diào)，給出了調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)及已調(diào)信號(hào)及解調(diào)信號(hào)的波形圖和頻譜圖，并計(jì)算了該系統(tǒng)的信噪比。關(guān)鍵詞：調(diào)制解調(diào)AM模擬調(diào)制信噪比目錄前言1一、調(diào)制及解調(diào)原理21.1調(diào)制原理21.2解調(diào)原理3二、模擬調(diào)制42.1模擬調(diào)制原理42.2AM調(diào)制的根本原理42.3AM解調(diào)原理與抗噪性能62.4FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法8三、AM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的MATLAB仿真及其分析103.1AM調(diào)制解調(diào)分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)103.2MATLAB仿真及其分析10總結(jié)13參考文獻(xiàn)14附錄15前言調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用是至關(guān)重要的。所謂調(diào)制，就是把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制〔也稱(chēng)載波調(diào)制〕。在大多數(shù)場(chǎng)合，調(diào)制一般指載波調(diào)制。載波調(diào)制，就是用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過(guò)程，使載波的某一個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化。調(diào)制信號(hào)是指來(lái)自信源的信息信號(hào)〔基帶信號(hào)〕，這些新號(hào)可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。未接受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)稱(chēng)為載波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。載波調(diào)制后稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)，它包含有調(diào)制信號(hào)的全部特征。解調(diào)那么是調(diào)制的逆過(guò)程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。此次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行模擬調(diào)至系統(tǒng)的模擬和仿真，最常用和最重要的模擬調(diào)制方式是用正弦波作為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制。常見(jiàn)的調(diào)幅AM、雙邊帶DSB、單邊帶VSB等調(diào)制就是幅度調(diào)制的幾個(gè)典型實(shí)例；而頻率調(diào)制FM是角度調(diào)制中被廣泛采用的一種。本文主要分析了AM在高斯白噪聲影響下的波形變化，通過(guò)對(duì)有無(wú)噪聲解調(diào)信號(hào)波形的比照分析，，估計(jì)AM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的性能。一、調(diào)制及解調(diào)原理1.1調(diào)制原理調(diào)制:將各種數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)臄?shù)字調(diào)制信號(hào)(已調(diào)信號(hào)或頻帶信號(hào))；時(shí)域定義：調(diào)制就是用基帶信號(hào)去控制載波信號(hào)的某個(gè)或幾個(gè)參量的變化，將信息荷載在其上形成已調(diào)信號(hào)傳輸，而解調(diào)是調(diào)制的反過(guò)程，通過(guò)具體的方法從已調(diào)信號(hào)的參量變化中將恢復(fù)原始的基帶信號(hào)。頻域定義：調(diào)制就是將基帶信號(hào)的頻譜搬移到信道通帶中或者其中的某個(gè)頻段上的過(guò)程，而解調(diào)是將信道中來(lái)的頻帶信號(hào)恢復(fù)為基帶信號(hào)的反過(guò)程.根據(jù)所控制的信號(hào)參量的不同，調(diào)制可分為：調(diào)幅，使載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的大小變化而變化的調(diào)制方式。調(diào)頻，使載波的瞬時(shí)頻率隨著調(diào)制信號(hào)的大小而變，而幅度保持不變的調(diào)制方式。調(diào)相，利用原始信號(hào)控制載波信號(hào)的相位。調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)變換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，這就意味著把基帶信號(hào)〔信源〕轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的代通信號(hào)。該信號(hào)稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)。調(diào)制可以通過(guò)使高頻載波隨信號(hào)幅度的變化而改變載波的幅度、相位或者頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)制過(guò)程用于通信系統(tǒng)的發(fā)端。在接收端需將已調(diào)信號(hào)復(fù)原成要傳輸?shù)脑夹盘?hào)，也就是將基帶信號(hào)從載波中提取出來(lái)以便預(yù)定的接受者〔信宿〕處理和理解的過(guò)程。該過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)。調(diào)制的方式有很多。根據(jù)調(diào)制信號(hào)是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，載波是連續(xù)波〔通常是正弦波〕還是脈沖波，相應(yīng)的調(diào)制方式有模擬連續(xù)波調(diào)制〔簡(jiǎn)稱(chēng)模擬調(diào)制〕、數(shù)字連續(xù)波調(diào)制〔簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)字調(diào)制〕、模擬脈沖波調(diào)制和數(shù)字脈沖波調(diào)制等。計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息是由“0〞和“1〞組成數(shù)字信號(hào)，而在線上傳遞的卻只能是模擬電信號(hào)〔模擬信號(hào)為連續(xù)的，數(shù)字信號(hào)為間斷的〕。于是，當(dāng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要通過(guò)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，就需要一個(gè)設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)模的轉(zhuǎn)換。這個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器就是我們這里要討論的Modem。計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先由Modem把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為“調(diào)制〞，也成D/A轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)通過(guò)載波傳送到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)之前，也要經(jīng)由接收方的Modem負(fù)責(zé)把模擬信號(hào)復(fù)原為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，這個(gè)過(guò)程我們稱(chēng)“解調(diào)〞，也稱(chēng)A/D轉(zhuǎn)換。正是通過(guò)這樣一個(gè)“調(diào)制〞與“解調(diào)〞的數(shù)模轉(zhuǎn)換過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通訊。1.2解調(diào)原理調(diào)制過(guò)程的逆過(guò)程叫做解調(diào)。AM信號(hào)的解調(diào)是把接收到的已調(diào)信號(hào)復(fù)原為調(diào)制信號(hào)。AM信號(hào)的解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和包絡(luò)檢波解調(diào)。相干解調(diào)

由AM信號(hào)的頻譜可知，如果將已調(diào)信號(hào)的頻譜搬回到原點(diǎn)位置，即可得到原始的調(diào)制信號(hào)頻譜，從而恢復(fù)出原始信號(hào)。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時(shí)的相乘運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。相干解調(diào)的原理框圖如圖1所示。LPFBPFLPFBPF圖1相干解調(diào)器一般模型將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)與調(diào)制器同頻同相的載波，得〔1〕由上式可知，只要用一個(gè)低通濾波器，就可以將第1項(xiàng)與第2項(xiàng)別離，無(wú)失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)〔2〕相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個(gè)與調(diào)制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，那么會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。〔2〕包絡(luò)檢波法

由的波形可見(jiàn)，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故可以用包絡(luò)檢波的方法恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成。包絡(luò)檢波法屬于非相干解調(diào)法，其特點(diǎn)是：解調(diào)效率高，解調(diào)器輸出近似為相干解調(diào)的2倍；解調(diào)電路簡(jiǎn)單，特別是接收端不需要與發(fā)送端同頻同相位的載波信號(hào)，大大降低實(shí)現(xiàn)難度。故幾乎所有的調(diào)幅〔AM〕式接收機(jī)都采用這種電路。。二、模擬調(diào)制2.1模擬調(diào)制原理模擬調(diào)制是指用來(lái)自信源的基帶模擬信號(hào)去調(diào)制某個(gè)載波，而載波是一個(gè)確知的周期性波形。模擬調(diào)制可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制，本文主要研究線性調(diào)制。線性調(diào)制的原理模型如圖2.1所示。設(shè)，調(diào)制信號(hào)為m(t),已調(diào)信號(hào)為s(t)。圖2線性調(diào)制的遠(yuǎn)離模型調(diào)制信號(hào)m(t)和載波在乘法器中相乘的結(jié)果為：，然后通過(guò)一個(gè)傳輸函數(shù)為H(f)的帶通濾波器，得出已調(diào)信號(hào)為。從圖2.1中可得已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域表達(dá)式為：〔3〕式〔2-1〕中，M(f)為調(diào)制信號(hào)m(t)的頻譜。由于調(diào)制信號(hào)m(t)和乘法器輸出信號(hào)之間是線性關(guān)系，所以成為線性調(diào)制。帶通濾波器H(f)可以有不同的設(shè)計(jì)，從而得到不同的調(diào)制種類(lèi)。2.2AM調(diào)制的根本原理在幅度調(diào)制的一般模型中，假設(shè)假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)，調(diào)制信號(hào)m(t)中無(wú)直流分量，那么輸出的已調(diào)信號(hào)就是無(wú)載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，或稱(chēng)抑制載波雙邊帶〔DSB〕調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)稱(chēng)雙邊帶〔DSB〕信號(hào)。設(shè)正弦型載波，式中：A為載波幅度，QUOTE為載波角頻率。根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號(hào)〔已調(diào)信號(hào)〕一般可表示為：〔4〕其中，m(t)為基帶調(diào)制信號(hào)。設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)的頻譜為M()，那么由公式2-2不難得到已調(diào)信號(hào)的頻譜：〔5〕由以上表示式可見(jiàn)，在波形上，幅度已調(diào)信號(hào)隨基帶信號(hào)的規(guī)律呈正比地變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移。標(biāo)準(zhǔn)振幅就是常規(guī)雙邊帶調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)幅〔AM〕。假設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)的平均值為0，將其疊加一個(gè)直流偏量后與載波相乘，即可形成調(diào)幅信號(hào)。其時(shí)域表達(dá)式為:QUOTE〔6〕式中：為外加的直流分量；m(t)可以是確知信號(hào)，也可以是隨機(jī)信號(hào)。假設(shè)為確知信號(hào)，那么AM信號(hào)的頻譜為:〔7〕AM信號(hào)的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三局部組成。AM信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率兩局部。只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，也就是說(shuō)，載波分量并不攜帶信息。因此，AM信號(hào)的功率利用率比擬低。AM調(diào)制器模型如下列圖所示。圖3AM調(diào)制器模型AM信號(hào)的時(shí)域和頻域表達(dá)式分別為〔8〕〔9〕式中，為外加的直流分量；m(t)可以是確知信號(hào)也可以是隨機(jī)信號(hào)，但通常認(rèn)為其平均值為0，即。由頻譜可以看出，AM信號(hào)的頻譜由載波分量、上邊帶、下邊帶三局部組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。因此，AM信號(hào)是帶有載波分量的雙邊帶信號(hào)，他的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的2倍，即AM調(diào)制典型波形和頻譜如圖1-1所示：圖4AM調(diào)制典型波形和頻譜如果在AM調(diào)制模型中將直流A去掉，即可得到一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式—抑制載波雙邊帶信號(hào)(DSB—SC)，簡(jiǎn)稱(chēng)雙邊帶信號(hào)。其時(shí)域表達(dá)式為〔10〕式中，假設(shè)的平均值為0。DSB的頻譜與AM的譜相近，只是沒(méi)有了在±ω處的函數(shù)δ，即〔11〕2.3AM解調(diào)原理與抗噪性能解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，其作用是從接收的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)〔即調(diào)制信號(hào)〕。解調(diào)的方法可分為兩類(lèi)：相干解調(diào)和非相干解調(diào)〔包絡(luò)檢波〕。相干解調(diào)，也稱(chēng)同步檢波，為了無(wú)失真地恢復(fù)原基帶信號(hào)，接收端必須提供一個(gè)與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步〔同頻同相〕的本地載波〔稱(chēng)為相干載波〕，它與接受的已調(diào)信號(hào)相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器就是直接從已調(diào)波的幅度中提取原調(diào)制信號(hào)，通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。AM相干解調(diào)性能分析模型如圖2.5所示：圖5AM相干解調(diào)性能分析模型設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為：(12)與相干載波cos(QUOTEt)相乘后，得(13)經(jīng)低通濾波器后，輸出信號(hào)為:(14)因此，解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)功率為:(15)解調(diào)AM信號(hào)時(shí)，接收機(jī)中的帶通濾波器的中心頻率QUOTE與調(diào)制頻率QUOTE相同，此解調(diào)器輸入端的窄帶噪聲:〔16〕它與相干載波cos(QUOTEt)相乘后，得：〔17〕經(jīng)低通濾波器后，解調(diào)器最終輸出噪聲為：〔18〕故輸出噪聲功率為：(19)式中，,為AM的帶通濾波器的帶寬，為噪聲單邊功率譜密度。解調(diào)器輸入信號(hào)平均功率為：〔20〕可得解調(diào)器的輸入信噪比：〔21〕解調(diào)器的輸出信噪比：〔22〕因此制度增益為:〔23〕也就是說(shuō)，AM信號(hào)的解調(diào)器使信噪比改善一倍。2.4FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)設(shè)計(jì)法、頻率采樣設(shè)計(jì)法以及等波紋逼近設(shè)計(jì)法三種，其中窗函數(shù)設(shè)計(jì)法是最常用的，其次是頻率采樣法，但這兩種方法在設(shè)計(jì)中還會(huì)存在一些缺乏之處，所以需要優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，而等波紋逼近法很好的彌補(bǔ)了窗函數(shù)法和頻率采樣法的缺乏。對(duì)于數(shù)字高通、帶通濾波器的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)一個(gè)所需類(lèi)型的過(guò)渡模擬濾波器，再經(jīng)過(guò)雙線性變換將其轉(zhuǎn)換籌劃那個(gè)所需的數(shù)字濾波器。具體設(shè)計(jì)步驟如下：確定所需類(lèi)型數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)。將所需類(lèi)型數(shù)字濾波器的邊界頻率轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬濾波器的邊界頻率，轉(zhuǎn)換公式為Ω=2/Ttan(0.5ω)將相應(yīng)類(lèi)型的模擬濾波器技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成模擬低通濾波器技術(shù)指標(biāo)。設(shè)計(jì)模擬低通濾波器。通過(guò)頻率變換將模擬低通轉(zhuǎn)換成相應(yīng)類(lèi)型的過(guò)渡模擬濾波器。采用雙線性變換法將相應(yīng)類(lèi)型的過(guò)渡模擬濾波器轉(zhuǎn)換成所需類(lèi)型的數(shù)字濾波器。我們知道，脈沖響應(yīng)不變法的主要缺點(diǎn)是會(huì)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(diǎn)，可以采用雙線性變換法。下面我們介紹用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的步驟。如下：〔1〕根據(jù)對(duì)阻帶衰減及過(guò)渡帶的指標(biāo)要求，選擇串窗數(shù)類(lèi)型〔矩形窗、三角窗、漢寧窗、哈明窗、凱塞窗等〕，并估計(jì)窗口長(zhǎng)度N。先按照阻帶衰減選擇窗函數(shù)類(lèi)型。原那么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(yīng)函數(shù)?！?〕計(jì)算h(n)?！?〕加窗得到設(shè)計(jì)結(jié)果。接下來(lái)，我們根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)給出有關(guān)濾波器的技術(shù)指標(biāo)：低通濾波器的性能指標(biāo)：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(shè)計(jì)FIR濾波器，利用函數(shù)butter,cheby1和ellip設(shè)計(jì)IIR濾波器，利用Matlab中的函數(shù)freqz畫(huà)出各步步器的頻率響應(yīng)。hn=fir1(M，wc，window)，可以指定窗函數(shù)向量window。如果缺省window參數(shù)，那么fir1默認(rèn)為哈明窗。其中可選的窗函數(shù)有RectangularBarlrttHammingHannBlackman窗，其相應(yīng)的都有實(shí)現(xiàn)函數(shù)。MATLAB信號(hào)處理工具箱函數(shù)buttpbuttorbutter是巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)，其有5種調(diào)用格式，本課程設(shè)計(jì)中用到的是：[N,wc]=butter(N,wc,Rp,As,’s’),該格式用于計(jì)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(hào)處理工具箱函數(shù)cheblap,cheblord和cheeby1是切比雪夫I型濾波器設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)IIR濾波器時(shí)都是默認(rèn)的雙線性變換法，所以在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)只需要代入相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)函數(shù)即可。三、AM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的MATLAB仿真及其分析3.1AM調(diào)制解調(diào)分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)信號(hào)DSB調(diào)制采用MATLAB函數(shù)modulate實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)格式為：Y=MODULATE(X,Fc,Fs,METHOD,OPT)X為基帶調(diào)制信號(hào)，F(xiàn)c為載波頻率，F(xiàn)s為抽樣頻率，METHOD為調(diào)制方式選擇，DSB調(diào)制時(shí)為’am’，OPT在DSB調(diào)制時(shí)可不選，F(xiàn)s需滿足Fs>2*Fc+BW，BW為調(diào)制信號(hào)帶寬。DSB信號(hào)解調(diào)采用MATLAB函數(shù)demod實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)使用格式為：X=DEMOD(Y,Fc,Fs,METHOD,OPT)Y為DSB已調(diào)信號(hào)，F(xiàn)c為載波頻率，F(xiàn)s為抽樣頻率，METHOD為解調(diào)方式選擇，DSB解調(diào)時(shí)為’am’，OPT在DSB調(diào)制時(shí)可不選。觀察信號(hào)頻譜需對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，采用MATLAB函數(shù)fft實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)常使用格式為：Y=FFT(X,N)，X為時(shí)域函數(shù)，N為傅里葉變換點(diǎn)數(shù)選擇，一般取值2'。頻域變換后，對(duì)頻域函數(shù)取模，格式：Y1=ABS(Y)，再進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方法：f=(0:length(Y)-1)’*Fs/length(Y)分析解調(diào)器的抗噪性能時(shí)，在輸入端參加高斯白噪聲，采用MATLAB函數(shù)awgn實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)使用格式為：Y=AWGN(X,SNR)，加高斯白噪聲于X中，SNR為信噪比，單位為dB，其值在假設(shè)X的功率為0dBM的情況下確定。信號(hào)的信噪比為信號(hào)中有用的信號(hào)功率與噪聲功率的比值，根據(jù)信號(hào)功率定義，采用MATLAB函數(shù)var實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)常使用格式為：Y=VAR(X)，返回向量的方差，那么信噪比為:SNR=VAR(X1)/VAR(X2)。繪制曲線采用MATLAB函數(shù)plot實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)常使用格式：PLOT〔X，Y〕，X為橫軸變量，Y為縱軸變量，坐標(biāo)范圍限定AXIS([x1x2y1y2])，軸線說(shuō)明XLABEL和YLABEL。程序設(shè)計(jì)流程圖見(jiàn)附錄。3.2MATLAB仿真及其分析圖6載波信號(hào)的波形及其頻譜圖7調(diào)制信號(hào)的波形及其頻譜載波是指被調(diào)制以傳輸信號(hào)的波形，一般為正弦波。載波信號(hào)，就是把普通信號(hào)加載到一定頻率的高頻信號(hào)上，在沒(méi)有加載普通信號(hào)的高頻信號(hào)時(shí)，高頻信號(hào)的波幅是固定的，加載之后波幅就隨著普通信號(hào)的變化而變化。本設(shè)計(jì)采用頻率為8000HZ，振幅為10的余弦載波信號(hào)，其波形及頻譜圖如圖6所示。調(diào)制信號(hào)是指來(lái)自信源的消息信號(hào)〔基帶信號(hào)〕，這些信號(hào)可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。本設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的基帶信號(hào)頻率為10HZ，振幅為5的余弦信號(hào)。該基帶信號(hào)的波形及其頻譜如圖7所示。圖8AM調(diào)制信號(hào)的波形及其頻譜圖9濾波前的解調(diào)信號(hào)的波形及其頻譜調(diào)制就是由調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的幅度，使之隨調(diào)制信號(hào)作線性變化的過(guò)程，本設(shè)計(jì)的AM已調(diào)信號(hào)的波形及其頻譜如圖8所示，從圖中可以看出已調(diào)信號(hào)幅度隨基帶信號(hào)的幅度變化而變化，且把頻率為10HZ的基帶信號(hào)搬移到頻率為8000HZ的載頻上，實(shí)現(xiàn)了信道的多路復(fù)用，提高了信道利用率。由式〔4〕可知，其解調(diào)后的信號(hào)中含有高頻及噪聲成分，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。圖9為經(jīng)過(guò)相干解調(diào)后的濾波前的解調(diào)信號(hào)波形圖及其頻譜圖。圖10濾波后的解調(diào)信號(hào)的波形及其頻譜圖11參加不同噪聲的解調(diào)信號(hào)波形圖10為經(jīng)過(guò)低通濾波器，濾除了噪聲及高頻成分之后的解調(diào)信號(hào)的波形圖及其頻譜圖，其波形與基帶信號(hào)波形根本一致。將信道中存在的不需要的電信號(hào)統(tǒng)稱(chēng)為噪聲，通信系統(tǒng)的噪聲是疊加在信號(hào)上的，沒(méi)有傳輸信號(hào)時(shí)通信系統(tǒng)中也有噪聲，噪聲永遠(yuǎn)存在于通信系統(tǒng)中。圖11為在信道中參加不同程度的高斯白噪聲經(jīng)過(guò)低通濾波器后輸出的解調(diào)信號(hào)波形，可以看出其解調(diào)出的信號(hào)波形圖發(fā)生明顯的失真。圖12輸入/輸出信噪比圖13低通濾波器的幅度函數(shù)圖12為該系統(tǒng)采用相干解調(diào)時(shí)輸入、輸出信噪比的比照?qǐng)D?？偨Y(jié)在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，著重研究了DSB信號(hào)調(diào)制與解調(diào)原理和MATLAB模擬實(shí)現(xiàn)，熟悉了信號(hào)波形、頻譜的和系統(tǒng)性能的分析方法，了解了數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)與使用方法，綜合提高了自己的專(zhuān)業(yè)技能。通過(guò)對(duì)程序的設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步熟悉了MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì)MATLAB的一些具體操作和應(yīng)用有了更深入的了解。如：有要求的正弦信號(hào)的產(chǎn)生，根本圖形的繪制和各種的函數(shù)的使用等。同時(shí)，這次設(shè)計(jì)我對(duì)數(shù)字信號(hào)處理和通信原理課本上學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)有了更深入的理解和掌握。比方對(duì)信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)過(guò)程有了更深層的理解，學(xué)會(huì)了如何使用MATLAB對(duì)信號(hào)進(jìn)行SSB調(diào)制和解調(diào)，了解了低通濾波器的MATLAB設(shè)計(jì)方法。還有很重要的一點(diǎn)是，我學(xué)會(huì)了如何安排設(shè)計(jì)所需的時(shí)間及合理利用網(wǎng)絡(luò)資源等普遍實(shí)用的學(xué)習(xí)方法，通過(guò)和同學(xué)探討，拓寬了我的眼界。參考文獻(xiàn)[1].李建新.現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真—MATLAB通信工具箱.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.[2].樊昌信.通信原理.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002.[3].劉敏.MATLAB.通信仿真與應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社.[4].曹志剛等著.現(xiàn)代通信原理.北京：清華大學(xué)出版社.2001.5[5].吳偉陵等著.移動(dòng)通信原理.北京：電子工業(yè)出版社，2005附錄開(kāi)始開(kāi)始輸入輸入DSB調(diào)制信號(hào)參加參加白噪聲顯示顯示參加白噪聲前后的已調(diào)信號(hào)波形及頻譜圖對(duì)已調(diào)信號(hào)解調(diào)對(duì)已調(diào)信號(hào)解調(diào)顯示解調(diào)后，顯示解調(diào)后，參加白噪聲前后的解調(diào)信號(hào)波形及頻譜圖顯示輸入輸出信噪比關(guān)系圖顯示輸入輸出信噪比關(guān)系圖結(jié)束結(jié)束總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖程序代碼：載波信號(hào)t=-1:0.00001:1;A0=10;%載波信號(hào)振幅A1=5；%調(diào)制信號(hào)振幅fs=8000;%載波信號(hào)頻率fc=1000;ws=fs*pi;wc=fc*pi;y=A0*cos(ws*t);%載波信號(hào)figure(1);subplot(2,2,1);plot(t,y);xlabel('t');title('載頻信號(hào)波形');axis([0,0.01,-15,15]);gridon;subplot(2,2,2);Y=fft(y);%對(duì)y的傅里葉變換plot(abs(Y));%頻譜取模xlabel('頻率');title('載波信號(hào)頻譜');axis([0,15000,0,1000000]gridon;調(diào)制信號(hào)t=-1:0.00001:1;A0=10;%載波信號(hào)振幅A1=5；%調(diào)制信號(hào)振幅fs=8000;%載波信號(hào)頻率fc=1000;ws=fs*pi;wc=fc*pi;x=A1*cos(0.01*wc*t);%調(diào)制信號(hào)figure(2);subplot(2,1,1);plot(t,x);xlabel('t');title('調(diào)制信號(hào)');axis([0,1,-10,10]);%定義坐標(biāo)軸的范圍gridon;subplot(2,1,2);X=fft(x);%對(duì)x的傅里葉變換plot(abs(X));%取模值xlabel('頻率');title('調(diào)制信號(hào)頻譜');axis([0,500,0,1000000]);gridon;AM已調(diào)信號(hào)t=-1:0.00001:1;A0=10;A1=5fs=8000;fc=1000;ws=fs*pi;wc=fc*pi;x=A1*cos(0.01*wc*t);%調(diào)制信號(hào)m=0.15;%調(diào)制度y1=3*(1+0.15*x).*cos(ws*t);%AM已調(diào)信號(hào)figure(3);subplot(2,1,1);plot(t,y1);gridon;xlabel('t');title('AM調(diào)制信號(hào)波形');axis([0,1,-10,10]);subplot(2,1,2);Y1=fft(y1);%傅里葉變換plot(abs(Y1));%取模gridon;xlabel('頻率');title('AM調(diào)制信號(hào)頻譜');axis([0,15000,0,500000]);gridon;解調(diào)信號(hào)t=-1:0.00001:1;A0=10;A1=5fs=8000;fc=1000;ws=fs*pi;wc=fc*pi;x=A1*cos(0.01*wc*t);%調(diào)制信號(hào)m=0.15;%調(diào)制度y1=3*(1+0.15*x).*cos(ws*t);%AM已調(diào)信號(hào)y11=y1.*cos(ws*t);%對(duì)AM已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)figure(4);subplot(2,1,1);plot(t,y11);gridon;xlabel('t');title('未濾波的解調(diào)信號(hào)');axis([0,1,0,10]);subplot(2,1,2);Y11=fft(y11);%傅里葉變換plot(abs(Y11));%取模gridon;xlabel('頻率');title('未濾波的解調(diào)信號(hào)頻譜');axis([0,500,0,500000]);gridon;AM解調(diào)信號(hào)FIR濾波t=-1:0.00001:1;A0=10;A1=5fs=8000;fc=1000;ws=fs*pi;wc=fc*pi;x=A1*cos(0.01*wc*t);%調(diào)制信號(hào)m=0.15;y1=3*(1+0.15*x).*cos(ws*t);%AM已調(diào)信號(hào)y11=y1.*cos(ws*t);%對(duì)AM已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)Ft=2000;%采樣頻率fpts=[100,120];%通帶邊界頻率fp=100Hz，阻帶截止頻率fs=120Hz；mag=[10];dev=[0.010.05];%通帶波動(dòng)1%，阻帶波動(dòng)5%[n21,wn21,beta,ftype]=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);%估計(jì)采用凱塞窗設(shè)計(jì)的FIR濾波器的參數(shù)b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta));%由fir1設(shè)計(jì)濾波器[h,w]=freqz(b21,1);%得到頻率響應(yīng)figure(3);plot(w/pi,abs(h));gridontitle('FIR低通濾波器');figure(4);subplot(2,1,1);y111=fftfilt(b21,y11);%對(duì)y11低通濾波plot(t,y111);gridon;xlabel('t');title('濾波后的解調(diào)信號(hào)波形');axis([0,1,-10,10]);subplot(2,1,2);Y111=fft(y111);%求y111的頻譜plot(abs(Y111));%對(duì)Y111取模gridon;xlabel('頻率');title('濾波后的解調(diào)信號(hào)頻譜');axis([0,500,0,500000]);gridon;加噪聲t=-1:0.00001:1;A0=10;A1=5fs=8000;fc=1000;ws=fs*pi;wc=fc*pi;x=A1*cos(0.01*wc*t);%基帶信號(hào)m=0.15;%調(diào)制度y1=3*(1+0.15*x).*cos(ws*t);%AM調(diào)制信號(hào)y2=awgn(y1,5);%參加高斯白噪聲y3=awgn(y1,10);y4=awgn(y1,15);y5=awgn(y1,20);y21=y2.*cos(ws*t);