通信原理課程設計---基于matlab的模擬調制系統(tǒng)仿真與測試

1、<p>　　課 程 設 計 報 告</p><p>　　基于MATLAB的模擬調制系統(tǒng)仿真與測試</p><p>　　2012年12 月 27 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1、設計題目·······

2、··········3</p><p>　　設計原理·················3</p><p>　　設計主程序&

3、#183;···············4</p><p>　　設計調用子函數··············8</p>

4、;<p>　　Matlab程序運行結果 ···········10</p><p>　　參考文獻················&

5、#183;13</p><p><b>　　一.設計題目</b></p><p>　　基于MATLAB的模擬調制系統(tǒng)仿真與測試</p><p><b>　　二.設計原理</b></p><p><b>　　1.1 模擬調制</b></p><p>　　?

6、模擬調制包括幅度調制（DSB，SSB，AM）和相角調制（頻率和相位調制）。</p><p>　　?幅度調制（線性調制）是正弦載波的幅度隨著調制信號而改變的調制方案。</p><p>　　?若調制信號 ,頻譜為 ，帶寬為 ，SSB調制的帶寬為 ，DSB和AM調制的帶寬為2 。VSB-AM的帶寬在 -2 區(qū)間內。</p><p>　　?AM調制與DSB調制在許多

7、方面十分相似，唯一區(qū)別在于AM調制用 代替DSB的 。</p><p><b>　　? </b></p><p><b>　　? </b></p><p><b>　　調制器模型如圖所示</b></p><p>　　?假設被調信號 是零均值信號，則調制信號的功率為 。&l

8、t;/p><p>　　? 為調制信號平均功率， 為邊帶功率， 為載波功率。</p><p>　　?調制信號中用于發(fā)送信息的功率和總功率的比值稱為調制效率， </p><p>　　?解調器輸入信噪比定義為, 為理想帶通濾波器帶寬,在理想信道中，當帶通濾波器幅頻特性為常數1時， ， ，即可由解調器輸入信噪比計算出信道噪聲的單邊帶功率譜密度，而當系統(tǒng)抽樣速率為時，產生的

9、高斯白噪聲帶寬為 ，由此可計算出信道中高斯白噪聲的平均功率，即方差 ，從而利用有關知識可以產生信道中所疊加的高斯白噪聲。</p><p>　　1.2信道加性高斯白噪聲</p><p>　　信道中加性高斯白噪聲功率由于其均值為0，故其方差 即為其平均功率，其中 為高斯白噪聲單邊帶功率譜密度；B為信道帶寬。在圖1中，信道噪聲的功率譜密度圖可以看出，當 =16Hz時，疊加于信道的高斯噪聲帶寬為8

10、Hz，信道中的加性高斯白噪聲通過帶寬為2Hz，幅度為1的理想帶通濾波器后，輸出的窄帶噪聲的平均功率即為相干解調器輸入噪聲的平均功率 ，其功率譜密度不變，仍為 ?？梢钥闯?， 與信道加性高斯白噪聲功率 之間有一定的關系，其共同點是其功率譜密度相同，從圖1也可以觀察出來，為-20dB。因此，在理想通信系統(tǒng)中，利用已給解調器輸入信噪比及已調信號功率和帶寬，可以計算出 ，從而算出信道加性高斯白噪聲的方差，由于其均值為0，故該方差為其平均功率，利用

11、它可以生成信道加性高斯白噪聲。轉換關系為：</p><p><b>　　， ，因此 ，</b></p><p>　　或 ，E是接收信號平均能量。</p><p>　　圖1 系統(tǒng)采樣頻率為16Hz時的噪聲</p><p><b>　　1.3 實驗內容</b></p><p>　

12、　調制信號為，利用AM調制方式調制載波 ，假設 ，直流分量為3，采樣頻率1000Hz，解調器輸入信噪比為25dB，采用相干方式解調編寫matlab程序實現AM信號的調制解調。</p><p>　　三、Matlab實現：</p><p><b>　　主程序</b></p><p><b>　　% AM調制解調</b><

13、/p><p>　　clear all;close all;echo on</p><p>　　%----------------系統(tǒng)仿真參數</p><p>　　A=3; %直流分量</p><p>　　fc=250; %載波頻率（Hz）</p><p>　　t0=0.15;%信號時長</p>&l

14、t;p>　　snr=25; %解調器輸入信噪比dB</p><p>　　dt=0.001% 系統(tǒng)時域采樣間隔</p><p>　　fs=1/dt;%系統(tǒng)采樣頻率 </p><p>　　df = 0.2; %所需的頻率分辨率</p><p>　　t=0:dt:t0;</p><p>　　Lt=length(t

15、);%仿真過程中，信號長度</p><p>　　snr_lin = 10^(snr/10); %解調器輸入信噪比</p><p>　　%-------------畫出調制信號波形及頻譜</p><p>　　% 產生模擬調制信號</p><p>　　m=[ones(1,t0/(3*dt)),-2*ones(1,t0/(3*dt)),zeros

16、(1,t0/(3*dt)+1)];</p><p>　　L=2*min(m);</p><p>　　R=2*max(abs(m))+A;</p><p>　　pause%畫出調制信號波形及頻譜</p><p><b>　　clf</b></p><p><b>　　figure(1)&l

17、t;/b></p><p>　　subplot(321); </p><p>　　plot(t,m(1:length(t)));% 畫出調制信號波形</p><p>　　axis([0 t0 -R/2 R/2]);</p><p>　　xlabel('t');</p><p>　　ylabel(&

18、#39;調制信號');</p><p>　　subplot(322); </p><p>　　[M,m,df1,f]=T2F(m,dt,df,fs);%求出調制信號頻譜</p><p>　　[Bw_eq]=signalband(M,df,t0);%求出信號等效帶寬</p><p>　　f_start=fc-Bw_eq;</p&g

19、t;<p>　　f_cutoff=fc+Bw_eq;</p><p>　　plot(f,fftshift(abs(M)))% 畫出調制信號頻譜</p><p>　　xlabel('f');ylabel('調制信號頻譜');</p><p>　　pause %畫出載波及頻譜</p><p>　　su

20、bplot(323); </p><p>　　c=cos(2*pi*fc*t);%載波</p><p>　　plot(t,c);</p><p>　　axis([0 t0 -1.2 1.2]);</p><p>　　xlabel('t');ylabel('載波');</p><p>　　

21、subplot(324)% 載波頻譜</p><p>　　[C,c,df1,f]=T2F(c,dt,df,fs);</p><p>　　plot(f,fftshift(abs(C)))% 畫出載波頻譜</p><p>　　xlabel('f');ylabel('載波頻譜');</p><p>　　pause%

22、畫已調信號及其頻譜</p><p>　　subplot(325)% 畫已調信號</p><p>　　u=(A+m(1:Lt)).*c(1:Lt);%已調信號</p><p>　　plot(t,u);% 畫出已調信號波形</p><p>　　axis([0 t0 -R R]);</p><p>　　xlabel('

23、;t');ylabel('已調信號');</p><p>　　subplot(326); </p><p>　　[U,u,df1,f]=T2F(u,dt,df,fs);</p><p>　　plot(f,fftshift(abs(U)))% 畫出已調信號頻譜</p><p>　　xlabel('f');

24、ylabel('已調信號頻譜');</p><p>　　%先根據所給信噪比產生高斯白噪聲</p><p>　　signal_power = power_x(u(1:Lt)); %已調信號的平均功率</p><p>　　noise_power=(signal_power*fs)/(snr_lin*4* Bw_eq);%求出噪聲方差（噪聲均值為0）&l

25、t;/p><p>　　noise_std = sqrt(noise_power); %噪聲標準偏差</p><p>　　noise = noise_std*randn(1,Lt); %產生噪聲</p><p>　　pause%畫出信道高斯白噪聲波形及頻譜，此時，噪聲已實現，為確知信號，可求其頻譜</p><p><b

26、>　　figure(2)</b></p><p>　　subplot(321); </p><p>　　plot(t,noise);% 畫出噪聲波形</p><p>　　axis([0 t0 -R R]);</p><p>　　xlabel('t');ylabel('噪聲信號');</p

27、><p>　　subplot(322); </p><p>　　[noisef,noise,df1,f]=T2F(noise,dt,df,fs);%噪聲頻譜</p><p>　　plot(f,fftshift(abs(noisef)))% 畫出噪聲頻譜</p><p>　　xlabel('f');ylabel('噪聲頻譜&

28、#39;);</p><p>　　pause%畫出疊加了噪聲的已調信號波形及頻譜</p><p>　　sam=u(1:Lt)+noise(1:Lt);%疊加了噪聲的已調信號</p><p>　　subplot(323); %畫出疊加了噪聲的已調信號波形</p><p>　　plot(t,sam);</p><p>　　

29、axis([0 t0 -R R]);</p><p>　　xlabel('t');</p><p>　　ylabel('信道中的信號');</p><p>　　subplot(324); </p><p>　　[samf,sam,df1,f]=T2F(sam,dt,df,fs);%求出疊加了噪聲的已調信號頻譜&

30、lt;/p><p>　　plot(f,fftshift(abs(samf)))% 畫出疊加了噪聲的已調信號頻譜</p><p>　　xlabel('f');</p><p>　　ylabel('信道中信號頻譜');</p><p>　　[H,f]=bp_f(length(sam),f_start,f_cutoff,

31、df1,fs,1);%求帶通濾波器</p><p>　　subplot(326); </p><p>　　plot(f,fftshift(abs(H)))% 畫出帶通濾波器</p><p>　　xlabel('f');ylabel('帶通濾波器');</p><p>　　pause%經過理想帶通濾波器后的信號及

32、其頻譜</p><p>　　DEM = H.*samf; %濾波器輸出的頻譜</p><p>　　[dem]=F2T(DEM,fs);%濾波器的輸出波形 </p><p><b>　　figure(3)</b></p><p>　　subplot(321)%經過理想帶通濾波器后的信號波形</p>

33、<p>　　plot(t,dem(1:Lt))%畫出經過理想帶通濾波器后的信號波形</p><p>　　axis([0 t0 -R R]);</p><p>　　xlabel('t');</p><p>　　ylabel('理想BPF輸出信號');</p><p>　　[demf,dem,df1,f

34、]=T2F(dem(1:Lt),dt,df,fs);%求經過理想帶通濾波器后信號頻譜</p><p>　　subplot(322)</p><p>　　plot(f,fftshift(abs(demf)));% 畫出經過理想帶通濾波器后信號頻譜</p><p>　　xlabel('f');</p><p>　　ylabel(&

35、#39;理想BPF輸出信號頻譜');</p><p>　　%--------------和本地載波相乘，即混頻</p><p>　　pause%混頻后的信號，先畫本地載波及其頻譜</p><p>　　subplot(323)</p><p>　　plot(t,c(1:Lt));</p><p>　　axis([

36、0 t0 -1.2 1.2]);</p><p>　　xlabel('t');</p><p>　　ylabel('本地載波');</p><p>　　subplot(324)% 載波頻譜</p><p>　　[C,c,df1,f]=T2F(c(1:Lt),dt,df,fs);</p><p

37、>　　plot(f,fftshift(abs(C)))% 畫出載波頻譜</p><p>　　xlabel('f');</p><p>　　ylabel('本地載波頻譜');</p><p>　　pause%再畫混頻后信號及其頻譜</p><p>　　der=dem(1:Lt).*c(1:Lt);%混頻&l

38、t;/p><p>　　subplot(325)%畫出混頻后的信號</p><p>　　plot(t,der);</p><p>　　axis([0 t0 -R R]);</p><p>　　xlabel('t');</p><p>　　ylabel('混頻后的信號');</p>

39、<p>　　subplot(326)</p><p>　　[derf,der,df1,f]=T2F(der,dt,df,fs);%求混頻后的信號頻譜</p><p>　　plot(f,fftshift(abs(derf)))%畫出混頻后的信號的頻譜</p><p>　　xlabel('f');</p><p>　　

40、ylabel('混頻后信號頻譜');</p><p>　　pause%畫出理想低通濾波器</p><p><b>　　figure(4)</b></p><p>　　[LPF,f]=lp_f(length(der),Bw_eq,df1,fs,2);%求低通濾波器</p><p>　　subplot(322

41、)</p><p>　　plot(f,fftshift(abs(LPF)));% 畫出理想低通濾波器</p><p>　　xlabel('f');</p><p>　　ylabel('理想LPF');</p><p>　　pause%混頻信號經理想低通濾波器后的頻譜及波形</p><p>

42、;　　DM = LPF.*derf; %理想低通濾波器輸出的頻譜</p><p>　　[dm]=F2T(DM,fs);%濾波器的輸出波形 </p><p>　　subplot(323)</p><p>　　plot(t,dm(1:Lt));%畫出經過低通濾波器后的解調出的波形</p><p>　　axis([0 t0 -R R]);<

43、;/p><p>　　xlabel('t');</p><p>　　ylabel('LPF輸出信號');</p><p>　　subplot(324)</p><p>　　[dmf,dm,df1,f]=T2F(dm(1:Lt),dt,df,fs);%求LPF輸出信號的頻譜</p><p>　　

44、plot(f,fftshift(dmf));%畫出LPF輸出信號的頻譜</p><p>　　xlabel('f');</p><p>　　ylabel('LPF輸出信號頻譜');</p><p>　　axis([-fs/2 fs/2 0 0.5]);</p><p>　　%--------去除解調信號中的直流分

45、量</p><p>　　pause%去除解調信號中的直流分量</p><p>　　dmd=dm(1:Lt)-mean(dm(1:Lt));</p><p>　　subplot(325)</p><p>　　plot(t,dmd);%畫出恢復信號(去除直流分量)</p><p>　　axis([0 t0 -R/2 R/2

46、]);</p><p>　　xlabel('t');</p><p>　　ylabel('恢復信號');</p><p>　　[dmdf,dmd,df1,f]=T2F(dmd,dt,df,fs);%求恢復信號的頻譜</p><p>　　subplot(326)</p><p>　　plo

47、t(f,fftshift(dmdf));%畫出恢復信號的頻譜</p><p>　　xlabel('f');</p><p>　　ylabel('恢復信號的頻譜');</p><p>　　axis([-fs/2 fs/2 0 0.2]);</p><p>　　subplot(321); </p>&

48、lt;p>　　plot(t,m(1:Lt));% 畫出調制信號波形</p><p>　　axis([0 t0 -R/2 R/2]);</p><p>　　xlabel('t');</p><p>　　ylabel('調制信號');</p><p><b>　　調用子函數</b><

49、;/p><p><b>　　序列的傅立葉變換</b></p><p>　　function [M,m,df]=fftseq(m,ts,df)</p><p>　　%各參數含義與子函數T2F中的完全相同，完成</p><p>　　fs = 1/ts;</p><p>　　if nargin ==2<

50、;/p><p><b>　　n1 =0;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　n1 = fs/df;</p><p><b>　　end </b></p><p>　　n2 = length(m);</p>

51、<p>　　n = 2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2)));</p><p>　　M = fft(m,n);</p><p>　　m = [m,zeros(1,n-n2)];</p><p>　　df = fs/n;</p><p><b>　　計算信號功率</b></p&

52、gt;<p>　　function p=power_x(x)</p><p><b>　　%x:輸入信號</b></p><p>　　%p:返回信號的x功率</p><p>　　p=(norm(x).^2)./length(x);</p><p>　　信號從頻域轉換到時域</p><p&

53、gt;　　function [m]=F2T(M,fs)</p><p>　　%-------------------------輸入參數</p><p><b>　　%M：信號的頻譜</b></p><p>　　%fs:系統(tǒng)采樣頻率</p><p>　　%--------------------輸出(返回)參數</

54、p><p>　　%m:傅里葉逆變換后的信號，注意其長度為2的整數次冪，利用其畫波形時，要注意選取m的一部分，選取長度和所給時間序列t的長度要一致，plot(t,m(1:length(t)))，否則會出錯。</p><p>　　m = real(ifft(M))*fs; </p><p>　　信號從時域轉換到頻域</p><p>　　functio

55、n [M,m,df1,f]=T2F(m,ts,df,fs)</p><p>　　%------------------------輸入參數</p><p><b>　　%m:信號</b></p><p>　　%ts:系統(tǒng)時域采樣間隔</p><p>　　%df:所需的頻率分辨率</p><p>　

56、　%fs:系統(tǒng)采樣頻率</p><p>　　%---------------------輸出(返回)參數</p><p>　　%M:傅里葉變換后的頻譜序列</p><p>　　%m: 輸入信號參與過傅里葉變換后對應的序列，需要注意的是，該序列與輸入信號m的區(qū)別，其長度是不一樣的，輸入的m長度不一定是2的整數次冪，而傅里葉變換要求輸入信號長度為2的整數次冪，故傅里葉變

57、換前需對輸入的m信號進行補零，其長度有所增加，故輸出參數中的m為補零后的輸入信號，其長度與輸入參數m不一樣，但與M,f長度是一樣的，并且，其與時間序列t所對應的序列m(1:length(t))與輸入參數中的m是一致的。</p><p>　　%df1:返回的頻率分辨率</p><p>　　%f:與M相對應的頻率序列</p><p>　　[M,m,df1]=fftseq

58、(m,ts,df);</p><p>　　f = [0:df1:df1*(length(m)-1)] -fs/2; %頻率向量</p><p><b>　　M=M/fs;</b></p><p><b>　　帶通濾波器</b></p><p>　　Function[H,f]=bp_f(n,f_

59、start,f_cutoff,df1,fs,p)</p><p>　　%帶通濾波器函數 輸入設計的濾波器參數，產生帶通濾波器頻率特性函數H和頻率向量f</p><p>　　%------------------------輸入參數</p><p>　　%n 帶通濾波器的輸入信號長度</p><p>　　%f_start 通帶起始

60、頻率</p><p>　　%f_cutoff 帶通濾波器的截止頻率</p><p>　　%df1 頻率分辨率</p><p>　　%fs 抽樣頻率</p><p>　　%p 濾波器幅度</p><p>　　%----------------------輸出(返回)參數

61、</p><p>　　%H 帶通濾波器頻率響應</p><p><b>　　%f 頻率向量</b></p><p>　　%設計濾波器 </p><p>　　n_cutoff =

62、 floor(f_cutoff/df1); </p><p>　　n_start = floor(f_start/df1); </p><p>　　f = [0:df1:df1*(n-1)] -fs/2; %頻率向量</p><p>　　H = zeros(size(f));</p><p>　　H(n_start+1:n_cu

63、toff) = p*ones(1,n_cutoff-n_start);</p><p>　　H(length(f) - n_cutoff+1:length(f)-n_start) = p*ones(1,n_cutoff-n_start);</p><p><b>　　低通濾波器</b></p><p>　　function [H,f]=lp_f

64、(n,f_cutoff,df1,fs,p)</p><p>　　%低通濾波器函數 輸入設計的濾波器參數，產生低通濾波器頻率特性函數H和頻率向量f</p><p>　　%------------------------輸入參數</p><p>　　%n 低通濾波器的輸入信號長度</p><p>　　%f_cutoff 低通濾波器的截

65、止頻率</p><p>　　%df1 頻率分辨率</p><p>　　%fs 抽樣頻率</p><p>　　%p 濾波器幅度</p><p>　　%---------------------輸出(返回)參數</p><p>　　%H 低通濾波器頻率響應</p>

66、;<p><b>　　%f 頻率向量</b></p><p>　　n_cutoff = floor(f_cutoff/df1); %設計濾波器</p><p>　　f = [0:df1:df1*(n-1)] -fs/2; %頻率向量</p><p>　　H = zeros(size(f));</p>

67、<p>　　H(1:n_cutoff) = p*ones(1,n_cutoff);</p><p>　　H(length(f) - n_cutoff+1:length(f)) = p*ones(1,n_cutoff);</p><p><b>　　計算信號有效帶寬</b></p><p>　　function [Bw_eq]=sig

68、nalband(sf,df,T)</p><p><b>　　%計算信號等效帶寬</b></p><p><b>　　%sf：信號頻譜</b></p><p><b>　　%df:頻率分辨率</b></p><p><b>　　%T：信號持續(xù)時間</b>&

69、lt;/p><p>　　sf_max=max(abs(sf));</p><p>　　Bw_eq=sum(abs(sf).^2)*df/T/sf_max.^2</p><p>　　四 Matlab程序運行結果：</p><p>　　figure(1) ：</p><p><b>　　figure(2)</b

70、></p><p><b>　　、</b></p><p>　　figure(3)：</p><p>　　figure(4)：</p><p><b>　　五.參考文獻</b></p><p>　　[1]西蒙?赫金.通信系統(tǒng)(第4版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,200