通信原理课程设计.docx

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通信原理课程设计

课程设计报告

基于MATLAB的模拟调制系统仿真与测试

课程名称通信原理课程设计

专业班级通信工程2班

学号

姓名马腾刘树会聂庆超彭存超

孙永强于斌刘春刚

2012年12月27日

目录

1、设计题目·················3

2、设计原理·················3

3、设计主程序················4

4、设计调用子函数··············8

5、Matlab程序运行结果···········10

6、参考文献·················13

一.设计题目

基于MATLAB的模拟调制系统仿真与测试

二.设计原理

1.1模拟调制

模拟调制包括幅度调制（DSB，SSB，AM）和相角调制（频率和相位调制）。

幅度调制（线性调制）是正弦载波的幅度随着调制信号而改变的调制方案。

若调制信号

频谱为

，带宽为

，SSB调制的带宽为

，DSB和AM调制的带宽为2。

VSB-AM的带宽在-2区间内。

AM调制与DSB调制在许多方面十分相似，唯一区别在于AM调制用

代替DSB的。

调制器模型如图所示

假设被调信号

是零均值信号，则调制信号的功率为

。

为调制信号平均功率，

为边带功率，

为载波功率。

调制信号中用于发送信息的功率和总功率的比值称为调制效率，

解调器输入信噪比定义为

为理想带通滤波器带宽,在理想信道中，当带通滤波器幅频特性为常数1时，

，

，即可由解调器输入信噪比计算出信道噪声的单边带功率谱密度，而当系统抽样速率为

时，产生的高斯白噪声带宽为

，由此可计算出信道中高斯白噪声的平均功率，即方差

，从而利用有关知识可以产生信道中所叠加的高斯白噪声。

1.2信道加性高斯白噪声

信道中加性高斯白噪声功率由于其均值为0，故其方差

即为其平均功率，其中

为高斯白噪声单边带功率谱密度；B为信道带宽。

在图1中，信道噪声的功率谱密度图可以看出，当=16Hz时，叠加于信道的高斯噪声带宽为8Hz，信道中的加性高斯白噪声通过带宽为2Hz，幅度为1的理想带通滤波器后，输出的窄带噪声的平均功率即为相干解调器输入噪声的平均功率

，其功率谱密度不变，仍为

。

可以看出，

与信道加性高斯白噪声功率

之间有一定的关系，其共同点是其功率谱密度相同，从图1也可以观察出来，为-20dB。

因此，在理想通信系统中，利用已给解调器输入信噪比及已调信号功率和带宽，可以计算出

，从而算出信道加性高斯白噪声的方差，由于其均值为0，故该方差为其平均功率，利用它可以生成信道加性高斯白噪声。

转换关系为：

，

，因此

，

或

，E是接收信号平均能量。

图1系统采样频率为16Hz时的噪声

1.3实验内容

调制信号为

，利用AM调制方式调制载波

，假设

，直流分量为3，采样频率1000Hz，解调器输入信噪比为25dB，采用相干方式解调编写matlab程序实现AM信号的调制解调。

三、Matlab实现：

主程序

%AM调制解调

clearall;closeall;echoon

%----------------系统仿真参数

A=3;%直流分量

fc=250;%载波频率（Hz）

t0=0.15;%信号时长

snr=25;%解调器输入信噪比dB

dt=0.001%系统时域采样间隔

fs=1/dt;%系统采样频率

df=0.2;%所需的频率分辨率

t=0:

dt:

t0;

Lt=length（t）;%仿真过程中，信号长度

snr_lin=10^（snr/10）;%解调器输入信噪比

%-------------画出调制信号波形及频谱

%产生模拟调制信号

m=[ones（1,t0/（3*dt））,-2*ones（1,t0/（3*dt））,zeros（1,t0/（3*dt）+1）];

L=2*min（m）;

R=2*max（abs（m））+A;

pause%画出调制信号波形及频谱

clf

figure

（1）

subplot（321）;

plot（t,m（1:

length（t）））;%画出调制信号波形

axis（[0t0-R/2R/2]）;

xlabel（'t'）;

ylabel（'调制信号'）;

subplot（322）;

[M,m,df1,f]=T2F（m,dt,df,fs）;%求出调制信号频谱

[Bw_eq]=signalband（M,df,t0）;%求出信号等效带宽

f_start=fc-Bw_eq;

f_cutoff=fc+Bw_eq;

plot（f,fftshift（abs（M）））%画出调制信号频谱

xlabel（'f'）;ylabel（'调制信号频谱'）;

pause%画出载波及频谱

subplot（323）;

c=cos（2*pi*fc*t）;%载波

plot（t,c）;

axis（[0t0-1.21.2]）;

xlabel（'t'）;ylabel（'载波'）;

subplot（324）%载波频谱

[C,c,df1,f]=T2F（c,dt,df,fs）;

plot（f,fftshift（abs（C）））%画出载波频谱

xlabel（'f'）;ylabel（'载波频谱'）;

pause%画已调信号及其频谱

subplot（325）%画已调信号

u=（A+m（1:

Lt））.*c（1:

Lt）;%已调信号

plot（t,u）;%画出已调信号波形

axis（[0t0-RR]）;

xlabel（'t'）;ylabel（'已调信号'）;

subplot（326）;

[U,u,df1,f]=T2F（u,dt,df,fs）;

plot（f,fftshift（abs（U）））%画出已调信号频谱

xlabel（'f'）;ylabel（'已调信号频谱'）;

%先根据所给信噪比产生高斯白噪声

signal_power=power_x（u（1:

Lt））;%已调信号的平均功率

noise_power=（signal_power*fs）/（snr_lin*4*Bw_eq）;%求出噪声方差（噪声均值为0）

noise_std=sqrt（noise_power）;%噪声标准偏差

noise=noise_std*randn（1,Lt）;%产生噪声

pause%画出信道高斯白噪声波形及频谱，此时，噪声已实现，为确知信号，可求其频谱

figure

（2）

subplot（321）;

plot（t,noise）;%画出噪声波形

axis（[0t0-RR]）;

xlabel（'t'）;ylabel（'噪声信号'）;

subplot（322）;

[noisef,noise,df1,f]=T2F（noise,dt,df,fs）;%噪声频谱

plot（f,fftshift（abs（noisef）））%画出噪声频谱

xlabel（'f'）;ylabel（'噪声频谱'）;

pause%画出叠加了噪声的已调信号波形及频谱

sam=u（1:

Lt）+noise（1:

Lt）;%叠加了噪声的已调信号

subplot（323）;%画出叠加了噪声的已调信号波形

plot（t,sam）;

axis（[0t0-RR]）;

xlabel（'t'）;

ylabel（'信道中的信号'）;

subplot（324）;

[samf,sam,df1,f]=T2F（sam,dt,df,fs）;%求出叠加了噪声的已调信号频谱

plot（f,fftshift（abs（samf）））%画出叠加了噪声的已调信号频谱

xlabel（'f'）;

ylabel（'信道中信号频谱'）;

[H,f]=bp_f（length（sam）,f_start,f_cutoff,df1,fs,1）;%求带通滤波器

subplot（326）;

plot（f,fftshift（abs（H）））%画出带通滤波器

xlabel（'f'）;ylabel（'带通滤波器'）;

pause%经过理想带通滤波器后的信号及其频谱

DEM=H.*samf;%滤波器输出的频谱

[dem]=F2T（DEM,fs）;%滤波器的输出波形

figure（3）

subplot（321）%经过理想带通滤波器后的信号波形

plot（t,dem（1:

Lt））%画出经过理想带通滤波器后的信号波形

axis（[0t0-RR]）;

xlabel（'t'）;

ylabel（'理想BPF输出信号'）;

[demf,dem,df1,f]=T2F（dem（1:

Lt）,dt,df,fs）;%求经过理想带通滤波器后信号频谱

subplot（322）

plot（f,fftshift（abs（demf）））;%画出经过理想带通滤波器后信号频谱

xlabel（'f'）;

ylabel（'理想BPF输出信号频谱'）;

%--------------和本地载波相乘，即混频

pause%混频后的信号，先画本地载波及其频谱

subplot（323）

plot（t,c（1:

Lt））;

axis（[0t0-1.21.2]）;

xlabel（'t'）;

ylabel（'本地载波'）;

subplot（324）%载波频谱

[C,c,df1,f]=T2F（c（1:

Lt）,dt,df,fs）;

plot（f,fftshift（abs（C）））%画出载波频谱

xlabel（'f'）;

ylabel（'本地载波频谱'）;

pause%再画混频后信号及其频谱

der=dem（1:

Lt）.*c（1:

Lt）;%混频

subplot（325）%画出混频后的信号

plot（t,der）;

axis（[0t0-RR]）;

xlabel（'t'）;

ylabel（'混频后的信号'）;

subplot（326）

[derf,der,df1,f]=T2F（der,dt,df,fs）;%求混频后的信号频谱

plot（f,fftshift（abs（derf）））%画出混频后的信号的频谱

xlabel（'f'）;

ylabel（'混频后信号频谱'）;

pause%画出理想低通滤波器

figure（4）

[LPF,f]=lp_f（length（der）,Bw_eq,df1,fs,2）;%求低通滤波器

subplot（322）

plot（f,fftshift（abs（LPF）））;%画出理想低通滤波器

xlabel（'f'）;

ylabel（'理想LPF'）;

pause%混频信号经理想低通滤波器后的频谱及波形

DM=LPF.*derf;%理想低通滤波器输出的频谱

[dm]=F2T（DM,fs）;%滤波器的输出波形

subplot（323）

plot（t,dm（1:

Lt））;%画出经过低通滤波器后的解调出的波形

axis（[0t0-RR]）;

xlabel（'t'）;

ylabel（'LPF输出信号'）;

subplot（324）

[dmf,dm,df1,f]=T2F（dm（1:

Lt）,dt,df,fs）;%求LPF输出信号的频谱

plot（f,fftshift（dmf））;%画出LPF输出信号的频谱

xlabel（'f'）;

ylabel（'LPF输出信号频谱'）;

axis（[-fs/2fs/200.5]）;

%--------去除解调信号中的直流分量

pause%去除解调信号中的直流分量

dmd=dm（1:

Lt）-mean（dm（1:

Lt））;

subplot（325）

plot（t,dmd）;%画出恢复信号（去除直流分量）

axis（[0t0-R/2R/2]）;

xlabel（'t'）;

ylabel（'恢复信号'）;

[dmdf,dmd,df1,f]=T2F（dmd,dt,df,fs）;%求恢复信号的频谱

subplot（326）

plot（f,fftshift（dmdf））;%画出恢复信号的频谱

xlabel（'f'）;

ylabel（'恢复信号的频谱'）;

axis（[-fs/2fs/200.2]）;

subplot（321）;

plot（t,m（1:

Lt））;%画出调制信号波形

axis（[0t0-R/2R/2]）;

xlabel（'t'）;

ylabel（'调制信号'）;

调用子函数

●序列的傅立叶变换

function[M,m,df]=fftseq（m,ts,df）

%各参数含义与子函数T2F中的完全相同，完成

fs=1/ts;

ifnargin==2

n1=0;

else

n1=fs/df;

end

n2=length（m）;

n=2^（max（nextpow2（n1）,nextpow2（n2）））;

M=fft（m,n）;

m=[m,zeros（1,n-n2）];

df=fs/n;

●计算信号功率

functionp=power_x（x）

%x:

输入信号

%p:

返回信号的x功率

p=（norm（x）.^2）./length（x）;

●信号从频域转换到时域

function[m]=F2T（M,fs）

%-------------------------输入参数

%M：

信号的频谱

%fs:

系统采样频率

%--------------------输出（返回）参数

%m:

傅里叶逆变换后的信号，注意其长度为2的整数次幂，利用其画波形时，要注意选取m的一部分，选取长度和所给时间序列t的长度要一致，plot（t,m（1:

length（t））），否则会出错。

m=real（ifft（M））*fs;

●信号从时域转换到频域

function[M,m,df1,f]=T2F（m,ts,df,fs）

%------------------------输入参数

%m:

信号

%ts:

系统时域采样间隔

%df:

所需的频率分辨率

%fs:

系统采样频率

%---------------------输出（返回）参数

%M:

傅里叶变换后的频谱序列

%m:

输入信号参与过傅里叶变换后对应的序列，需要注意的是，该序列与输入信号m的区别，其长度是不一样的，输入的m长度不一定是2的整数次幂，而傅里叶变换要求输入信号长度为2的整数次幂，故傅里叶变换前需对输入的m信号进行补零，其长度有所增加，故输出参数中的m为补零后的输入信号，其长度与输入参数m不一样，但与M,f长度是一样的，并且，其与时间序列t所对应的序列m（1:

length（t））与输入参数中的m是一致的。

%df1:

返回的频率分辨率

%f:

与M相对应的频率序列

[M,m,df1]=fftseq（m,ts,df）;

f=[0:

df1:

df1*（length（m）-1）]-fs/2;%频率向量

M=M/fs;

●带通滤波器

Function[H,f]=bp_f（n,f_start,f_cutoff,df1,fs,p）

%带通滤波器函数输入设计的滤波器参数，产生带通滤波器频率特性函数H和频率向量f

%------------------------输入参数

%n带通滤波器的输入信号长度

%f_start通带起始频率

%f_cutoff带通滤波器的截止频率

%df1频率分辨率

%fs抽样频率

%p滤波器幅度

%----------------------输出（返回）参数

%H带通滤波器频率响应

%f频率向量

%设计滤波器

n_cutoff=floor（f_cutoff/df1）;

n_start=floor（f_start/df1）;

f=[0:

df1:

df1*（n-1）]-fs/2;%频率向量

H=zeros（size（f））;

H（n_start+1:

n_cutoff）=p*ones（1,n_cutoff-n_start）;

H（length（f）-n_cutoff+1:

length（f）-n_start）=p*ones（1,n_cutoff-n_start）;

●低通滤波器

function[H,f]=lp_f（n,f_cutoff,df1,fs,p）

%低通滤波器函数输入设计的滤波器参数，产生低通滤波器频率特性函数H和频率向量f

%------------------------输入参数

%n低通滤波器的输入信号长度

%f_cutoff低通滤波器的截止频率

%df1频率分辨率

%fs抽样频率

%p滤波器幅度

%---------------------输出（返回）参数

%H低通滤波器频率响应

%f频率向量

n_cutoff=floor（f_cutoff/df1）;%设计滤波器

f=[0:

df1:

df1*（n-1）]-fs/2;%频率向量

H=zeros（size（f））;

H（1:

n_cutoff）=p*ones（1,n_cutoff）;

H（length（f）-n_cutoff+1:

length（f））=p*ones（1,n_cutoff）;

●计算信号有效带宽

function[Bw_eq]=signalband（sf,df,T）

%计算信号等效带宽

%sf：

信号频谱

%df:

频率分辨率

%T：

信号持续时间

sf_max=max（abs（sf））;

Bw_eq=sum（abs（sf）.^2）*df/T/sf_max.^2

四Matlab程序运行结果：

figure

（1）：

figure

（2）

、

figure（3）：

figure（4）：

五.参考文献

[1]西蒙・赫金.通信系统（第4版）[M].北京:

电子工业出版社,2003.

[2]（美）JohnG.proakis,MasoudSalehi,GerhardBauch.现代通信原理（MATLAB版）（第二版）[M].北京:

电子工业出版社,2005.

[3]邓　华.MATLAB通信仿真及应用实例详解[M].北京:

人民邮电出版社,2003