模擬幅度調(diào)制系統(tǒng)仿真

1、摘 要本文首先介紹了線性調(diào)制與解調(diào)的基本原理以及操作方法。其次主要介紹了普通調(diào)幅（AM）、雙邊帶調(diào)制（DSB）的基本原理。最后利用MATLAB軟件進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)程序的設(shè)計(jì)；對(duì)普通調(diào)幅（AM）、雙邊帶調(diào)制（DSB）進(jìn)行了仿真，輸出顯示調(diào)制信號(hào)波形、調(diào)制信號(hào)頻譜、已調(diào)信號(hào)波形、已調(diào)信號(hào)頻譜、加噪聲的解調(diào)波形、未加噪聲的解調(diào)波形、解調(diào)信號(hào)的頻譜并輸出顯示其輸入輸出信噪比，最后并通過GUIDE進(jìn)行界面封裝，使程序更具可讀性的同時(shí)，通過改變相應(yīng)的參數(shù)以實(shí)現(xiàn)用不同的載波去調(diào)制不同的發(fā)送信號(hào)。關(guān)鍵詞：AM、DSB信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，GUI仿真 目 錄一、緒 論11.1 本文研究的背景11.2目的及意義11.3

2、 實(shí)際任務(wù)及要求2二、 線性調(diào)制與解調(diào)的基本原理32.1線性調(diào)制的一般模型32.2普通調(diào)幅（AM）的基本原理42.3雙邊帶調(diào)制（DSB）的基本原理52.4 相干解調(diào)和包絡(luò)檢波6三、 線性調(diào)制的抗噪性能93.1 AM包絡(luò)檢波的性能93.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能11四、線性調(diào)制系統(tǒng)MATLAB GUI仿真與分析134.1 Matlab GUI簡介134.2 如何利用GUIDE創(chuàng)建GUI144.3普通調(diào)幅（AM）的仿真與分析154.4雙邊帶調(diào)制（DSB）的仿真與分析164.5 GUI系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)16設(shè)計(jì)總結(jié)22參考文獻(xiàn)23附 錄23一、緒 論1.1 本文研究的背景在通信技術(shù)的發(fā)展中，通信系統(tǒng)的仿真是

3、一個(gè)技術(shù)重點(diǎn)。這次課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是模擬通信系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的基本原理以及仿真，并在MATLAB軟件平臺(tái)上仿真實(shí)現(xiàn)幾種常見的模擬調(diào)制方式。最常用最重要的模擬方式是用正弦波作為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制。常見的的調(diào)幅（AM）,雙邊帶（DSB）和單邊帶（SSB）等調(diào)制就是幅度的幾個(gè)典型實(shí)例。在線性調(diào)制系統(tǒng)中，此次課程設(shè)計(jì)主要用調(diào)幅（AM）,雙邊帶（DSB）調(diào)制為說明對(duì)象，從原理等方面進(jìn)行分析闡述并進(jìn)行仿真分析，說明其調(diào)制原理，并進(jìn)行仿真分析。利用MATLAB對(duì)線性調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)合MATLAB模塊和GUI工具箱的實(shí)現(xiàn)，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，從而能夠更深入地掌握通信原理中模擬調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。

4、通常，調(diào)制可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩種方式。在模擬調(diào)制中，調(diào)制信號(hào)的取值是連續(xù)的；而數(shù)字調(diào)制中的調(diào)制信號(hào)的取值則為離散的。調(diào)制在通信系統(tǒng)中具有重要的作用。第一，在無線傳輸中，信號(hào)是以電磁波的形式通過天線輻射到空間的。為了獲得較高的輻射效率，天線的尺寸必須與發(fā)射信號(hào)波長相比擬。而基帶信號(hào)包含的較低頻率分量的波長較長，致使天線過長難以實(shí)現(xiàn)。例如，天線的長度一般應(yīng)為/4，其中為波長；對(duì)于3000Hz的基帶信號(hào)，如果不通過載波而直接耦合到天線發(fā)送，則需要尺寸約為25km的天線。顯然，這是無法實(shí)現(xiàn)的。但是若通過調(diào)制，把基帶信號(hào)的頻譜搬至較高的載波頻率上，是已調(diào)信號(hào)的頻譜與信道的帶通特性相匹配，這樣就可

5、以提高傳輸性能，以較小的發(fā)送功率與較短的天線來輻射電磁波。如在GSM體制移動(dòng)通信使用的900MHz頻段，所需天線尺寸僅為8cm。第二，把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。第三，擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。因此，調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有著很大的影響和作用。調(diào)制方式往往決定了一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。1.2目的及意義本課程設(shè)計(jì)主要進(jìn)行模擬幅度調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。通過完成本課題的設(shè)計(jì)，擬達(dá)到以下目的：1. 學(xué)習(xí)利用計(jì)算機(jī)建立通信系統(tǒng)仿真模型的基本方法及基本技能，學(xué)會(huì)利用仿真手段對(duì)于給定通信系統(tǒng)的基本理論、基

6、本算法進(jìn)行仿真。2. 學(xué)會(huì)MATLAB軟件編程，并使用該軟件解決通信系統(tǒng)仿真問題。3. 通過通信系統(tǒng)仿真加深對(duì)通信系統(tǒng)理論的理解。通過該課題的設(shè)計(jì)與仿真，可以提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的能力和計(jì)算機(jī)編程能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累經(jīng)驗(yàn)。1.3 實(shí)際任務(wù)及要求1. 掌握模擬幅度調(diào)制和解調(diào)的原理和實(shí)現(xiàn)方法。2. 根據(jù)模擬幅度調(diào)制系統(tǒng)的原理給出調(diào)制和解調(diào)的框圖。3. 利用MATLAB軟件仿真模擬幅度調(diào)制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)AM或者DSB調(diào)制和相干解調(diào)，要求信道為加性高斯白噪聲，給出調(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；改變調(diào)制信號(hào)，給出調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)機(jī)已調(diào)信號(hào)機(jī)解調(diào)信號(hào)的波形圖和頻譜圖

7、；改變?cè)肼暤拇笮?，給出解調(diào)信號(hào)的波形圖；并計(jì)算該系統(tǒng)的信噪比。二、 線性調(diào)制與解調(diào)的基本原理2.1線性調(diào)制的一般模型 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過程，廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶寬調(diào)制（也成載波調(diào)制）。在無線通信中和其他大多數(shù)場(chǎng)合，調(diào)制一詞均指載波調(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)的過程，使載波的某一個(gè)或幾個(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。未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)稱為載波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波（如周期性脈沖序列）。載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)，它含有調(diào)制信號(hào)的全部特性。解

8、調(diào)（也稱檢波）則是調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來。線性調(diào)制是由調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的幅度，使之隨調(diào)制信號(hào)做線性變化的過程。線性調(diào)制器的一般模型如圖所示：h(t)m(t)coswctsm(t) 圖2.1 線性調(diào)制一般模型設(shè)正弦波載波為ct=Acoswct+0 (2.1-1)式中：A為載波幅度；wc為載波角頻率；0為載波初始相位（本文0默認(rèn)為0）。該模型由一個(gè)相乘器和一個(gè)沖激響應(yīng)為h(t)的濾波器組成。因此，線性調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）的時(shí)域和頻域表達(dá)式為smt=Amtcoswct*h(t) (2.1-2)Sm=12M+c+M-cH() (2.1-2)式中：m(t)為基帶調(diào)制信

9、號(hào)，H()h(t)。由以上表示式可見，在波形上，已調(diào)信號(hào)的幅度隨基帶信號(hào)的規(guī)律而成正比地變化；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)的簡單搬移。由于這種搬移是線性的，因此這種調(diào)制通常被稱為線性調(diào)制。但應(yīng)注意，這里的“線性”并不意味著已調(diào)信號(hào)與調(diào)制信號(hào)之間符合線性變換關(guān)系。事實(shí)上，任何調(diào)制過程都是一種非線性的變換過程。在該模型中，只要適當(dāng)選擇濾波器的特性H()，便可以得到幅度調(diào)制信號(hào)。如果將式（2.1-1）展開，則可得到另一種形式的時(shí)域表達(dá)式。即smt=sItcosct+sQtsinct (2.1-3)其中 sIt=hIt*m(t) hIt=htcosct (2.1-4) sQt=hQ

10、t*m(t) hQt=htsinct (2.1-5)式（2.1-3）表明，sm(t)可等效成為兩個(gè)互為正交調(diào)制分分量的合成。因此可以得到圖2.2所示的等效模型。該模型稱為線性調(diào)制相移法的一般模型，它同樣適用于所有線性調(diào)制。HIHQ-2sI(t)m(t)sm(t)cosctsQ(t)圖2.2 線性調(diào)制一般模型2.2普通調(diào)幅（AM）的基本原理在圖2.1中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（h(t)1），調(diào)制信號(hào)疊加直流后再與載波相乘，則輸出的信號(hào)就是常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）信號(hào)。 AM調(diào)制器模型如下圖所示。m(t)A0cosctsm(t)圖2.3 AM調(diào)制器模型AM信號(hào)的時(shí)域和頻域表達(dá)式分別為sAMt=A0+

11、mtcosct=A0cosct+mtcosct (2.2-1)SAM=A0+c+(-c)+12M+c+M(-c) (2.2-2)式中，A0為外加的直流分量；mt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mt=0。AM信號(hào)的典型波形和頻譜分別如下圖（a）、（b）所示，圖中假定調(diào)制信號(hào)mt的上限頻率為H。顯然，調(diào)制信號(hào)mt的帶寬為Bm=2fH。圖2.4 AM信號(hào)的典型波形和頻譜圖由圖（a）可見，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)mt成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。 但為了保證包絡(luò)檢波時(shí)不發(fā)生失真，必須滿足A0|mt|max，否則將出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而帶來失真。由它的頻譜

12、圖可知，AM信號(hào)的頻譜sAMt是由載頻分量和上、下兩個(gè)邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息。故AM信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬為基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即BAM=2Bm=2fH (2.2-3)式中，Bm=fH為調(diào)制信號(hào)mt的帶寬，fH為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。2.3雙邊帶調(diào)制（DSB）的基本原理如果在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)(DSBSC)，簡稱雙邊帶信號(hào)。 其時(shí)域表達(dá)式為sDB=mtcosc

13、t (2.3-1) 式中，假設(shè)的平均值為0。DSB的頻譜與AM的譜相近，只是沒有了在處的函數(shù)，即smt=12M+c+M-c (2.3-2)與AM信號(hào)比較，因?yàn)椴淮嬖谳d波分量，DSB信號(hào)的調(diào)制效率是100%，即全部效率都用于信息傳輸。但由于DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號(hào)。DSB信號(hào)借條是需采用相干解調(diào)，也稱同步檢波（比包絡(luò)檢波器復(fù)雜得多）。其典型波形和頻譜如圖1-2所示：圖2.5 DSB調(diào)制典型波形和頻譜注意，雖然DSB信號(hào)節(jié)省了載波功率，但它所需的傳輸帶寬仍是調(diào)制信號(hào)帶寬的兩倍，及與AM信號(hào)帶寬相同。2.4 相干解調(diào)和包絡(luò)檢波調(diào)制過程的逆

14、過程叫做解調(diào)。AM信號(hào)的解調(diào)是把接收到的已調(diào)信號(hào)sAMt還原為調(diào)制信號(hào)mt。 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)。1) 相干解調(diào)h(t)sAM(t)coswcts0(t)圖2.5 相干解調(diào)原理圖由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)算來實(shí)現(xiàn)。相干解調(diào)的原理框圖如圖2.5所示。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sAMt*cosct=A0+mtcos2ct=12A0+mt+12A0+mt*cos2ct (2.4-1)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

15、項(xiàng)分離，無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)m0t=12A0+m(t) (2.4-2)由此可見，相干解調(diào)器適用于所有線性調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，及對(duì)于AM、DSB都是使用的。只是AM信號(hào)的解調(diào)結(jié)果中含有直流分量A0，這時(shí)在解調(diào)后加上一個(gè)簡單隔直流電容即可。從以上分析可知，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。否則，相干解調(diào)后將會(huì)使原始信號(hào)減弱，甚至帶來嚴(yán)重失真，這在傳輸數(shù)字信號(hào)是有位嚴(yán)重。2）包絡(luò)檢波法由sAMt的波形可見，當(dāng)滿足條件：A0|mt|max (2.4-3)時(shí)，AM波的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)m(t)的形狀完全一樣，因此，用包絡(luò)檢波的方法分容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號(hào)；如果上述條件沒有滿足，就會(huì)出

16、現(xiàn)“過調(diào)幅”現(xiàn)象，這時(shí)用包絡(luò)檢波將會(huì)發(fā)生失真。但是，可以采用其他的解調(diào)方法，如相干解調(diào)。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，如下圖所示。sAMtLPF整流器mt圖2.6 包絡(luò)檢波原理圖上圖為串聯(lián)型包絡(luò)檢波器的具體電路及其輸出波形，電路由二極管D、電阻R和電容C組成。選擇RC滿足如下條件1fcRC1fH (2.4-4)式中：fc是載波頻率，fH是調(diào)制信號(hào)的最高頻率。此時(shí)包絡(luò)檢波器的輸出與輸入信號(hào)的包絡(luò)十分相近，即fc的波紋，可由LPF濾除。m0tA0+m(t) (2.4-5)包絡(luò)檢波器輸出的信號(hào)中，通常

17、含有頻率為fc的波紋，可由LPF濾除。圖2.7 串聯(lián)型包絡(luò)檢波器電路及其輸出波形包絡(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。順便指出，DSB是抑制載波的已調(diào)信號(hào)，其包絡(luò)不直接表示調(diào)制信號(hào)，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波方法解調(diào)。但若插入很強(qiáng)的載波，使之成為或近似為AM信號(hào)，則可以利用包絡(luò)檢波方法解調(diào)，這種方法稱為插入載波包絡(luò)檢波法。它對(duì)于DSB也使用。載波分量可以在接受端插入。注意，為了保證檢波質(zhì)量，插入的載波振幅應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)的振幅，

18、同時(shí)也要求插入的載波與調(diào)制載波同頻同相。三、 線性調(diào)制的抗噪性能夫人就會(huì)帶通濾波器解調(diào)器sm(t）sm(t)ni(t)mo(t)n0(t)n(t)實(shí)際上，任何通信系統(tǒng)都避免不了噪聲的影響，而各種信道中的加性高斯白噪聲是普遍存在和經(jīng)常存在的一種噪聲。因此，本節(jié)將要研究的問題是，在信道加性高斯白噪聲的背景下，各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。由于加性噪聲被認(rèn)為只對(duì)已調(diào)信號(hào)的接受產(chǎn)生影響，因而通信系統(tǒng)的抗噪聲性能可以用解調(diào)器的抗噪聲性能來衡量。分析解調(diào)器的抗噪聲性能的模型如圖3.1所示。圖中，sm(t)為已調(diào)信號(hào)，n(t)為信道加性白噪聲，帶通濾波器的作用是濾除已調(diào)信號(hào)頻帶以外的噪聲，因此，經(jīng)過帶通濾波

19、器后到達(dá)解調(diào)器輸入端的信號(hào)仍認(rèn)為是sm(t)，而噪聲為ni(t).解調(diào)器輸出的有用信號(hào)為mo(t)，噪聲為no(t)。圖3.1 解調(diào)器抗噪聲性能分析模型對(duì)于不同的調(diào)制系統(tǒng)，將有不同形式的信號(hào)sm(t)，但解調(diào)器輸入端的噪聲ni(t)形式卻是相同的，它是由平穩(wěn)高斯白噪聲n(t)經(jīng)過帶通濾波器而得到的。當(dāng)帶通濾波器的帶寬遠(yuǎn)小于其中心頻率0時(shí)，可視為窄帶濾波器，故ni(t)為聘問窄帶高斯噪聲，它的表達(dá)式為nit=nctcos0t-nstsin0t (3-1)3.1 AM包絡(luò)檢波的性能如上所述，AM信號(hào)可用于相干解調(diào)和包絡(luò)檢波兩種方法解調(diào)。AM信號(hào)相干解調(diào)系統(tǒng)的性能分析與前面雙邊帶的相同，可以此類推。

20、這里討論AM信號(hào)采用包絡(luò)檢波的性能。分析模型如下圖所示sm(t）n(t)BPFsm(t)ni(t)包絡(luò)檢波mo(t)n0(t)圖3.2 AM包絡(luò)檢波的抗噪聲性能分析模型設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為smt=A0+m(t)cosct (3.1-1)這里仍假設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)均指為0，且|mt|maxA0。解調(diào)器輸入噪聲為nit=nctcosct-nssinct (3.1-2)則解調(diào)器輸入的信號(hào)功率Si和噪聲功率ni分別為Si=sm2t=A22+m2(t)2 (3.1-2)Ni=ni2(t)=n0B (3.1-3)輸入信噪比為siNi=A02+m2(t)2n0B (3.1-4)由于解調(diào)器輸入時(shí)信號(hào)加噪聲的混合

21、波形，即sm+ni=A0+mt+nc(t)cosct-nstsinct=Etcosct+(t)其中 Et=A0+mt+nct2+ns2(t) (3.1-5)t=arctanns(t)A0+mt+nc(t) (3.1-6)很明顯，E(t)便是所求的合成包絡(luò)。當(dāng)包絡(luò)檢波器的傳輸系數(shù)為1時(shí)，則檢波器的輸出就是E(t)。由式（3.1-5）可以看出，檢波輸出E(t)中的信號(hào)和噪聲存在非線性關(guān)系。因此，計(jì)算輸出信噪比是件困難的事，為使討論簡明，我們來考慮兩種特殊情況。1) 大信噪比情況此時(shí)，輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度，即A0+m(t)nc2t+ns2(t) (3.1-7)這時(shí)AM的最大信噪比增益為GAM=

22、232) 小信噪比情況此時(shí)，輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)小于噪聲幅度，即A0+m(t)nc2t+ns2(t) (3.1-8)此時(shí)，E(t)中沒有單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)，只有受正弦信號(hào)影響的調(diào)制信號(hào)項(xiàng)。因此有用信號(hào)m(t)被噪聲擾亂，這時(shí)候輸出信噪比不是按比例隨著輸入信噪比下降，而是急劇惡化，通常把這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的門限效應(yīng)。開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為門限值。這種門限效應(yīng)是由包絡(luò)檢波器的非線性解調(diào)作用所引起的。注意，用相干解調(diào)的方法解調(diào)各種線性調(diào)制信號(hào)時(shí)不存在門限效應(yīng)。由以上分析可得到如下結(jié)論:在大信噪比情況下，AM信號(hào)包絡(luò)檢波器的性能幾乎與相干解調(diào)法相同。但當(dāng)輸入信噪比低于門限值時(shí)，將會(huì)癡線門限效應(yīng)，這時(shí)解調(diào)

23、器的輸出信噪比將急劇惡化，系統(tǒng)無法正常工作。3.2 DSB調(diào)制系統(tǒng)的性能設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為： sm(t)= m(t)cos(ct) (3.2-1)與相干載波cos(ct)相乘后，得 (3.2-2)經(jīng)低通濾波器后，輸出信號(hào)為: (3.2-3)因此，解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)功率為: (3.2-4)解調(diào)DSB信號(hào)時(shí)，接收機(jī)中的帶通濾波器的中心頻率c與調(diào)制頻率c相同，此解調(diào)器輸入端的窄帶噪聲: （3.2-5）它與相干載波cos(ct)相乘后，得： （3.2-6）經(jīng)低通濾波器后，解調(diào)器最終輸出噪聲為： （3.2-7）故輸出噪聲功率為： （3.2-8）式中，B=2fH,為DSB的帶通濾波器的帶寬，n0為噪聲

24、單邊功率譜密度。解調(diào)器輸入信號(hào)平均功率為： （3.2-9）可得解調(diào)器的輸入信噪比： （3.2-10）解調(diào)器的輸出信噪比： （3.2-11）因此制度增益為: （3.2-12）也就是說，DSB信號(hào)的解調(diào)器使信噪比改善一倍。這時(shí)因?yàn)椴捎孟喔山庹{(diào)，使輸入噪聲中的一個(gè)正交分量ns(t)被消除的緣故。四、線性調(diào)制系統(tǒng)MAtlab GUI仿真與分析4.1 Matlab GUI簡介MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究

25、、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用MATLAB函數(shù)集）擴(kuò)展了MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。創(chuàng)建MATLAB用戶界面必須具有以下3個(gè)元素：1) 組件在MATLAB GUI中的每一個(gè)項(xiàng)目（按鈕、標(biāo)簽、編輯框等）都是一個(gè)圖形化組件。組件可分為類：圖形化控件（按鈕、編

26、輯框、列表、滾動(dòng)條等）、靜態(tài)元素（窗口和文本字符串）、菜單和坐標(biāo)系。圖形化控件和靜態(tài)元素由函數(shù)uicontrol創(chuàng)建，菜單由函數(shù)uimenu和uicontexmenu創(chuàng)建，坐標(biāo)系經(jīng)常用于顯示圖形化數(shù)據(jù)，由函數(shù)axes創(chuàng)建。2) 圖形化窗口GUI的每一個(gè)組件都必須安排在圖像窗口中。在畫數(shù)據(jù)圖像時(shí)，圖像窗口通常會(huì)被自動(dòng)創(chuàng)建。但還可以用函數(shù)figure來創(chuàng)建空?qǐng)D像窗口，空?qǐng)D形窗口經(jīng)常用于放置各種類型的組件。3) 回應(yīng)如果用戶用鼠標(biāo)單擊或用鍵盤輸入一些信息，那么程序就要有相應(yīng)的動(dòng)作。鼠標(biāo)單擊或輸入信息是一個(gè)事件，如果MATLAB程序運(yùn)行相應(yīng)的函數(shù)，那么MATLAB函數(shù)肯定會(huì)有所反應(yīng)。例如，如果用戶單擊

27、一按鈕，這個(gè)事件必然導(dǎo)致相應(yīng)的MATLAB語句執(zhí)行。這些相應(yīng)的語句被稱為回應(yīng)。只要執(zhí)行GUI的單個(gè)圖形組件，就必須有一個(gè)回應(yīng)。實(shí)現(xiàn)一個(gè)GUI的過程包括兩個(gè)任務(wù)：一是GUI的組建布局，另一個(gè)是GUI組件編程。在MATLAB中GUIDE是一個(gè)組件布局工具集，能夠生成用戶所需的組件資源并保存在一個(gè)FIG文件中；其次，GUIDE還可以生成一個(gè)包含GUI初始化和發(fā)布控制代碼的M文件，該文件為回調(diào)函數(shù)(用戶在圖形界面中激活末一控件是執(zhí)行的函數(shù))提供一個(gè)框架。用戶也可以通過調(diào)用組件函數(shù)M文件來實(shí)現(xiàn)GUI中所有組件的布局，但是使用GUIDE交互式的組建布局將會(huì)大大減小工作量。GUIDE可以首先在布局GUI的同

28、時(shí)生成以下兩個(gè)文件：1) FIG文件。該文件包括GUI的圖像窗口和所有子對(duì)象（包括用戶控件和坐標(biāo)軸）的完全描述以及所有對(duì)象的屬性值。2) M文件。該文件包括用戶用來發(fā)布和控制界面和回調(diào)函數(shù)（這里做為子函數(shù)）的各種函數(shù)。該文件中不包括任何組件的布置信息?？梢赃@樣說，MATLAB圖形界面程序的核心就是句柄圖形的應(yīng)用，對(duì)于句柄圖形的充分了解將使的MATLAB圖形界面程序的編寫更加容易。4.2 如何利用GUIDE創(chuàng)建GUIMATLAB的GUIDE開發(fā)工具為用戶提供以下幾種組件布局工具：1. 組件布局編輯器：添加和安排圖形窗口中的對(duì)象；2. 排列工具：排列對(duì)象的相對(duì)次序；3. 屬性編輯器：檢查和設(shè)置屬性

29、值；4. 對(duì)象瀏覽器：觀察本次運(yùn)行中圖形對(duì)象句柄的層次關(guān)系；5. 菜單編輯器：創(chuàng)建圖形窗口菜單。這些工具集中在布局編輯器中，使用guide命令可以顯示該界面，如圖4.1所示。圖4.1 GUIDE開始界面如果要對(duì)一個(gè)已經(jīng)存在的GUI進(jìn)行布局，可以使用菜單打開該GUI或使用以下命令裝載已存在的圖形窗口（taozhi）,只需在命令窗口輸入命令：guide taozhi,fig。通過使用布局工具，用戶可以添加所需的用戶控件并設(shè)置所需的屬性。布局完成并存盤后，所有的對(duì)象信息就保存在相應(yīng)的FIG文件中了。下一步要對(duì)GUIDE生成的或用戶自己編寫的M文件進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)用戶界面的交互功能，編程工作簡單分為以下幾

30、個(gè)部分：1) 理解M文件。如果GUI的M文件是由GUIDE創(chuàng)建的，那么用戶需要理解GUIDE創(chuàng)建的函數(shù)的意義，從而進(jìn)一步編程。2) 管理GUI數(shù)據(jù)。MATLAB提供一個(gè)句柄結(jié)構(gòu)體來方便地訪問GUI所有的組件句柄，用戶還可以使用這個(gè)結(jié)構(gòu)體來存儲(chǔ)M文件所需的全局?jǐn)?shù)據(jù)。3) 設(shè)計(jì)交互平臺(tái)的兼容性。GUIDE提供一個(gè)設(shè)置方法來保證用戶GUI在不同平臺(tái)上的良好表現(xiàn)。4) 回調(diào)函數(shù)編程與應(yīng)用。用戶對(duì)象的回調(diào)函數(shù)中有一些回調(diào)函數(shù)屬性，用戶可以通過設(shè)置這些屬性來獲得所需的操作。5) GUI圖形窗口行為控制。4.3普通調(diào)幅（AM）的仿真與分析AM信號(hào)仿真波形圖如圖4.1所示。圖4.2 AM調(diào)制波形分析：由頻譜可

31、以看出，AM信號(hào)的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。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)，它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的2倍。對(duì)AM信號(hào)的解調(diào)采取乘積型同步檢波。實(shí)現(xiàn)方式是使調(diào)制信號(hào)與相干載波相乘，然后通過低通濾波器。 由AM仿真分析可得出： （1）此調(diào)制方式占用頻帶較寬，已調(diào)信號(hào)的頻帶寬度是調(diào)制信號(hào)的頻帶的兩倍； （2）由于被調(diào)信號(hào)的包絡(luò)就是調(diào)制信號(hào)疊加一個(gè)直流，所以容易實(shí)現(xiàn)峰值包絡(luò)解調(diào)； （3）含有正弦載波分量，即有部分功率耗用在載波上，而沒有用于信息的傳送； （4）從效率上看，常規(guī)調(diào)幅幅度方式效率較低，但調(diào)制和解調(diào)過

32、程簡單。4.4雙邊帶調(diào)制（DSB）的仿真與分析DSB信號(hào)仿真波形圖如圖4.2所示。圖4.2 DSB調(diào)制波形分析：由圖可以看出DSB調(diào)制有如下特點(diǎn)： 1) DSB信號(hào)的幅值仍隨調(diào)制信號(hào)變化，但與普通調(diào)幅波不同，它的包絡(luò)不再在載波振幅上下變化； 2) DSB信號(hào)的高頻載波相位在調(diào)制電壓零交點(diǎn)處（調(diào)制電壓正負(fù)交替時(shí)候）要突變180； 3) DSB調(diào)制，信號(hào)仍集中在載頻附近，由于DSB調(diào)制抑制了載波，它的全部功率為邊帶占有，輸出功率都是有用信號(hào)，它比普通調(diào)幅波經(jīng)濟(jì)，但在頻帶利用率上沒有改進(jìn)； 4) DSB的頻譜相當(dāng)于從AM波頻譜圖中將載頻去掉后的頻譜。 進(jìn)一步觀察DSB信號(hào)的仿真圖形可見，上下半軸對(duì)稱

33、，這是因?yàn)樯舷聝蓚€(gè)邊帶所含的消息完全相同，故從消息傳送的角度看，發(fā)送一個(gè)邊帶即可，這樣不僅可以節(jié)省發(fā)射功率，而且頻帶的寬度也縮小一半。4.5 GUI系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)m(t)直流分量在此處鍵入公式。A在此處鍵入公式。包絡(luò)檢波相干解調(diào)sm(t）sDBcoswctcoswctm(t)程序設(shè)計(jì)原理框圖如圖4.所示。圖4.程序設(shè)計(jì)原理圖GUI界面主要由基本信號(hào)觀察區(qū)、解調(diào)信號(hào)波形區(qū)、濾波前后信號(hào)頻譜觀測(cè)區(qū)、數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置區(qū)、圖像觀測(cè)區(qū)等物部分組成。基本信號(hào)觀察區(qū)主要是對(duì)載波信號(hào)、調(diào)制信號(hào)、AM已調(diào)信號(hào)、DSB已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜進(jìn)行展示；解調(diào)信號(hào)波形區(qū)由相干解調(diào)和包絡(luò)檢波兩部分組成，相干解調(diào)區(qū)主要對(duì)AM、

34、DSB信號(hào)通過相干解調(diào)后的信號(hào)波形和調(diào)制信號(hào)的波形進(jìn)行展示對(duì)比；而包絡(luò)檢波區(qū)主要AM信號(hào)通過包絡(luò)檢波后的信號(hào)波形與調(diào)制信號(hào)的波形進(jìn)行展示對(duì)比；濾波前后信號(hào)頻譜觀測(cè)區(qū)主要是對(duì)AM、DSB信號(hào)在采用相干解調(diào)時(shí)濾波前后的頻域波形的展示和對(duì)比；數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置區(qū)主要是對(duì)載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)的頻率和幅度進(jìn)行設(shè)置實(shí)現(xiàn)用不同的載波調(diào)制不同的發(fā)送信號(hào)的目的；圖像觀測(cè)區(qū)主要是對(duì)顯示相應(yīng)的波形。GUI設(shè)計(jì)界面如圖.所示。圖.GUI圖形界面的設(shè)計(jì)GUI各種仿真圖形如下所示。圖4.4 載波信號(hào)波形與頻譜圖4.5 調(diào)制信號(hào)波形及頻譜圖4.6 AM已調(diào)信號(hào)及其頻譜圖4.7 DSB已調(diào)信號(hào)及其波形圖4.8 AM解調(diào)信號(hào)波形及其頻

35、譜（相干解調(diào)）圖4.9 DSB解調(diào)信號(hào)及其頻譜圖4.10 AM解調(diào)信號(hào)波形及其頻譜（包絡(luò)解調(diào)）圖4.11 AM相干解調(diào)濾波前后的頻譜對(duì)比圖4.12 DSB相干解調(diào)濾波前后的頻譜對(duì)比設(shè)計(jì)總結(jié)在拿到本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)書后，基本原理都是平時(shí)熟練掌握的知識(shí)，難點(diǎn)在于用以前從來沒有嘗試過的GUI進(jìn)行系統(tǒng)仿真。我就去圖書館借閱相關(guān)資料，上網(wǎng)瀏覽相關(guān)信息，從中獲得了大量的資料。在得到詳細(xì)的關(guān)于AM、DSB調(diào)制、解調(diào)資料后，開始熟悉MATLAB中GUI的使用。我進(jìn)一步研究了其中的理論知識(shí)，并開始利用GUIDE建立用戶圖形界面，然后編寫相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。起初程序編寫并不那么順利，我反了一個(gè)大錯(cuò)誤，這種大程序應(yīng)該進(jìn)行

36、“模塊化”設(shè)計(jì)，這樣容易進(jìn)行錯(cuò)誤的定位。在意識(shí)到這一點(diǎn)之后，我開始細(xì)心地按模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，解決了之前很多之前無法具體定位的錯(cuò)誤。但隨著我對(duì)MATLAB軟件的不斷了解，試著使用當(dāng)中 help()函數(shù)。里面詳盡的解析對(duì)我的編程工作有了極大的支持作用。所謂幅度調(diào)制，是指高頻載波的振幅按照基帶信號(hào)振幅瞬時(shí)值的變化規(guī)律而變化的調(diào)制方式。它是一種線性調(diào)制，其“線性”的含義其實(shí)是：已調(diào)信號(hào)的頻譜僅是基帶信號(hào)頻譜的平移。AM信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)m(t)的形狀一樣，因此可采用簡單的包絡(luò)檢波器進(jìn)行解調(diào)；DSB信號(hào)抑制了AM信號(hào)中的載波分量，因此調(diào)制效率100%。線性調(diào)制的通用模型有：濾波法和相移法。他們適用于所有線

37、性調(diào)制，只要在模型適當(dāng)選擇邊帶濾波器的特性，便可以得到各種幅度調(diào)制信號(hào)。而解調(diào)是調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中基帶信號(hào)恢復(fù)出來。解調(diào)方法分為：相干解調(diào)和非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。相干解調(diào)適用于所有線性調(diào)制信號(hào)，只是需要一個(gè)與調(diào)制載波嚴(yán)格同步的相干載波。而包絡(luò)檢波是直接從已調(diào)波的幅度中恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，屬于非相干解調(diào)。通過此次通信系統(tǒng)綜合訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)，我掌握了運(yùn)用MATLAB進(jìn)行信號(hào)處理和分析的基本內(nèi)容和方法，加強(qiáng)了我對(duì)MATLAB軟件的應(yīng)用能力。提高自己的基礎(chǔ)理論知識(shí)、基本動(dòng)手能力，提高人才培養(yǎng)的基本素質(zhì)，并幫助我們掌握基本的文獻(xiàn)檢索和文獻(xiàn)閱讀的方法，同時(shí)提高我們正確地撰寫論文的基本能力。在課

38、程設(shè)計(jì)過程中，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業(yè)技能。參考文獻(xiàn)1.葛哲學(xué)等 .MATLAB時(shí)頻分析技術(shù)及其應(yīng)用M.人民郵電出版社.2007年 2.葛哲學(xué).精通MATLABM.電子工業(yè)出版社.2008年 3.樊昌信等.通信原理M.國防工業(yè)出版社.2007年 4.陳懷琛. 數(shù)字信號(hào)處理教程:MATLAB釋義與實(shí)現(xiàn)M.2008年5.李建新.現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真MATLAB通信工具箱M.西安電子科技大學(xué)出版社.20006.劉敏.MATLAB通信仿真與應(yīng)用M.國防工業(yè)出版社.7.曹

39、志剛等著.現(xiàn)代通信原理M.清華大學(xué)出版社.2001.58.吳偉陵等著.移動(dòng)通信原理M.電子工業(yè)出版社.2005附 錄%附錄1%AM調(diào)制、解調(diào)%信源close all;clear all;dt=0.001;%時(shí)間采樣間隔fm=1;%信源最高頻率fc=10;%載波中心頻率T=5;%信號(hào)時(shí)長t=0:dt:T;mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fm*t);%信源SNR=100;%信噪比%AM modulationA=2;s_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t);%B=2*fm;%帶通濾波器帶寬s_am=awgn(s_am,SNR);%加窄帶高斯噪聲figure(1)subplot(

40、311)plot(t,s_am);hold on;%畫出AM信號(hào)波形plot(t,A+mt,r-);%標(biāo)出AM的包絡(luò)title(AM調(diào)制信號(hào)及其包絡(luò))xlabel(t/s);%AM demodulationrt=s_am.*cos(2*pi*fc*t);%相干解調(diào)rt=rt-mean(rt);f,rf=T2F(t,rt);t,rt=lpf(f,rf,2*fm);%低通濾波subplot(312)plot(t,rt,b);hold on;plot(t,mt/2,r-);title(相干解調(diào)后的信號(hào)波形);xlabel(t/s)subplot(313)f,sf=T2F(t,s_am);%調(diào)制信號(hào)頻譜plot(f,abs(fftshift(sf);hold on;