通信原理课设

现代通信系统原理课程设计说明书题目：模拟调制系统与数字基带传输系统建模与仿真2015年6月13日2目录1绪论.....................................................11.1课题研究背景.................................................11.2关键技术.....................................................21.2.1调制....................................................21.2.2解调....................................................22模拟调制与解调............................................22.1幅度调制与解调原理...........................................22.1.1AM调制与解调...........................................22.1.2DSB调制与解调..........................................42.2幅度调制与解调的程序与仿真...................................52.2.1AM调制与解调的程序与仿真...............................52.2.2DSB调制解调分析的MATLAB实现..........................113数字基带传输系统模型......................................173.1数字基带传输系统模型原理....................................173.1.1带限信道的基带系统模型（连续域分析）...................173.1.2最佳基带系统...........................................193.1.3基带传输系统（离散域分析）.............................203.2源程序及运行结果............................................213.2.1余弦滚降系统...........................................213.2.1眼图..................................................224总结..............................................................24参考文献资料11绪论1.1课题研究背景在通信技术的发展中，通信系统的仿真是一个技术重点。通常情况下，调制可以分为模拟调制和数字调制。在模拟调制中，调制信号为连续的信号，而在数字调制中调制信号为离散信号。调制对通信系统有着非常重要的作用。经过调制，不仅能够实现频谱的搬移，把调制信号的频谱搬移到其所需要的位置上，从而使调制信号被转换成适合于信道传输或利于信道多路复用的已调制信号，而且它对于系统传输的可靠性和有效性有着非常大的影响和作用。调制方式的选取直接影响了一个通信系统的性能。在模拟通信系统中最常用最重要的调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。通过调制能够将信号转化成适用于无线信道传输的信号，AM、DSB、SSB是短波通信中的三种主要方式。包络检波的振幅调制信号的包络直接反映了调制信号的变化规律，而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，无法用包络检波进行解调。为了克服上面的不便又研究出了同步检波。但是同步检波需要一个与发射端载频同频同相（或固定相位差）的同步信号。对于普通调幅和双边带调幅，可以从接收已调波中直接提取同步信号，而对于单边带调幅，则必须在发射端另外专门发送一个载频信号供接收方提取。随着通信系统的规模和复杂度不断增加，传统的设计方法已经不能适应发展传的需要，通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视。传统的通信仿真技术主要分为手工分析与电路试验2种，但耗时长方法比较繁杂，而通信系统的计算机模拟仿真技术是介于上述2种方法的一种系统设计方法，它可以让用户在很短的时间内建立整个通信系统模型，并对其进行模拟仿真。数字信号的传输方式按其在传输中对应的信号的不同可分为数字基带传输系统和数字频带传输系统。不使用调制和解调而直接传输数字基带信号的系统称为数字基带传输系统。虽然在实际使用的数字通信系统中基带传输不如频带传输那样广泛，但是，对于基带传输系统的研究仍然是十分有意义的。1)在频带传输制式里同样存在基带传输的问题(如码间干扰等)，因为信道的含义是相对的，若把调制解调器包括在信道中(如广义信道)，则频带传输就变成了基带传输。可以说基带传输是频带传输的基础。2)随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势。目前,它不仅用于低速数据传输,而且还用于高速数据传输。3)理论上也可以证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统所替代。21.2关键技术1.2.1调制调制在通信系统中有着至关重要的作用。所谓的调制，就是把调制信号转换成合适于信道传输的形式的一种过程。广义的调制可以分为基带调制和带通调制，也叫做载波调制。在大多数场合，调制一般指的是载波调制。载波调制，就是指用调制信号控制载波参数的一个过程，使载波的一个或几个参数按照调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的消息信号即为基带信号，这些信号可以是模拟信号，也可以是数字信号。未受调制的周期性振荡信号称为载波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。经过载波调制后的信号称为已调信号，它包含了调制信号的所有特征。1.2.2解调解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复出原基带信号。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调。相干解调也叫同步检波。解调和调制的实质一样，均是频谱搬移。相干解调时，为了可以无失真地恢复出调制信号，接收端必须提供一个本地载波与接收的已调载波严格同步，即同频同相的本地载波，它与接收的已调信号相乘后，经过低通滤波器滤除其高频分量，便可以得到原始的调制信号。相干解调器适用于所有线性调制信号的解调，即对于AM、DSB、SSB都适用，只是AM信号的解调结果中含有直流成分A0，这时在解调后加上一个简单的隔直流电容即可。包络检波就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号，其结构简单，且解调输出是相干解调输出的2倍。DSB和SSB均是抑制载波的已调信号，其包络不直接表示调制信号，因而不能采用简单的包络检波进行解调，但若插入很强的载波，使之成为或近似为AM信号，则可利用包络检波器恢复调制信号，这种方法称为插入载波包络检波法。为了保证检波质量，插入的载波振幅应远大于信号的振幅，同时也要求插入的载波与调制载波同频同相。2模拟调制与解调2.1幅度调制与解调原理2.1.1AM调制与解调幅度调制是用调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号做线性变化的过程。3标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅。将基带信号m(t)与一个直流分量A0叠加后再与载波cosct相乘，便可产生调幅信号()mSt。其AM调制原理图如图2-1所示。图2-1AM调制原理图其时域表达式为SAM(t)=[A0+m(t)]cosωct+m(t)cosωc(t)(2-1)若m(t)为确知信号，则幅度调制信号的频域表达式为SAM(t)=πA0[δ(ω+ωc)+δ(ω−ωc)+12[M(ω+ωc)+M(ω−ωc)](2-2)式中，A0为外加的直流分量，m(t)可以是确知信号也可以是随机信号，但通常要求其均值为0，即0)(tm。在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调制信号中恢复出原基带信号，解调的方法一般有两种：（1）相干解调；（2）非相干解调，又名包络检波。此处采用相干解调，解调原理图如图2-2所示。图2-2相干解调原理图由AM信号的频域表达式2-2可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现，将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波cosct，得表达式2-3所示。SAM(t)cosωct=(A0+m(t))(cosωct)2(2-3)由式2-3可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，如表达式2-4所示。AM调制典型波形和频谱如图所示：0AmtcosctmStLPFmStpStdStcosct4图2-3AM调制典型波形和频谱SA(t)=m0(t)=12[A0+m(t)](2-4)由于AM调制解调后存在直流分量，去除直流分量得m0=12m(t)(2-5)相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。2.1.2DSB调制与解调在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络()1H，调制信号m(t)中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带调制信号，简称双边带信号[11]。与AM信号相比，因为不存在载波分量，所以它的调制效率是100%。其DSB调制的原理图如图2-4所示。图2-4双边带调制原理图图2-4中()mt为基带信号，cosct为载波，()DSBSt为DSB已调信号。其时域表达式为SDSB(t)=m(t)cosωct(2-6)其频域表达式为SDSB(ω)=12[M(ω+ωc)+M(ω−ωc)](2-7)()DSBSt()mtcosct5可见，DSB信号的包络不再与m(t)成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调。除了不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍，即BDSB=BAM=2BM=2fH(2-8)式2-8中MB为调制信号带宽，Hf为调制信号的最高频率。双边带解调需要采用相干解调，其接收端必须提供一个与接收的已调载波同频同相的相干载波，它与已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。DSB信号只能运用相干解调，其模型与AM信号相干解调时完全相同，此时乘法器输出表达式如2-9所示。其典型波形和频谱如图2-5所示：图2-5DSB调制典型波形和频谱SDSB(t)cosωct=m(t)cosωctcosωct=12m(t)+12m(t)cos2ωct(2-9)经低通滤波器滤除高频分量，得m0=12m(t)(2-10)相比较AM调制而言，抑制载波的双边带幅度调制节省了载波发射功率，调制效率高，调制电路简单，仅用一个乘法器就可实现。缺点是占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍。2.2幅度调制与解调的程序与仿真2.2.1AM调制与解调的程序与仿真（1）仿真基本参数系统仿真前定义采样间隔ts,载波频率fc,噪声系数sigma,和时间长度t。具体如下：cos0tOttOm(t)sDSB(t)OtO－ccM()OH－HSDSB()O－cc载波反相点2H6ts=1.e-4;t=-0.04:ts:0.04;fc=500;sigma=0.3;（2）生成调制信号仿真中采用时间长度[-0.020.02]高度为1的三角脉冲波形作为调制信号。%生成调制信号m_sig=tripuls(t+0.01,0.02)-tripuls(t-0.01,0.02)；%调整信号m_sig由两个三角脉冲波形左右平移后叠加生成。（3）AM调制器在MATLAB中使用如下的语句对发射信号进行调制：%调制过程s_am=(1+m