基于matlab載波同步仿真

1、通信系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐 題目基于matlab載波同步仿真 院（系）名稱(chēng)信息工程學(xué)院通信系 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)通信工程 學(xué)生姓名趙鴻飛 曹優(yōu)寧 封蒙蒙 學(xué)生學(xué)號(hào) 1203100022 1203100010 1203100040 指導(dǎo)教師 2013年 6 月 2 日基于matlab載波同步仿真摘 要從載波相位調(diào)制解調(diào)原理出發(fā),理論分析了載波頻率漂移對(duì)解調(diào)結(jié)果的影響.通過(guò)對(duì)解調(diào)公式的推導(dǎo)及分析,給出了頻率漂移對(duì)解調(diào)結(jié)果影響的公式.結(jié)果表明,當(dāng)混頻基頻信號(hào)的頻率與載波頻率存在微小頻差時(shí),解調(diào)結(jié)果將出現(xiàn)低頻調(diào)制,嚴(yán)重影響解調(diào)效果;仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果與理論分析完全吻合. 關(guān)鍵詞： 載波 相位 調(diào)制 解調(diào)目錄摘 要I

2、第一章 概 述.1一 課題內(nèi)容.1二 設(shè)計(jì)目的.1三 設(shè)計(jì)要求.1四 開(kāi)發(fā)工具.1第二章 系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)2一 振幅調(diào)制產(chǎn)生原理2二 調(diào)幅電路方案分析2三 信號(hào)解調(diào)思路3第三章 matlab仿真5一 載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)分析5二 設(shè)計(jì)FIR數(shù)字低通濾波器7三 AM解調(diào). 9四 結(jié)果分析.154心得體會(huì).155致謝.166參考文獻(xiàn).16第一章 概 述一 課題內(nèi)容1.設(shè)計(jì)AM信號(hào)實(shí)現(xiàn)的Matlab程序，輸出調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)以及已調(diào)信號(hào)波形以及頻譜圖，并改變參數(shù)觀察信號(hào)變化情況，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。2.設(shè)計(jì)AM信號(hào)解調(diào)實(shí)現(xiàn)的Matlab程序，輸出并觀察解調(diào)信號(hào)波形，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。二 設(shè)計(jì)目的1.掌握振幅調(diào)制和

3、解調(diào)原理。2.學(xué)會(huì)Matlab仿真軟件在振幅調(diào)制和解調(diào)中的應(yīng)用。3.掌握參數(shù)設(shè)置方法和性能分析方法。4.通過(guò)實(shí)驗(yàn)中波形的變換，學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。三 設(shè)計(jì)要求利用Matlab軟件進(jìn)行振幅調(diào)制和解調(diào)程序設(shè)計(jì)，輸出顯示調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)以及已調(diào)信號(hào)波形，并輸出顯示三種信號(hào)頻譜圖。對(duì)產(chǎn)生波形進(jìn)行分析，并通過(guò)參數(shù)的改變，觀察波形變化，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。四 開(kāi)發(fā)工具 計(jì)算機(jī)、Matlab軟件、相關(guān)資料第二章 系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)一 振幅調(diào)制產(chǎn)生原理所謂調(diào)制，就是在傳送信號(hào)的一方將所要傳送的信號(hào)附加在高頻振蕩上，再由天線發(fā)射出去。這里高頻振蕩波就是攜帶信號(hào)的運(yùn)載工具，也叫載波。振幅調(diào)制，就是由調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振

4、幅，直至隨調(diào)制信號(hào)做線性變化。全調(diào)幅或常規(guī)調(diào)幅，簡(jiǎn)稱(chēng)為調(diào)幅（AM）。在頻域中已調(diào)波頻譜是基帶調(diào)制信號(hào)頻譜的線性位移；在時(shí)域中，已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形呈線性關(guān)系。設(shè)正弦載波為 式中，A為載波幅度；為載波角頻率；為載波初始相位(通常假設(shè)=0).調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）為。根據(jù)調(diào)制的定義，振幅調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)） 一般可以表示為 設(shè)調(diào)制信號(hào)的頻譜為，則已調(diào)信號(hào)的頻譜： 二 調(diào)幅電路方案分析標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波（AM）產(chǎn)生原理 ：調(diào)制信號(hào)是只來(lái)來(lái)自信源的調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)），這些信號(hào)可以是模擬的，可也以是數(shù)字的。為首調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)可稱(chēng)為載波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脈沖序列)。載波由高頻信號(hào)

5、源直接產(chǎn)生即可，然后經(jīng)過(guò)高頻功率放大器進(jìn)行放大，作為調(diào)幅波的載波，調(diào)制信號(hào)由低頻信號(hào)源直接產(chǎn)生，二者經(jīng)過(guò)乘法器后即可產(chǎn)生雙邊帶的調(diào)幅波。 設(shè)載波信號(hào)的表達(dá)式為，調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式為 ，則調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為 圖5.1 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波示意圖 三 信號(hào)解調(diào)思路從高頻已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)，又稱(chēng)為檢波。對(duì)于振幅調(diào)制信號(hào)，解調(diào)就是從它的幅度變化上提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程?？衫贸朔e型同步檢波器實(shí)現(xiàn)振幅的解調(diào)，讓已調(diào)信號(hào)與本地恢復(fù)載波信號(hào)相乘并通過(guò)低通濾波可獲得解調(diào)信號(hào)。 第三章 matlab仿真一 載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)分析t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅

6、f=6000; %載波信號(hào)頻率w0=f*pi;Uc=A0*cos(w0*t); %載波信號(hào)figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,Uc);title('載頻信號(hào)波形');axis(0,0.01,-15,15);subplot(2,1,2);Y1=fft(Uc); %對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y1);title('載波信號(hào)頻譜');axis(5800,6200,0,1000000); 圖6.1載波信號(hào)% =調(diào)制信號(hào)=t=-1:0.00001:1; A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅f=6000; %載波信號(hào)頻率w0=f*pi;me

7、s=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號(hào)subplot(2,1,1);plot(t,mes);xlabel('t'),title('調(diào)制信號(hào)'); subplot(2,1,2);Y2=fft(mes); % 對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y2);title('調(diào)制信號(hào)頻譜');axis(198000,202000,0,1000000);如圖6.2調(diào)制信號(hào)% =AM已調(diào)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A2=3; %已調(diào)信號(hào)振幅f=3000; %載波信號(hào)頻率w0=

8、2*f*pi;m=0.15; %調(diào)制度mes=A1*cos(0.001*w0*t); %消調(diào)制信號(hào)Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號(hào) subplot(2,1,1);plot(t,Uam);grid on;title('AM調(diào)制信號(hào)波形');subplot(2,1,2);Y3=fft(Uam); % 對(duì)AM已調(diào)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y3),grid;title('AM調(diào)制信號(hào)頻譜');axis(5950,6050,0,500000); 如圖6.3AM已調(diào)信號(hào)二 設(shè)計(jì)FIR數(shù)字低通濾波器FIR濾波器比鞥采用

9、間接法，常用的方法有窗函數(shù)法、頻率采樣法和切比雪夫等波紋逼近法。對(duì)于線性相位濾波器，經(jīng)常采用FIR濾波器。 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)換策劃那個(gè)所需的數(shù)字濾波器。具體設(shè)計(jì)步驟如下：（1）確定所需類(lèi)型數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)。（2）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=2/T tan(0.5)(3)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)。（4）設(shè)計(jì)模擬低通濾波器。（5）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。（6）

10、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。原則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)。（3）計(jì)算h(n).。（4）加窗得到設(shè)計(jì)結(jié)果。低通濾波器的性能指標(biāo)：通帶邊界頻率fp=300Hz

11、，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)，則fir1默認(rèn)為哈明窗。其中可選的窗函數(shù)有Rectangular Barlrtt Hamming Hann Blackman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)buttp buttor butter是巴特沃斯濾波

12、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。下面我們將給出FIR數(shù)字濾波器的主要程

13、序。 %=FIR低通濾波器=Ft=2000; %采樣頻率fpts=100 120; %通帶邊界頻率fp=100Hz，阻帶截止頻率fs=120Hzmag=1 0; dev=0.01 0.05; %通帶波動(dòng)1%，阻帶波動(dòng)5%n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);%kaiserord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)plot(w/pi,abs(h);grid ontitle('FIR低

14、通濾波器'); 如圖6.6 FIR低通濾波器三 AM解調(diào)t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅A2=3; %已調(diào)信號(hào)振幅f=3000; %載波信號(hào)頻率w0=2*f*pi;m=0.15; %調(diào)制度k=0.5 ; %DSB 前面的系數(shù)mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號(hào)Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號(hào)Dam=Uam.*cos(w0*t); %對(duì)AM調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)subplot(2,1,1);plot(t,Dam);grid on;title('濾波前AM解調(diào)信號(hào)波形

15、');subplot(2,1,2);Y5=fft(Dam); % 對(duì)AM解調(diào)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y5),grid;title('濾波前AM解調(diào)信號(hào)頻譜');axis(187960,188040,0,200000);如圖6.7 AM解調(diào)信號(hào)%=AM解調(diào)信號(hào)FIR濾波=t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅A2=3; %已調(diào)信號(hào)振幅 f=6000; %載波信號(hào)頻率w0=f*pi;m=0.15; %調(diào)制度 Uc=A0.*cos(w0*t); %載波信號(hào)subplot(5,2,1);plot(t,Uc);titl

16、e('載波信號(hào)');axis(0,0.01,-15,15);T1=fft(Uc); %傅里葉變換subplot(5,2,2);plot(abs(T1);title('載波信號(hào)頻譜');axis(5800,6200,0,1000000);mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號(hào)subplot(5,2,3);plot(t,mes);title('調(diào)制信號(hào)');T2=fft(mes); subplot(5,2,4);plot(abs(T2); title('調(diào)制信號(hào)頻譜');axis(198000,202000,0,2

17、000000);Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號(hào) subplot(5,2,5);plot(t,Uam);title('已調(diào)信號(hào)');T3=fft(Uam); subplot(5,2,6);plot(abs(T3);title('已調(diào)信號(hào)頻譜');axis(5950,6050,0,500000);Dam=Uam.*cos(w0*t); %對(duì)AM已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)subplot(5,2,7);plot(t,Dam); title('濾波前的AM解調(diào)信號(hào)波形');T4=fft(Dam); %求AM信號(hào)的頻譜s

18、ubplot(5,2,8);plot(abs(T4); title('濾波前的AM解調(diào)信號(hào)頻譜');axis(187960,188040,0,200000);z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR低通濾波 subplot(5,2,9);plot(t,z21,'r'); title('濾波后的AM解調(diào)信號(hào)波形');T5=fft(z21); %求AM信號(hào)的頻譜subplot(5,2,10);plot(abs(T5),'r'); title('濾波后的AM解調(diào)信號(hào)頻譜');axis(198000,20200

19、0,0,200000);如圖6.9 AM解調(diào)信號(hào)FIR低通濾波%=AM解調(diào)信號(hào)FIR濾波=加噪=t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅A2=3; %已調(diào)信號(hào)振幅 f=6000; %載波信號(hào)頻率w0=f*pi;m=0.15; %調(diào)制度 Uc=A0.*cos(w0*t); %載波信號(hào)subplot(5,2,1);plot(t,Uc);title('載波信號(hào)');axis(0,0.01,-15,15);T1=fft(Uc); %傅里葉變換subplot(5,2,2);plot(abs(T1);title('載波信號(hào)頻譜'

20、);axis(5800,6200,0,1000000);mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號(hào)subplot(5,2,3);plot(t,mes);title('調(diào)制信號(hào)');T2=fft(mes); subplot(5,2,4);plot(abs(T2); title('調(diào)制信號(hào)頻譜');axis(198000,202000,0,2000000);Uam1=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號(hào) subplot(5,2,5);plot(t,Uam1);title('已調(diào)信號(hào)');T3=fft(

21、Uam1); subplot(5,2,6);plot(abs(T3);title('已調(diào)信號(hào)頻譜');axis(5950,6050,0,500000);sn1=20; %信噪比 db1=A12/(2*(10(sn1/10); %計(jì)算對(duì)應(yīng)噪聲方差 n1=sqrt(db1)*randn(size(t); %生成高斯白噪聲 Uam=n1+Uam1; Dam=Uam.*cos(w0*t); %對(duì)AM已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)subplot(5,2,7);plot(t,Dam); title('濾波前的AM解調(diào)信號(hào)波形');T4=fft(Dam); %求AM信號(hào)的頻譜subplot

22、(5,2,8);plot(abs(T4); title('濾波前的AM解調(diào)信號(hào)頻譜');axis(187960,188040,0,200000);z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR低通濾波 subplot(5,2,9);plot(t,z21,'r'); title('濾波后的AM解調(diào)信號(hào)波形');T5=fft(z21); %求AM信號(hào)的頻譜subplot(5,2,10);plot(abs(T5),'r'); title('濾波后的AM解調(diào)信號(hào)頻譜');axis(198000,202000,0,20

23、0000);四 結(jié)果分析本設(shè)計(jì)圓滿的完成了對(duì)AM信號(hào)實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)，與課題的要求十分相符；也較好的完成了對(duì)AM信號(hào)的時(shí)域分析，通過(guò)fft變換，得出了調(diào)制信號(hào)和解調(diào)信號(hào)的頻譜圖；在濾波這一部分，課題主要是從巴特沃斯濾波器入手來(lái)設(shè)計(jì)低通濾波器等入手，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的濾波效果。在設(shè)計(jì)FIR低通濾波器的時(shí)候，通帶邊界頻率設(shè)定為載波信號(hào)頻率Fp=f，阻帶截止頻率Fs=f+20,采樣頻率Ft=8f；在設(shè)計(jì)IIR低通濾波器的時(shí)候，通帶邊界頻率設(shè)定為Fp=f-50，阻帶截止頻率Fs=f，采樣頻率Ft=10f。這樣設(shè)定后，在改變載波信號(hào)頻率的時(shí)候就有可能使濾波器無(wú)法進(jìn)行正常的濾波，從而得不到正確的結(jié)果。載波頻率f可以選的高一些，在設(shè)計(jì)的時(shí)候時(shí)間采樣t的間隔就要大一些。4 心得體會(huì)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)是通信電子線路課程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)通信必不可少的一門(mén)技術(shù)，也是通信專(zhuān)業(yè)學(xué)生必須掌握的一門(mén)技術(shù)。課題在這里是把要處理的信號(hào)當(dāng)做一種特殊的信號(hào)，即一種“復(fù)雜向量”來(lái)看待。也就是說(shuō)，課題更多的還是體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。從課題的中心來(lái)看，課題“基于Matlab的AM-DSB調(diào)制系統(tǒng)仿真”