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通信原理课程设计--AM信号的解调及抗噪声性能

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    • 1、课程设计课程设计名称: 通信综合 专 业 班 级 : 电信1102 学 生 姓 名 : 陈昊 学 号 : 201116910212 指 导 教 师 : 朱春华 课程设计时间: 2014年9月8日-9月12日 电子信息工程 专业课程设计任务书学生姓名陈昊专业班级电信1102 学号201116910212题 目AM信号的解调及抗噪声性能课题性质其他课题来源自拟指导教师朱春华同组姓名无主要内容 利用MATLAB编程进行AM解调及抗噪声性能的分析任务要求1 理解AM信号的调制解调的基本过程的相关知识 2 用MATLAB对单音频信号进行调制解调的模拟 3 加入噪声并对不同过程信号的功率进行分析,求出输入输出信噪比及调制增益。参考文献1樊昌信等. 通信原理(第6版)M. 国防工业出版社,2008.32无线通信原理与应用,蔡涛等译,电子工业出版社,19993通信系统仿真原理与无线应用,肖明波等译,机械工业出版社,20054现代通信原理,曹志刚,清华大学出版社,1992审查意见指导教师签字:朱春华 教研室主任签字: 2014 年9月05日 一 、课程设计的内容和目的1.1内容: 1.1利用MATLAB

      2、编程进行AM解调及抗噪声性能分析。1.2目的: 1.2.1虽然是对AM解调但还是要先进行调制在进行解调从而掌握振幅调制和解调原理及其抗噪声性能。 1.2.2学会Matlab仿真软件在振幅调制和解调中的应用。 1.2.3掌握参数设置方法和性能分析方法。 1.2.4通过实验中波形的变换,学会分析实验现象。2、 原理2.1.振幅调制产生原理 标准调幅波(AM)产生原理:调制信号是只来来自信源的调制信号(基带信号),这些信号可以是模拟的,亦可以是数字的。为首调制的高频振荡信号可称为载波,它可以是正弦波,亦可以是非正弦波(如周期性脉冲序列)。载波由高频信号源直接产生即可,然后经过高频功率放大器进行放大,作为调幅波的载波,调制信号由低频信号源直接产生,二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波。 设载波信号的表达式为,调制信号的表达式为 ,则调幅信号的表达式为: 图1.1 标准调幅波示意图 2.2. AM信号的解调原理从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调。对于振幅调制信号,解调就是从它的幅度变化上提取调制信号的过程。解调是调制的逆过程。可利用乘积型同步检波器实现振幅的解调,让已调信号与本地恢复

      3、载波信号相乘并通过低通滤波可获得解调信号。就是将位于载波的信号频谱再搬回来,并且不失真的恢复出原始基带信号。解调的方式有两种:相干解调与非相干解调。相干解调适用于各种线性调制系统,非相干解调一般适用幅度调制(AM)信号及包络检波。2.2.1 AM信号的相干解调所谓相干解调是为了从接受的已调信号中,不失真地恢复原调制信号,要求本地载波和接收信号的载波保证同频同相。相干载波的一般模型如下:图2.1 AM信号的相干解调原理框图 将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波,得 由上式可知,只要用一个低通滤波器,就可以将第1项与第2项分离,无失真的恢复出原始的调制信号 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。2.2.2 AM信号的非相干解调所谓非相干解调是在接收端解调信号时不需要本地载波,而是利用已调信号中的包络信号来恢复原基带信号。因此,非相干解调一般只适用幅度调制(AM)系统。忧郁包络解调器电路简单,效率高,所以几乎所有的幅度调制(AM)接收机都采用这种电路。如下为串联型包络检波器的具体电路。图2.2 AM信号的非相干解调原

      4、理当RC满足条件时,包络检波器的输出基本与输入信号的包络变化呈线性关系,即 其中,。隔去直流后就得到原信号2.2.3 抗噪声性能的分析 各种线性已调信号在传输过程中不可避免地要受到噪声的干扰,为了讨论问题的简单起见,我们这里只研究加性噪声对信号的影响。因此,接收端收到的信号是发送信号与加性噪声之和。 由于加性噪声只对已调信号的接收产生影响,因而调制系统的抗噪声性能主要用解调器的抗噪声性能来衡量。为了对不同调制方式下各种解调器性能进行度量,通常采用信噪比增益G(又称调制制度增益)来表示解调器的抗噪声性能,即 (3.4.1)有加性噪声时解调器的数学模型如图图 2.3 AM信号的解调原理图图中为已调信号,n(t)为加性高斯白噪声。 和n(t)首先经过一带通滤波器,滤出有用信号,滤除带外的噪声。经过带通滤波器后到达解调器输入端的信号为,噪声为高斯窄带噪声,显然解调器输入端的噪声带宽与已调信号的带宽是相同的。最后经解调器解调输出的有用信号为,噪声为。2.3. 不同解调方式的抗噪声性能2.3.1 相干解调的抗噪声性能各种线性调制系统的相干解调模型如下图所示。图3.1 线性调制系统的相干解调模型图中

      5、可以是调幅信号,带通滤波器的带宽等于已调信号带宽。下面讨论各种线性调制系统的抗噪声性能。AM信号的时域表达式为: 通过分析可得AM信号的平均功率为: 又已知输入功率, 其中B表示已调信号的带宽。由此可得AM信号在解调器的输入信噪比为: AM信号经相干解调器的输出信号为: 因此解调后输出信号功率为: 在上图中输入噪声通过带通滤波器之后,变成窄带噪声,经乘法器相乘后的输出噪声为 经LPF后, 因此解调器的输出噪声功率为 可得AM信号经过解调器后的输出信噪比为 由上面分析的解调器的输入、输出信噪比可得AM信号的信噪比增益为 (3.5.10)2.3.2 非相干解调的抗噪声性能 只有AM信号可以采用非相干解调(包络检波)。实际中,AM信号常采用包络检波器解调,有噪声时包络检波器的数字模型如下:图3.2有噪声时包络检波器的数字模型设包络检波器输入信号为,其中 输入噪声为 显然,解调器输入信噪功率 噪声功率 2.3.3 大信噪比的情况所谓大信噪比是指输入信号幅度远大于噪声幅度。即满足条件 由此可知,包络检波器输出的有用信号是,输出噪声是,信号与噪声是分开的。直流成分可被低通滤波器滤除。故输出的平均信

      6、号功率及平均噪声功率分别为 于是,可以得到 此结果与相干解调时得到的噪声增益一致。可见在大噪声比情况下,AM信号包络检波器的性能几乎与相干解调性能相同。2.3.4 小信噪比情况 所谓小信噪比是指噪声幅度远大于信号幅度。在此情况下,包络检波器会把有用信号扰乱成噪声,即有用信号“淹没”在噪声中,这种现象通常称为门限效应。进一步说,所谓门限效应,就是当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后,检波器输出信噪比出现急剧恶化的一种现象。小信噪比输入时,包络检波器输出信噪比计算很复杂,而且详细计算它一般也无必要。3、 仿真流程图、仿真结果图形及分析3.1仿真流程图开始 调制信号 载波信号 相乘已调信号 加噪噪声 低通滤波器 解调信号结束3.2仿真结果图3.2.1产生载波信号和调制信号及其频谱图3.2.2调制信号和一直流分量相加在和载波信号相乘得到已调信号及其频谱图调制度m的大小决定已调信号的包络M=0.2 满调幅M=0.1 欠调幅M=0.3 过调幅3.2.3解调过程,已调信号乘以在经过低通滤波器得到解调信号已调信号加上加性噪声后的信号及其解调信号(不同信噪比)信噪比sn1=20信噪比sn1=2信噪比sn1=100由上面三种不同信噪比情况下的对比可以看出在小信噪比的情况下由噪声功率和调制信号很接近不能很好的解调出调制信号,通过频域频谱可以看到解调出的信号有很多的分量,含有噪声。4、 仿真程序Ft=2000; %采样频率fpts=100 120; %通带边界频率fp=100Hz,阻带截止频率fs=120Hzmag=1 0; dev=0.01 0.05; %通带波动1%,阻带波动5%n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta); %由fir1设计滤波器h,w=freqz(b21,1);%得到频率响应figure(1);plot(w/pi,abs(h);grid ontitle(FIR低通滤波器); %=

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