通信课程设计.docx
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通信课程设计.docx
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通信课程设计
课程设计
课程设计名称:
通信综合课程设计
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
课程设计时间:
2012.12.24至2012.12.30
电子信息科学与技术专业课程设计任务书
学生姓名
专业班级
学号
题目
基于MATLAB的SSB信号调制
课题性质
A
课题来源
D
指导教师
同组姓名
主要内容
已知模拟基带信号是频率为2Hz、幅度为0.5V的余弦信号,假设载波频率为20Hz,使用Matlab编程并画出:
1)模拟基带信号;2)模拟基带信号的功率谱密度;3)单边带调制(SSB)的调制信号。
任务要求
(1)实现SSB单边带调幅。
(2)用MATLAB软件实现此次设计,观察输出的波形。
(3)要求有各种需要的信号波形输出,并记录。
(4)需对实验结果进行分析,总结。
(5)将此次设计的电子文档和纸质文档各上交一份。
参考文献
[1].樊昌信、曹丽娜.通信原理.国防工业出版社,2007年8月:
70-95。
[2].胡宴如、耿苏燕.高频电子线路.高等教育出版社,2010年11月
[3].程佩青.数字信号处理教程[M].清华大学出版社,2006年10月:
82-84。
[4].刘树棠.信号与系统[M].西安交通大学出版社2005年4月:
65-68。
[5].刘毅敏.基于matlab的调制解调器的设计[M].武汉科技大学:
126-132。
审查意见
指导教师签字:
教研室主任签字:
2013年1月14日
说明:
本表由指导教师填写,由教研室主任审核后下达给选题学生,装订在设计(论文)首页
基于matlab的SSB信号调制与解调仿真实现设计
一、需求分析
通信系统作为一个实际系统,是为了满足社会与个人的需求而产生的,目的就是传送消息(数据、语音和图像等)。
通信技术的发展,特别是近30年来形成了通信原理的主要理论体系,即信息论基础、编码理论、调制与解调理论、同步和信道复用等。
通信技术专业培养的是适应生产、建设、管理、服务第一线需要的德、智、体等方面全面发展的高等技术应用型专门人才,毕业生是掌握通信工程中的基本理论和技术的应用型、具有通信系统的运行维护与管理能力,通信设备的安装、调试和故障排除能力,通信工程施工组织与管理能力的第一线的技术应用性人才。
能熟练掌握通信设备及相关设备的维护应用、安装、调试和维修人员。
单边带-singlesideband的缩写,就是使用电波波形的一半接收,比如用上边带或者下边带USBLSB,剩下那一半波形因为形状是和那一半对称的,所以可以用接收机补全,通俗的说就是照猫画虎,上边带和下边带通讯统称单边带SSB。
单边带是效率最高的语音通信方式,频带占用只有AM的一半,效率理论上是AM的四倍,但设备复杂。
二、设计概要
本设计主要完成对模拟信号的调制基于MATLAB实现,并画出波形图和频谱图,加深对《通信原理》及《MATLAB》课程的认识,进一步熟悉M语言编程中各个指令语句的运用;进一步了解和掌握数字通信原理课程设计中各种原理程序的设计技巧;掌握宏汇编语言的设计方法;掌握MATLAB软件的使用方法,加深对试验设备的了解以及对硬件设备的正确使用。
加强对于电路图的描绘技能,巩固独立设计实验的实验技能。
提高实践动手能力。
三、运行环境
WindowsXP
四、开发工具和编程语言
Matlab7.0、Matlab语言
MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
[1]
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连
matlab开发工作界面
接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++,JAVA的支持。
可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。
Matlab是一个高级的矩阵/阵列语言,它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。
用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步,也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(M文件)后再一起运行。
新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的,因此语法特征与C++语言极为相似,而且更加简单,更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。
使之更利于非计算机专业的科技人员使用。
而且这种语言可移植性好、可拓展性极强,这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。
五、详细设计
(1)调制与解调的MATLAB实现
调制在通信过程中起着极其重要的作用:
无线电通信是通过空间辐射方式传输信号的,调制过程可以将信号的频谱搬移到容易一电磁波形式辐射的较高频范围;此外,调制过程可以将不同的信号通过频谱搬移托付至不同频率的载波上,实现多路复用,不至于互相干扰。
振幅调制是一种实用很广的连续波调制方式。
调幅信号X(t)主要有调制信号和载波信号组成。
调幅器原理如图1所示:
其中载波信号C(t)用于搭载有用信号,其频率较高。
幅度调制信号g(t)含有有用信息,频率较低。
运用MATLAB信号g(t)处理工具箱的有关函数可以对信号进行调制。
对于信号x(t),通信系统就可以有效而可靠的传输了。
在接收端,分析已调信号的频谱,进而对它进行解调,以恢复原调制信号。
解调器原理如图2所示:
对于调制解调的过程以及其中所包含的对于信号的频谱分析均可以通过MATLAB的相关函数实现。
(2)AM、DSB、SSB时域和频域分析
调幅信号(AM)时域表达式:
对式
(1)进行傅里叶变换,可得到它的频域特性为:
AM调制信号的波形图
AM调制信号的频谱
双边带调幅信号(DSB)时域表达式:
将上式进行傅里叶变换,可得到DSB信号的频域特性为:
双边带调幅(DSB)波形
双边带调幅信号频谱示意图
单边带调幅信号(SSB)时域表达式:
单边带调幅信号的频谱和相干解调的频谱图分别如图图11和如图图12所示。
单边带调幅信号的频谱图
单边带(下边带)相干解调频谱图
(3)程序设计
F=2;%基带信号频率
t=0:
1/1000:
2;
y=0.5*cos(2*pi*F*t);
subplot(4,1,1);
plot(t,y)
axis([02-11]);
title('基带信号')
xlabel('t')
ylabel('y')
sf=fft(y);%¸傅里叶变换
psf=(abs(sf).^2)/2;%功率谱密度
f=(0:
length(psf)-1)/length(psf);
subplot(4,1,2)
plot(f,psf)
axis([01-11]);
title('基带信号功率谱密度')
xlabel('f')
ylabel('P(f)dB')
y1=cos(2*pi*20*t);%载波信号
subplot(4,1,3)
plot(t,y1)
axis([02-11]);
title('载波信号波形')
xlabel('t')
ylabel('y1')
ssb=0.25*(2*y.*y1-(sin(2*pi*2*t)).*sin(2*pi*20*t));
subplot(3,1,3)
plot(t,ssb)
axis([02-0.30.3]);
title('SSB调制后波形')
xlabel('t')
ylabel('Yssb')
(4)运行结果
六、调试分析
由于学完课程很长时间才做课程设计,有一些概念已不是很清楚,matlab一些函数也忘记如何使用,所以给本次课程设计造成一定的困难。
做这次课程设计,我又重新翻看了高频电子线路、通信原理、matlab应用等教程。
终于搞清楚了每个概念,通过matlab测试,达到了预期的结果。
通过实验得出了一些结论:
SSB信号的振幅与调制信号的幅度成正比,它的频率随调制信号频率的不同而不同,因此它含消息特征。
单边带信号的包络与调制信号的包络形状相同。
单边带调制从本质上说是幅度和频率都随调制信号改变的调制方式。
但由于它产生的已调信号频率与调制信号频率只有一个线性变换(由变至或的线性搬移),这一点与AM和DSB信号相似,所以被归为振幅调制。
SSB调制方式在传送消息时,不但功率利用率高,而且它所占用频带比AM和DSB减少了一半,频带利用充分,目前这对于波道特别拥挤的短波通信是有利的,已成为短波通信中一种重要的调制方式。
七、设计结果
通过本次课程设计,我完成了SSB信号的调制,画出了相关波形,掌握了一些基本理论。
本文对模拟通信系统进行了仿真研究,在模拟调制解调原理的基础上分别对模拟通信系统的幅度调制系统以及角度调制系统进行了仿真,即MATLAB对AM、DSB、SSB、系统的仿真。
通过模拟调制解调系统的仿真结果分析得出以下结论:
(1)AM:
①此种调制方式占用频带较宽,已调信号的频带宽度是调制信号的频带的两倍[8];
②由于被调信号的包络就是调制信号叠加一个直流,所以容易实现峰值包络解调[8];
③含有正弦载波分量,即有部分功率耗用在载波上,而没有用于信息的传送[8];
④从效率上看,常规调幅调制方式效率较低,但调制和解调过程简单。
(2)DSB:
①幅度调制。
DSB信号是过调幅AM波,故它仍是幅度调制,但此时包络已不再与m(t)成线性关系变化,这说明它的包络不完全载有调制信号的信息,因此它不是完全的调幅波[8]。
②幅度调制,频率未变。
DSB信号的频率仍与载波相同,没有受到调制。
③有反相点。
DSB信号在调制信号的过零点处出现了反相点,调制指数大于1的AM信号在调制信号过零点处出现反相点。
所以有反相点出现,是因为调制信号在过零点前后取值符号是相反的。
④上、下边带均包含调制信号的全部信息;幅度减半,带宽加倍.
(3)SSB[8]:
①SSB信号的振幅与调制信号的幅度成正比,它的频率随调制信号频率的不同而不同,因此它含消息特征。
单边带信号的包络与调制信号的包络形状相同[8]。
②单边带调制从本质上说是幅度和频率都随调制信号改变的调制方式。
但由于它产生的已调信号频率与调制信号频率只有一个线性变换(由变至或的线性搬移),这一点与AM和DSB信号相似,所以被归为振幅调制[8]。
③SSB调制方式在传送消息时,不但功率利用率高,而且它所占用频带比AM和DSB减少了一半,频带利用充分,目前这对于波道特别拥挤的短波通信是有利的,已成为短波通信中一种重要的调制方式。
八、参考文献
[1].樊昌信、曹丽娜.通信原理.国防工业出版社,2007年8月:
70-95。
[2].胡宴如、耿苏燕.高频电子线路.高等教育出版社,2010年11月。
[3].程佩青.数字信号处理教程[M].清华大学出版社,2006年10月:
82-84。
[4].刘树棠.信号与系统[M].西安交通大学出版社2005年4月:
65-68。
[5].刘毅敏.基于matlab的调制解调器的设计[M].武汉科技大学:
126-132。
九、心得体会
在题目安排之后我做了具体的安排,首先就是在拿设计方案前先把模拟调制系统的知识熟悉透彻,正所谓磨刀不误砍柴工嘛。
在温习理论的时候就将流程图设计出来,也方便了解自己的思路,发现那里不足、不懂,只有快速发现问题才可以解决问题。
由于我时间比较紧张,在解决问题上我选择的是“问”,把模糊的概念,模块提出来,问寝室里学的好的同学,这样是一个节约时间的好办法,而且也可以拓展自己的思路,了解别人是否有更好的设计方法。
准备工作应该就这样按计划结束,其次就是代码实现了。
这个可以说并不是非常困难,因为之前学习了Matlab,做的是数字调制系统,都知道模拟调制系统是数字调制系统的基础,所以基本的结构不存在问题,但细节上不免有些坎坷。
最开始在滤波器上就出现问题了,我想设计滤波器,因为这个调用简单,无需其他函数调用,但调整频率的过程中滤除波形总是一个黑影,延时也很长,最终经过多次调整都没有成功,就放弃了,改用调用函数的方法,函数则是调用成品的模型进行修改,滤波效果良好。
至于变换频谱使用的傅里叶变换,则用了两种方法,调用函数和直接变换,使用函数的目的同样是因为有些地方直接变换行不同,出于要仿真结果,据借鉴了成品的函数,但也都是做了修改,加上自己的东西的。
即使程序编写完成,也不能代表成功,还要调试分析,分析仿真结果与理论知识是否相符合。
可能是之前准备工作充分吧,实验的结果还是满意的。
在调试过程中的修改语法等错误是不可避免的,就运用提示或者“help”进行修改。
在实验的整个过程中,我主要依赖三种工具的辅助,通信原理的教材,Matlab的教材还有网络。
在后来也从图书馆借来通信原理理论方面的书,想尽量找到最合理最容易实现的设计方法来完成课程设计。
运用网络则是查找琐碎知识,这个比较方便。
实验结束后,我对通信系统有了全面的了解,至少将凌乱的知识梳理清楚了,要想分析通信系统,最好分成模拟的和数字的两部分分析。
而且一定要将模拟的弄明白,这是基础,只有这样才有助于以后的学习与分析。
在此次设计中,我们将课本理论知识与实际应用联系起来,按照书本上的知识和老师讲授的方法,首先分析研究此次数字电路课程设计任务和要求,然后按照分析的结果进行实际编程操作,检测和校正,再进一步完善M程序。
在其中遇到一些不解和疑惑的位置,还有一些出现的未知问题,我们都认真分析讨论,然后对讨论出的结果进行实际检测校正,对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教,和老师一起探讨解决。
通过此次数字电路课程设计,我们加深了对课本知识的认识理解,对数字电路设计方法和M语言也有了一定的初步认识。
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