基于matlab的通信原理辅助实验系统设计毕设论文(编辑修改稿)

基于matlab的通信原理辅助实验系统设计毕设论文(编辑修改稿)内容摘要：

0 cLSB cHH     （ ） 则可滤除上边带，保留下边带（ LSB）。 因此， SSB 信号的频谱可表示为      SSB D SBS S H   （ ） 图 示出了用滤波法形成的 上边带 （ USB）信号的频谱图。 DSBst SSBst 载波 ct mt  HH() 图 滤波法 SSB 信号调制器 图 滤波 法形成上边带信号的频谱图  c c c   c c c 0 0 0  DSBS   USBH   USBS  中北大学 2020 届毕业 设计 说明书 16 滤波法的技术难点是边带滤波器的制作。 因为实际滤波器都不具有 如式 （ ）或式 （ ） 所描述的理想特性，即在 载频 cf 处 不具有陡峭的截止特性，而是有一定的过渡带。 例如，若经过滤波后的话音信号的最低频率为 300Hz，则上、下边带之间的频率间隔为 600Hz。 实现滤波器的难易程度与过渡带相对载频 的归一化值有关 ，该值越小，边带滤波器就难以实现。 因此在 600Hz 过渡带和不太高的 载频 情况下，滤波器不难实现；但当 载频 较高时，采用一级调制直接 滤波的方法 已不可能实现单边带调制。 这时可以采用多级 （一般采用两级） DSB 调制及边带滤波的方法，即先在较低的载频上进行 DSB 调制，目的是增大过渡带的归一化值，以利于 滤波器的制作，经单边 带 滤波后再在要求 的载频上进行第二次调制及滤波（常称为变频）。 但当调制信号中含有直流及低频分量时滤波法就不适用了 [20]。 角度调制的原理 正弦载波有 三个参量：幅度、频率和相位。 我们不仅可以把调制信号的信息载荷于 载波的幅度变化中，还可以载荷于载波的频率和相位变化中。 在调制时，若载波的频率随调制信号而变化，称为频率调制或调频（ Frequency Modulation,FM）；若载波的相位随调制信号而变称为相位调制或调相 （ Phase Modulation,PM）。 在这两种调制过程中，载波的 幅度都保持恒定 不变，而频率和相位和相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化，故把调频和调相统称为角度调制或调角。 角度调制与幅度调制不同的是，已调信号频谱不再是原调制信号 频谱的线性搬移 ，而是频谱的非线性变换 ，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。 本节主要介绍调频。 FM 信号的一般表达式 FM 调制信号的一般表达式为    c o smcs t A t t （ ） 式中： A为载波的恒定振幅；  ctt为信号的瞬时相位，记为 t ； t 为相对于载波相位 ct 的瞬时相位偏移；  cd t t dt是信号的瞬时角频率，记为t ；而 d t dt 称为相对于载频 c 的瞬时频偏。 中北大学 2020 届毕业 设计 说明书 17 所谓 频率调制（ FM），是指瞬时频率偏移随调制信号 mt成比例变化，即    fdt K m tdt  （ ） 式中： fK 为 调频灵敏度   rad s V。 这时相位 偏移为    ft K m d    （ ） 带入式（ ） ，则可得调频信号为    c o sF M c fs t A t K m d   （ ） 调频信号的产生 调频的方法有两 种：直接调频和间接调频。 1） 直接调频法 调频就是用调制信号控制载波的频率变化。 直接调频就是用调制信号直接去控制载波振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性地变化。 可以由外部 电压控制振荡频率的振荡器叫做压控振荡器（ VCO）。 每个压控振荡器自身就是一个 FM调制器，因为它的振荡频率正比于输入控制电压，即    0ift K m t 若用调制信号作控制电压信号，就能产生 FM 波，如图 35 所示。 若 被控制的振荡器是 LC振荡器，则只 需控制振荡回路的某个电抗元件（ L或 C） ，使其参数随调制信号变化。 目前常用的电抗元件是变容二极管。 用变容二极管实现直接调频， 由于电路简单，性能良好，已成为目前最广泛采用的调频电路之一。 在直接调频法中， 振荡器鱼调制器合二为一。 这种方法的主要优点是在实现线性调频的要求下，可以 获得较大的频偏；其主要缺点是频率稳定性不高。 因此往往需要采用自动频率控制系统来稳定中心频率。 2）间接调频法 VCO mt FMst 图 FM 调制器 中北大学 2020 届毕业 设计 说明书 18 间接调频法（简称间接法）是先将调制信号积分，然后对载波进行调相，即可产生一个 NBFM 信号，在经 n次倍频器得到 WBFM 信号，其原理框 图如图。 这种 产生 WBFM 的方法称为阿姆斯特朗 （ Armstrong） 法或间 接 法 [21]。 NBFM 信号可看成正交分量与同相分量合成，即    c o s s inN B F M c f cs t A t A K m d t     （ ） 因此，采用图 37所示的方框图可实现 NBFM。 图 中 倍频器的作用是提高调频指数 fm ，从而获得宽带调频 WBFM。 倍频器可以用非 线性器件实现，然后用带同滤波器滤去不需要的频率分量。 以理想平方 律器件为例，其输出／输入特性为    20is t as t （ ） 当输入信号 ist为调频信号时，有 积 分 器 倍频器 相位调制 mt NBFMst WBFMst ~ cos cAt 图 间接法产生 WBFM 载波 cos cAt 积分器 2 mt NBFMst 图 NBFM 信号的产生 中北大学 2020 届毕业 设计 说明书 19        2c os1 1 c os 2 22icocs t A t ts t aA t t   （ ） 由式（ ） 可知，滤除直流分量成分后可得到一个新的调频信号，其载频和相位偏移均增为 2倍，由于 相位偏移增为 2倍，因而调频指数也必然增为 2倍。 同理，经 n次倍频后可以使调频信号的载频和调频指数增 为 n 倍。 调频信号的解调 调频信号的解调也分为相干解调和非相干解调。 相干解调仅适用于 NBFM 信号，而 非相干解调对 NBFM 信号和 WBFM 信号均适用。 1） 非相干解调 调频信号的一般表达式为    c o sF M c fs t A t K m d   （ ） 解调器的输出应为    ofm t K m t （ ） 这就是说，调频 信号的解调是要产生一个与输入调频信号的频率呈线性关系的输出电压。 完成这种频率 电压转换关系 的器件是频率检波器，简称鉴频器。 鉴 频器有多种， 微分器和包络检波器构成了具有近似理想鉴频特性的鉴频器。 微分器 的作用是把幅度恒定的调频波 FMst变成幅度和频率 都随调制信号 mt变化的调幅调频波 dst，即      s ind c f c fs t A K m t t K m d        （ ） 包络检波器则将其幅度变化检出并滤去直流，再经低通滤波后 既得解调输出    o d fm t K K m t （ ） 式中： dK 为鉴频器灵敏度   V rad s。 限幅器的作用是消除信道中噪声和其他原因引起的调频波的幅度起伏， 带通滤波器（ BPF）是让调频信号顺利通过，同时滤除带外噪声及高次谐波分量。 鉴频器的种类很多，除了上述的振幅鉴频器之外，还有相位鉴频器、 比例鉴频器、正交鉴频器、斜率鉴频器、 频率负反馈解调器、 锁相环（ PLL）鉴频器等。 这中北大学 2020 届毕业 设计 说明书 20 些电路和与原理在高频电子线路课程中都有详细的讨论，这里不再赘述 [22]。 2）相干解调 由于 NBFM 信号可分解成 同相分量 与正交分量之和，因而可以采用线性调制中的相干解调法来进行解调，如图。 设窄带 调频信号    c o s s inN B F M c f cs t A t A K m d t      （ ） 并设相干载波   sin cc t t （ ） 则相乘器的输出为      s in 2 1 c o s 222p c f cAAs t t K m d t        经低通滤波器取出其低频分量    2dfAs t K m d  再经微分器，即得 解调输出    2 fo AKm t m t 可见，相干解调可以恢复原调制信号。 这种 解调方法与线性调制中的相干 解调一样，要求本地载波 与调制载波同步，否则将使调制信号失真。 BPF LPF 微分 ist pst dst omt ct NBFMst 图 NBFM 信号的相干解调 中北大学 2020 届毕业 设计 说明书 21 本章小结 本章主要分幅度调制和角度调制两大模块，对通信原理中的模拟调制系统做相关介绍。 幅度调制主要讲解调幅（ AM）和单边带调制（ SSB）的基本原理及其调制与解调；角度调制主要讲解调频（ FM）的基本原理及其调制与解调。 本章与下章的二进制数字调制中的相关计算公式，是通信原理辅助实验系统的核心， 为搭建通信原理的图形用户界面做铺垫。 中北大学 2020 届毕业 设计 说明书 22 4 二进制数字调制原理 用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号（ 已调信号 ）的过程称为数字调制（ digital modulation）。 在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调（ digital demodulation）。 一般来说，数字调制与模拟调制的基本原理相同，但是数字信号有离散取值的特点。 利用数字信号的这种离散取值特点通过开关键控制载波，从而实现 数字调制。 这种方法通常称为键控法 ， 比如对载波的振幅、频率和相位进行键控 ，便 可获得振幅键控（ Amplitude Shift Keying,ASK） ，频移键控（ Frequency Shift Keying,FSK）和相移键控（ Phase Shift Keying,PSK） 三种基本的数字调制方式。 调制信号是二进制数字基带信号时，这种调制称为二进制数字调制。 二进制振幅键控 振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。 在 2ASK 中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“ 0”或“ 1”。 一种 常用的、也是最简单的二进制振幅键控方式称为通 断键控 （ On Off Keying,OOK），其表达式为   c o s P0PcOOK Atet   以 概 率 发 送 “ 1? 时以 概 率 1 发 送 “ 0? 时 （ ） 载波在 二进制基带信号 st控制下通 断变化，所以这种键控又称为通 断键控。 在OOK 中，某一种符号（“ 0”或“ 1”）用没有电压来表示。 2ASK 信号的一般表达式为    2 co sASK ce t s t t （ ） 其中    nsns t a g t nT （ ） 式中： sT 为 为码元持续时间； gt 为持续时间为 sT 的基带脉冲波形。 为简便起见，通常假设 gt 是高度为 宽度等于 sT 的矩形脉冲 ； na 是第 n个符号的电平取值。 若取 中北大学 2020 届毕业 设计 说明书 23 1P0 1 Pna   概 率 为概 率 为 （ ） 则相应的 2ASK 信号就是 OOK信号。 2ASK/OOK 信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法。 模拟调制法 用乘法器实现；数字监控法用受 st控制的开关电路实现。 与 AM 信号的解调方法一样， 2ASK/OOK 信号也有两种基本的解调方法：非相干（ noncoherent） 解调 （包络检波法） 和相干 （ coherent） 解调 （同步检测法）。 二进制频移键控 频移键控是利用载波的频。