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1、实验一-常规双边带幅度调制系 统设计及性能分析实验一常规双边带幅度调制系统设计及性能分析一、实验目的1、熟悉常规双边带幅度调制系统各模块的设计；2、研究常规双边带幅度调制系统的信号波形、 信号频谱、信号带宽、输入信噪比、输出信噪比及两者之间的关系；3、掌握MATLAB和SIMULINK开发平台的使用 方法；4、熟悉Matlab与Simulink 的交互使用。二、实验仪器带有MATLAB和SIMULINK开发平台的微机。三、实验原理AM信号产生的原理图如图1所示。AM信号调 制器由加法器、乘法器和带通滤波器（BPF组成。图中带通滤波 器的作用是让处在该频带范围内的调幅信号顺利通过，同时抑制带外噪
2、 声和各次谐波分量进入下级系统。图1 AMf号的产生3.1 AM信号时域表达式及时域波形图AM信号时域表达式为%=I州+ “】迹叫F式中A为外加的直流分量；为输入调制信号，它的最高频率为m(t) ,fm无直 流分量；3 c为载波的频率。为了实现线性调幅， 必须要求否则将会出现过调幅现象，在接收端采用包络检 波法解调时，会产生严重的失真。如调制信号为 单频信号时，常定义为九“九为调幅指数。AM信号的波形如图2所示，图中认为调制信号 是单频正弦信号，可以清楚地看出 AM信号的包络完全反应了调 制信号的变化规律。3.2 AM信号频域表达式及频域波形图对AM信号进行傅里叶变换，就可以得到AM信 号的频
3、域表达式-丄应仙 4他）+ M 仙-q ） + 尺和（?（u +叫）+ rf（ty -w ） |式中，M（3 ）是调制信号 的频谱。AM信号的频谱图如图3所示。妙你）庸45<1( (w)界血图3 摊蚓询制烦通过AM信号的频谱图可以得出以下结论:（1）调制前后信号的频谱形状没有变化，仅仅 是信号频谱的位置发生了变化。（2）AM信号的频谱由位于土 c3处的冲激函数 和分布在土 c3处两边的边带频谱组成。（3）调制前基带信号的频带宽度为 mf，调制 后AM信号的频带宽度变为一般我们把频率的绝对值大于载波频率的信号 频谱称为上边带（USB,如图3中阴影所示， 把频率的绝对值小于载波频率的信号频谱
4、称为 下边带（LSE）。3.3 AM信号的解调AM信号的解调一般有两种方法，一种是相干解 调法，也叫同步解调法；另一种是非相干解调法，也叫包络检波法。 由于包络检波法电路很简单，而且又不需要本地提供同步载波， 因 此，对AM信号的解调大都采用包络检波法。（1）相干解调法用相干解调法接收AM信号的原理方框如图4 所示。11卩|LPFHILr4 II图4 AM佔号的机丨尉调肚相干解调法一般由带通滤波器（BPF、乘法器、 低通滤波器（LPF）组成。相干解调法的工作原 理是：AM信号经信道传输后，必定叠加有噪声， 进入BPF后，BPF 一方面使AM信号顺利通过， 另一方面，抑制带外噪声。AM信号（）A
5、Ms t通 过BPF后与本地载波cosc t 3相乘，进入LPF。 LPF的截止频率设定为c3 （也可以为m3 ）， 它不允许频率大于截止频率 C3的成分通过， 因此LPF的输出仅为需要的信号。图中各点信 号表达式分别如下：忍n=九十刖1小沁s四（二壮）=用 1 庸（F） cos 阿 f = I &，+ 栖（F） ws 化 t - cos arj=（1（斗 + 桝2（f） = - m（/>式中，常数 为直流成分，可以方便地用一个隔 直电容除去。0 /2A相干解调中的本地载波cos ct 3是通过对接收到的AM信号进行同步载波提取而获得的。本地载波必须与发送端的载波保 持严格的同频
6、同相。相干解调法的优点是接收性 能好，但要求在接收端提供一个与发送端同频同 相的载波。（2）非相干解调法AM信号非相干解调法的原理框图如图 5所示， 它由BPF、线性包络检波器（linear envelope detector，简称LED）和LPF组成。图中BPF 的作用与相干解调法中的 BPF作用完全相同； LED把AM信号的包络X LPF图4 AM 信号的相 干解调法直接提取出来，即把一个高频信号直接 变成低频信号；LPF起平滑作用。AM干解调包络检波法的优点是实现简单、成本低、不需要 同步载波，但系统抗噪声性能较差（存在门限效 应）。四、实验要求1. 在MATLAB和SIMULINK开发
7、平台上设计常规双边带幅度调制、相干解调系统。系统参 数如下：信源取频率为3K、幅度为1的正 弦信号，载波频率为信源频率的30倍，调 制指数为2/3 ;2. 测试调制前后信号波形、信号谱频；3. 比较信道输入信噪比分别为1和20两种 情况下，输出波形有何不同。系统仿真步长设为1e-6，仿真时间设为3 秒；4. 测试上述系统的输出信噪比，并用数字显示 器显示；（仿真时间设为0.2秒）5. 用MATLAB语言编程，绘出输出信噪比与输 入信噪比之间的关系。五、实验过程与结果1、设计常规双边带幅度调制、相干解调系统参数设置：Sig nal Gen erator*>37台 £ det!：s
8、aneIfiBVB focn sinsFine (t) 1st fiiiujlatLon tineline (t):Use 启ixulLart二on txneAmplitude:1FEeguency;FrcqR35ncy=3000190000nit-s. HertzUeliXs: Harts罔 Intcirot vector p£.rnDterj aj 1-I>回 rtTtfrrprfft wrtar卩晞匸目朮卩丁三了忙 當窗1*H信源信号载波信号频率为信源的30倍Constant value 为 1.5 , 滤波器设置Function Block Parameters: An
9、alog Filter Designhnalof FiltwirDesign one of several standard analoj filters, implenentd. in 呂七ate-spac& form*采样时间设置Fun匚tion Block Parameters: Zero-Order Holdllero-Order HoldZero-order hold.Paranat?rsSanple "tine (-1 for inharited):CancelHelpApply中按下图设置在 Simulation->Model configuration
10、parametersSfle-7tSsrvjj冲iSorD-at-a Iiipgrt/EKport DptiOLlEticai DiafnoatirirH ar-ijrare I mpl enent st ion Modol Kof £i9ik：iikSliuiiI orti or Tar e讹Code ijen.e匚s-tu an HThL Cudt- GeJiwId* laiiILSuluirx apiimt*' Addhti nruil «pti rraFiTTd-strp size "fimdirwirt-al s.npLc tinsStop ti
11、ne* Solver:auta :血it onat 1设置 Vector scope横纵坐标范围。?其他模块按默认设置即可。将AWGN Channel中信噪比选择SNR设置为1,仿真结果如下:3te&tl_2AlectcM, Scope-S"Testi _2/VectcH $<ape1-n Kflfiln Y'wwAj vi Chrrvhi BlJlW.iKin 蛍 mAihiVN- t U|既V 1u调制前信号波形如下：调制后Hk-V将AWGN Channel中信噪比选择SNR设置为20,仿真结果如下:蕭(et1.1 _JyVet?j&f cofie目
12、£ 0!央f?K 瞪曲p乂7口*teiS l_i/VeE.l&r ic口严T-c 9fib! He» A>es Lhjrfwieft IdijM1 制命Vs 7匕'll -KU -«U-Hk-f*网用JDfi 3D&<9D 30CIWxi113-bee -aCu d 加 Hu ”l:R调制前信号波形如下:调制后r II irt rTE hi it tie a ri A A 卩 A A A l川川 L if l 1 y iTMrr-frTtWttvTI 1j.1A A A A O A A h / /i n /I / I vrr i
13、iifl rfi li I11 、li l卜 i J i J ip if !11 V- XI q Q U 讣 J 4(/wwwwi MrI阳，H*2、测试上述系统的输出信噪比参数设置:滤波器:3 Funclioni Block Pdffdmieters; Analog Fiiker De&ignlJldbIds Fill曰工 Iwsisx- (rtirk： I iicxlE-bsitl ene of ee：wtwmd乩匚d amlc>E f llt-s tSri>plea-siitE 1 ik ttite-JfiaLE fbin：PsroetetsEhesx tn Fiat
14、nod Ehat-t aiwt rthFiltrr type:尙ii岡puhPiItax 规4於LcwreciEe fEeaui-：kt (i =.d/3'.刘 0&ODr|pr j dH：s：i：ajil erdge i r曰宅卜：】冴 <x id/s1 -2*pi*92CD匚 IT " IdB:工 Func廿on Block Paranietrs: Analog Filter Design? KAeiLos Filtee P&fi o 2冃flirih)Dvsiisti o防-jfFt细如4別说k flit酉工當卜m :戒aritL即合ub &quo
15、t;f omirPfiXfflncttCSDtsieri Tiethcid 血弋上EDE.hFil-tfr typ-e- E钮dsxopFilxx de dec.uLctvei pBssbaTid edge f c Eiu.ETLEy i/riLd/j):2KpLK2f0rTJrrT 103nrri -ri* frcjf y <i，!，d/-J:|蚀皿讥其他设置同1.仿真0.3秒，结果如下:18.66Display与设置的信噪比20有点误差。3、绘出输出信噪比与输入信噪比之间的关系将AWGChannel中信噪比选择SNR设置为x(i) ，To workspace 模块变量名为 simou
16、t，仿真文件名tx.mdl,代码如下:tx1 .m*十11 -clear2 -x=0: 1:10;3 -4 -3 for 1=1:length(x):-SNRFi)6 -elilC tx. tdL1) ：|1 y89 -end10 -plot g yT W )；11 -xlabeH3输入信噪比> :12 -ylabel(J输出信噪比)；13 -grid on;运行结果如下图:TTrCE"垢画£)T'Ti卓万 宙口訓 理曲旧 da釦 n0“圧|圉 土童4=-一 4012345678910輛人忙咗比将仿真模型SNR设置不同值，仿真结果与上图对 比一致。六、实验心得1、试验中设计仿真系统都是通过参考模型图 搜索模块，对于常用模块，要知道其功能，才能 知道它的分类，以后要用的时候就可以直接在模 块库中选择。2、本次实验难点主要在于各模块参数设置， 要将每一步设置与实验原理对应，方便理解。3、在做绘出输出信噪比与输入信噪比之间的关系时，遇到发现输出图形几乎为一条直线， 与 实验预期结果不同，经过排查，是没有将仿真模 型的SNF设置为向量x(i)，导致输出y不会随x 的改变而改变。遇到问题一定要积极寻找解决方