《《通信原理》课程设计-基于MATLAB的AM信号的调制与解调.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《通信原理》课程设计-基于MATLAB的AM信号的调制与解调.doc（15页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、课程设计报告院（部、中心） 姓 名 学 号 专 业 通信工程 班 级 同组人员 课程名称 通信原理课程设计 设计题目名称 常规AM方法调制 起止时间2011.6.132011.6.17 成 绩 指导教师签名 基于MATLAB的AM信号的调制与解调 摘要：现在的社会越来越发达，科学技术不断的在更新，在信号和模拟电路里面经常要用到调制与解调，而AM的调制与解调是最基本的，也是经常用到的。用AM调制与解调可以在电路里面实现很多功能，制造出很多有用又实惠的电子产品，为我们的生活带来便利。在我们日常生活中用的收音机也是采用了AM调制方式，而且在军事和民用领域都有十分重要的研究课题。 本文主要的研究内容是
2、了解AM信号的数学模型及调制方式以及其解调的方法。不同的解调方法在不同的信噪比情况下的解调结果，那种方法更好，作出比较。要求是进行双音及以上的AM信号的调制与解调。先从AM的调制研究，研究它的功能及在现实生活中的运用。其次研究AM的解调，以及一些有关的知识点，以及通过它在通信方面的运用更加深入的了解它。从单音AM信号的数学模型及调制解调方式出发，得出双音AM信号的数学模型及其调制与解调的框图和调制解调波形。利用MATLAB编程语言实现对双音AM信号的调制与解调，给出不同信噪比情况下的解调结果对比。关键词：AM信号，调制，解调，信噪比，MATLAB Modulation and demodula
3、tion of AM signal based on MATLABAbstract: Society becomes more developed now, science and technology in the update, in which signal and analog circuits often used in modulation and demodulation, and AM modulation and demodulation is the most basic, is also frequently used. To participate in the ide
4、ntification of such artificial methods, the ruling includes subjective factors, will vary from person to person, can identify the type of modulation is very limited. Automatic modulation recognition technology can be overcome not only to participate in recognition of artificial difficulties, and the
5、 center frequency and bandwidth of the estimation error, adjacent channel crosstalk, noise and interference factors such as the decline of effect is relatively robust. Using AM modulation and demodulation circuit which can achieve a lot of features, creating a lot of useful and affordable electronic
6、 products, in order to facilitate our lives. Used in our daily lives is the use of AM radio modulation, but also in the field of military and civilian research topics are very important. The main content of this paper is to understand the mathematical model of the AM signal and the modulation and th
7、e demodulation method. Demodulation different methods in different circumstances of the demodulation signal to noise ratio the results of methods that better, to make the comparison. Requirement is more than double the sound and the AM signal modulation and demodulation. AM modulation first study of
8、 its function and in real life use. AM demodulation followed by research, as well as some related knowledge, as well as through its use of communications more in-depth understanding of it. AM signal from the tone of the mathematical model and the modulation and demodulation methods, the two-tone AM
9、signal to draw a mathematical model and the block diagram of modulation and demodulation and modulation and demodulation waveforms. MATLAB programming language to use to achieve the two-tone AM signal modulation and demodulation, given the different circumstances of the demodulation signal to noise
10、ratio compared the results.Keyword: AM signal, Modulation, Demodulation, Noise ratio signal, MATLAB一 课题要求1.1 课程题目已知消息信号m(t)定义为：用常规AM方法调制载波， ，假设fc=250Hz，t0=0.15s，调制指数，(1) 导出已调信号的表达式。(2) 求消息信号和已调信号的频谱。(3) 如果该消息信号是周期的，周期为t0，求在已调信号中的功率和调制效率。(4) 如果一个噪声信号加到该消息信号上，使解调器输出端的SNR是10dB，求该噪声信号的功率。1.2课程设计的目的、意义随着
11、通信技术的飞速发展，通信系统的结构和功能变得越来越复杂，为了高效地完成各类研发工作，需要借助计算机辅助分析和设计工具。通信系统课程设计为学生提供一个利用计算机仿真技术对通信系统进行分析和研究的学习过程。通过仿真，学生可以更好地理解理论课程中所涉及到的概念、原理与计算方法。由于在理论课上必须将复杂性限制在较低的程度，以保证能够进行分析。在仿真过程中，允许我们方便地改变系统参数，而且通过仿真结果进行交互式和可视化的显示，可以迅速评估这些改变的影响，因此可以学习到更复杂和更实际的系统工作特性。通过课程设计的实践学习，培养学生的设计能力和解决实际问题的能力。这次课程设计以仿真形式进行，使学生能够掌握一
12、种基本的仿真软件对通信系统进行仿真。二 AM信号的原理以及特点2.1 噪声模型2.1.1 噪声的分类噪声的种类可广义的分为人为噪声、自然噪声和内部噪声；也可以按噪声对线性谱的影响是加性的还是乘性的区分，乘性噪声又称为相关噪声；从信号分布来说，噪声主要可以分为以下几类4-5：(1) 单频噪声单频噪声可视为己调正弦波，但幅度、频率、相位实现不可预知。其特点为占有极窄的频带，但在频谱上的位置可实测。(2) 脉冲噪声脉冲噪声表现为时域波形中突然出现的窄脉冲，在时间上表现为无规则的突发的短促噪声。其特点是脉冲幅度大，持续时间短，相邻脉冲之间的安静时段较长。从频谱上看，频谱上脉冲噪声有较宽的频谱，但频谱越
13、高，强度越小。(3) 起伏噪声起伏噪声是研究的重点。起伏噪声不可避免且普遍存在，是最基本的噪声来源。集中于调制解调器输入端的噪声通常是起伏噪声的一种变形，即带通型噪声。在调制信道中，可直接表示为窄带高斯噪声。相对于窄带高斯噪声，白噪声是非窄带噪声，白噪声是频谱在整个频率内部都是均匀分布的噪声，它在任意两个时刻内的随机变量都是不相关的。起伏噪声可近似地看作高斯噪声，且在相当宽的频率范围内具有平坦功率谱密度，可近似表述为高斯白噪声。(4) 平稳非平稳噪声平稳噪声是统计特性不随时间变化的一类噪声，而非平稳噪声指统计特性随时间变化的一类噪声。应该说，非平稳噪声在实际存在中比平稳噪声更有研究意义。2.1
14、.2 本文噪声模型通常认为背景噪声模型为具有双边谱密度的高斯随机过程。以概率随机取个数值中的某个值(代表时刻点)。若取，则噪声模型可以简化为谱密度为的平稳加性高斯白噪声。信道的参数不可能是一直恒定的，它有可能会发生突变，这体现在时间下标上。但通常认为在考察时间段内，这种突变发生的概率是很小的，即认为信道在考察时间段内是平稳的AWGN信道3。因此本文认为信道中的噪声都是平稳加性高斯白噪声。图2.1.1给出了高斯白噪声的时域波形及频谱。图2.1.1 高斯白噪声的时域波形及其频谱从图2.1.1可以看出，高斯白噪声在时域的显著特征是波形比较杂乱，没有任何的规律可言；在频域的显著特征是频谱非常平坦，其功
15、率在整个频带范围内均匀分布。2.2 通用调制模型 从理论上来说，各种信号都可以用正交调制的方法来实现，其时域形式都可以表示为： (2.2.1)若调制信号在数字域上实现时要对式(2.2.1)进行数字化： (2.2.2)从式(2.2.1)和式(2.2.2)可以看出，调制信号的信息都应该包括在和内。图2.2.1给出了调制信号的正交调制框图。本文规定所有调制信号所调制时所用载波的初始相位均为0，在后面的分析中不再另作说明。信源多相滤波相乘相加信源多相滤波相乘图2.2.1 调制信号正交调制框图2.3 AM信号的调制原理2.3.1 AM信号数字模型以及特点AM是指调制信号去控制高频载波的幅度，使其随调制信
16、号呈线性变化的过程。AM信号的调制原理模型如下6：M（t）为基带信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号，但通常认为它的平均值为0.载波为 （2.3.1）上式中，为载波振幅，为载波角频率为载波的初始相位。2.3.2 AM信号的波形和频谱特性 虽然实际模拟基带信号m(t)是随机的，但我们还是从简单入手，先考虑m(t)是确知信号的傅氏频谱，然后在分析m(t)是随机信号时调幅信号的功率谱密度。可知7 (2.3.2) 设m(t)的频谱为M(w），由傅氏变换的理论可得已调信号 (2.3.3)AM的波形和相应的频谱图如下图2.3.2 AM信号的时域波形及其频谱可以看出，第一：AM的频谱与基带信号的频谱呈线
17、性关系，只是将基带信号的频谱搬移，并没有产生新的频谱成分，因此AM调制属于线性调制；第二：AM信号波形的包络与基带信号成正比，所以AM信号的解调即可以采用相干解调，也可以采用非相干解调（包络检波）。第三：AM的频谱中含有载频和上，下两个边带，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息，股已调波形的带宽为原基带信号带宽的两倍，即 (2.3.4) 其中为调制信号的最高频率。三AM信号的解调原理以及特点3.1 AM信号的解调原理及方式 解调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6：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
18、用幅度调制（AM）信号。3.2 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3.2.1 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 (3.2.1) 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 (3.2.2) 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。3.3 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
19、信号来恢复原基带信号7。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。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 (3.3.1)其中，。隔去直流后就得到原信号3.4 抗噪声性能的分析模型 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8。 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
20、。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9 （3.4.1）有加性噪声时解调器的数学模型如图图 3.4.1 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。3.5 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。图中可以是各种调幅信号，如AM、DSB、SSB和VSB，带通滤波器的
21、带宽等于已调信号带宽10。下面讨论各种线性调制系统的抗噪声性能11。AM信号的时域表达式为 (3.5.1) 通过分析可得AM信号的平均功率为 (3.5.2)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 (3.5.3)AM信号经相干解调器的输出信号为 (3.5.4)因此解调后输出信号功率为 (3.5.5)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 (3.5.6)经LPF后， (3.5.7)因此解调器的输出噪声功率为 (3.5.8)可得AM信号经过解调器后的输出信噪比为 (3.5.9)由上面分析的解调器的输入、输出信噪比可得A
22、M信号的信噪比增益为 (3.5.10)四 仿真程序及波形图4.1.MATLAB主程序am.mecho ondf=0.2; %频率分辨率A=1;t0=0.15; %定义t0信号的持续时间的值ts=0.001; %定义抽样时间fs=1/ts; %fc=250; %定义载波频率snr=10; %定义信噪比，用dB表示snr_lin=10(snr/10); %信噪比的数值a=0.85; %定义调制系数t=0:ts:t0; %定义出抽样点数%定义m信号%m=ones(1,ceil(t0/(3*ts),-2*ones(1,ceil(t0/(3*ts),zeros(1,ceil(t0/(3*ts)+1);m
23、=1*ones(1,t0/(3*ts),-2*ones(1,(t0)/(3*ts),zeros(1,t0/(3*ts)+1);c=cos(2*pi*fc.*t); %载波信号m_n=m/max(abs(m); u=(1+am_n).*c; M,m,df1=fftseq(m,ts,df); %傅里叶变换，fftseq函数的程序段见后M=M/fs; %频率缩放，便于作图f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2;%定义频率矢量%u=(1+a*m_n).*c; %将调制信号调制在载波上%u=(A*(1+m).*c;%u=(A*(1+m).*c;U,u,df1=fftseq(u,ts
24、,df); %对已调信号作傅里叶变换U=U/fs; %频率缩放signal_power=spower(u(1:length(t); %计算信号的功率，函数spower程序见后%pmn=spower(m(1:length(t)/(max(abs(m)2;%计算调制信号的功率pmn=(1/4)*spower(m(1:length(t);eta=(a2*pmn)/(1+a2*pmn); %计算调制效率noise_power=eta*signal_power/snr_lin; %计算噪声功率noise_std=sqrt(noise_power); %噪声标准差noise=noise_std*randn
25、(1,length(u); %产生高斯分布的噪声r=u+noise; %总接收信号R,r,df1=fftseq(r,ts,df); %对总信号进行傅里叶变换R=R/fs; %频率缩放%以下为结果显示pause %pause使程序暂停，用户按任意键后继续执行signal_power %显示信号功率pause eta %显示调制效率pausesubplot(2,2,1)plot(t,m(1:length(t) %做出调制信号的曲线axis(0 0.2 -2.1 2.1);xlabel(Time)title(调制信号的曲线);pausesubplot(2,2,2)plot(t,u(1:length(
26、t) %作出已调制信号的曲线axis(0 0.15 -2.1 2.1);xlabel(Time)title(已调制信号的曲线);pausesubplot(2,2,3)plot(t,c(1:length(t) %作出载波的曲线axis(0 0.15 -2.1 2.1);xlabel(Time)title(载波的曲线);pausesubplot(2,1,1)plot(f,abs(fftshift(M) %作出频域的调制信号xlabel(Frequency);title(频域的调制信号)pausesubplot(2,1,2)plot(f,abs(fftshift(U) %作出频域的已调制信号titl
27、e(频域的已调制信号);xlabel(Frequency)pause subplot(2,1,1)plot(t,noise(1:length(t) %作出噪声曲线title(噪声曲线);xlabel(Time)pause subplot(2,1,2)plot(t,r(1:length(t) %作出总信号的时域曲线 title(总信号的时域曲线);xlabel(Time)pause subplot(2,1,2)plot(f,abs(fftshift(R) %作出频域的总信号曲线title(频域的总信号曲线);xlabel(Frequency) ;4.2 MATLAB 源程序代码fftseq.mf
28、unction M,m,df=fftseq(m,tz,df)fs=1/ts;if nargin=2 %判断输入参数的个数是否符合要求 n1=0;else n1=fz/df; %根据参数个数决定是否使用频率缩放endn2=length(m);n=2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2);M=fft(m,n); %进行离散傅里叶变换m=m,zeros(1,n-n2);df=fs/n;spower.mfunction p=spower(x)% p=spower(x)%SPOWER returns the power in signal xp=(norm(x)2)/length(
29、x);4.3 仿真程序波形图五 小结通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目，课本相结合的能力。既让我们懂得了怎么样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎么样用理论去解决。在本次设计中，我们还需要大量的新知识，于是图书馆和计算机网络成了我们很好的助手，在查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总遇到这样或者那样的问题，这时我们要耐心地解决它，为以后的工作设计积累经验。在实际操作中不断熟练。参考文献（References）1 樊昌信等.通信原理M（第6版）.北京
30、：国防工业出版社2 陈洁，焦振宇. 基于MATLAB7.0 的信号调制与解调分析J. 山西电子技术. 2006(5): 3437.3 傅祖芸. 信息论基础理论与应用M. 北京：电子工业出版社，2001ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzu
31、hRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfToXVRFFn7OwIYgJlamkUNXJYbz5Rrb7r4VsuR9zpfZFMfsjhcfCA37lNW2VVLRKN7R8psz1BN6oRic5hU5Z6HCxAYqyNPOG8duYbAwqSl20CSg06Dh2sM8HLtgPkIcSkrgOPDpuHBj1
32、LmPk7lYdvC6NNMwL3fwhZFTFVYAARY7lHSSxJ10V3pH3Y19BxYR77Ib7CpZSu2tijqe3hKqkKAu9KSkCpHKXUIKvvyJZpg2YijRkqfbGgOvyqKuxNWI9oMnJtt6QilZxtyrF7d20FbmabcfiixrQKUsVNXBPPFUXyQ1fJSKFSUbkgs2DUVQC9sz4JkbgN4Qqv66pyoARjurNFJ3TxyfclZiEePtwFJthphEipDFNqnR2HjQKV2DzWtMPDJQkBcXmovdsjqCTJagjMdLsKPgaD2s0H0vmZGAHt36gyUEZ7UmA
33、Nk1ndREuBeqdgrx0venqGnsyIB2ilq3SIQrNL4m56t7Z8Y8da5K0KUpn5Nzg4JvjdtfFHyt82AoGQkXo4VBLmLEiy2P7HtHBho07rCfttxodYDPPdtQsO7wxD0J6fKKlGm4woDzplhtRr2XgqN13hqy59zU1GegDyQniHNTaVSieueFQcYfUCJwd3vk5I7YKmhunDmIZ ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08g
34、VS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfToXVRFFn7OwIYgJlamkUNXJYbz5Rrb7r4VsuR9
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