AM调制与解调系统的设计.docx

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1、信号与通信系统综合项目设计报告题目：AM调制与解调系统的设计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实现很多功能,制造出许多有用又实惠的电子产品，为我们的生活带来便利。本此课程设计主要的研究内容是了解AM信号的数学模型及调制方式以及其解调的方法。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。最后利用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

2、对比。关键词:AM信号，调制，解调，信噪比，MATLAB一、调制及解调原理21.l调制原理212j,11)王31. 2.1相干解调31.2. 2包络检波法3、.42.1 模拟调制原理42.2 AM调制的基本原理52. 3AM解调原理与抗噪性能72. 4FIR数字滤波器设计方法8三、AM调制解调系统的MATLAB仿真及其分析133. IAM调制解调分析的MATLAB实现133.2MATLAB仿真结果14总结16参考文献18lZ1刖S调制在通信系统中的作用是至关重要的。所谓调制就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义的调制分为基带调制和带通调制也称载波调制。在大多数场合调制一般指载波

3、调制。载波调制就是用调制信号去控制载波的参数的过程使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的信息信号基带信号这些新号可以是模拟的也可以是数字的。未接受调制的周期性振荡信号称为载波它可以是正弦波也可以是非正弦波。载波调制后称为已调信号它包含有调制信号的全部特征。解调则是调制的逆过程其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。此次设计主要进行模拟调至系统的模拟和仿真最常用和最重要的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。常见的调幅AM、双边带DSB、单边带VSB等调制就是幅度调制的几个典型实例而频率调制FM是角度调制中被广泛采用的一种。本文主要分析了AM在高

4、斯白噪声影响下的波形变化通过对有无噪声解调信号波形的对比分析估计AM调制解调系统的性能。一、调制及解调原理1.1 调制原理调制:将各种数字基带信号转换成适于信道传输的数字调制信号（已调信号或频带信号）；时域定义：调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化将信息荷载在其上形成已调信号传输而解调是调制的反过程通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号。频域定义：调制就是将基带信号的频谱搬移到信道通带中或者其中的某个频段上的过程而解调是将信道中来的频带信号恢复为基带信号的反过程。根据所控制的信号参量的不同调制可分为：调幅：使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。

5、调频：使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变而幅度保持不变的调制方式。调相：利用原始信号控制载波信号的相位。调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的信号，这就意味着把基带信号信源转变为一个相对基带频率而言频率非常高的代通信号。该信号称为已调信号，而基带信号称为调制信号。调制可以通过使高频载波随信号幅度的变化而改变载波的幅度、相位或者频率来实现。调制过程用于通信系统的发端。在接收端需将己调信号还原成要传输的原始信号，也就是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接受者（信宿）处理和理解的过程，该过程称为解调。调制的方式有很多。根据调制信号是模拟信号还是数字信号，载波是连续波（通常

6、是正弦波），还是脉冲波，相应的调制方式有模拟连续波调制（简称模拟调制）、数字连续波调制（简称数字调制）、模拟脉冲波调制和数字脉冲波调制等。计算机内的信息是由“0”和“1”组成数字信而在电话线上传递的却只能是模拟电信号（模拟信号为连续的，数字信号为间断的）。于是当两台计算机要通过电话线进行数据传输时就需要一个设备负责数模的转换。这个数模转换器就是我们这里要讨论的Modemo计算机在发送数据时先由Modem把数字信号转换为相应的模拟信号这个过程称为“调制”也成D/A转换。经过调制的信号通过电载波传送到另一台计算机之前也要经由接收方的Modem负责把模拟信号还原为计算机能识别的数字信号这个过程我们称

7、“解调”也称A/D转换。正是通过这样一个“调制”与“解调”的数模转换过程从而实现了两台计算机之间的远程通讯。1.2 解调原理调制过程的逆过程叫做解调。AM信号的解调是把接收到的已调信号AM()还原为调制信号AM信号的解调方法有两种相干解调和包络检波解调。1.2.1 相干解调由AM信号的频谱可知如果将已调信号的频谱搬回到原点位置即可得到原始的调制信号频谱从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调的原理框图如图1所示。图1相干解调器的一般模型将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得Sam(4CoSct=A0+n(t)cos2ct=o+m(t)+1o+m(t)c

8、os2ct(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。1.2.2 包络检波法由丛mQ)的波形可见AM信号波形的包络与输入基带信号TnQ)成正比，故可以用包络检的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。包络检波法属于非相干解调法，其特点是：解调效率高，解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难度。故几乎所有的调幅(AM)式接收机都采用这种电路。二、

9、模拟调制2.1模拟调制原理模拟调制是指用来自信源的基带模拟信号去调制某个载波，而载波是一个确知的周期性波形。模拟调制可分为线性调制和非线性调制本文主要研究线性调制。线性调制的原理模型如图2所示。设武。=山(力4853。,调制信号为小。)，已知信号为s(t)。SQ)租(。()H(t)s(t)Acos0t图2线性调制的原理模型调制信号m(t)和载波在乘法器中相乘的结果为:s(t)=m(t)Acos0t,然后通过一个传输函数为H的带通滤波器得出己调信号为。从图2.1中可得已调信号的时域和频域表达式为：s(t)=m(+c)M(c)(5)由以上表示式可见，在波形上，幅度已调信号随基带信号的规律呈正比地变

10、化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。标准振幅就是常规双边带调制，简称调幅AM。假设调制信号rn(t)的平均值为0,将其叠加一个直流偏量4。后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表达式为：Sam(C)=Mo+血CoS0t(6)式中，4。为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号，也可以是随机信号。若为确知信号，则AM信号的频谱为：Sm()=A0(+c)+5(c)+(+c)+M(c)(7)AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关也就是说载波分量并不携带信息。因此AM信号的功率利用率比较低

11、。AM调制器模型如下图3所示。小图3 AM调制器模型AM信号的时域和频域表达式分别为：SIMQ)=Mo+zn(t)COS0t=A0cos0t+n(t)cos0t(8)Srn(3)=TrZlo6(3+g)+6(3GC)+M(0+C0c)+M(3COc)(9)式中/0为外加的直流分量，小可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0,即沅(0=0。由频谱可以看出AM信号的频谱由载波分量、上边带、下边带三部分组成。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此AM信号是带有载波分量的双边带信号，他的带宽是基带信号带宽a的2倍，即BAM=2储AM调制典型波形和频谱如图4

12、所示图4AM调制典型波形和频谱如果在AM调制模型中将直流A去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式一抑制载波双边带信号(DSBSC),简称双边带信号。其时域表达式为：Sdsb(C)=gCOSgt(W)式中假设的平均值为0。DSB的频谱与AM的谱相近，只是没有了在3处的函数5,即Srn=IM(3+g)+M(G-Gc)(U)2.3 AM解调原理与抗噪性能解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号(即调制信号)。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调(包络检波)。相干解调，也称同步检波，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步(同频同相)的本地载波(

13、称为相干载波)，它与接受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号，通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。AM相干解调性能分析模型如图5所示：设解调器输入信号为：Sm(t)=m(t)cos(ct)(12)与相干载波cos(3c。相乘后，得m(t)cos2ct)=n(t)cos(ct)+n(t)cos(2ct)(13)经低通滤波器后，输出信号为：n0(t)=m(t)(14)因此，解调器输出端的有用信号功率为：s0=mg(t)=jm2(t)(15)解调AM信号时，接收机中的带通滤波器的中心频率强与调制频率g相同，此解调器输入端的窄带噪声：11i(t)=nc(t)cos(ct)ns(t)sin(ct)(16)它与相干载波cos(gt)相乘后,得ni(t)cos(ct)=nc(t)+1nc(t)cos(2ct)-ns(t)sin(2ct)(17)经低通滤波器后，解调器最终输出噪声为：九o(t)=c(t)(18)故输出噪声功率为：NO=11oW=鸿=oB(19)式中B=2h,为AM的带通滤波器的带宽，处为噪声单边功率谱密度。解调器输入信号平均功率：(20)