AM调制与解调的设计与实现.doc

课题三 AM调制与解调的设计与实现一、 本课题的目的本课程设计课题主要研究模拟系统AM调制与解调的设计和实现方法。通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的：1掌握模拟系统AM调制与解调的原理，了解FDM频分复用工作原理及实现方法。2掌握模拟系统AM调制与解调的设计方法； 3掌握应用MATLAB分析系统时域、频域特性的方法，进一步锻炼应用Matlab进行编程仿真的能力；4熟悉基于Simulink的动态建模和仿真的步骤和过程；二、 课题任务设计一个模拟系统，实现AM调制与解调。要求通过硬件实验掌握AM的工作原理，根据给定的技术指标通过程序设计实现系统仿真。硬件部分：基于信号与系统实验箱，使用信号源单元和FDM频分复用模块进行实验。软件仿真设计：采用Matlab语言设计，采用两种方式进行仿真，即直接采用Matlab语言编程的静态仿真方式和采用Simulink进行动态建模和仿真的方式。三、主要设备和软件1 信号与系统实验箱，一台（含FDM频分复用模块（DYT3000-70）、同步信号源模块（DYT3000-57）2 PC机，一台3 20MHz双踪示波器，一台4 MATLAB6.5以上版本软件，一套5 USB2090数据采集卡，一块三、 实验原理：AM调制解调的原理1.所谓调制，就是用一个信号（原信号也称调制信号）去控制另一个信号（载波信号）的某个参量，从而产生已调制信号，解调则是相反的过程，即从已调制信号中恢复出原信号。模拟调制方式是载频信号的幅度、频率或相位随着欲传输的模拟输入基带信号的变化而相应发生变化的调制方式，包括：幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）三种。 这三种调制方式的实质都是对原始信号进行频谱搬移，将信号的频谱搬移到所需要的较高频带上，从而满足信号传输的需要。幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律变化，其它参数不变。是使高频载波的振幅载有传输信息的调制方式。振幅调制分为三种方式：普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制（SSB）。所得的已调信号分别称为调幅波信号、双边带信号和单边带信号。设载波信号为，调制信号为，则输出调幅电压为 （1-1）式中是输入信号偏移，当，为普通调幅波，当时，为抑制载波的双边带调制波。是初始相位（设），为调制指数（或称为调幅度，）。1.1普通调幅波在单一频率信号作为调制信号时，调幅波的表达式为： （1-2）若调制信号为非正弦波，其表达式为： （1-3）在上两式中为调幅度或调制度，否则会产生过调制；。调幅波的频谱由三部分组成，包括载频分量和上、下边频（带）。振幅调制是把调制信号的频谱搬移到载频两端，在搬移的过程中频谱结构不变。这类调制属于频谱的线性搬移。调幅信号的带宽为调制信号最高频的两倍，即 BW=2Fmax。1.2双边带调制在调制过程中将载波抑制就形成了抑制载波的双边带信号，简称双边带信号。双边带信号的表达式为 （1-4）双边带信号的振幅与调制信号的绝对值成正比，其频谱只有上、下边频（带），载波分量被抑制。 1.3单边带调制单边带调制是由双边带经滤除一个边带或在调制过程中直接将一个边带抵消而成。单边带信号可分为上边带和下边带信号。单边带信号的一般表达式为 （1-5）或 （1-6）单边带调制方式在传输信息时，它所占用的频带为，比AM、DSB减小了一半，频带利用充分，因此目前已成为短波通信中的一种重要调制方式。1.4调幅波的解调调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。同步检波，又称相干检波，主要用来解调双边带和单边带调制信号，它有两种实现电路。一种由相乘器和低通滤波器组成，另一种直接采用二极管包络检波。 1.5频分复用的原理在频分复用系统中，信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段，每路信号用其中一个频段传输，因而可以用滤波器将它们分别滤出来，然后分别解调接收。频分多路系统的原理方框图如图5-1所示。图1-1频分多路复用原理方框图在选择载频时，应考虑到边带频谱的宽度。同时，为了防止邻路信号间的相互干扰，还应留有一定的保护频带，即： （1-7）其中：与分别为第路与路的载频的频率；每一路的最高频率；邻路间保护频带。1.6系统框图：1.7实验设计流程图：明确系统设计要求明确模块设计要求提出模块设计方案确定模块实现途径电路图的绘制、修改电路的焊接、装配元器件的采购、工具、仪器仪表的准备工作电路的调试模块的验收系统的联调系统验收开始结束2. 硬件模块说明2.1 同步信号源波形输出点说明：（同步信号源模块（DYT3000-57）模块布局见图2-2）图2-2 同步信号源模块布局500Hz 512KHz输出端：分别对应500Hz 512KHz方波信号输出。1K Sin OUT：为1K正弦波输出点。其幅度与相位分别由电位器1K Sin Gain和1K Sin Phase控制。2K Sin OUT：为2K正弦波输出点。其幅度由电位器2K Sin Gain控制。1K Tri OUT：为1K三角波输出点。其幅度由电位器1K TRI Gain控制。PULSE1 OUT和PULSE2 OUT：为频率和占空比可调的方波输出点，其频率由脉冲频率选择跳线Pulse1和Pulse2控制，占空比由电位器PULSE1和PULSE2控制。 2.2 频分复用模块输入、输出及测试点参考说明（FDM频分复用模块（DYT3000-70）（1）输入点参考说明128K载波输入：128K方波输入点。256K载波输入：256K方波输入点。调制信号一：1K正弦波输入点。调制信号二：2K正弦波输入点。（2）输出及测试点参考说明128K调制信号：1K正弦波经128K载波信号调制后波形输出点。256K调制信号：1K正弦波经256K载波信号调制后波形输出点。FDM：经过不同频率载波信号调制后的两路信号频分复用输出点。128K带通：128K和256K频分复用的两路信号经128K带通滤波后的波形输出点。256K带通：128K和256K频分复用的两路信号经256K带通滤波后的波形输出点。解调一：128K信号经解调后的信号输出点。解调二：256K信号经解调后的信号输出点。四、 设计内容、步骤和要求1. 硬件部分（1）根据设计指导书给定的系统性能指标参数及具体要求，初步确定分别实现普通调幅波调制及解调、抑制载波的双边带调幅波及解调、单边带调幅波及解调的系统框图，设计并画出电路原理图。（2）利用FDM频分复用模块（DYT3000-70）和同步信号源模块（DYT3000-57）进行系统设计，搭建实际的AM调制解调系统。系统相关参数参考实验箱及实验模块所提供的具体数据。观察各输出点波形并测量频率，做相应记录。具体步骤参考：1）接好电源线，将FDM频分复用模块和同步信号源模块插入信号系统实验平台插槽中，打开实验箱电源开关，通电检查模块灯亮，实验箱开始正常工作。2）将同步信号源模块产生的128K方波和256K方波分别送入FDM频分复用模块的128K载波输入和256K载波输入两个输入点。3）将同步信号源模块产生的1K正弦波分别送入FDM频分复用模块的调制信号输入端。4）分别用示波器观察128K调制信号输出点波形、256K调制信号输出点波形、FDM输出点波形、128K解调信号输出点波形和256K解调信号输出点波形。2. 软件部分（1）根据设计的系统框图，给出具体的参数，包括：载波频率、调制信号频率、载波大小、调制信号大小、拟定输出功率大小、放大器增益、滤波器参数等，进行基于Matlab语言的静态仿真设计。分别实现单音调制的普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制（SSB）的系统仿真设计，要求给出系统的Matlab编程仿真程序及结果，并要求写出程序的具体解释说明，记录系统的各个输出点的波形和频谱图。要求调制信号分别采用不同类型的信号进行仿真，至少给出两种以上调制信号源，如：单音信号、合成复杂音信号、数字语音信号经过数字信号恢复模拟信号的原始信号、直接录制的模拟语音信号。（2）根据设计的系统框图，给出具体的参数，内容同上，进