基于matlab的AM—DSB调制系统仿真

1、本课程设计主要是为了进一步理解AM-DSB调制系统的构成及其工作原理， 并能通过matlab软件来实现对AM-DSB调制系统的仿真,且通过对各个元件的 参数进行不同的设置，来观察系统中各个模块的输出波形（尤其是眼图的观察1 在课程设计中，我们将用到matlab仿真平台，并构建AM-DSB传输模块，观察 各个模块的输出波形。 关键词：matlab仿真平台；AM-DSB调制系统。 摘要I 1课题内容错误!未定义书签。 2设计目的错误!未定义书签。 3设计要求1 4开发工具1 5系统设计1 5振幅调制产生原理1 5.2调制电路方案分析错误!未定义书签。 5.3信号解调思路2 6 AM基于matlab

2、的调制与解调错误!未定义书签。 参考文献15 1、课题内容 1. 设计AM信号实现的Matlab程序，输出调制信号、载波信号以及已调 号波形以及频谱图，并改变参数观察信号变化情况，进行实验分析。 2. 设讣AM信号解调实现的Matlab程序，输出并观察解调信号波形，分析实 验现象。 2、设计目的 1. 掌握振幅调制和解调原理。 2. 学会Matlab仿真软件在振幅调制和解调中的应用。 3. 掌握参数设置方法和性能分析方法。 4. 通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。 3、设计要求 利用Mat lab软件进行振幅调制和解调程序设计，输出显示调制信号、 载波信号以及已调信号波形，并输出显示三种

3、信号频谱图。对产生波形进行 分析，并通过参数的改变，观察波形变化，分析实验现象。 4、开发工具 计算机Matlab软件、相关资料 5、系统设计 5.1振幅调制产生原理 所谓调制，就是在传送信号的一方将所要传送的信号附加在高频振荡上，再 山天线发射出去。这里高频振荡波就是携带信号的运载工具，也叫载波。振幅调 制，就是山调制信号去控制高频载波的振幅，直至随调制信号做线性变化。在线 性调制系列中，最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅(AM)。 在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域中，已调波包络与 调制信号波形呈线性关系。 设正弦载波为 c(t) = A cos (%

4、 + %) 式中，A为载波幅度；笑为载波角频率；久为载波初始相位(通常假设久二0). 调制信号(基带信号)为m(t) o根据调制的定义，振幅调制信号(已调信号)一 般可以表示为 sm(t) = Am (f)cos 如) 设调制信号也的频谱为M(q),则已调信号几的频谱S加9)： A Sn,() = M(co + coc) + M(a)-coe) 5. 2调幅电路方案分析 标准调幅波(AM)产生原理 调制信号是只来来自信源的调制信号(基带信号)，这些信号可以是模拟的，亦 可以是数字的。为首调制的高频振荡信号可称为载波，它可以是正弦波，亦可以 是非正弦波(如周期性脉冲序列)。载波山高频信号源直接产

5、生即可，然后经过高 频功率放大器进行放大，作为调幅波的载波，调制信号山低频信号源直接产生， 二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波。 设载波信号的表达式为 cose/ ,调制信号的表达式为 COS/ ,则调幅信号的表达式为 sAm (0 = So + w(0 cos coct cosq/ (f) 图5. 1标准调幅波示意图 5. 3信号解调思路 从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调(demodulation ), 乂称 为检波(detection )。对于振幅调制信号，解调(demodulation )就是从它的幅 度变化上提取调制信号的过程。解调(demodulation )是调制的

6、逆过程。 可利用乘积型同步检波器实现振幅的解调，让已调信号与本地恢复载波信号 相乘并通过低通滤波可获得解调信号。 6. AM基于mat lab的调制与解调 6.1载波信号与调制信号分析 % =载波信号 = 1:0.00001:1; A0=10; %载波信号振幅 f=6000; %载波信号频率 w0=f*pi; Uc=AO*cos(wO*t);%载波信号 figure(l); subplot(2J J); plot(t,Uc); titleC载频信号波形，); axis(|O,O.OL-15J5); subp】ot(2 丄 2); Yl=fft(Uc);%对载波信号进行傅里叶变换 plot(ab

7、s(Y 1 );titlc(裁波信号频谱)； axis(5800,6200.0000000);_ 载波信号频谱 10 5 0 580058505900595060006050610061506200 X 105 图6.1载波信号 % =调制信号= = 1:0.00001:1; Al=5;%调制信号振幅 f=6000; %载波信号频率 w0=f*pi; mes=A 1 *cos(0.001 *w0*t);%调制信号 subplot(2J J); plot(tjnes); xlabel(t),title(调制信号)； subplot(2,l,2)； Y2=fft(mes);%对调制信号进行傅里叶变

8、换plot(abs(Y2); titleCiffl制信号频谱)； axis(| 198000.202000,0J 0000001); 调制信号频谱 5 iox1 2.0052.012.0152.02 ?.981.9851.991.995 X 105 如图62调制信号 二二二二二二=二=二二二二二=二二二二=AM I彳万 j 二二= = 1:0.00001:1; A0=10; %载波信号振幅 Al=5;%调制信号振幅 A2=3;%已调信号振幅 f=3000; %载波信号频率 w0=2*f*pi; m=05;%调制度 mes=A 1 *cos(0.001 *w0*t);% 消调制信号 Uam=A2

9、*( l+m*mes).*cos(wO).*t); % AM 已调信号 subplot(2J J); plot(t.Uam); grid on; titleCAM调制信号波形)； subplot(2,l,2)； Y3=fft(Uam)；% 对AM已调信号进行傅里叶变换 plot(abs(Y3),grid; titleCAM调制信号频谱); 5r 1 1 5950 5960 59705980 59906000 601060206030 60406050 如图6.3AM已调信号 6. 2设计FIR数字低通滤波器 FIR滤波器比觴采用间接法，常用的方法有窗函数法、频率采样法和切比雪 夫等波纹逼近法。

10、对于线性相位滤波器，经常釆用FIR滤波器。 对于数字高通、带通滤波器的设计，通用方法为双线性变换法。可以借助于 模拟滤波器的频率转换设计一个所需类型的过渡模拟滤波器，再经过双线性变换 将其转换策划那个所需的数字滤波器。具体设计步骤如下： （1）确定所需类型数字滤波器的技术指标。 （2）将所需类型数字滤波器的边界频率转换成相应的模拟滤波器的边界频率， 转换公式为Q二2/T tan（0.53） （3）将相应类型的模拟滤波器技术指标转换成模拟低通滤波器技术指标。 （4）设计模拟低通滤波器。 （5）通过频率变换将模拟低通转换成相应类型的过渡模拟滤波器。 （6）采用双线性变换法将相应类型的过渡模拟滤波器

11、转换成所需类型的数字滤 波器。 我们知道，脉冲响应不变法的主要缺点是会产生频谱混叠现象，使数字滤波 器的频响偏离模拟滤波器的频响特性。为了克服之一缺点，可以采用双线性变换 法。 下面我们介绍用窗函数法设IIFIR滤波器的步骤。如下： （1）根据对阻带衰减及过渡带的指标要求，选择串窗数类型（矩形窗、三角窗、 汉亍窗、哈明窗、凯塞窗等），并估计窗口长度N。先按照阻带衰减选择窗函数 类型。原则是在保证阻带衰减满足要求的情况下，尽量选择主瓣的窗函数。 （2）构造希望逼近的频率响应函数。 （3）计算 h（n）. o （4）加窗得到设计结果。 接下来，我们根据语音信号的特点给岀有关滤波器的技术指标： 低通

12、滤波器的性能指标： 通带边界频率fp二300Hz，阻带截止频率fc二320Hz，阻带最小衰减As二100db ,通 带最大衰减Ap二ldB 在Mat lab中，可以利用函数firl设计FIR滤波器，利用函数butter, chebyl 和ellip设计IIR滤波器,利用Mat lab中的函数freqz画出各步步器的频率响 应。hn=firl （M, wc, window）,可以指定窗函数向量windowo如果缺省window 参数，则firl默认为哈明窗。其中可选的窗函数有Rectangular Barlrtt Hamming Hann Blackman窗，其相应的都有实现函数。 MATLAB

13、信号处理工具箱函数buttp but tor butter是巴特沃斯滤波器设计 函数，其有5种调用格式，本课程设计中用到的是 N,wc=butter（N,wc,Rp,As,s）,该格式用于计算巴特沃斯模拟滤波器的阶 数N和3dB截止频率wc。 MATLAB信号处理工具箱函数cheblap, cheblord和cheebyl是切比雪夫I型滤波 器设计函数。我们用到的是cheeby 1函数，其调用格式如下： B, A=chebyl (N, Rp, wpo, ftypr) B, A =chebyl (N, Rp, wpo, ftypr s) 函数butter, chebyl和ellip设计IIR滤波

14、器时都是默认的双线性变换法， 所以在设计滤波器时只需要代入相应的实现函数即可。下面我们将给出FIR数字 滤波器的主要程序。 %=FIR滤波器二= Ft=2OOO;%采样频率 fpts=100 120;还通带边界频率fp=100Hz,阻带截止频率fs= 120Hz mag=l 0; dev=0.01 0.05; %通带波动1%,阻带波动5% n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,R);%kaiserord 估计釆用凯塞窗设计的 FIR 滤波器的参数 b21 =fir 1 (n21 ?wn21 .Kaiser(n21 +1 ,bcta);%由 fir

15、l 设计滤波器 lLw=freqz(b21,1);% 得到频率响应 plot(w/pi,abs(h); grid on titleCFIR低通滤波器)； FIR低通滤波器 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2-! L 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 如图6.6 FIR低通滤波器 6.3 AM解调 %=AM 信号解调= t=-l:0.00001:l; A0=10; %载波信号振幅 Al=5;%涮制信号振幅 A2=3;%已调信号振幅 f=3000; %载波信号频率 w0=2*f*pi; m=0.15; %调制度 k=0.5 ; %DSB前而的系数 mes=

16、Al*cos(0.001*w0*t);%调制信号 Uam=A2*(l+m*mes).*cos(wO).*t); %AM 已调信号 Dam=Uam.*cos(w0*t);%对AM调制信号进行解调 subplot(2,1,1); plot(t.Dam); grid on; LlcC滤波前AM解调信号波形J; subplot(2,l,2); Y5=fft(Dam);% 对AM解调信号进行傅里叶变换 plot(abs(Y5),grid; titleC滤波前AM解调信号频谱); axis( 187960,188040,0,200000); 滤波前AM解调信号波形 105滤波前AM解调信号频谱 如图6.7

17、 AM解调信号 AM解调信号FIR滤波= t=-l:0.00001:l; A0=10; %载波信号振幅 Al=5;%调制信号振幅 A2=3; %已调信号振幅 f=6000; %载波信号频率 w0=f*pi; m=05;%调制度 * *$*“* * Uc=A0.*cos(w0*t); subplot(5,2J): plot(t,Uc); MleC载波信号); axis(|O,O.Ol15J5); Tl=fft(Uc); subplot(5,2,2); plot(abs(Tl); titleC载波信号频谱)； axis(58OO,6200,0,1000000); %载波信号 %傅里叶变换 mes=

18、A 1 *cos(0.001 *wO*t); %调制信号 subplot(5,2,3); plot(t.mes); titleCiffl 制信号)； T2=fft(mes); subplot(5,2,4); plot(abs(T2); titleC调制信号频谱)； axis( 198000,202000.0.2000000); Uam=A2*( 1 +m*mes). *cos( wO). *t); subplot(5,2,5); plot(t,Uam); MleC已调信号); T3=fft(Uam); subplot(526); plot(abs(T3); Mice已调信号频谱)； axis(

19、5950,6050,0,500000); %AM 已调信号 * Dam=Uam.*cos(wO*t); subplot(5,2,7); plot(t.Dam); 山1W滤波前的AM解调信号波形); T4=fft(Dam); subplot(5,2,8); plot(abs(T4); 山lcC滤波前的AM解调信号频谱); axis(| 187960J 88040,0.200000); %对AM已调信号进行解调 %求AM信号的频谱 z21=fftfilt(b2LDam); subplot(5,2,9); plot(t,z21；r*); mieC滤波后的AM解调信号波形); T5=fft(z21);

20、 subplot(5,2J0); plot(abs(T5),F); MIX滤波后的AM解调信号频谱); axis( 198000,202000,0.200000); %FIR低通滤波 %求AM信号的频谱 10 cl I I I I I I I I I 1巫粧碇002 Q4 0.6伽1 I I I I I I I I I I 啊 ihimhmih .他I_IIII_III_I 1期碇仪 0 Q2 Q4 0.61 山豔藏AH髓詐誌 10i i Ti r- lomyu 1 QB 期呢仪 0 Q2 Q4 0.6 0J 1 豔諭AH强話誌 b 1.585 l.ffi l.5226 201 2015 20

21、2 xlO, X1OSM詐霸 2 : I I 9 1 0l I I I I I I I I I 的询锹瀏徹K(0 ffl:0 KB购僦瓯 xto5駭藏皿强話籍 2|IIIIr 0111f(11 1册 1.SW 1.砌 1触1.84 1 酬滋Q 1.3K 1妙 X10 %駭帥皿强詐霸 i iiiiiiii o./、ZZZZ/： 1I|11|11 1协期碇0Q2Q4 0.6 0Jt 门III 1.-6 tSffi l 1.9K22【(6 201 2015 2,(12 X10 t=-1:0.00001:1; A0=10; %载波信号振幅 Al=5;%调制信号振幅 A2=3; %已调信号振幅 f=60

22、00; %载波信号频率 wO=f*pi; m=O5;%调制度 Uc=AO.*cos(wO*t); 如图6. 9 AM解调信号FIR低通滤波 AM解调信号FIR滤波二=二二二加噪= * * %载波信号 11 subplot(5,2J); plot(t,Uc); mix载波信号)； axis(O,O.OL-15J5); Tl=fft(Uc); subplot(52,2); plot(abs(Tl); title(裁波信号频谱工 axis(58OO,6200,0J000000); mes=A 1 *cos(0.001 *w0*t); subplot(5,2,3); plot(tjnes); MleC

23、调制信号); T2=fft(mcs); subplot(5,2,4); plot(abs(T2); title(iJ5J制信号频谱)； axis(U 98000,202000.0.2000000); %傅里叶变换 気调制信号 Uam 1=A2*(1 +m*mes). *cos(w0).*t); subplot(5,2,5); plot(t.Uaml); MIX已调信号)； T3=fft(Uaml); subplot(5,2,6)； plot(abs(T3); miW已调信号频谱J; axis(5950,6050,0,500000); snl=20; dbl=AlA2/(2*(10A(snl/1

24、0); nl=sqrt(dbl)*randn(size(t); Uam=nl+Uaml; %AM 已调信号 * 务信噪比 $计算对应噪声方差 务生成高斯白噪声 Dam=Uam.*cos(wO*t);%对AM已调信号进行解调 subplot(5,2,7); plot(t.Dam); MIX滤波前的AM解调信号波形J； T4=fft(Dam);%求AM信号的频谱 subplot(5,2,8); plot(abs(T4); 12 ti啦滤波前的AM解调信号频谱); axis(l 87960J 88040 A200000); z21=fftfilt(b21,Dam);%HR 低通滤波 subplot(

25、5,2,9); plot(t,z21；r*); 山leC滤波后的AM解调信号波形)； T5=fft(z21);%求AM信号的频谱 subplot(5,2J0); plol(abs(T5),F); titled滤波后的AM解调信号频谱)； axis(| 198000,202000,0.200000); 载波信号 00.0050.01 调制信号 X105载波信号频谱 喘 :!一： g 5800 5900 6000 6100 6200 -1-0.500.51 已调信号 -1-0.500.51 x106调制信号频谱 倂；：7 1.981.9922.012.02 x 105 rXlO5已调信号频谱 M【

26、 595060006050 滤波前的AM解调信号波形 -1-0.500.51 滤波后的AM解调信号波形 -1-0.500.51 獅前的AM解调信号频谱 和 ；“ ；、 ； 1.8796 1.8798 1.88 1.8802 1.8804 x 105 搞戒后的AM解调信号频谱 1.981.9922.012.02 X105 13 7、结果分析 本设计圆满的完成了对AM信号实现调制与解调，与课题的要求十分相符; 也较好的完成了对AM信号的时域分析，通过fft变换，得出了调制信号和解调 信号的频谱图；在滤波这一部分，课题主要是从巴特沃斯滤波器入手来设计低通 滤波器等入手，实现了预期的滤波效果。在设II FIR低通滤波器的时候，通带边 界频率设定为载波信号频率Fp二f,阻带截止频率Fs二f+20,采样频率Ft二8f；在 设It IIR低通滤波器的时候，通带边界频率设定为Fp=f-50,阻