周课程设计模拟调制系统的设计

1、Xx通大学信息科学与工程学院课程设计实验报告姓 名： 学 号 班 级： 实验项目名称： 模拟调制系统的设计 实验项目性质： 设计性实验 实验所属课程： 通信原理 实验室(中心)： 现代电子实验中心 指 导 教 师 ： 实验完成时间： 2013 年 1 月 1 日教师评阅意见： 签名： 年 月 日实验成绩：一、实验目的1. 综合应用Matlab编程与系统仿真、信号与系统、现代通信原理等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念；2. 培养学生系统设计与系统开发的思想；3. 培养学生利用软件进行通信仿真的能力。二、实验内容及要求内容：模拟调制系统：主要分为线性调制系统和非线性调制系统，其中线性调制

2、分为AM、DSB、SSB、VSB，非线性调制主要为FM，主要完成FM调制。（至少选择2种方法）。调制在通信系统中有十分重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将信号转换成合适于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。AM信号的调制属于频谱的线性搬移，它的解调往往采用非相干解调即包络解调方式；而FM信号的调制属于频谱的非线性搬移，它的解调有相干和非相干解调两种方式。要求：1. 最多2人一组（2人一组必须连成系统）2. 对通信系统有整体的较深入的理解，深入理解自己仿真部分的原理的基础，

3、画出对应的通信子系统的原理框图3. 提出仿真方案；4. 完成仿真软件的编制5. 仿真软件的演示6. 提交详细的设计报告三、实验原理1.模拟通信系统设计原理模拟通信系统的主要内容是研究不同信道条件下不同的调制解调方法。调制可以分为三类，即调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）。基带信号：（1）基带信号是由消息转化而来的原始模拟信号，它的频谱一般从零频附近开始，如语音信号为3003400Hz；（2）在实际通信系统中，基带信号一般含直流和低频成分，不宜直接传输，这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，并可在接收端进行反变换，完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。已调信号：它

4、有三个基本特征，即（1）携带有信息；（2）适合在信道中传输；（3）信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称带通信号或频带信号。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，再由天线发射出去。这里高频振荡波就是携带信号的运载工具，也叫载波。调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。2.振幅调制产生原理振幅调制，就是由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

5、关系。设正弦载波为： 式中，A为载波幅度； 为载波角频率； 为载波初始相位(假设 =0).调制信号（基带信号）为 。根据调制的定义，振幅调制信号（已调信号）一般可以表示为 ： 设调制信号的频谱为，则已调信号 的频谱： 3. 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：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，非相干解调一般适用幅度调制（AM）信号。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： AM信号的相干解调

6、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 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。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信号来恢复原基带信号。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hcw1w1RC时，包络检波器的输出基本与输

7、入信号的包络变化呈线性关系，即 。4.FM调制模式的建立图2 FM调制模型其中，为基带调制信号，设调制信号为设正弦载波为信号传输信道为高斯白噪声信道，其功率为。5.FM解调模型的建立 调制信号的解调分为相干解调和非相干解调两种。相干解调仅仅适用于窄带调频信号，且需同步信号，故应用范围受限；而非相干解调不需同步信号，且对于NBFM信号和WBFM信号均适用，因此是FM系统的主要解调方式。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。 图4 FM解调模型非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器等组成，其方框图如图5所示。限幅器输入为已调频信号和噪声，限幅器是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变

8、；带通滤波器的作用是用来限制带外噪声，使调频信号顺利通过。鉴频器中的微分器把调频信号变成调幅调频波，然后由包络检波器检出包络，最后通过低通滤波器取出调制信号。四、实验仪器、材料PC机一台MATLAB仿真软件五、实验过程（详细设计）AM:clear all;close all;clc;t=0:0.001:2; %定义tdt=0.001; %抽样间隔f1=2;f2=16;w1=2*pi*f1;w2=2*pi*f2; m=cos(w1*t); %基带信号c=cos(w2*t); %载波信号Sam=(1+m).*c;subplot(2,1,1);plot(t,m); title('基带信号波形

9、');xlabel('t');ylabel('m(t)'); subplot(2,1,2);plot(t,c); title('载波信号波形');xlabel('t');ylabel('c(t)'); figuresubplot(2,1,1);plot(t,Sam); title('已调信号波形'); xlabel('t');ylabel('Sam(t)');snr=5; %定义信噪比为5y=awgn(Sam,snr);%加入高斯白噪声subplot(2,1,

10、2);plot(t,y);title('加噪后的波形');xlabel('t'); ylabel('B(t)');%*通过带通滤波器和解调的波形图*m1=2*dt*10;m2=2*dt*18;b,a=butter(4,m1 m2,'bandpass') %设计带通滤波器H=filter(b,a,Sam); figuresubplot(2,1,1)plot(t,H);title('滤波后的波形');xlabel('t'); ylabel('H(t)');lb=abs(hilbert(H

11、); %解调lb=lb-1;subplot(2,1,2) %解调信号与原基带信号plot(t,m,t,lb,'r')title('基带信号与解调信号');ylabel('m(t)');xlabel('t'); FM:close all;clear all;clc;dt=0.001; t=0:dt:1; am=5; fm=5; mt=am*cos(2*pi*fm*t); fc=50; ct=cos(2*pi*fc*t); kf=10; int_mt(1)=0;for i=1:length(t)-1 int_mt(i+1)=int_m

12、t(i)+mt(i)*dt; end sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); snr=5; nsfm=awgn(sfm,snr);for i=1:length(t)-1 diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i)./dt;enddiff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm); %hilbert变换，求绝对值得到瞬时幅度zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zero;ts=0.001; fs=1/ts; df=0.3; %频率分辨

13、率m=am*cos(2*pi*fm*t); fs=1/ts;if nargin=2 n1=0;else n1=fs/df;endn2=length(m);n=2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2);M=fft(m,n);m=m,zeros(1,n-n2);df1=fs/n; %以上程序是对调制后的信号u求傅里变换M=M/fs; %缩放，便于在频谱图上整体观察f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2; %时间向量对应的频率向量fs=1/ts;if nargin=2 n1=0;else n1=fs/df;endn2=length(sfm);n=2(max

14、(nextpow2(n1),nextpow2(n2);U=fft(sfm,n);u=sfm,zeros(1,n-n2);df1=fs/n; %以上是对已调信号u求傅里变换U=U/fs; %缩放figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,mt); xlabel('时间t');title('调制信号的时域图');subplot(3,1,2);plot(t,ct); xlabel('时间t');title('载波的时域图');subplot(3,1,3);plot(t,sfm); xlabel('时间t'

15、;);title('已调信号的时域图');figure(2)subplot(2,1,1)plot(f,abs(fftshift(M) %fftshift:将FFT中的DC分量移到频谱中心xlabel('频率f')title('原调制信号的频谱图')subplot(2,1,2)plot(f,abs(fftshift(U)xlabel('频率f')title('已调信号的频谱图')figure(3)subplot(3,1,1);plot(t,mt); xlabel('时间t');title('调

16、制信号的时域图');subplot(3,1,2);plot(t,sfm); xlabel('时间t');title('无噪声条件下已调信号的时域图'); for i=1:length(t)-1 diff_sfm(i)=(sfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm); zero=(max(diff_sfmn)-min(diff_sfmn)/2;diff_sfmn=diff_sfmn-zero;subplot(3,1,3); plot(1:length(diff_sfmn)./1000,di

17、ff_sfmn./400,'r');xlabel('时间t'); title('无噪声条件下解调信号的时域图');figure(4)subplot(3,1,1);plot(t,mt); xlabel('时间t');title('调制信号的时域图'); for i=1:length(t)-1 diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i)./dt;enddiff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm); zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/

18、2;diff_nsfmn=diff_nsfmn-zero;subplot(3,1,2);plot(1:length(nsfm),nsfm); xlabel('时间t');title('含高斯白噪声已调信号的时域图');subplot(3,1,3); plot(1:length(diff_nsfmn)./1000,diff_nsfmn./4000,'r');xlabel('时间t'); title('含高斯白噪声解调信号的时域图');六、实验结果及分析AM:通过图可以看到输入的基带信号和载波信号通过图形可以看到已调信

19、号和加噪后的波形FM：原调制信号、载波信号和已调信号的曲线原调制信号和已调信号在频域内的图形原调制信号、无噪声条件下已调信号和解调信号的曲线AM调幅分析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。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)。载波由高频信号源直接产生即可，然后经过高频功率放大器进行放大，作为调幅波的载波，调制信号由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。 假设调制信号 的平均值为0，将其叠加一个直流偏量 后与载波相乘（如下图），即可形成调幅信号。设载波信号的表达

20、式为 ，调制信号的表达式为 ，则调幅信号的时域表达式为     式中： 为外加的直流分量； 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    AM调制模型调制过程分析在调制时，调制信号的频率去控制载波的频率的变化，载波的瞬时频偏随调制信号成正比例变化，即式中，为调频灵敏度（）。这时相位偏移为则可得到调频信号为   解调过程分析设输入调频信号为微分器的作用是把调频信号变成调幅调频波。微分器输出为包络检波的作用是从输出信号的幅度变化中检出调制信号。包络检波器输出为称为鉴频灵敏度（），是已调信号单