模拟通信系统的仿真实现

1、首都师范大学学士学位论文 曲线拟合在任意焦距的畸变校正中的应用论文编码（原论文分类号）：TP××首都师范大学本科学生毕业论文模拟通信系统的仿真实现Analog communication system Simulation 论文作者 吾买尔江.阿布来提 院 系 信息工程学院 专 业 电子信息工程系 学 号 1041000205 指导老师 赵晓旭 完成日期 2008年 5 月10 日 III首都师范大学Capital Normal University中文提要 本论文内容主要包括通信系统的概述、模拟通信系统的基本内容和以及用MATLAB仿真软件来实现模拟通信系统的仿真。模拟通

2、信系统的基本内容主要有通信系统的基本模型，模拟信号的线性调制（AM、DSB、）与解调，非线性调制（FM、PM）与解调，本论文同时也对仿真软件（MATLAB）简单介绍，同时用仿真软件实现上述模拟通信系统的仿真。关键词：模拟调制 AM DSB SSB FM 仿真AbstractPapers mainly including an overview of communications systems, analog communications system and the basic contents and use MATLAB simulation software simulation of

3、 communication systems to achieve the simulation. Analog communication systems are the main elements of the basic communication system model, the linear analog signal modulation (AM, DSB,) and demodulator, non-linear modulation (FM, PM) and demodulator, the paper also on the Simulation software (MAT

4、LAB) a brief introduction, while using simulation software to achieve the simulation of the communications system simulation.Keywords: Analog modulation AM DSB SSB FM Simulation目录第一章 引言1第二章 通讯系统及MATLAB的概述22.1 通讯与通讯系统22.2 通信 的方式42.3信息及其量度42.4通信系统的分类52.5 通信系统的性能指示62.6 MATLAB的简单介绍7第三章 模拟调制系统83.1 模拟调制的介

5、绍83.2 模拟调制的目的、分类、优点及关系8第四章 幅度调制104.1 概述104.2 常规双边带调幅（AM）114.2.1 AM信号的功率分配及调制效率144.2.2解调154.3双边带调制（DSB）174.4 解调184.5单边带调制（SSB）214.5.1 解调22第五章 角度调制255.1 角度调制的基本概念255.2 角度调制的原理调频信号的产生255.3 角度调制的原理265.4 相位调制（PM）275.5 频率调制（FM）275.6 解调 295.6.1 非相干解调295.6.2相干解调29第六章 总结与设想31致谢32收获体验及谢辞33参考文献34附录35首都师范大学Capi

6、tal Normal University第一章 引言通信是通过某种媒体进行的信息传递。没有通信，人类社会是不可想象的。在古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行信息传递。到了今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电，固定电话，移动电话，互联网甚至可视电话等各种通信方式。通信技术拉近了人与人之间的距离，提高了经济的效率，深刻的改变了人类的生活方式和社会面貌。21世纪是一个信息社会，信息交流将成为人们生活的基本需要。现代通信系统是信息时代的生命线，通信是推动人类社会文明、进步与发展的巨大动力。可见，通信是十分重要的。通信系统可分为模拟通信和数字通信。在数字信号通信快速发展以前主要是

7、模拟信号通信，模拟通信是基础，有合理使用频带资源，通信质量高，简单等优点，因此是研究数字通信的基础，对研究通信系统有很大的重要性。由于从信息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不适合直接进行传输。因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接受端则需要有反调制过程解调过程。通常，调制可以分为模拟调制和数字调制两种方式。在模拟调制中，调制信号的取值是连续的；而数字调制中的调制信号的取值则为离散的。目前常见的模-数变换可以看成是一中用脉冲串作为载波的数字调制，又称为脉冲编码调制。调制在通信系统中具有重要的作用。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

8、望的位置上，从而将调制信号转换成合适于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输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。 第二章 通信系统及MATLAB的概述2.1通信与通信系统人类社会是建立在信息交流基础上的。在人类社会中，人们总是离不开消息的传递。通信的任务就是克服距离上的障碍，迅速而准确地传递消息，或者说通信就是从一地向另一地传递消息。随着社会的发展和技术的进步，人们对传递消息的要求越来越高，人类通信交流的方式也越来越复杂。由于点通信方式能使消息几乎在任意距离上实现迅速、有效、准确、可靠的传输，因此目前的通信越来越依赖于利用“电”来传递消息的

9、这种“电通信”方式。通信的目的是传递消息中包含的信息。例如，语音、文字、图形、图像等都是消息。人们接收消息，关心的是消息中包含的有效内容，即信息。通信传输的消息是多种多样的，各种不同的消息可以分成两类：一类称作离散消息，另一类称作连续消息。离散消息是指消息的状态是可数的或是离散型的，比如符号、文字或数据等。连续消息则是其状态连续变化的消息，如连续变化的语音、图像等。为了传递消息，各种消息需要转换成电信号。消息与电信号之间必须建立单一的对应关系，否则在接收端就无法复制出原来的消息。如果电信号的参量携带着离散消息，则该参量必将是离散取值的，这样的信号就称为数字信号。如果电信号的参量连续取值，则称这

10、样的信号为模拟信号。按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信系统分成两类：模拟通信系统和数字通信系统。完成信息传递所需的所有设备的综合称为通信系统。点与点通信系统的一般模型如图2-1。图2-1通信系统的一般模型1、信息源 信源是发出信息的源，它是信息的发生地，其作用是把各种可能消息转换成原始电信-号。根据信源输出信号的性质不同可分为模拟信源和数字信源。模拟信源(如电话机、电视摄像机)输出连续变化的模拟信号，又称连续信源;数字信源(如电传机、计算机等各种数字终端设备)输出离散的数字信号，又称离散信源。 2、发送设备 发送设备的基本功能是将信源与信道匹配起来，将信源输出的信号变换成

11、适合信道传输的信号形式，然后送往信道。因语声、图像等原始的消息不能以电磁波来传送，所以需要通过发送设备将原始的非电消息变换成电信号，并再对这种电信号进一步转换，使其变换成适合某种具体信道传输的电信号。这种电信号同样载有原有的信息。例如电话机的送话器，就是将语声变换成幅度连续变化的电话信号，再进一步转换后送到信道上去。完成这种信号变换的方式多种多样，其中信道调制是最常见的变换方式。另外，发送设备还包括为达到某些特殊要求所进行的各种处理，如多路复用、保密与纠错编码处理等。3、信道 信道是指传输信号的通道，是发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介。它可以是有线的，也可以是无线的，有线和无线均有多

12、种传输媒质。传输过程中必然会引入干扰与噪声。信道的固有特性与引入的干扰特性直接关系到发送设备中变换方式的选取。4、接收设备 接收设备的基本功能是完成变换器的反变换，即进行解调、译码、解码等等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始信号来。对于多路复用信号，接收设备还具有解除多路复用和实现正确分路的功能。 5、信宿 信宿是传输信息的归宿是信息的接收者，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。 6、噪声源 噪声源是信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。在模拟通信系统中，需要两种变换: 第一种变换送端的连续消息要变换成原始电信号，接收端收到的信号要反变换成原连续消息

13、。这里所说的原始信号，由于它通常具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输。因此模拟通信系统里常需要有第二种变换 调制和解调。将原始电信号变换成其频带适合信道传输的信号，并在接收端进行反变换。 经过调制后的信号成为已调信号，它有两个基本特征一是携带有消息二是适应在信道中传输。发送端调制前和接收端解调后的信号成为基带信号。因此，原始电信号又称为基带信号，而已调信号又称为频带信号。模拟通信系统的模型如图2-2。图2-2模拟通信系统的一般模型2.2通信的方式上述的通信系统是单向通信系统，但在大多数场合，信源兼为信宿，需要双向通信。双向通信时，通信双方要有发送和接收设备，并需要各自的传输媒介。这就涉及到

14、通信方式与新到共享问题。常见的通信方式分为单工通信、半双工通信、双工通信三种。单工通信指消息只能单方面传输的工作方式，因此只占用一个信道。半双工通信指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。这种方式可以占用一个信道也可以占用两个信道。半双工通信的本质是单工通信。双工通信又称全双工通信，是指通信双方可以同时进行双向传输消息的工作方式。2.3信息及其量度通信的目的在于传递信息，每一消息信号中必定包含接收者所需要知道的信息。“信息”在概念上与消息的意义相似，但其含义更普遍、更抽象。消息以具体信号形式表现出来，而信息是消息中包含的有意义的、本质的内容。消息的出现是随机的、无法预知的。消息

15、可以是各种各样的，但其内容可统一用信息去表述。传输消息的多少可直观地用“信息量”来衡量。概率论告诉我们事件的不确定程度，可以用其出现的概率来描述。亦即事件出现的可能性越小，则概率就越小。反之，则概率就越大。据于这种认识我们得到，消息中的信息量与消息发生的概率紧密相关，消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量就越大。如果我们得到不是由一个事件构成而是由若干个独立事件构成的消息，那么这时我们得到的总的信息量，就是若干个独立事件的信息量的总和。综上所述可以看出，为了计算信息量，消息中所含的信息量I与消息x出现的概率P(x)间的关系式应当反映如下规律： (1)消息中包含的信息量I是出现该消息的概率P(

16、x)的函数，即I=IP(x)(2)消息的出现概率越小，它所含的信息量越大；反之信息量越小 ，且当P(x)=1时，I=0(3)若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量的和，即IP(x) P(x)= IP(x)+ IP(x)+不难看出，若I与P(x)间的关系式为I=log=logP(x)能满足上述要求，因此定义上式为消息x所含信息量。产生消息的信源有两大类：离散信源和连续信源。因此，产生的消息也有两大类，即离散消息和连续消息。离散消息是一种有限个状态的随机序列，可用离散型随机过程的统计特性来描述；连续信源可能产生的消息树目是无限的，其消息的取值也是无限的，必须用概率密度函数来描

17、述。连续消息的信息量可用概率密度来描述，可以证明，连续消息的平均信息量为H(x)=,式中f(x)为连续消息出现的概率密度。信息的传输必须经过信道，信道传输信息时有一定的容量，称为信道容量C，它是单位时间内信道上所能传输的最大信息量。对于信道容量，可用香农信道容量公式来概括，即C=Blog(1+)(bit/s) （公式2-1）由信道容量公式可知：（1）提高信噪比可以增加信道容量。（2）噪声功率N0时，信道容量C。（3）增加信道带宽，可以提高信道容量，但并不能无限制地增加。（4）信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以彼此转换。2.4通信系统的分类各种通信系统由于使用的波段、传输的信号、调制的方式等不

18、同，故种类繁多。可按以下不同角度，将通信系统进行分类。按信源产生的消息的物理特性分类：可分为电话通信、电报通信、图像通信和多媒体通信等系统。按消息的传输媒质划分：即按传输信道的不同可分为有线通信系统和无线通信系统。按信道中传输的信号的特征分类：可把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。在模拟通信系统中，传输信号的参数取值是随时间连续变化的波形信号。在数字通信系统中传输的信号是离散取值的脉冲信号。从消息传输的方式来划分：可分为单工通信、半双工通信和全双工通信系统。按发送设备中调制的方式分类：如果按照发送设备中是否采用调制来分，通信系统又有基带传输和调制传输两种。所谓基带传输，就是将未经调治的信

19、号直接传输，如音频市话、数字基带传输等。调制传输是对各种信号变换方式后进行的传输的总称，又称载波传输。这里所说的调制，主要指信道调制，它指的是用原始信号（又称调制信号或基带信号）改变或控制载波信号的一个或几个参数，使这些参数按原始信号的规律变化。常用的调制方式如下：连续波调制：双边带调幅AM、抑制载波双边带调幅DSB、单边带调幅SSB、残留边带调幅VSB、频率调制FM、相位调制PM、振幅键控ASK、频率键控FSK、相位键控PSK等。脉冲调制：脉幅调制PAM、脉宽调制PDM、脉位调制PPM、脉码调制PCM、差分脉码调制DPCM等。按传送信号的复用方式分类：可分为频分复用、时分复用、码分复用及波分

20、复用。频分复用是用频谱的搬移的方法使不同的信号占据不同的频率范围；时分复用是用脉冲调制的方法使不同的信号占据不同的时间区间；码分复用则是用一组正交的码序列携带不同的信号。2.5通信系统的性能指标通信系统的性能指标从通信的目的和任务来看，其主要质量指标应是传输的有效性和可靠性。有效性是在给定信道内能传输消息内容的多少，或者是说传输速度的问题；可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的质量问题。两个问题相互矛盾而又相对统一，通常还可以进行互换。1、有效性在模拟通信系统中，通信的有效性常用信息传输时用的带宽B来衡量。传输同样的信息，所占用带宽增加则有效性变低。若能利用同一带宽传送多路信号，则有效性就

21、高。在数字通信系统中，通信的有效性常用码元传输速率、消息传输速率以及系统频带利用率等来衡量。码元传输速率又称码元速率或传码率，用R表示，它是指单位时间内系统传输的码元符号的数目。消息传输速率又称为信息速率或传信率，用R表示，它是指单位时间内系统传送的信息量的多少。码元速率与信息速率的关系是明显的。当码元符号为二进制时，每个码元符号包含的信息量就是一个比特，这时码元速率等于信息速率。R或 （公式2-2）2、可靠性在模拟通信系统中，通信的可靠性是用接收端输出的信噪比S/N来衡量的，即接收端输出信号的平均功率S与噪声的平均功率N之比。信噪比不仅能衡量输出信号的失真程度，而且能衡量噪声对信号干扰的大小

22、。输出信噪比大，说明信号的传输质量好，即系统的抗噪声能力强，可靠性高。在数字通信系统中，描述通信可靠性的主要指标是误码率和误信率。误码率是指接收端错误接收饿码元数目与传输的总码元数目的比值，它表明系统传错码元的概率。误信率是指码元的信息量在传输过程中被丢失的概率。在设计通信系统时，总希望有效性和可靠性都很高，但实际系统中这两个性能指标是相互制约的，相互矛盾的。不同的系统对于可靠性和有效性的要求是不同的，所以在设计通信系统时，可两种性能的不同要求要合理安排、相互兼顾。2.6 MATLAB简单介绍美国Mathwork公司于1967年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory”（缩写为Ma

23、tlab）这就是matlab最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。从matlab诞生开始，由于其高度的集成性及应用的方便性，在高校中得到了极大的欢迎。由于她使用方便，能非常快的实现科研人员的设想，极大的节约了科研人员的时间，受到了大多数科研人员的支持，经过一代代人的努力，目前已发展到了6.5版本。MATLAB是一种用于科学工程的高效率高级语言。分为总包和若干个工具箱。MATLAB最初作为矩阵实验室（Matrix Laboratory），主要向用户提供一套非常完善的矩阵运算命令。随着数值运算的演变，它逐渐发展为各种系统仿真、数字信号处理、科学可视化的通用标准语言。随

24、着MATLAB版本的不断更新，其功能也越来越强，使它具有强大的矩阵计算和数据可视化能力，可以实现数值分析优化统计、信号处理、自动控制等若干个领域的数学计算，还可以实现二维、三维图形绘制，科学计算可视化，图像处理等图形图像方面的处理。可以方便地用于所有的科学和工程计算的各个方面。同时MATLAB通信工具箱中提供了许多MATLAB函数和Simulink仿真模块，可以用来对通信系统进行仿真和分析。这些函数和模块涉及通信系统的各个部分，用户可以根据需要进行选择，从而构筑自己的通信系统模型。MATLAB能给用户提供最直接、最简洁的开发环境。有简单易学、代码短小高效、计算功能强大、强大的图形表达功能、可扩

25、展性能等优点。在系统仿真、数字信号处理等各方面都有着广泛的应用。下面将通过MATLAB来仿真模拟通信系统，并结合仿真结果进行分析。第三章 模拟调制系统3.1模拟调制的介绍由于从信息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不适合直接进行传输。因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接受端则需要有反调制过程解调过程。通常，调制可以分为模拟调制和数字调制两种方式。在模拟调制中，调制信号的取值是连续的；而数字调制中的调制信号的取值则为离散的。目前常见的模-数变换可以看成是一中用脉冲串作为载波的数字调制，又称为脉冲编码调制。调制在通信系统中具有重要的作用。通过调制，不仅可以

26、进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成合适于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输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。 模拟调制：用来自信源的基带模拟信号去调制某载波 。载波：确知的周期性波形 余弦波：c(t)=Acos(w0t+j0) （公式3-1）式中，A为振幅； w0为载波角频率； j0为初始相位。定义：调制信号m(t) 自信源来的信号已调信号s(t) 调制后的载波称为已调信号调制器 进行调制的部件 3.2 模拟调制的目的、分类调制的目的是为了使得信号适应信道传输、合并多路信号、提高抗干扰性。模拟调制

27、可以分为线性调制和非线性调制。线性调制包括常规双边带调幅（AM）、单边带调制（SSB）、双边带调制（DSB）和残留边带调制（VSB）；非线性调制（或称为角度调制）包括频率调制（FM）和相位调制（PM）。模拟调制的优点是设备简单，占有带宽较窄，但它的抗干扰性能差，中继时噪声累积。FM调制和PM调制非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号第四章 幅度调制41 概述所谓调制，就是用调制信号（基带）去控制或改变载波的一个或几个参数，使调制后的信号（已调信号）含有原来调制信号的全部信息，但载波的某些参数按调制信号的规律变化。从频域上看，调制是一种频谱变换过程。

28、调制的目的在于使要传输的信号与信道相匹配，从而有效传输信号。调制可以分为模拟调制和数字调制方式。模拟通信的优点是直观且容易实现，是研究通信系统的基础。缺点是保密性差和抗干扰能力弱。调制的载波可以分为用正弦型信号作为载波和用脉冲串或一组数字信号作为载波。载波为高频正弦信号的调制为正弦波调制，它又分为模拟调制和数字调制。模拟调制可以分为线性调制和非线性调制。线性调制的已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构相同。线性调制的已调信号种类包括：调幅信号、单边带信号、双边带信号、残留边带信号等。非线性调制又称角度调制。其已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构有很大的不同，除了频谱搬移之外，还增加了许多新的

29、频率成分，所占用的饿频带宽度也可能大大增加。非线性调制的已调信号种类包括调频信号和调相信号。所谓振幅调制就是高频正弦载波的振幅随调制信号作线性变化的过程。设载波为，、分别为载波的振幅、角频率和初相位。设调制信号为，、分别为的振幅、角频率和初相位。为了简化取为0幅度调制器的一般模型如图4-1。图4-1 幅度调制的一般模型图中，为调制信号，为已调信号，为滤波器的冲激响应，则已调信号的时域和频域一般表达式分别为： (公式4-1) (公式4-2)式中，为调制信号的频谱，为载波角频率。由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频

30、域内的简单搬移。在一般模型图中，适当选择滤波器的特性，便可得到各种幅度调制信号，例如：常规双边带调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB）、单边带调制（SSB）信号等。42 常规双边带调幅（AM）如果载波信号是单频正弦波，调制器输出的已调信号的包络与输入调制信号为线性关系，则称这种调制为常规调幅，或简称调幅(AM:amplitude modulation)。这种调制方式在无线电广播系统中占有主要地位。 在常规双边带调幅中，输出已调信号的包络与输入调制信号成正比，其时域表达式为 (公式4-3)式中为外加的直流分量;为基带调制信号，通常认为其平均值为0。为载波的角频率，为载波的初始相位，典型的波形

31、图如图所示。 图4-2 AM信号的波形图由波形可知，用包络检波的方法便能恢复原始调制信号。但为了包络检波时不发生失真，必须满足 (公式4-4)否则将会出现过调幅现象而带来失真。 图4-3 AM信号的调制仿真图但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足 ，否则将出现过调幅现象而带来失真。定义调幅度m为调制电压与载波振幅之比。为了使已调信号不失真，调幅度m应小于或等于1。AM信号调制过程中不同调幅度的信号波形如图4-4所示。 图4-4正弦信号常规双边带调幅(AM)调幅度取不同值时的图注：蓝线表示调制信号，绿线表示已调信号图4-5 AM仿真图 m=1此时m=1，称为百分百调制，已调信号的包络恰好不失真

32、。此时m>1，出现过调现象，调制信号的包络出现严重的失真，在调制过程中，应尽量避免这现象，因为此时出现严重失真。图4-6 AM仿真图 m>1此时m>1，出现过调现象，调制信号的包络出现严重的失真，在调制过程中，应尽量避免这现象，因为此时出现严重失真。 图4-7 AM仿真图 m<1分析：要想使调幅波的振幅真实地反映调制信号地变化规律应使调幅度m1。m>1叫过渡调制，是不允许的，使调幅波的振幅变化规律与调制信号的变化规律不一致，就会产生失真。AM信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带

33、还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即： (公式4-5) 式中，为调制信号的带宽，为调制信号的最高频率。421 AM信号的功率分配及调制效率AM信号在1电阻上的平均功率应等于的均方值。当为确知信号时，的均方值即为其平方的时间平均，即： (公式4-6)  因为调制信号不含直流分量，即，且，所以 (公式4-7)式中，为载波功率；为边带功率，它是调制信号功率的一半。由此可见，常规双边带调幅信号的平均功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率分量与调制信号有关，载波功率分量不携带信息。为表征AM信号的功率利用程度，将AM

34、信号的边带功率与平均功率之比定义为AM信号的调制效率，即： (公式4-8)显然，AM信号的调制效率总是小于1。可见由于A的存在，AM信号的调制效率是不高的。为了保证不产生过调制现象应，因此AM信号的调制效率最高为50%。4.3 解调解调是调制的逆过程，它是已调信号中恢复出原来调制信号的过程。从频域上讲解调也是一种频谱变换过程。AM信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。 AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。（1）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

35、干解调的原理框图如图3.8所示。图4-8 AM信号的相干解调将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得 (公式4-9)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 (公式4-10)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。（2）包络检波法由的波形可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波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，如图4-6所示。图4-9 AM信号的包络检波法框图下图为串联型包络检波器的具体电路及其输出波形，电路由

36、二极管D、电阻R和电容C组成。当RC满足条件 (公式4-11) 时，包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即： 包络检波器输出的信号中，通常含有频率为的波纹，可由LPF滤除。图4-10 AM信号的包络检波法原理图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。解调仿真图形见图4-10，可以看出通过解调可以恢复出原信号。图4-11 m<1的仿真图 图4-12 m=1的仿真图 图4-13 m>1的仿真图 

37、0;  综上所述，采用常规双边带幅度调制传输信息的好处是解调电路简单，可采用包络检波法。AM信号的带宽是调制信号的最高频率的两倍。缺点是调制效率低，载波分量不携带信息，但却占据了大部分功率，白白浪费掉。如果抑制载波分量的传送，则可演变出另一种调制方式，即抑制载波的双边带调幅（DSB）。44 双边带调制(DSB)在消息信号m(t)上不加上直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB）调制信号，简称双边带（DSB）信号。 DSB调制器模型如下图，可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘。 图4-14 DSB信号的调制其时域和频域表示

38、式分别为： (公式4-12) DSB信号的包络不再与m(t)成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调；除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍，DSB信号的典型波形和频谱分别如下图： 图4-15 DSB信号的时间波形 图4-16 DSB信号的调制仿真图 图4-117正弦信号抑制载波双边带调幅(DSB)4.4.1解调在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（1），调制信号中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（D

39、SB）调制信号，简称双边带（DSB）信号。   DSB调制器模型如图4-14所示。可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘，其时域和频域表示式分别为 (公式4-13) (公式4-14)图4-18 DSB信号的模型 图4-19正弦信号抑制载波双边带调幅(DSB)由图可以看出DSB信号的包络不再与成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调；除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍， 即： (公式4-15)式中，为调制信号带宽，为

40、调制信号的最高频率。DSB信号的功率分配及调制效率由于不再包含载波成分，因此，DSB信号的功率就等于边带功率，是调制信号功率的一半 ，即： (公式4-16)式中，为边带功率，为调制信号功率。显然，DSB信号的调制效率为100%。DSB信号只能采用相干解调，其模型与AM信号相干解调时完全相同（见上图），此时乘法器的输出为 (公式4-17)经低通滤波器滤除高次项，得 (公式4-18)即无失真的恢复出原始信号。DSB信号的包络与调制信号波形不完全呈线性关系。当调制信号为正极性时，DSB信号的包络与调制信号成正比；但当调制信号为负极性时，DSB信号的包络与调制信号沿时间轴翻转180度的波形成正比。当调

41、制信号过零点时，DSB信号在对应点被包络的高频载波信号的相位发生180度突变。这意味着DSB信号中信息既记载于已调信号的振幅变化之中，同时也记载于已调信号的相位变化之中。因此DSB信号只能用同步解调法进行解调，而不能采用包络检波进行解调。这与AM信号比，增加了解调的复杂性。解调仿真图形见上图，可以看出通过解调可以恢复出原信号。DSB信号的带宽与AM信号的带宽相同，为调制信号最高频率的两倍。DSB信号中无载波分量，所有的功率都用在了两个携带有用信息的边带中，信号的调制效率为100%。由于DSB信号的上下两个边带是完全对称的，它们都携带了调制信号的全部信息，因此仅传输其中一个边带即可，这就是单边带

42、调制能解决的问题。4.5 单边带调制(SSB)由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了。这就又演变出另一种新的调制方式单边带调制（SSB）。 产生SSB信号的方法很多，其中最基本的方法有滤波法和相移法。 1.用滤波法实现单边带调制的原理图如图： 图4-20 单边带调制原理图图中的为单边带滤波器。产生SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时即为，产生下边带信号时 即为。用滤波法形成SSB信号，原理框图简洁、直观

43、，但存在的一个重要问题是单边带滤波器不易制作。这是因为，理想特性的滤波器是不可能做到的，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带。 2.用相移法形成SSB信号，SSB信号的时域表示式为 (公式4-19)式中，“”对应上边带信号，“+”对应下边带信号；表示把m(t)的所有频率成分均相移，称是m(t)的希尔伯特变换。 从SSB信号调制原理中可以清楚地看出，SSB信号的频谱是DSB信号频谱的一个边带，其带宽为DSB信号的一半，与基带信号带宽相同。单边带幅度调制的效率也为100%。从SSB信号调制原理中不难看出，SSB信号的包络不再与调制信号m(t)成正比，因此SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，需

44、采用相干解调。 单边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高；频带宽度只有双边带的一半，频带利用率提高一倍。缺点是单边带滤波器实现难度大。 图4-21 SSB仿真图4.5.1 解调从SSB信号调制图中不难看出，SSB信号的包络不再与调制信号成正比，因此SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，需采用相干解调，如图4-21所示。图4-21单边带调幅(SSB)解调的模型此时，乘法器输出 (公式4-20)经低通滤波后的解调输出为 (公式4-21)因而可得到无失真的调制信号。解调仿真图形见上图，可以看出通过解调可以恢复出原信号。综上所述，单边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高

45、；频带宽度只有双边带的一半，频带利用率提高一倍。缺点是单边带滤波器实现难度大。图4-22正弦信号单边带调幅(SSB) 图4-23 SSB信号的调制仿真图第五章 角度调制角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。   角度调制可分为频率调制（FM）和相位调制（PM），即载波的幅度保持不变，而载波的频率或相位随基带信号变化的调制方式。5.1角度调制的基本概念角度调制信号的一般表达式为 (公式5-1)式中，A为载波的恒定振幅；是信号的瞬时相位，称为相对于载波相位的瞬时相位偏移；

46、为信号的瞬时频率；为信号相对于载频的瞬时频偏。频率调制 (公式5-2)相位调制 (公式5-3)FM和PM非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。 如果将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相信号，如下图所示；同样，如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频信号，如图5-1所示。图5-1频率调制(FM)与相位调制(PM)的转换上左图（b）所示的产生调相信号的方法称为间接调相法，上右图（b）所示的产生调频信号的方法称为间接调频法。相对而言，上左图（a）所示的产生调相信号的方法称为直接调相法，上右图（a）所示的产生调频信号的方法称为直接调频

47、法。由于实际相位调制器的调节范围不可能超出，因而直接调相和间接调频的方法仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情形，而直接调频和间接调相则适用于宽带调制情形。5.2 角度调制的原理角度调制是用调制信号去控制载波信号角度(频率或相位)变化的一种信号变换方式,可以分为频率调制(FM)和相位调制(PM)。信号经过角度调制后,频谱结构将发生变化。也就是说，比如在调频信号中，载波信号的频率随着基带调制信号的幅度变化而改变。调制信号幅度变大时，载波信号的频率也变大（或变小），调制信号幅度变小时，载波信号的频率也变小（或变大）；而在调相信号中；载波信号的相位随着基带调制信号的幅度变化而改变。调制信号幅度变

48、大时，载波信号的相位也变大（或变小），调制信号幅度变小时，载波信号的相位也变小（或变大）；实际上，在某种意义上，调频和调相是等同的，所以我们都称之为角度调制；而在这种调制方式中，载波的幅度保持不变5.3 相位调制(PM) 角度调制信号的一般表达式为 (公式5-5)式中，A为载波的恒定振幅；是信号的瞬时相位，称为相对于载波相位的瞬时相位偏移；为信号的瞬时频率；为信号相对于载频的瞬时频偏。相位调制 (公式5-6)图5-3PM信号的时域波形 图5-4 PM信号调制、频谱、解调图下图第1行为已调信号，第2行为已调信号的频谱，第3行为解调信号。图5-5正弦信号的相位调制(PM) 5.5 频率调制（FM）

49、在模拟调制中，一个连续波有三个参数可以用来携带信息而构成已调信号。当幅度和相位保持不变时，改变载波的频率使之随未调信号的大小而改变，这就是调频的概念。瞬时角频率偏移为：f(t)时角频率偏移为：=+K f(t) （公式5-7）其中K称为频偏常数。 调制信号的表达式为： 频率调制 (公式5-8) 图5-6 FM信号仿真图图5-7正弦信号的频率调制(FM) 5.6 解调5.6.1 非相干解调由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅度，因而调频信号的解调必须能产生正比于输入频率的输出电压。最简单的解调器是具有频率-电压转换作用的鉴频器。理想鉴频器可看成是微分器与包络检波器的级联。见图5-9。图5-8鉴

50、频器 微分器输出的是一个调幅调频信号，即： (公式5-9)其幅度和频率皆包含调制信息。用包络检波器取出其包络，并滤去直流后输出 (公式5-10)即恢复出原始调制信号。这里，称为鉴频器灵敏度。上述解调方法称为包络检测，又称为非相干解调。这种方法的缺点是包络检波器对于由信道噪声和其它原因引起的幅度起伏也有反应。因而，使用中常在微分器之前加一个限幅器和带通滤波器。微分器实际上是一个FM-AM转换器，它可以用一个谐振回路来实现。5.6.2 相干解调由于窄带调频信号可分解成正交分量与同相分量之和，因而可以采用线性调制中的相干解调法来进行解调。其原理框图如图4.12所示。图5-9相干解调框图 图中的带通滤

51、波器用来限制信道所引入的噪声，但调频信号应能正常通过。设窄带调频信号为 (公式5-11)相干载波 (公式5-12)则乘法器输出为 (公式5-13)经低通滤波器滤除高频分量，得 (公式5-14)再经微分，得输出信号 (公式5-15)可见，相干解调可以恢复原调制信号，这种解调方法与线性调制中的相干解调一样，要求本地载波与调制载波同步，否则将使解调信号失真。图5-10FM信号的解调图显然，上述相干解调法只适用于窄带调频。解调仿真图形见上图，可以看出通过解调可以恢复出原信号。从以上图形可见，调频信号的频谱同未调信号的频谱几乎没有近似性，这是调频与调幅最大的不同；调频信号的另一个特点是，它不改变总功率，而是改变在各分量之间的分配关系，比如抑制载波上的功率，使某一边频的功率占的比例较大。调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换。鉴于在实际应用中多采用FM信号。第六章 结论与设想经过这个学期的毕业设计,我感到我学到了很多有用的东西。也许是刚开始做大实验显的很兴奋，查资料、准备器械，每一步都那么认真！五一都不休息，连着做，感觉在自己身上还是能挖掘一些科研的潜力。真正做科研，确实挺辛苦的，而且要很认真，细心。大学生活就要结束了终于自己完成了一份有价值的东西。一想很自豪二想有点舍不得离开学校了。以后要面对的坎坷就像做毕业设计一样要一步步解决一步步往前走的，在这里我要