AM调制与解调

1、高频电子线路 振幅调制电路（AM,DSB,SSB）调制与解调高频电子线路振幅调制电路(AM,DSB,SSB)调制与解调 目录摘要（3）引言（4）原理说明（5）实验分析（10）总结（20）参考文献（21）摘要解调是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。对于幅度调制来说，解调是从它的幅度变化提取调制信号的过程。对于频率调制来说，解调是从它的频率变化提取调制信号的过程。而在在实际应用当中大型、复杂的系统直接实验是十分昂贵的，而采用仿真实验，可以大大降低实验成本。在实际通信中，很多信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变

2、化而变化，即所谓正弦载波调制。利用仿真软件对系统进行仿真可以弥补真实的实验设备所不能满足的条件，减少实验成本。21 引言  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，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，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。振幅调制的方法分为包络检波和同步检波，本文选用乘积型同步检波。 原理说明AM调制与解调首先讨论单频信号的调制情况。如果设单频调制信号Uo=UOMtcoswot，载波uc=Ucmcoswct,那么调幅信号（已调波）可表示为 uAM

3、=UAM（t）coswct式中，UAMt为已调波的瞬时振幅值。由于调幅信号的瞬时振幅与调制信号成线性关系，即有 UAMt=Ucm+kaUomcoswot =Ucm1+kaUwomUcm=Ucm1+macoswot由以上两式可得uAM=Ucm1+macoswotcoswct包络检波是指检波器的输出电压直接反应输入高频调幅波包络变化规律的一种检波方式。由于AM信号的包络与调制信号成正比，因此包络检波只适用与AM波的解调，其原理方框图如图1：低通滤波器非线性电路 图1包络检波器的输入信号为振幅调制信号Ui=Uim1+macoswotcoswct,其频谱由载频wc和边频wc+wo，wc-wo组成，载频

4、与上下边频之差就是wo。因而它含有调制信号的信息。DSB调制与解调在AM调制过程中，如果将载波分量抑制掉，就可形成抑制载波双边带信号。双边带信号可以用载波和调制信号直接相乘得到，即 UDSB=kutuot式中，常数k为相乘电路的相乘系数。如果调制信号为单频信号uwo=Ucoswot,载波uc=Ucmcoswct，则 UDSB=kUwomUcmcostcoswct =12kUmUcmcoswc+t+coswc-t同步检波分为乘积型与叠加型两种方式，这两种检波方式都需要接收端恢复载波支持。乘积型同步检波是直接把本地回复的借条载波和接收信号相乘，然后用低通滤波器将低频信号提取出来。在这种检波器中，要

5、求本地的解调载波和发送端的调制载波同频同相。如果其频率或相位有一定的偏差，将会使恢复出来的调制信号产生失真。图2示出了乘积型同步检波的原理方框图。设输入已调波信号ui=Uimcoswotcoswct,本地解调载波uo=Uomcos(wot+),则两信号相乘后的输出为 uiuo=kUimUomcostcoswctcoswot+ =12kUimUomcostcoswc+wo+coswc-wo+式中，k为乘法器的相乘系数。令wc-wo=wo,且低通滤波器的传输系数为1，则经低通滤波器后的输出信号为 U=12kUimUomcostcoswo+=Ucoswot+cost =Utcost当恢复的本地载波与

6、发射端的调制载波同步（同频，同相），即wo=0，=0时，有u=Ucost.即表明同步检波器能无失真地将调制信号恢复出来。低通滤波器乘法器 ui uo 图2SSB调制与解调对双边带调幅信号，只要取出其中的任一个边带部分，即可成为单边带调幅信号。其单频调制时的表示式为 上边带信号 USSBUt=12kUmUcmcoswc+t 下边带信号 USSBL(t)=12kUmUcmcoswc-t单边带信号的频谱宽度BSSB=max，仅为双边带振幅信号的一半，从而提高了频带使用率。由于只发射一个频带，因此大大节省了发射功率。本文选用下边带信号进行解调，采用乘积型同步检波方式。设输入已调波信号为ui=Uimco

7、swc-t, 本地解调载波uo=Uomcos(wot+),则两信号相乘后的输出为 uoui=kUimUomcoswc-t coswot+ =12kUimUomcoswc-t+wot+coswc-t-wot-式中，k为乘法器的相乘系数。令wc-wo=wo,且低通滤波器的传输系数为1，则经低通滤波器后的输出信号为 U=12kUimUomcoswc-t-wot-=Ucoswot-t-当恢复的本地载波与发射端的调制载波同步（同频，同相），即wo=0，=0时，有u=Ucost.即表明同步检波器能无失真地将调制信号恢复出来。 仿真及分析AM调制与解调源程序：clear;%将工作空间数据清空ma=0.3;%

8、调制系数omega_c=2*pi*8000;omega=2*pi*400;t=0:5/400/1000:5/400;u_cm=1;fam=1;fcm=1;fc=fcm*cos(omega_c*t);%高频载波fa=fam*(cos(omega*t)+cos(2*omega*t);%调制信号u_am=u_cm*(1+ma*fa).*fc;%已调信号U_c=fft(fc,1024);%对高频载波进行傅里叶变换U_o=fft(fa,1024);%对调制信号进行傅里叶变换U_am=fft(u_am,1024);%对已调信号进行傅里叶变换figure(1);subplot(3,2,1);plot(t,f

9、a,'k');title('调制信号');grid;axis(0 2/400 -2.5 2.5);xlabel('t');ylabel('fa');subplot(3,2,3);plot(t,fc,'k');title('高频载波');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('fc');subplot(3,2,5);plot(t,u_am,'k');title('已调信号');gri

10、d;axis(0 2/400 -3 3);xlabel('t');ylabel('u_am');fs=5000;w1=(0:511)/512*(fs/2)/100;subplot(3,2,2);plot(w1,abs(U_o(1:512)'),'k');title('调制信号频谱');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(3,2,4);plot(w1,abs(U_c(1:512)')

11、,'k');title('高频载波频谱');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(3,2,6);plot(w1,abs(U_am(1:512)'),'k');title('已调信号频谱');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');fa_o=abs(hilbert(u_am);%

12、对u_am进行hilbert变换，求绝对值得到瞬时幅度fa_o2=(fa_o-1)*10/3;%调整已调波振幅使其与调制信号一致figure(2);subplot(2,1,1);plot(t,fa,'k');title('调制信号');grid;axis(0 2/400 -2.5 2.5);xlabel('t');ylabel('fa');w=(0:1000)/1000*5/400;subplot(2,1,2);plot(w,fa_o2,'k');title('已解调信号');grid;axis(0

13、 2/400 -2.5 2.5);xlabel('t');ylabel('fa_o2');仿真： 图3 图4分析：AM调幅波的振幅随调制信号变化，而且包络的变化规律与调制信号波形一致，表明调制信号已记载在调幅波的振幅中。为了避免产生过量调幅失真，保证已调波的包络真实地反映出调制信号的变化规律，调制系数必须满足0<ma<1。利用包络检波后的波形与调制信号的基本一致。DSB调制源程序：clear;%将工作空间数据清空omega_c=2*pi*8000;omega=2*pi*400;t=0:5/400/1000:5/400;u_cm=1;u_m=1;k=1

14、;fc=u_cm*cos(omega_c*t);%高频载波fa=u_m*cos(omega*t);%调制信号u_am=k*fc.*fa;%已调信号U_c=fft(fc,1024);%对高频载波进行傅里叶变换U_o=fft(fa,1024);%对调制信号进行傅里叶变换U_am=fft(u_am,1024);%对已调信号进行傅里叶变换figure(1);subplot(3,2,1);plot(t,fa,'k');title('调制信号');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('fa&#

15、39;);subplot(3,2,3);plot(t,fc,'k');title('高频载波');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('fc');subplot(3,2,5);plot(t,u_am,'k');title('已调信号');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_am');fs=5000;w1=(0:511)/512*(fs/2)/100

16、;subplot(3,2,2);plot(w1,abs(U_o(1:512)'),'k');title('调制信号频谱');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(3,2,4);plot(w1,abs(U_c(1:512)'),'k');title('高频载波频谱');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel(&#

17、39;abs(H(jw)');subplot(3,2,6);plot(w1,abs(U_am(1:512)'),'k');title('已调信号频谱');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');仿真： 图5DSB解调源程序：clear;%将工作空间数据清空omega_c=2*pi*8000;omega=2*pi*400;t=0:5/400/1000:5/400;u_cm=1;u_m=1;u_om=1;k=1;%相乘系数%二阶低通滤波

18、器r=1.0e4;c=1.0e-8;omega_d=1:(250000-1)/511:250000;fs=5000;w=(0:511)/512*(fs/2)/100;m=r*c*omega_d;h_=(m.*m+1);hh=ones(1,512);h=hh./h_;%二阶低通滤波器滤波特性方程fc=u_cm*cos(omega_c*t);%载波fa=u_m*cos(omega*t);%调制信号u_i=k*fc.*fa;%已调波信号u_o=u_om*cos(omega_c*t);%解调载波u_am=k*u_i.*u_o;%载波信号与已调波信号相乘，k为相乘系数U_i=fft(u_i,1024);

19、%对已调波信号进行傅里叶变换U_o=fft(u_o,1024);%对解调载波进行傅里叶变换U_am=fft(u_am,1024);%对相乘信号进行傅里叶变换U_o2=h.*abs(U_am(1:512) h(512:-1:1).*abs(U_am(513:1024) ;%低通滤波输出figure(1);subplot(4,2,1);plot(t,u_i,'k');title('已调波信号');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_i');subplot(4,2,3);p

20、lot(t,u_o,'k');title('本地解调载波');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_o');subplot(4,2,5);plot(t,u_am,'k');title('相乘信号');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_am');subplot(4,2,7);plot(w,h,'k');title('二阶

21、低通滤波器');xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');w1=(0:511)/512*(fs/2)/100;subplot(4,2,2);plot(w1,abs(U_i(1:512)'),'k');title('已调波信号频谱');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(4,2,4);plot(w1,abs(U_o(1:512),'k&

22、#39;);title('本地解调载波频谱');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(4,2,6);plot(w1,abs(U_am(1:512),'k');title('相乘信号频域');grid;axis(0 15 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(4,2,8);plot(w1,U_o2(1:512),

23、'k');title('已解调信号');grid;axis(0 15 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');仿真： 图6 图7分析：在AM调制过程中，如果把载波分量抑制掉，就可以形成抑制载波的双边带信号。DSB的包络正比于调制信号|u0(t)|，当调制信号为零时，DSB波的幅度也为零。DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处要突变180°，在调制信号正半周期，已调波于原载频同相，相位差为0，在负半周期内，已调波于原载频同相，相位差为180。DSB已调波的频带宽度

24、是未调幅前限带信号频带的2倍。SSB调制源程序：clear;%将工作空间数据清空omega_c=2*pi*8000;omega=2*pi*400;t=0:5/400/1000:5/400;u_cm=1;u_m=1;k=1;fc=u_cm*cos(omega_c*t);%高频载波fa=u_m*cos(omega*t);%调制信号u_am=1/2*k*u_cm*u_m*cos(omega_c-omega)*t);%已调信号U_c=fft(fc,1024);%对高频载波进行傅里叶变换U_o=fft(fa,1024);%对调制信号进行傅里叶变换U_am=fft(u_am,1024);%对已调信号进行傅

25、里叶变换figure(1);subplot(3,2,1);plot(t,fa,'k');title('调制信号');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);subplot(3,2,3);plot(t,fc,'k');title('高频载波');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);subplot(3,2,5);plot(t,u_am,'k');title('已调信号');grid;axis(0 2/400 -1 1);fs=5000;w1=(0:511)/512*(

26、fs/2)/1000;subplot(3,2,2);plot(w1,abs(U_o(1:512)'),'k');title('调制信号频谱');grid;axis(0 0.7 0 500);subplot(3,2,4);plot(w1,abs(U_c(1:512)'),'k');title('高频载波频谱');grid;axis(0 0.7 0 500);subplot(3,2,6);plot(w1,abs(U_am(1:512)'),'k');title('已调信号频谱')

27、;grid;axis(0 0.7 0 500);仿真： 图8SSB解调源程序：clear;%将工作空间数据清空omega_c=2*pi*8000;omega=2*pi*400;t=0:5/400/1000:5/400;ma=0.3;%调制系数u_cm=1;u_m=1;u_om=1;k=1;%相乘系数%二阶低通滤波器r=1.0e4;c=2.5e-8;omega_d=1:(250000-1)/511:250000;fs=5000;w=(0:511)/512*(fs/2)/100;m=r*c*omega_d;h_=(m.*m+1);hh=ones(1,512);h=hh./h_;%二阶低通滤波器滤波

28、特性方程fc=u_cm*cos(omega_c*t);%载波fa=u_m*cos(omega*t);%调制信号u_i=1/2*k*u_cm*u_m*cos(omega_c-omega)*t);%已调波信号u_o=u_om*cos(omega_c*t);%解调载波u_am=k*u_i.*u_o;%载波信号与已调波信号相乘，k为相乘系数U_i=fft(u_i,1024);%对已调波信号进行傅里叶变换U_o=fft(u_o,1024);%对解调载波进行傅里叶变换U_am=fft(u_am,1024);%对相乘信号进行傅里叶变换U_o2=h.*abs(U_am(1:512) ;%低通滤波figure(

29、1);subplot(4,2,1);plot(t,u_i,'k');title('已调波信号');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_i');subplot(4,2,3);plot(t,u_o,'k');title('本地解调载波');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_o');subplot(4,2,5);plot(t,u_am,'

30、k');title('相乘信号');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_am');subplot(4,2,7);plot(w,h,'k');title('二阶低通滤波器');xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');fs=5000;w1=(0:511)/512*(fs/2)/100;subplot(4,2,2);plot(w1,abs(U_i(1:512)'),'k');title('已调波信号频谱');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(4,2,4);plot(w1,abs(U_o(1:512),'k');title('本地解调载波频谱');grid;axis(0 7 0 500);xlabel(&