1、摘要調幅，英文是Amplitude?Modulation(AM)。調幅也就是通常說的中波，范圍在503-1060KHZ。調幅是用聲音的高低變為幅度的變化的電信號。？本課程設計主要研究了AM模擬調制系統的設計和仿真。在本次通信系統仿真訓練中，我主要通過了解模擬幅度調制和解調的原理和其實現方法， 然后根據其模擬幅度調制系統的原理給出了調制和解調的框圖。其次弄懂了AM模擬調制的基本原理。最后利用Matlab軟件仿真模擬幅度調制系統，實現AM調制和相干解調， 給出了調制信號、 載波信號及已調信號及解調信號的波形圖和頻譜圖， 并計算了該系統的信噪比。關鍵詞：調制解調AM模擬調制信噪比目錄前言調制在通信系

2、統中的作用是至關重要的。所謂調制，就是把信號轉換成適合在信道中傳輸的形式的一種過程。廣義的調制分為基帶調制和帶通調制（也稱載波調制）。在大多數場合，調制一般指載波調制。載波調制，就是用調制信號去控制載波的參數的過程，使載波的某一個或某幾個參數按照調制信號的規律而變化。調制信號是指來自信源的信息信號（基帶信號），這些新號可以是模擬的，也可以是數字的。未接受調制的周期性振蕩信號稱為載波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。載波調制后稱為已調信號，它包含有調制信號的全部特征。解調則是調制的逆過程，其作用是將已調信號中的調制信號恢復出來。此次設計主要進行模擬調至系統的模擬和仿真，最常用和最重要的模擬調制

3、方式是用正弦波作為載波的幅度調制和角度調制。常見的調幅AM雙邊帶DSB單邊帶VSB等調制就是幅度調制的幾個典型實例；而頻率調制FM是角度調制中被廣泛采用的一種。本文主要分析了AM在高斯白噪聲影響下的波形變化，通過對有無噪聲解調信號波形的對比分析，估計AM調制解調系統的性能。一、調制及解調原理調制：將各種數字基帶信號轉換成適于信道傳輸的數字調制信號（已調信號或頻帶信號）；時域定義：調制就是用基帶信號去控制載波信號的某個或幾個參量的變化，將信息荷載在其上形成已調信號傳輸，而解調是調制的反過程，通過具體的方法從已調信號的參量變化中將恢復原始的基帶信號。頻域定義：調制就是將基帶信號的頻譜搬移到信道通帶

4、中或者其中的某個頻段上的過程，而解調是將信道中來的頻帶信號恢復為基帶信號的反過程.根據所控制的信號參量的不同，調制可分為：調幅，使載波的幅度隨著調制信號的大小變化而變化的調制方式。調頻，使載波的瞬時頻率隨著調制信號的大小而變，而幅度保持不變的調制方式。調相，利用原始信號控制載波信號的相位。調制的目的是把要傳輸的模擬信號或數字信號變換成適合信道傳輸的信號，這就意味著把基帶信號（信源）轉變為一個相對基帶頻率而言頻率非常高的代通信號。該信號稱為已調信號，而基帶信號稱為調制信號。調制可以通過使高頻載波隨信號幅度的變化而改變載波的幅度、相位或者頻率來實現。調制過程用于通信系統的發端。在接收端需將已調信號

5、還原成要傳輸的原始信號，也就是將基帶信號從載波中提取出來以便預定的接受者（信宿）處理和理解的過程。該過程稱為解調。調制的方式有很多。根據調制信號是模擬信號還是數字信號，載波是連續波(通常是正弦波)還是脈沖波，相應的調制方式有模擬連續波調制(簡稱模擬調制)、數字連續波調制(簡稱數字調制)、模擬脈沖波調制和數字脈沖波調制等。計算機內的信息是由“0”和“1”組成數字信號，而在電話線上傳遞的卻只能是模擬電信號(模擬信號為連續的，數字信號為間斷的)。于是，當兩臺計算機要通過電話線進行數據傳輸時，就需要一個設備負責數模的轉換。這個數模轉換器就是我們這里要討論的Modem計算機在發送數據時，先由Modem巴

6、數字信號轉換為相應的模擬信號，這個過程稱為“調制”，也成D/A轉換。經過調制的信號通過電話載波傳送到另一臺計算機之前，也要經由接收方的Modena責把模擬信號還原為計算機能識別的數字信號，這個過程我們稱“解調”，也稱A/D轉換。正是通過這樣一個“調制”與“解調”的數模轉換過程，從而實現了兩臺計算機之間的遠程通訊。解調原理調制過程的逆過程叫做解調。AM信號的解調是把接收到的已調信號還原為調制信號國。)。AM號的解調方法有兩種：相干解調和包絡檢波解調。(1)相干解調(2)由AM信號的頻譜可知，如果將已調信號的頻譜搬回到原點位置，即可得到原始的調制信號頻譜，從而恢復出原始信號。解調中的頻譜搬移同樣可

7、用調制時的相乘運算來實現。相干解調的原理框圖如圖1所示。SmBPF一ZMLPFm0*圖1相干解調器一般模型將已調信號乘上一個與調制器同頻同相的載波，得1.1.一SAM(t)cosctAom(t)cosctAom(t)A。m(t)cos2J(1)22由上式可知，只要用一個低通濾波器，就可以將第1項與第2項分離，無失真的恢復出原始的調制信號1.m0(t)-Aom(t)(2)2相干解調的關鍵是必須產生一個與調制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會破壞原始信號的恢復。(2)包絡檢波法由狽的波形可見，AM信號波形的包絡與輸入基帶信號冊Q)成正比，故可以用包絡檢波的方法恢復原始調制信號

8、。包絡檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成。包絡檢波法屬于非相干解調法，其特點是：解調效率高，解調器輸出近似為相干解調的2倍；解調電路簡單，特別是接收端不需要與發送端同頻同相位的載波信號，大大降低實現難度。故幾乎所有的調幅(AM式接收機都采用這種電路。二、模擬調制模擬調制是指用來自信源的基帶模擬信號去調制某個載波，而載波是一個確知的周期性波形。模擬調制可分為線性調制和非線性調制，本文主要研究線性調制。線性調制的原理模型如圖所示。設c(t)Acos2fot,調制信號為m，已調信號為s。圖2線性調制的遠離模型調制信號m(t)和載波在乘法器中相乘的結果為：s(t)m(t)Acosot,然后通

9、過一個傳輸函數為H的帶通濾波器，得出已調信號為。s(t)m(t)cosot*h(t)1(3)s(f)-M(ffo)M(ffo)H(f)式(2-1)中，M(f)為調制信號m(t)的頻譜。由于調制信號m和乘法器輸出信號之間是線性關系，所以成為線性調制。帶通濾波器H(f)可以有不同的設計，從而得到不同的調制種類。在幅度調制的一般模型中，若假設濾波器為全通網絡，調制信號m(t)中無直流分量，則輸出的已調信號就是無載波分量的雙邊帶調制信號，或稱抑制載波雙邊帶(DSB調制信號，簡稱雙邊帶(DSB信號。設正弦型載波c(t)Acos(用,式中：A為載波幅度，穌為載波角頻率。根據調制定義，幅度調制信號(已調信號

10、)一般可表示為：Sm(t)Am(t)cos(ct)(4)其中，m為基帶調制信號。設調制信號m(t)的頻譜為M(w),則由公式2-2不難得到已調信號Sm(t)的頻譜：A.Sm()M(c)M(c)(5)2由以上表示式可見，在波形上，幅度已調信號隨基帶信號的規律呈正比地變化；在頻譜結構上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內的簡單搬移。標準振幅就是常規雙邊帶調制，簡稱調幅(AM)。假設調制信號m(t)的平均值為0,將其疊加一個直流偏量A。后與載波相乘，即可形成調幅信號。其時域表達式為：SAM(t)(A0m(t)cos(ot)(6)式中：Ao為外加的直流分量；m(t)可以是確知信號，也可以是隨機信號。若

11、為確知信號，則AMJ號的頻譜為：Sm()A)(c)(c)1M(c)M(JAM信號的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帝人部分組成。AM信號的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調制信號有關，也就是說，載波分量并不攜帶信息。因此，AM信號的功率利用率比較低。AM調制器模型如下圖所示。圖3AM調制器模型AM1號的時域和頻域表達式分別為SAM(t)Am(t)COSc(t)e(8)Aocosc(t)m(t)cosc(t)1SAM(t)Ao(c)(c)M(c)M(c)(9)式中，Ao為外加的直流分量；m(t)可以是確知信號也可以是隨機信號， 但通常認為其平均值為0,即m(t)0o由頻譜可以看出

12、，AM信號的頻譜由載波分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。上邊帶的頻譜結構與原調制信號的頻譜結構相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。因此，AM信號是帶有載波分量的雙邊帶信號，他的帶寬是基帶信號帶寬fH的2倍，即AMM制典型波形和頻譜如圖1-1所示：圖4AM調制典型波形和頻譜如果在AM調制模型中將直流A去掉，即可得到一種高調制效率的調制方式一抑制載波雙邊帶信號(DSB-SC),簡稱雙邊帶信號。其時域表達式為SDSB(t)m(t)cos(ct)(10)式中，假設的平均值為0。DSB的頻譜與AM的譜相近，只是沒有了在3 處的函數6,即1 .Sm-M(c)M(c)(11)2AMB 調原理與抗噪性能解調是調制的逆過

13、程，其作用是從接收的已調信號中恢復原基帶信號(即調制信號)。解調的方法可分為兩類：相干解調和非相干解調(包絡檢波)相干解調，也稱同步檢波，為了無失真地恢復原基帶信號，接收端必須提供一個與接收的已調載波嚴格同步(同頻同相)的本地載波(稱為相干載波)，它與接受的已調信號相乘后,經低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調制信號。包絡檢波器就是直接從已調波的幅度中提取原調制信號，通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。AM因此，解調器輸出端的有用信號功率為：212TSOm0(t)m(t)(15)4解調AM信號時，接收機中的帶通濾波器的中心頻率?與調制頻率”相同，此解調器輸入端的窄帶噪聲：n(t)n

14、c(t)cos(ct)ns(t)sin(ct)(16)它與相干載波cosset)相乘后，得：,、，、1,、1_,、一.ni(t)cos(ct)-nc(t)一nc(t)cos(2ct)ns(t)sin(2&(17)22經低通濾波器后，解調器最終輸出噪聲為：1n0(t)n/t)(18)2故輸出噪聲功率為：2111Non2(t)n；(t)-NiNB(19)444式中，B23，為AM的帶通濾波器的帶寬，no為噪聲單邊功率譜密度。解調器輸入信號平均功率為：12,Si-m2(t)(20)2可得解調器的輸入信噪比：n(t)圖5AM相干解調性能分析模型設解調器輸入信號為:與相干載mco，、2，、m(t

15、)cos(ct)m(t)cos(1ct)低通濾波器-m(t)cos(ct)2經低通濾波器后，輸出信號為：m(t)cos(221cosctct)mo(t)m。儼no(t)(13)(14)NiSinB法三種，其中窗函數設計法是最常用的，其次是頻率采樣法，但這兩種方法在設計中還會存在一些不足之處，所以需要優化的設計方法，而等波紋逼近法很好的彌補了窗函數法和頻率采樣法的不足。對于數字高通、帶通濾波器的設計，通用方法為雙線性變換法。可以借助于模擬濾波器的頻率轉換設計一個所需類型的過渡模擬濾波器，再經過雙線性變換將其轉換策劃那個所需的數字濾波器。具體設計步驟如下：(1)確定所需類型數字濾波器的技術指標。(

16、2)將所需類型數字濾波器的邊界頻率轉換成相應的模擬濾波器的邊界頻率，轉換公式為QCD)(3)將相應類型的模擬濾波器技術指標轉換成模擬低通濾波器技術指標。(4)設計模擬低通濾波器。(5)通過頻率變換將模擬低通轉換成相應類型的過渡模擬濾波器。(6)采用雙線性變換法將相應類型的過渡模擬濾波器轉換成所需類型的數字濾波器。我們知道，脈沖響應不變法的主要缺點是會產生頻譜混疊現象，使數字濾波器的頻響偏離模擬濾波器的頻響特性。為了克服之一缺點，可以采用雙線性變換法。下面我們介紹用窗函數法設計FIR濾波器的步驟。如下：(1)根據對阻帶衰減及過渡帶的指標要求，選擇用窗數類型(矩形窗、三角窗、漢寧窗、哈明窗、凱塞窗

17、等)，并估計窗口長度No先按照阻帶衰減選擇窗函數類型。原則是在保證阻帶衰減滿足要求的情況下，盡量選擇主瓣的窗函數。(2)構造希望逼近的頻率響應函數。(3)計算h(n)。(4)加窗得到設計結果解調器的輸出信噪比：So點因此制度增益為：GAM也就是說，AM信號的解調器使信噪比改善一倍。FIR數字濾波器的設計方法主要有窗函數設計充m2(t)，BSo/NoSi/Ni(22)(23)頻率采樣設計法以及等波紋逼近設計接下來，我們根據語音信號的特點給出有關濾波器的技術指標：低通濾波器的性能指標：通帶邊界頻率fp=300Hz,阻帶截止頻率fc=320Hz,阻帶最小衰減As=100db,通帶最大衰減Ap=1dB

18、在Matlab中，可以利用函數firl設計FIR濾波器，利用函數butter,cheby1和ellip設計IIR濾波器，利用Matlab中的函數freqz畫出各步步器的頻率響應。hn=fir1(M,wc,window),可以指定窗函數向量window。如果缺省window參數，則fir1默認為哈明窗。其中可選的窗函數有RectangularBarlrttHammingHannBlackman窗，其相應的都有實現函數。MATLABJ號處理工具箱函數buttpbuttorbutter是巴特沃斯濾波器設計函數，具有5種調用格式，本課程設計中用到的是：N,wc=butter(N,wc,Rp,As,s)

19、,該格式用于計算巴特沃斯模擬濾波器的階數N和3dB截止頻率wc。MATLA第號處理工具箱函數cheblap,cheblord和cheeby1是切比雪夫I型濾波器設計函數。我們用至U的是cheeby1函數，其調用格式如下：B,A=cheby1(N,Rp,wpo,ftypr)B,A=cheby1(N,Rp,wpo,ftypr,s)函數butter,cheby1和ellip設計IIR濾波器時都是默認的雙線性變換法， 所以在設計濾波器時只需要代入相應的實現函數即可。三、AM調制解調系統的MATLA昉真及其分析MATLA 篁現信號DSB調制采用MATLAB函數modulate實現，其函數格式為：Y=MO

20、DULATE(X,Fc,Fs,METHOD,OPT為基帶調制信號，Fc為載波頻率，Fs為抽樣頻率，METHOD為調制方式選擇，DSBWI制時為am,OPMDSBiM制時可不選，Fs需滿足Fs2*Fc+BWBW的調制信號帶寬。DSB信號解調采用MATLAB函數demod實現， 其函數使用格式為：X=DEMOD(Y,Fc,Fs,METHOD,OPT訥DSB已調信號，Fc為載波頻率，Fs為抽樣頻率，METHOD解調方式選擇，DSB解調時為ani,OPTEDSBiM制時可不選。觀察信號頻譜需對信號進行即可得到原始的基帶調制信號。圖9為經過相干解調后的濾波前的解調信號波形圖及其頻譜濾波后的解調信號波形1

21、050度幅-1000.10.20.30.40.50.60.70.80.91tx105濾波后的解調信號頻譜54度幅10050100150200250300350400450500頻率1050-5-10C1050-5圖。圖10濾波后0.10.20.30.40.50.60.70.80.9時間加噪聲2的解調信號波形的解調信號的-1000.10.20.30.40.50.60.70.80.9傅里葉變換，采用MATLAB數fft實現，其函數常使用格式為：Y=FFT(X,N),X為時域函數，N為傅里葉變換點數選擇，一般取值20頻域變換后，對頻域函數取模，格式：Y1=ABS(Y)再進行頻率轉換，轉換方法：f=(

22、0:length(Y)-1)*Fs/length(Y)分析解調器的抗噪性能時，在輸入端加入高斯白噪聲，采用MATLAB1數awgn實現，其函數使用格式為：Y=AWGN(X,SNR)加高斯白噪聲于X中，SNM信噪比，單位為dB,其值在假設X的功率為0dBM的情況下確定。信號的信噪比為信號中有用的信號功率與噪聲功率的比值，根據信號功率定義，采用MATLAB函數var實現，其函數常使用格式為：Y=VAR(X),返回向量的方差，則信噪比為:SNR=VAR(X1)/VAR(X2)繪制曲線采用MATLABS數plot實現，其函數常使用格式：PLOT(X,Y),X為橫軸變量，Y為縱軸變量，坐標范圍限定AXI

23、S(x1x2y1y2),軸線說明XLABEL和YLABEL程序設計流程圖見附錄。MATLAB 仿真及其分析圖6載波信號的波形及其頻譜圖7調制信號的波形及其頻譜載波是指被調制以傳輸信號的波形，一般為正弦波。載波信號，就是把普通信號加載到一定頻率的高頻信號上，在沒有加載普通信號的高頻信號時，高頻信號的波幅是固定的，加載之后波幅就隨著普通信號的變化而變化。本設計采用頻率為8000Hz振幅為10的余弦載波信號，其波形及頻譜圖如圖6所示。調制信號是指來自信源的消息信號(基帶信號)，這些信號可以是模擬的，也可以是數字的。本設計中產生的基帶信號頻率為10H乙振幅為5的余弦信號。該基帶信號的波形及其頻譜如圖7

24、所示。圖8AM調制信號的波形及其頻譜圖9濾波前的解調信號的波形及其頻譜調制就是由調制信號去控制高頻載波的幅度，使之隨調制信號作線性變化的過程，本設計的AM已調信號的波形及其頻譜如圖8所示，從圖中可以看出已調信號幅度隨基帶信號的幅度變化而變化，且把頻率為10HZ的基帶信號搬移到頻率為8000Hz的載頻上，實現了信道的多路復用，提高了信道利用率。由式(4)可知，其解調后的信號中含有高頻及噪聲成分，經低通濾波器取出低頻分量,加噪聲1的解調信號波形時間波形及其頻譜圖11加入不同噪聲的解調信號波形圖10為經過低通濾波器，濾除了噪聲及高頻成分之后的解調信號的波形圖及其頻譜圖，其波形與基帶信號波形基本一致。

25、將信道中存在的不需要的電信號統稱為噪聲， 通信系統的噪聲是疊加在信號上的， 沒有傳輸信號時通信系統中也有噪聲，噪聲永遠存在于通信系統中。圖11為在信道中加入不同程度的高斯白噪聲經過低通濾波器后輸出的解調信號波形，可以看出其解調出的信號波形圖發生明顯的失真。圖12輸入/輸出信噪比圖13低通濾波器的幅度函數圖12為該系統采用相干解調時輸入、輸出信噪比的對比圖。總結在課程設計過程中，著重研究了DSB號調制與解調原理和MATLA瞅擬實現，熟悉了信號波形、頻譜的和系統性能的分析方法，了解了數字濾波器的設計與使用方法，綜合提高了自己的專業技能。通過對程序的設計， 我進一步熟悉了MATLAB1發環境， 對M

26、ATLAB勺一些具體操作和應用有了更深入的了解。如：有要求的正弦信號的產生，基本圖形的繪制和各種的函數的使用等。同時，這次設計我對數字信號處理和通信原理課本上學到的知識點有了更深入的理解和掌握。比如對信號的調制和解調過程有了更深層的理解，學會了如何使用MATLAB寸信號進行SS琳制和解調，了解了低通濾波器的MATLABJ計方法。還有很重要的一點是，我學會了如何安排設計所需的時間及合理利用網絡資源等普遍實用的學習方法，通過和同學探討，拓寬了我的眼界。參考文獻1,李建新.現代通信系統分析與仿真一MATLAB!信工具箱.西安：西安電子科技大學出版社，2000.2,樊昌信,通信原理,北京：國防工業出版

27、社，2002.3,劉敏,MATLAB,通信仿真與應用,北京：國防工業出版社.5,吳偉陵等著,移動通信原理,北京：電子工業出版社，2005附錄輸DSB周制信號加入白噪聲對已調信號解調顯示解調后，瑚耒制牖M第i|岫鳩尚波形及頻譜結束總體設計結構圖程序代碼：載波心A0=10;%載波信號振幅A1=5;%調制信號振幅fs=8000;%載波彳言號頻率fc=1000;ws=fs*pi;wc=fc*pi;y=A0*cos(ws*t);%載波心figure(1);subplot(2,2,1);plot(t,y);xlabel(t);title（載頻信號波形）;gridon;subplot(2,2,2);Y=ff

28、t(y);%對y的傅里葉變換plot(abs(Y);%頻譜取模xlabel(所)；title（載波信號頻譜）;gridon;調制信號A0=10;%載波信號振幅A1=5;%調制信號振幅fs=8000;%載波彳言號頻率fc=1000;ws=fs*pi;wc=fc*pi;%調制信號figure(2);subplot(2,1,1);plot(t,x);xlabel(t);title(調制信號);axis(0,1,-10,10);%gridon;subplot(2,1,2);X=fft(x);%plot(abs(X);%xlabel(頻率)；title(調制信號頻譜);gridon;AM已調信號A0=1

29、0;A1=5fs=8000;fc=1000;ws=fs*pi;wc=fc*pi;%調制信號%調制度%AM已調信號figure(3);subplot(2,1,1);plot(t,y1);gridon;xlabel(t);title(AM調制信號波形);axis(0,1,-10,10);subplot(2,1,2);Y1=fft(y1);%plot(abs(Y1);%gridon;xlabel(頻率)；定義坐標軸的范圍對x的傅里葉變換取模值傅里葉變換取模title(AM調制信號頻譜);axis(0,15000,0,500000);gridon;解調信號A0=10;A1=5fs=8000;fc=10

30、00;ws=fs*pi;wc=fc*pi;%AM調制信號已調信號調制度y11=y1.*cos(ws*t);%對AM已調信號進行解調figure(4);subplot(2,1,1);plot(t,y11);gridon;xlabel(t);title(未濾波的解調倍);axis(0,1,0,10);subplot(2,1,2);Y11=fft(y11);%傅里葉變換plot(abs(Y11);%取模gridon;xlabel(所)；title(未濾波的解調倍);axis(0,500,0,500000);gridon;AMB調彳S號FIR濾波A0=10;A1=5fs=8000;%AMFt=2000

31、;%fpts=100,120;%阻帶截止頻率fs=120Hz;mag=10;n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);%計的FIR濾波器的參數b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta);%h,w=freqz(b21,1);%figure(3);plot(w/pi,abs(h);gridontitle(FIR低通濾波器);figure(4);subplot(2,1,1);y111=fftfilt(b21,y11);%plot(t,y111);gridon;xlabel(t);title(,濾波后的解調信號波形,);axis(0,1,-10,10);subplot(2,1,2);Y111=fft(y111);%plot(abs(Y111);%gridon;xlabel(頻率)；title(,濾波后的解調信號頻譜,);axis(0,500,0,500000);gridon;加噪聲A0=10;A1=5fs=8000;fc=1000;ws=fs*pi;wc=fc*pi;%基帶信號調制度fc=1000;ws=fs*pi;wc=fc*pi;調制信號y11=y1.*cos(ws*t);%對AME調信號進行解調已調信號