1、 學(xué)號20100602050101 密級 公 開 本科畢業(yè)論文基于Matlab的AM調(diào)制解調(diào)及抗噪性能分析學(xué) 院 名 稱： 專 業(yè) 名 稱： 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 講師 二一四年五月 AM Modulation Demodulation and Antinoise Performance Analysis Based on Matlab College ： y Subject ： Electronic Sience and Technology Name ： Directed by ： Zh ecturer May 2014 鄭 重 聲 明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨

2、立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： 摘 要本文主要的研究內(nèi)容是依照傳統(tǒng)模擬調(diào)制的規(guī)范，給出了AM調(diào)制解調(diào)的具體流程。本論文研究的主要內(nèi)容是了解AM信號的數(shù)學(xué)模型及調(diào)制方式以及其解調(diào)的方法；不同的解調(diào)方法在不同的信噪比情況下的解調(diào)效果,做出比較。關(guān)鍵詞：Matlab；調(diào)制解調(diào)；AM；信噪比 ABSTRACT The main research content

3、of this paper is in accordance with traditional analog modulation standard, the specific process of AM modulation and demodulation is given. This paper studies the main content is to understand the mathematical model of AM signal, the modulation method and the demodulation method of it, Different de

4、modulation method in different SNR, making comparison of demodulation effect.Key words :matlab； modulator and demodulator；am；signal-to-noise-ratio 目錄第1章 緒論11.1 研究意義11.2 研究現(xiàn)狀11.3 研究內(nèi)容2第2章 AM調(diào)制解調(diào)的原理32.1 AM的調(diào)制原理32.2 AM的解調(diào)原理42.2.1 AM波的相干解調(diào)52.2.2 AM波的非相干解調(diào)62.3 抗噪聲性能分析72.3.1 相干解調(diào)的抗噪聲性能72.3.2 非相干解調(diào)的抗噪聲性能8第

5、3章 AM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真與分析103.1 Matlab簡介103.1.1 Matlab的產(chǎn)生與發(fā)展103.1.2 Matlab的應(yīng)用及特點103.2 AM調(diào)制調(diào)制的流程分析113.3 AM調(diào)制的仿真分析123.4 AM解調(diào)的仿真與分析203.4.1 AM的相干解調(diào)的仿真與分析203.4.2 AM非相干解調(diào)的仿真與分析213.5 抗噪聲性能分析243.5.1 相干解調(diào)抗噪性能計算結(jié)果243.5.2 非相干解調(diào)的抗噪聲性能計算結(jié)果24總結(jié)26參考文獻26致謝28第1章 緒論1.1 研究意義調(diào)制就是使一個信號（如光、高頻電磁振蕩等）的某些參數(shù)（如振幅、頻率等）按照另一個欲傳輸?shù)男盘枺ㄈ缏曇簟D像

6、等）的特點變化的過程。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，它的作用是從已調(diào)波信號中取出原來的調(diào)制信號。對于幅度調(diào)制來說，解調(diào)是從它的幅度變化提取調(diào)制信號的過程。對于頻率調(diào)制來說，解調(diào)是從它的頻率變化提取調(diào)制信號的過程。科學(xué)技術(shù)不斷的在更新，在信號和模擬通信的中心問題是要把載有消息的信號經(jīng)系統(tǒng)加工處理后，送入信道進行傳送，從而實現(xiàn)消息的相互傳遞。消息是聲音、圖像、文字、數(shù)據(jù)等多種媒體的集合體。把消息通過能量轉(zhuǎn)換器件，直接轉(zhuǎn)變過來的電信號稱為基帶信號。基帶信號有模擬基帶信號和數(shù)字基帶信號。模擬信號的載波調(diào)制電路里面經(jīng)常要用到調(diào)制與解調(diào)。而AM的調(diào)制與解調(diào)是最基本的，也是經(jīng)常用到的.隨著電腦的發(fā)展和普及，調(diào)制與解調(diào)

7、在電腦通信中也有著十分重要的作用。AM是調(diào)幅（Amplitude Modulation），用AM調(diào)制與解調(diào)可以在電路里面實現(xiàn)很多功能，制造出很多有用又實惠的電子產(chǎn)品，為我們的生活帶來便利1。隨著電腦的發(fā)展和普及，調(diào)制與解調(diào)在電腦通信中也有著十分重要的作用應(yīng)用。1.2 研究現(xiàn)狀用MATLAB仿真工具仿真的AM調(diào)制解調(diào)與解調(diào)器抗干擾性能分析的工作原理和工作過程,完成對調(diào)制與解調(diào)過程的分析以及相干解調(diào)器的抗干擾性能的分析。通過對波形圖的分析給出不同信噪比情況下的解調(diào)結(jié)果對比。尋找最佳調(diào)試解調(diào)途徑已相當(dāng)重要。其中將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成模擬形式稱調(diào)制，將模擬形式轉(zhuǎn)換回數(shù)字信息稱為解調(diào)。調(diào)幅是使高頻載波信號的振

8、幅隨調(diào)制信號的瞬時變化而變化。也就是說，通過用調(diào)制信號來改變高頻信號的幅度大小，使得調(diào)制信號的信息包含入高頻信號之中，通過天線把高頻信號發(fā)射出去，然后就把調(diào)制信號也傳播出去了。這時候在接收端可以把調(diào)制信號解調(diào)出來，也就是把高頻信號的幅度解讀出來就可以得到調(diào)制信號了。早期VHF 頻段的移動通信電臺大都采用調(diào)幅方式，由于信道快衰落會使模擬調(diào)幅產(chǎn)生附加調(diào)幅而造成失真，目前已很少采用。調(diào)頻制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調(diào)幅制，對移動信道有較好的適應(yīng)性，現(xiàn)在世界上幾乎所有模擬蜂窩系統(tǒng)都使用頻率調(diào)制。1.3 研究內(nèi)容本文主要的研究內(nèi)容是了解AM信號的數(shù)學(xué)模型及調(diào)制方式以及其解調(diào)的方法在不同的信噪比情況下的

9、解調(diào)結(jié)果。先從AM的調(diào)制研究，其次研究AM的解調(diào)以及一些有關(guān)的知識點，得出AM信號的數(shù)學(xué)模型及其調(diào)制與解調(diào)的框圖和調(diào)制解調(diào)波形圖，然后利用MATLAB編程語言實現(xiàn)對AM信號的調(diào)制與解調(diào),給出不同信噪比情況下的解調(diào)結(jié)果對比。第2章 AM調(diào)制解調(diào)的原理2.1 AM的調(diào)制原理 AM是指對信號進行幅度調(diào)制2。一般做法是先在原信號上疊加一個直流信號，以保證信號， 然后乘上一個高頻的余弦信號，即得到。在頻域上的效果就是將原信號的域譜移動到W處，以適合信道傳輸?shù)淖罴杨l率范圍g(t)的包絡(luò)線即，用一個簡單的包絡(luò)檢測電路就可以接收并還原信號了。AM調(diào)制 信道信宿信號AM解調(diào)信源信號 加性噪聲圖2.1 仿真原理圖

10、調(diào)制信號 （2.1） 載波信號 （2.2） 調(diào)幅信號的時域表達式 （2.3） 滿足條件 （2.4）幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻正弦載波的幅度,使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化的過程3。幅度調(diào)制器的一般模型如圖2.2所示。 h(t) m(t) 圖2.2幅度調(diào)制模型在圖2.2中，若假設(shè)濾波器4為全通網(wǎng)絡(luò)（ H()1），調(diào)制信號mt疊加直流A0后再與載波相乘，則輸出的信號就是常規(guī)雙邊帶（AM）調(diào)幅.AM調(diào)制器模型如圖2.3所示: m（t） A0 圖2.3 AM調(diào)制模型AM信號波形的包絡(luò)與輸入基帶信號mt成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號。但為了保證包絡(luò)檢波時不發(fā)生失真，須滿足，否則將出現(xiàn)過調(diào)

11、幅現(xiàn)象而帶來失真。AM信號的頻譜是由載頻分量和上、下兩個邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號的完整信息。故AM信號是帶有載波的雙邊帶信號，它的帶寬信號帶寬的兩倍。從圖中可知發(fā)送信號m(t)和直流分量疊加后乘以高頻載波后即可形成AM調(diào)制信號。具體時域表波形為： （2.5） =對應(yīng)的頻譜波形為： （2.6）2.2 AM的解調(diào)原理解調(diào)是調(diào)制的逆過程，它的作用是從已調(diào)波信號中取原來的調(diào)制信號。對于幅度調(diào)制來說，解調(diào)是從它的幅度變化提取調(diào)制信號的過程。例如收音機里

12、對調(diào)幅波的解調(diào)通常是利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕瑢⒎雀哳l信號去掉一半，再利用電容器的充放電特性和低通濾波器去高頻分量，就可以得到與包絡(luò)形狀相同的音頻信號。對于頻率調(diào)制來說，解調(diào)是從它的頻率變化提取調(diào)制信號的過程，頻率解調(diào)要比幅度解調(diào)復(fù)雜，用普通檢波電路時無法解調(diào)出調(diào)制信號的。必須采用頻率檢波方式，如各類鑒頻器電路。2.2.1 AM波的相干解調(diào)AM相干解調(diào)器的構(gòu)成原理：相干解調(diào)器的關(guān)鍵是產(chǎn)生相干波5。這里我選取載波本身作為相干波，進而滿足同步的要求。再通過低通濾波器濾除高頻部分。相干載波 （2.7）與相干載波相乘 （2.8）Sp(t)再經(jīng)低通濾波器就得到了解調(diào)器的輸出。從理論上來說，各種信號都可

13、以用正交調(diào)制的方法來實現(xiàn)，其時域形式都可以表示為： （2.9）若調(diào)制信號在數(shù)字域上實現(xiàn)要對式（2.6）進行數(shù)字化： （2.10）低通濾波器 圖2.4 AM解調(diào)的數(shù)字模型圖2.4顯示給出了AM解調(diào)的數(shù)字模型。由上圖可知，解調(diào)端信道輸出信號乘以跟發(fā)送端同頻同相的高頻載波后，經(jīng)過低通濾波器提取低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號。由AM信號的頻譜可知，如果將已調(diào)信號的頻譜搬回到原點位置，即可得到原始的調(diào)制信號頻譜，從而恢復(fù)出原始信號。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時的相乘運算來實現(xiàn)。相干解調(diào)的關(guān)鍵是是必須產(chǎn)生一個與調(diào)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(fù)。具體理論

14、推導(dǎo)如下：送入解調(diào)器的AM的表達為： （2.11） 與同頻同相的相干載波： （2.12） 相乘后得： （2.13） 經(jīng)歷低通濾波器濾除高頻信號后得： （2.14） 再經(jīng)過隔直流電容6后： （2.15）2.2.2 AM波的非相干解調(diào)所謂非相干解調(diào)是在接收端解調(diào)信號是不需要本地載波，而是利用已調(diào)信號中的包絡(luò)信號來恢復(fù)原基帶信號7。因此，非相干解調(diào)一般只適合用幅度調(diào)制(AM)系統(tǒng)。由于包絡(luò)解調(diào)器電路簡單，效率高，所以幾乎所有的幅度調(diào)制（AM）接收機都采用這種電路。 圖2.5 AM信號的非相干解調(diào)原理當(dāng)RC滿足條件時，包絡(luò)檢波器的輸出基本與輸入信號的包絡(luò)變化呈線性關(guān)系，即： （2.16）其中，。隔去直

15、流后就得到原信號2.3 抗噪聲性能分析2.3.1 相干解調(diào)的抗噪聲性能各種線性調(diào)制系統(tǒng)的相干解調(diào)模型如下圖所示：n(t)m0(t)np(t)Sm(t)n0(t)LPFBPFSm(t) 圖 2.6 有噪聲時包絡(luò)檢波器的數(shù)字模型圖中可以是各種調(diào)幅信號，如AM、DSB、SSB和VSB，帶通濾波器的帶寬等于已調(diào)信號帶寬10。下面討論各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能11。AM信號的時域表達式為： (2.17) 通過分析可得AM信號的平均功率為： (2.18)又已知輸入功率, 其中B表示已調(diào)信號的帶寬。由此可得AM信號在解調(diào)器的輸入信噪比為： (2.19)AM信號經(jīng)相干解調(diào)器的輸出信號為： (2.20)因此解

16、調(diào)后輸出信號功率為： (2.21)在上圖中輸入噪聲通過帶通濾波器之后，變成窄帶噪聲，經(jīng)乘法器相乘后的輸出噪聲為： (2.22)經(jīng)LPF后， (2.23)因此解調(diào)器的輸出噪聲功率為： (2.24)可得AM信號經(jīng)過解調(diào)器后的輸出信噪比為： (2.25)由上面分析的解調(diào)器的輸入、輸出信噪比可得AM信號的信噪比增益為： (2.26)2.3.2 非相干解調(diào)的抗噪聲性能只有AM信號可以采用非相干解調(diào)。實際中，AM信號常采用包絡(luò)檢波器解調(diào)，有噪聲時包絡(luò)檢波器的數(shù)字模型如下： 設(shè)包絡(luò)檢波器輸入信號為：，其中 (2.27)輸入噪聲為： (2.28)顯然，解調(diào)器輸入信噪功率 (2.29)噪聲功率 (2.30)第3

17、章 AM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真與分析3.1 Matlab簡介MATLAB是一個交互式的系統(tǒng)，其基本數(shù)據(jù)元素是無須定義維數(shù)的數(shù)組。這讓你能解決很多技術(shù)計算的問題，尤其是那些要用到矩陣和向量表達式的問題。而要花的時間則只是用一種標(biāo)量非交互語言(例如C或Fortran)寫一個程序的時間的一小部分。名稱“MATLAB”代表matrix laboratory（矩陣實驗室）。MATLAB最初是編寫來提供給對由LINPACK和EINPACK工程開發(fā)的矩陣軟件簡易訪問的。今天，MATLAB使用由LAPACK8和ARPACK9工程開發(fā)的軟件，這些工程共同表現(xiàn)了矩陣計算的軟件中的技術(shù)發(fā)展。3.1.1 Matlab的產(chǎn)

18、生與發(fā)展MATLAB是matrix&laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室）。是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。3.1.2 Matlab的應(yīng)用及特點MATLAB和Mathematica、Mapl

19、e并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。特點有以下幾點： (1) 高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運算分析中 解脫出來。 (2) 具有完備的圖形處理功能，實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化。 (3) 友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達式的自然化語言，使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握。(4) 功能豐富的應(yīng)用工具箱(如信號處理工具箱、通信工具箱等)，為用戶提,供了大量方便實用的處理工具。3.

20、2 AM調(diào)制調(diào)制的流程分析 鑒于MATLAB以上的應(yīng)用特點，用其分析AM信號調(diào)制解調(diào)中的抗噪聲性能是一種相當(dāng)精確的手段，如圖3.1是AM信號調(diào)制解調(diào)流圖。產(chǎn)生100HZ調(diào)制信號對信號進行AM調(diào)制產(chǎn)生隨機噪聲，并與已調(diào)信號疊加對信號進行解調(diào)計算輸入輸出信噪比，得到調(diào)制指數(shù)圖3.1 AM信號調(diào)制解調(diào)流程圖如上圖所示：1. 先產(chǎn)生100HZ的調(diào)制信號及500HZ的載波。2. 對調(diào)制信號進行AM調(diào)制。調(diào)制時注意載波分量必須大于信號的幅度，防止過條幅的發(fā)生。3. 產(chǎn)生隨機噪聲，并將之與已調(diào)AM信號疊加模擬信號經(jīng)過信道收到噪聲干擾的情況。4. 對信號進行相干解調(diào)，乘以載波并通過凱瑟窗低通濾波器，減去直流分

21、量，濾出信號。 5. 將之與原始信號相比較，算出輸入和信噪比輸出信噪比。利用輸入輸出信噪比計算出AM調(diào)制增益，了解其抗噪聲性能。3.3 AM調(diào)制的仿真分析m(t) 圖3.2 AM信號的調(diào)制原理模型m(t)為基帶信號，它可以是確定信號，也可以是隨機信號10，但通常認為它的平均值為0。載波為 幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻正弦載波的幅度,使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化的過程。幅度調(diào)制器的一般模型如圖2.2所示。 在圖3.2中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（ H()1），調(diào)制信號m(t)疊加直流A0后再與載波相乘，則輸出的信號就是常規(guī)雙邊帶（AM）調(diào)幅.AM調(diào)制器模型如圖2.3所示 AM信號波形的包絡(luò)與輸入基帶

22、信號m(t)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號11。但為了保證包絡(luò)檢波時不發(fā)生失真，須滿足，否則將出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而帶來失真。AM信號的頻譜是由載頻分量和上、下兩個邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號的完整信息。故AM信號是帶有載波的雙邊帶信號，它的帶寬信號帶寬的兩倍。從圖中可知發(fā)送信號m(t)和直流分量A0疊加后乘以高頻載波后即可形成AM調(diào)制信號。具體時域表波形為： （3.1） 對應(yīng)的頻譜波形12為： （3.2）(1)程序代碼clc;fm=

23、100;fc=500;fs=5000;Am=1;A=2;N=512;K=N-1;n=0:N-1;t=(0:1/fs:K/fs);yt=Am*cos(2*pi*fm*t);figure(1)subplot(1,1,1),plot(t,yt),title('頻率為3000的調(diào)制信號f1的時域波');y0=A+yt ;y2=y0.*cos(2*pi*fc*n/fs);y3=fft(y2,N);% fft 變換q1=(0:N/2-1)*fs/N;mx1=abs(y3(1:N/2);figure(2)subplot(2,1,1);plot(t,y2);title('已調(diào)信號的時域

24、波');subplot(2,1,2);plot(q1,mx1);title('f1已調(diào)信號的頻譜'); %繪圖yc=cos(2*pi*fc*t);figure(3)subplot(2,1,1),plot(t,yc),title('載波fc時域波形')N=512;n=0:N-1;yc1=Am*cos(2*pi*fc*n/fs);y3=fft(yc1,N);q=(0:N/2-1)*fs/N;mx=abs(y3(1:N/2);figure(3)subplot(2,1,2),plot(q,mx),title('載波fc頻譜')y4=0.01*ra

25、ndn(1,length(t);%用RANDN產(chǎn)生高斯分布序列w=y4.2; %噪聲功率figure(4)subplot(2,1,1);plot(t,y4);title('高斯白噪聲時域波形')y5=fft(y4,N);q2=(0:N/2-1)*fs/N;mx2=abs(y5(1:N/2);subplot(2,1,2),plot(q2,mx2),title('高斯白噪聲頻域波形')y6=y2+y4;figure(5)subplot(2,1,1),plot(t,y6),title('疊加后的調(diào)制信號時域波形')q3=q1;mx3=mx1+mx2;s

26、ubplot(2,1,2),plot(q3,mx3),title('疊加后的調(diào)制信號頻譜波形') %調(diào)制yv=y6.*yc; %乘以載波進行解調(diào)Ws=yv.2;p1=fc-fm;k,Wn,beta,ftype=kaiserord(p1 fc,1 0,0.05 0.01,fs); %Fir數(shù)字低通濾波window=kaiser(k+1,beta); %使用kaiser窗函數(shù)b=fir1(k,Wn,ftype,window,'noscale'); %使用標(biāo)準頻率響應(yīng)的加窗設(shè)計函數(shù)yt=filter(b,1,yv);yssdb=yt.*2-2;figure(6)sub

27、plot(2,1,1),plot(t,yssdb),title('經(jīng)過低通已調(diào)信號的時域波形采樣')y9=fft(yssdb,N);q=(0:N/2-1)*fs/N;mx=abs(y9(1:N/2);subplot(2,1,2),plot(q,mx),title('經(jīng)過低通已調(diào)信號頻域波形') %解調(diào)ro=y9-yt;W=(yt.2).*(1/2);R=W/wr=W/roG=r/R（2）仿真波形t/st/s 圖3.3 頻率為3000HZ的調(diào)制信號f1的時域圖圖3.3顯示給出了用于調(diào)制的發(fā)送信號的時域波形。圖中橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別對應(yīng)表示時間和信號幅值。從圖中可以明

28、顯看出發(fā)送信號為余弦波信號。m/vt/s圖 3.4 已調(diào)信號的時域圖m/vt/s圖3.5 已調(diào)信號的頻譜圖圖3.4、3.5顯示給出了系統(tǒng)中經(jīng)過AM調(diào)制后信號的時域波形圖跟頻譜。圖中橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別對應(yīng)表示的時間和信號幅值。從圖中可知，已調(diào)信號的外包絡(luò)仍然保持著跟調(diào)制信號相同的包絡(luò)特性。上圖還顯示給出了經(jīng)歷調(diào)制后信號所對應(yīng)的頻譜。頻譜圖中橫坐標(biāo)代表頻率，縱坐標(biāo)代表頻譜幅值。從圖中可知：原發(fā)射信號經(jīng)過調(diào)制后，頻譜明顯從原來的低頻部分搬移到載波頻率對應(yīng)的高頻部分。但由于已調(diào)制信號中直流分量的作用，調(diào)制后信號頻譜的 幅值相比原調(diào)制信號頻譜幅值并沒有完全減半。m/vt/s圖3.6 載波fc時域波形圖t

29、/sm/v圖3.7 高斯白噪聲時域圖圖3.6、圖3.7顯示給出了發(fā)送端調(diào)制基帶信號所使用的載波波形。圖中橫坐標(biāo)表示載波持續(xù)時間，橫坐標(biāo)表示載波幅度。從圖中可知本次調(diào)制使用的載波是幅度為1。圖3.6顯示還給出了系統(tǒng)發(fā)射信號所需載波信號頻譜。圖中橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示信號頻譜幅值。從圖中可以明顯看出載波頻譜的中心頻率分別為+500Hz，500Hz。t/sm/v圖3.8 高斯白噪聲時域波形圖t/sm/v圖3.9 高斯白噪聲頻域波形圖 圖3.8、3.9顯示的是產(chǎn)生一個高斯白噪聲序列求出功率并并顯示其時域和頻域圖，但其中的噪聲開始沒有進行設(shè)置，因而幅度很大對信號干擾過于嚴重。乘以一個比較小的常數(shù)后功

30、率減小，因而得到了比較好的結(jié)果。t/sm/v圖3.10 高斯白噪聲時域波形圖m/vt/s3.11 高斯白噪聲頻域圖圖3.10、3.11顯示給出了相干解調(diào)中信號乘以跟發(fā)送載波同頻的本地余弦波后的時域波形。圖中橫坐標(biāo)為時間軸，縱坐標(biāo)表示信號幅值。從上述圖可知：AM信號完整的輸入波形轉(zhuǎn)化為單一極性輸出，同時信號的頻率增加。同時上圖也給出了信號通過相干解調(diào)乘以本地載波后對應(yīng)頻譜圖。圖中橫坐標(biāo)表示頻率變化范圍，縱坐標(biāo)表示頻譜幅值。由圖3.12、3.13對比圖3.6、3.7可知，乘以本地載波后的信號頻譜將AM信號頻譜又重新的搬移，而在高頻段仍然保留頻譜分量。t/sm/v圖3.12 經(jīng)過低通濾波器已調(diào)信號的

31、頻域波形采樣圖t/sm/v圖3.13 經(jīng)過低通濾波器已調(diào)信號的頻域波形采樣圖圖3.12、圖3.13顯示給出了經(jīng)過低通濾波器后恢復(fù)出的信號的時域波形。圖中橫坐標(biāo)表示信號長度時間坐標(biāo)軸，縱坐標(biāo)表示恢復(fù)信號的幅值。從圖中可看出，恢復(fù)的信號波形基本上跟發(fā)送端發(fā)送信號波形吻合。但由于受到噪聲的影響，信號的包絡(luò)發(fā)生了抖動14。上圖顯示給出了相干解調(diào)信號經(jīng)過低通濾波器后對應(yīng)的頻譜。上述圖像中橫坐標(biāo)代表頻率變化，縱坐標(biāo)代表頻譜變化。對比原發(fā)射信號頻譜可知，此恢復(fù)出的信號頻譜基本跟發(fā)射信號頻譜吻合。3.4 AM解調(diào)的仿真與分析解調(diào)是將位于載波的信號頻譜再搬回來，并且不失真的恢復(fù)出原始基帶信號。解調(diào)的方式有兩種：

32、相干解調(diào)與非相干解調(diào)。相干解調(diào)適用于各種線性調(diào)制系統(tǒng)，非相干解調(diào)一般適用幅度調(diào)制（AM）信號。3.4.1 AM的相干解調(diào)的仿真與分析低通濾波器 圖3.14 AM信號的相干解調(diào)原理框圖圖3.4顯示給出了AM解調(diào)的數(shù)字模型。由上圖可知，解調(diào)端信道輸出信號乘以跟發(fā)送端同頻同相的高頻載波后，經(jīng)過低通濾波器提取低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號。由AM信號的頻譜可知，如果將已調(diào)信號的頻譜搬回到原點位置，即可得到原始的調(diào)制信號頻譜，從而恢復(fù)出原始信號。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時的相乘運算來實現(xiàn)。相干解調(diào)的關(guān)鍵是是必須產(chǎn)生一個與調(diào)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

33、恢復(fù)。具體理論推導(dǎo)如下：送入解調(diào)器的AM的表達為 （3.3） 與同頻同相的相干載波 （3.4） 相乘后得 （3.5）經(jīng)歷低通濾波器濾除高頻信號后得 （3.6） 再經(jīng)過隔直流電容后 （3.7）將已調(diào)信號乘上一個與調(diào)制器同頻同相的載波，得 (3.8)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(fù)出原始的調(diào)制信號： (3.9)相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個與調(diào)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(fù)13。3.4.2 AM非相干解調(diào)的仿真與分析 圖3.15 AM信號的非相干解調(diào)原理當(dāng)RC滿足條件時，包絡(luò)檢波器的輸出基本與輸入信號的包絡(luò)變化呈

34、線性關(guān)系，即： (3.10)其中。隔去直流后就得到原信號。（1） 程序代碼 N=512; n=0:N-1; yc1=Am*cos(2*pi*fc*n/fs); y3=fft(yc1,N); q=(0:N/2-1)*fs/N; mx=abs(y3(1:N/2); figure(3) subplot(2,1,2),plot(q,mx),title('載波fc頻譜') y4=0.01*randn(1,length(t);%用RANDN產(chǎn)生高斯分布序列w=y4.2; %噪聲功率figure(4) subplot(2,1,1); plot(t,y4); title('高斯白噪聲時

35、域波形') y5=fft(y4,N); q2=(0:N/2-1)*fs/N; mx2=abs(y5(1:N/2); subplot(2,1,2),plot(q2,mx2),title('高斯白噪聲頻域波形') 本段程序的作用是產(chǎn)生一個高斯白噪聲序列求出功率并并顯示其時域和頻域圖，本段程序簡單，但其中的噪聲開始沒有進行設(shè)置，因而幅度很大對信號干擾過于嚴重。乘以一個比較小的常數(shù)后功率減小，因而得到了比較好的結(jié)果。yv=y6.*yc; %乘以載波進行解調(diào)Ws=yv.2; p1=fc-fm; k,Wn,beta,ftype=kaiserord(p1 fc,1 0,0.05 0.

36、01,fs); %Fir數(shù)字低通濾波window=kaiser(k+1,beta); %使用kaiser窗函數(shù)b=fir1(k,Wn,ftype,window,'noscale'); %使用標(biāo)準頻率響應(yīng)的加窗設(shè)計函數(shù)yt=filter(b,1,yv); yssdb=yt.*2-2; figure(6) subplot(2,1,1),plot(t,yssdb),title('經(jīng)過低通已調(diào)信號的時域波形采樣') y9=fft(yssdb,N); q=(0:N/2-1)*fs/N; mx=abs(y9(1:N/2); subplot(2,1,2),plot(q,mx)

37、,title('經(jīng)過低通已調(diào)信號頻域波形') %解調(diào)ro=y9-yt; 3.16 已調(diào)信號的時域波形W=(yt.2).*(1/2); R=W/w r=W/ro G=r/R （2）仿真波形3.17 低通已調(diào)信號頻域波形圖3.16、圖3.17是非相干解調(diào)經(jīng)過了低通濾波器之后得到了解調(diào)輸出波形，算出輸出的信噪比及調(diào)制增益。得到：R=1.4757e+003 r=-0.0032 + 0.0030i G=-2.1781e-006 +2.0418e-006i 既調(diào)制增益為-2.1781e-006 +2.0418e-006i3.5 抗噪聲性能分析3.5.1 相干解調(diào)抗噪性能計算結(jié)果本論文討論相

38、干解調(diào)法時，雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。在相干解調(diào)時，解調(diào)器由相乘器和低通濾波器構(gòu)成，所以在解調(diào)過程中，輸入信號及噪聲可以分別單獨解。 調(diào)流程圖根據(jù)求得的解調(diào)器輸入及輸出信噪比，便可以對該解調(diào)器的抗噪聲性能做出評價。為了簡明起見，通過可以考察解調(diào)器的輸出信噪比與輸入信噪比的比值G15： 比值G通常稱為調(diào)制制度增益（信噪比增益）。G越大，則表明解調(diào)器的抗噪聲性能越好。3.5.2 非相干解調(diào)的抗噪聲性能計算結(jié)果（1）大信噪比的情況本段程序進行解調(diào)，并經(jīng)過了低通濾波器之后得到了解調(diào)輸出波形，算出輸出的信噪比及調(diào)制增益。得到：R=1.4757e+003 r=-0.0032 + 0.0030i G=-2

39、.1781e-006 +2.0418e-006i 既調(diào)制增益為：-2.1781e-006 +2.0418e-006i 所謂大信噪比是指輸入信號幅度遠大于噪聲幅度。即滿足條件。由此可知，包絡(luò)檢波器輸出的有用信號是,輸出噪聲是，信號與噪聲是分開的。直流成分可被低通濾波器濾除。故輸出的平均信號功率及平均噪聲功率分別為： （3.25） （3.26）此結(jié)果與相干解調(diào)時得到的噪聲增益一致。可見在大噪聲比情況下，AM信號包絡(luò)檢波器的性能幾乎與相干解調(diào)性能相同。小信噪比情況所謂小信噪比是指噪聲幅度遠大于信號幅度。在此情況下，包絡(luò)檢波器會把有用信號擾亂成噪聲，即有用信號“淹沒”在噪聲中，這種現(xiàn)象通常稱為門限效應(yīng)。進一步說，所謂門限效應(yīng)，就是當(dāng)包絡(luò)檢波器的輸入信噪比降低到一個特定的數(shù)值后，檢波器輸出信噪比出現(xiàn)急劇惡化的一種現(xiàn)象16。 小信噪比輸入時，包絡(luò)檢波器輸出信噪比計算很復(fù)雜，而且詳細計算它一般也無必要。總結(jié)本設(shè)計是基于MATLAB對AM調(diào)制解調(diào)及抗噪聲新能的分析，第二章中對AM的調(diào)制原理進行理論分析，其次通過相干解調(diào)和非相干解調(diào)對解調(diào)原理進行了理論分析。第三章中根據(jù)第二章的理論以及MATLAB的特點，對調(diào)制的時域和頻域進行編程仿真，最后通過程序得出的仿真結(jié)果和理論結(jié)果進行比較。本論文首先產(chǎn)生100HZ的調(diào)制信號及500HZ的載波。對調(diào)制信號進行AM調(diào)制。調(diào)制時注意載波分量必須大于信號