1、精選優質文檔-傾情為你奉上課 程 設 計 說 明 書學生姓名:學 號：學 院:信息工程學院班 級:通信081題 目:AM、FM、PM實現及性能比較指導教師： 職稱: 教 2011 年 7 月 10 日一、設計目的： 分別設計AM，FM，PM調制與解調通信系統，分別在理信道和非理想信道中運行，并得出仿真結果，分析比較三種不同的調制方式所存在的不同。 熟悉MATLAB文件中M文件的使用方法，包括函數、原理和方法的應用。 增強在通信原理仿真方面的動手能力與自學能力。二、設計內容和實驗要求 系統建模 確定仿真算法 建立仿真模型 設計仿真程序 運行仿真程序 輸出仿真結果并進行分析三、模擬通信系統簡介通信

2、系統是為了有效可靠的傳輸信息，信息由信源發出，以語言、圖像、數據為媒體,通過電(光)信號將信息傳輸，由信宿接收。通信系統又可分為數字通信與模擬通信。基于課程設計的要求，下面簡要介紹模擬通信系統。信源是模擬信號，信道中傳輸的也是模擬信號的系統為模擬通信。模擬通信系統的模型如圖1所示。 圖1 模擬通信系統模型調制器: 使信號與信道相匹配, 便于頻分復用等。發濾波器: 濾除調制器輸出的無用信號。收濾波器: 濾除信號頻帶以外的噪聲，一般設N(t)為高斯白噪聲,則Ni(t)為窄帶白噪聲。3.1AM，FM,PM調制原理3.1.1 AM調制原理幅度調制是用調制信號去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調制信號的規

3、律變化的過程。幅度調制器的一般模型如圖2.1所示。圖2.1 幅度調制模型在圖2-1中，若假設濾波器為全通網絡（1），調制信號疊加直流后再與載波相乘，則輸出的信號就是常規雙邊帶（AM）調幅 .AM調制器模型如圖2-2所示圖2.2 AM調制模型AM信號波形的包絡與輸入基帶信號成正比，故用包絡檢波的方法很容易恢復原始調制信號。 但為了保證包絡檢波時不發生失真，必須滿足，否則將出現過調幅現象而帶來失真。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制信號的頻譜結構相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都

4、含有原調制信號的完整信息。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。3.2.2 FM調制原理 頻率調制的一般表達式1為： （2-1）FM和PM非常相似，如果預先不知道調制信號的具體形式，則無法判斷已調信號是調頻信號還是調相信號。 圖 2-3 圖 2-4 圖（2-3）所示的產生調頻信號的方法稱為直接調頻法，圖（2-4）所示的產生調頻信號的方法稱為間接調頻法4。由于實際相位調制器的調節范圍不可能超出，因而間接調頻的方法僅適用于相位偏移和頻率偏移不大的窄帶調制情形，而直接調頻則適用于寬帶調制情形。 根據調制后載波瞬時相位偏移的大小，可將頻率調制分為寬帶調頻（WBFM）與窄帶調頻（NB

5、FM）。寬帶與窄帶調制的區分并無嚴格的界限，但通常認為由調頻所引起的最大瞬時相位偏移遠小于30°時，   （2-2）稱為窄帶調頻。否則，稱為寬帶調頻。 為方便起見，無妨假設正弦載波的振幅A1，則由式（2-1）調頻信號的一般表達式，得= （2-3）通過化解，利用傅立葉變化公式可得NBFM信號的頻域表達式：（2-4）    在NBFM中，由于下邊頻為負，因而合成矢量不與載波同相，而是存在相位偏移，當最大相位偏移滿足式（2-2）時，合成矢量的幅度基本不變，這樣就形成了FM信號。 圖2-5 NBFM信號頻譜3.2.3 PM調制原理在模擬調制中，一個連續

6、波有三個參數可以用來攜帶信息而構成已調信號。當幅度和頻率保持不變時，改變載波的相位使之隨未調信號的大小而改變，這就是調相的概念。角度調制信號的一般表示形式為： S (t)=Acost+(t)式中，A是載波的恒定振幅；t+(t)是信號的瞬時相位，而(t)稱為瞬時相位偏移；dt+(t)/dt為信號的瞬時頻率，而d(t)/dt稱為瞬時頻率偏移，即相對于的瞬時頻率偏移。設高頻載波為u=Ucost，調制信號為U(t)，則調相信號的瞬時相位(t)=+KU(t)瞬時角頻率 (t)=+K調相信號 u=Ucost+Ku(t) 將信號的信息加在載波的相位上則形成調相信號，調相的表達式為： S(t)=Acost+K

7、f(t)+這里K稱為相移指數，這種調制方式，載波的幅度和角頻率不變，而瞬時相位偏移是調制信號f(t)的線性函數，稱為相位調制。調相與調頻有著相當密切的關系，我們知道相位與頻率有如下關系式： =+Kf(t) (t)=t+K所以在調相時可以先將調制信號進行微分后在進行頻率調制，這樣等效于調相，此方法稱為間接調相，與此相對應，上述方法稱為直接調相。調相信號的產生如圖2-6所示：圖2-6 PM調相信號的產生實現相位調制的基本原理是使角頻率為的高頻載波u(t)通過一個可控相移網絡, 此網絡產生的相移受調制電壓u(t)控制, 滿足=Ku(t)的關系, 所以網絡輸出就是調相信號，可控相移網絡調相原理圖如圖2

8、-7所示：圖2-7 可控相移網絡調相原理圖四、幾種調制方式間的比較4.1PM與FM的比較FM(1) 瞬時頻率：(2) 瞬時相位：(3) 最大頻偏：(4) 最大相位：表達式：PM4.2幾種不同的模擬調制方式假定所有調制系統在接收機輸入端具有相等的信號功率，且加性噪聲都是均值為0、雙邊功率譜密度為/2的高斯白噪聲，基帶信號帶寬為，在所有系統都滿足 例如，為正弦型信號。綜合前面的分析，可總結各種模擬調制方式的信號帶寬、制度增益、輸出信噪比、設備（調制與解調）復雜程度、主要應用等如下表所示。表中還進一步假設了AM為100%調制。4.3幾種模擬調制的性能比較就抗噪性能而言，WBFM最好，DSB、SSB、

9、VSB次之，AM最差。NBFM與AM接近。圖3-33示出了各種模擬調制系統的性能曲線，圖中的圓點表示門限點。門限點以下，曲線迅速下跌；門限點以上，DSB、SSB的信噪比比AM高4.7dB以上，而FM（6）的信噪比比AM高22dB。就頻帶利用率而言，SSB最好，VSB與SSB接近，DSB、AM、NBFM次之，WBFM最差。4.4幾種模擬調制的特點及應用AM調制的優點是接收設備簡單；缺點是功率利用率低，抗干擾能力差，信號帶寬較寬，頻帶利用率不高。因此，AM制式用于通信質量要求不高的場合，目前主要用在中波和短波的調幅廣播中。 DSB調制的優點是功率利用率高，但帶寬與AM相同，頻帶利用率不高，接收要求

10、同步解調，設備較復雜。只用于點對點的專用通信及低帶寬信號多路復用系統。 SSB調制的優點是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗干擾能力和抗選擇性衰落能力均優于AM，而帶寬只有AM的一半；缺點是發送和接收設備都復雜。SSB制式普遍用在頻帶比較擁擠的場合，如短波波段的無線電廣播和頻分多路復用系統中。 VSB調制性能與SSB相當，原則上也需要同步解調，但在某些VSB系統中，附加一個足夠大的載波，形成（VSB+C）合成信號，就可以用包絡檢波法進行解調。這種（VSB+C）方式綜合了AM、SSB和DSB三者的優點。所以VSB在數據傳輸、商用電視廣播等領域得到廣泛使用。 FM波的幅度恒定不變，這使得它對非線性器

11、件不甚敏感，給FM帶來了抗快衰落能力。利用自動增益控制和帶通限幅還可以消除快衰落造成的幅度變化效應。這些特點使得NBFM對微波中繼系統頗具吸引力。WBFM的抗干擾能力強，可以實現帶寬與信噪比的互換，因而WBFM廣泛應用于長距離高質量的通信系統中，如空間和衛星通信、調頻立體聲廣播、短波電臺等。WBFM的缺點是頻帶利用率低，存在門限效應，因此在接收信號弱、干擾大的情況下宜采用NBFM，這就是小型通信機常采用NBFM的原因。五、matlab生成圖像AMFMPM程序清單：AM ：fm=100;fc=500;fs=5000;Am=1;A=2;N=512;K=N-1;n=0:N-1;t=(0:1/fs:K

12、/fs);yt=Am*cos(2*pi*fm*t);figure(1)subplot(1,1,1),plot(t,yt),title('頻率為3000的調制信號f1的時時域波');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('已調信號的時時域波');subplot(2,1,2);plot(q1,mx1);title('f1已調信號的頻譜

13、'); %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*randn(1,length(t);%用RANDN產生高斯分布序列 w=y4.2; %噪聲功率figure(4)su

14、bplot(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('疊加后的調制信號時域波形')q3=q1;mx3=mx1+mx2;subplot(2,1,2),plot(q3,mx3),title('疊加后的調制信號頻譜波形'

15、) %調制yv=y6.*yc; %乘以載波進行解調Ws=yv.2;p1=fc-fm;k,Wn,beta,ftype=kaiserord(p1 fc,1 0,0.05 0.01,fs); %Fir數字低通濾波window=kaiser(k+1,beta); %使用kaiser窗函數b=fir1(k,Wn,ftype,window,'noscale'); %使用標準頻率響應的加窗設計函數yt=filter(b,1,yv);yssdb=yt.*2-2;figure(6)subplot(2,1,1),plot(t,yssdb),title('經過低通已調信號的時域波形采樣

16、9;)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('經過低通已調信號頻域波形') %解調 ro=y9-yt; W=(yt.2).*(1/2); R=W/w r=W/ro G=r/R fm：dt=0.001; %設定時間步長t=0:dt:1.5; %產生時間向量am=5; %設定調制信號幅度fm=5; %設定調制信號頻率mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成調制信號fc=50; %設定載波頻率ct=cos(2*pi*fc*t); %生成載波kf=10

17、; %設定調頻指數int_mt(1)=0;for i=1:length(t)-1 int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt; %求信號m(t)的積分end %調制，產生已調信號sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); %調制信號%*%*添加高斯白噪聲*sn1=10; %設定信躁比(小信噪比)sn2=30; %設定信躁比(大信噪比)sn=0; %設定信躁比(無信噪比)db=am2/(2*(10(sn/10); %計算對應的高斯白躁聲的方差n=sqrt(db)*randn(size(t); %生成高斯白躁聲nsfm=n+sfm; %生成含高斯白

18、躁聲的已調信號（信號通%過信道傳輸）%*%*FM解調*for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理 diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i)./dt;enddiff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（包絡檢波）zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zero;%*%*時域到頻域轉換*ts=0.001; %抽樣間隔fs=1/ts; %抽樣頻率df=0.25; %所需的頻率分辨率，用在求傅里葉變換%

19、時，它表示FFT的最小頻率間隔%*對調制信號m(t)求傅里葉變換*m=am*cos(2*pi*fm*t); %原調信號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; %以上程序是對調制后的信號u求傅里變換M=M/fs; %縮放，便于在頻鋪圖上整體觀察f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2; %時間向量對應的頻率向量%*對已調信號u求傅里變換*fs=1/ts;if na

20、rgin=2 n1=0;else n1=fs/df;endn2=length(sfm);n=2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2);U=fft(sfm,n);u=sfm,zeros(1,n-n2);df1=fs/n; %以上是對已調信號u求傅里變換U=U/fs; %縮放%*%*disp('按任意鍵可以看到原調制信號、載波信號和已調信號的曲線')pause%*figure(1)*figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調制信號的時域圖xlabel('時間t');title('調制信號的時域圖&#

21、39;);subplot(3,1,2);plot(t,ct); %繪制載波的時域圖xlabel('時間t');title('載波的時域圖');subplot(3,1,3);plot(t,sfm); %繪制已調信號的時域圖xlabel('時間t');title('已調信號的時域圖');%*disp('按任意鍵可以看到原調制信號和已調信號在頻域內的圖形')pause%*figure(2)*figure(2)subplot(2,1,1)plot(f,abs(fftshift(M) %fftshift:將FFT中的DC分量

22、移到頻譜中心xlabel('頻率f')title('原調制信號的頻譜圖')subplot(2,1,2)plot(f,abs(fftshift(U)xlabel('頻率f')title('已調信號的頻譜圖')%*disp('按任意鍵可以看到原調制信號、無噪聲條件下已調信號和解調信號的曲線')pause%*figure(3)*figure(3)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調制信號的時域圖xlabel('時間t');title('調制信號的時域圖');sub

23、plot(3,1,2);plot(t,sfm); %繪制已調信號的時域圖xlabel('時間t');title('無噪聲條件下已調信號的時域圖');nsfm=sfm; for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理 diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i)./dt;enddiff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（包絡檢波）zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn-z

24、ero;subplot(3,1,3); %繪制無噪聲條件下解調信號的時域圖plot(1:length(diff_nsfmn1)./1000,diff_nsfmn1./400,'r');xlabel('時間t'); title('無噪聲條件下解調信號的時域圖');%*disp('按任意鍵可以看到原調制信號、小信噪比高斯白噪聲條件下已調信號和解調信號已調信號的曲線')pause%*figure(4)*figure(4)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調制信號的時域圖xlabel('時間t')

25、;title('調制信號的時域圖');db1=am2/(2*(10(sn1/10); %計算對應的小信噪比高斯白躁聲的方差n1=sqrt(db1)*randn(size(t); %生成高斯白躁聲nsfm1=n1+sfm; %生成含高斯白躁聲的已調信號（信號通%過信道傳輸）for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理 diff_nsfm1(i)=(nsfm1(i+1)-nsfm1(i)./dt;enddiff_nsfmn1 = abs(hilbert(diff_nsfm1); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（包絡檢波）zero=(max(diff_

26、nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn1-zero;subplot(3,1,2);plot(1:length(diff_nsfm),diff_nsfm); %繪制含小信噪比高斯白噪聲已調信號的時域圖xlabel('時間t');title('含小信噪比高斯白噪聲已調信號的時域圖');subplot(3,1,3); %繪制含小信噪比高斯白噪聲解調信號的時域圖plot(1:length(diff_nsfmn1)./1000,diff_nsfmn1./400,'r');xlabel('時間t

27、'); title('含小信噪比高斯白噪聲解調信號的時域圖');%*disp('按任意鍵可以看到原調制信號、大信噪比高斯白噪聲條件下已調信號和解調信號已調信號的曲線')pause%*figure(5)*figure(5)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調制信號的時域圖xlabel('時間t');title('調制信號的時域圖');db1=am2/(2*(10(sn2/10); %計算對應的大信噪比高斯白躁聲的方差n1=sqrt(db1)*randn(size(t); %生成高斯白躁聲nsfm1=

28、n1+sfm; %生成含高斯白躁聲的已調信號（信號通過信道傳輸）for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理 diff_nsfm1(i)=(nsfm1(i+1)-nsfm1(i)./dt;enddiff_nsfmn1 = abs(hilbert(diff_nsfm1); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（包%絡檢波）zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn1-zero;subplot(3,1,2);plot(1:length(diff_nsfm1),diff_nsfm1); %繪制

29、含大信噪比高斯白噪聲已調信號%的時域圖xlabel('時間t');title('含大信噪比高斯白噪聲已調信號的時域圖');subplot(3,1,3); %繪制含大信噪比高斯白噪聲解調信號%的時域圖plot(1:length(diff_nsfmn1)./1000,diff_nsfmn1./400,'r');xlabel('時間t'); title('含大信噪比高斯白噪聲解調信號的時域圖');%*結 束* pm：function v,phi=env_phas(x,ts,f0)if nargout=2 %nargout

30、為輸出變數的個數 z=loweq(x,ts,f0); %產生調制信號的正交分量 phi=angle(z); %angle是對一個復數求相角的函數endv=abs(hilbert(x); %abs用來求復數hilbert(x)的模function M,m,df=fftseq(m,ts,df)fs=1/ts;if nargin=2 n1=0; %nargin為輸入參量的個數else n1=fs/df;endn2=length(m);n=2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2); %nextpow2(n)取n最接近的較大2次冪M=fft(m,n); %M為信號m的傅里葉變換，n

31、為快速傅里葉變換的點數，及基n-FFT變換m=m,zeros(1,n-n2); %構建新的m信號df=fs/n; %重新定義頻率分辨率function x1=loweq(x,ts,f0)t=0:ts:ts*(length(x)-1);z=hilbert(x); %希爾伯特變換對的利用-通過實部來求虛部x1=z.*exp(-j*2*pi*f0*t); %產生信號z的正交分量，t0=0.2; %信號的持續時間,用來定義時間向量ts=0.001; %抽樣間隔fs=1/ts; %抽樣頻率fc=300; %載波頻率,fc可以任意改變t=-t0/2:ts:t0/2; %時間向量kf=100; %偏差常數d

32、f=0.25; %所需的頻率分辨率，用在求傅里葉變換時，它表示FFT的最小頻率間隔m=sin(100*t); %調制信號，m(t)可以任意更改int_m(1)=0; %求信號m(t)的積分for i=1:length(t)-1 int_m(i+1)=int_m(i)+m(i)*ts;endM,m,df1=fftseq(m,ts,df); %對調制信號m(t)求傅里葉變換M=M/fs; %縮放，便于在頻譜圖上整體觀察f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2; %時間向量對應的頻率向量u=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_m); %調制后的信號U,u,df1=fftseq(u,ts,df); %對調制后的信號u求傅里葉變換U=U/fs; %縮放%通過調用子程序env_phas和loweq來實現解調功能v,phase=env_phas(u,ts,fc); %解調，求出u的相位phi=unwrap(phase); %校正相位角，使相位在整體上連續，便于后面對該相位角求導dem=(1/(2*pi*kf)*(diff(phi)*fs); %對校正后的相位求導 %再經一些線性變換來恢復原調制信號 %乘以f