1、頭*去*頭*頭*實踐教學*未*未*大*大學計算機與通信學院2014年秋季學期通信原理課程設計題目：AM調制系統仿真專業班級：通信工程姓名：學號:指導教師：成績：摘要這次的課程設計我們組主要運用MATLAB設計AM調制解調系統仿真。在這次課程設計中先根據AM調制與解調原理編寫調制解調程序，然后設計FIR低通濾波器，合理設置參數并運行,（完整版）AM系統仿真.并通過不斷的修改優化得到需要信號,之后分別加入高斯白噪聲，并分析對信號的影響，最后通過對解調信號的波形圖、頻譜圖和功率譜的分析得出AM調制解調系統仿真是否成功。關鍵詞：AM；調制；解調；噪聲；濾波目錄TOC o 1-5 h z HYPERLI

2、NK l bookmark12 前言1 HYPERLINK l bookmark14 第一章基本原理2 HYPERLINK l bookmark16 2。1AM調制解調原理2 HYPERLINK l bookmark24 2.2高斯白噪聲原理4 HYPERLINK l bookmark26 2。3Matlab基本原理5 HYPERLINK l bookmark28 第二章FTR濾波器的設計62。1FIR數字低通濾波器的設計6 HYPERLINK l bookmark30 第三章基于Matlab的AM調制系統仿真73。1載波信號的仿真7 HYPERLINK l bookmark32 AM調制信號

3、的仿真8AM已調信號的信號仿真93。4AM解調信號的仿真10總結12 HYPERLINK l bookmark34 致謝13參考文獻14附錄一15附錄二18(完整版)AM系統仿真. ,、（完整版）AM系統仿真.前言調制就是使一個信號（如光、高頻電磁振蕩等）的某些參數（如振幅、頻率等）按照另一個欲傳輸的信號（如聲音、圖像等）的特點變化的過程。用所要傳播的語言或音樂信號去改變高頻振蕩的幅度，使高頻振蕩的幅度隨語言或音樂信號的變化而變化,這個控制過程就稱為調制。其中語言或音樂信號叫做調制信號,調制后的載波就載有調制信號所包含的信息，稱為已調波。解調是調制的逆過程，它的作用是從已調波信號中取出原來的調

4、制信號。對于幅度調制來說，解調是從它的幅度變化提取調制信號的過程。對于頻率調制來說，解調是從它的頻率變化提取調制信號的過程。頻率解調要比幅度解調復雜，用普通檢波電路是無法解調出調制信號的，必須采用頻率檢波方式,如各類鑒頻器電路.關于鑒頻器電路可參閱有關資料，這里不再細述。本課題利用MATLAB軟件對AM信號調制解調系統進行模擬仿真，分別對余弦波進行調制，觀察調制信號、已調信號和解調信號的波形和頻譜分布。調制與解調技術是通信電子線路課程中一個重要的環節，也是實現通信必不可少的一門技術，也是通信專業學生必須掌握的一門技術。課題在這里是把要處理的信號當做一種特殊的信號，即一種“復雜向量來看待。也就是

5、說，課題更多的還是體現了數字信號處理技術。從課題的中心來看，課題“AM調制系統仿真”是希望將AM調制與解調技術應用于某一實際領域,這里就是指對信號進行調制。作為存儲于計算機中的調制信號，其本身就是離散化了的向量，我們只需將這些離散的量提取出來，就可以對其進行處理了。這一過程的實現，用到了處理數字信號的強有力工具MATLAB.通過MATLAB里幾個命令函數的調用，很輕易的在調制信號與載波信號的理論之間搭了一座橋。第一章基本原理AM調制解調原理信息源圖21AM調制解調系統框圖發送設備信道接收設備受信者噪聲圖22通信系統的一般模型圖2-1顯示給出了用于AM調制解調的系統框圖。從圖中可知，發送端信源信

6、號m(t)經AM調制器的調制后搭載高頻載波發送出去r送信道中經歷加性高斯白噪聲的干擾。接收端信號經歷AM解調器的解調輸出，最終得到信宿信號m(t)。所謂調制，就是在傳送信號的一方將所要傳送的信號附加在高頻振蕩上,再由天線發射出去。這里高頻振蕩波就是攜帶信號的運載工具，也叫載波。振幅調制，就是由調制信號去控制高頻載波的振幅，直至隨調制信號做線性變化。在線性調制系列中，最先應用的一種幅度調制是全調幅或常規調幅，簡稱為調幅(AM)。在頻域中已調波頻譜是基帶調制信號頻譜的線性位移;在時域中，已調波包絡與調制信號波形呈線性關系。設正弦載波為c(t)=Acos(t十申)(2。1-1)c0式中，A為載波幅度

7、；w為載波角頻率；申為載波初始相位(通常假設申=0).c00調制信號(基帶信號)為m(t)。根據調制的定義，振幅調制信號(已調信號)一般可以表示s(t)=Am(t)cos(t)(2.12)mc設調制信號m(t)的頻譜為M(w)，則已調信號s(t)的頻譜S(w):mmS(w)=-M(w+w)+M(w-w)(2。1-3)m2cc0標準調幅就是常規雙邊帶調制，簡稱調幅(AM)。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，亦可以是數字的。為首調制的高頻振蕩信號可稱為載波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脈沖序（完整版）AM系統仿真.列）。載波由高頻信號源直接產生即可，然

8、后經過高頻功率放大器進行放大，作為調幅波的載波,調制信號由低頻信號源直接產生，二者經過乘法器后即可產生雙邊帶的調幅波。設載波信號的表達式為cost，調制信號m（t）的平均值為0,其表達式為表達式為cm（t）二Acost，將其疊加一個直流偏量A后與載波相乘（圖2-1），即可形成調幅信號其時mm0域的表達式為sAM（t）=Ao+m（t）cosct（2。2-1）式中：A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。oAM信號是帶有載波分量的雙邊帶信號，它的帶寬是基帶貸款的兩倍，即B二2f（2。2-2）AMHAM的優點在于系統結構簡單，價格低廉。所以至今調幅制仍廣泛用于無線電廣播。圖23

9、AM調制模型(t)s（t）HBFT|包絡檢波n（t）圖2-4AM包絡檢波的性能分析模型解調是調制的逆過程，AM信號可用相干解調和包絡檢波兩種方法解調其作用是從高頻已調信號中恢復出調制信號的過程，又稱為波.對于幅度調制信號，解調就是從它的幅度變化上提取調制信號的過程。解調的方法可分為兩類：相干解調和非相干解調（包絡檢波）。本次課程設計將采用相干解調的方法。相干解調也叫同步檢波，解調與調制的實質一樣，均是頻譜搬移。相干解調時，為了無失真地回復原基帶信號，接收端必須提供一個與接收的已調載波嚴格同步（同相同頻）的本地載波（稱為相干載波），它與接收的已調信號相乘后，經低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始

10、的基帶調制信號。相干解調器適用于所有線性調制信號的解調。相干解調器的一般模型示于圖22中。s(t)m低通濾波器Kcos(ct)(完整版)AM系統仿真.(完整版)AM系統仿真. 圖2-5相干解調器的一般模型由上圖可知，解調端信道輸出信號sC)乘以跟發送端同頻同相的高頻載波cos(t)后，經低m通濾波器提取低頻分量，即可得到原始的基帶調制信號。具體理論推導如下送入解調器的AM的表達為(2.3-1)2.32)(2.33)TOC o 1-5 h zs(t)=A+m(t)-cos(wt)m0c與同頻同相的相干載波相c(t)=cos(wt)乘后得cs(t)=A+m(t)cos2(t)p0c=1-A+m(t

11、)+-La+m(t)cos(2t)2020c經歷低通濾波器濾除高頻信號后得s(t)=a+m(t)d20再經過隔直流電容后2.34)s(t)=2m(t)從以上分析可知，實現相干解調的關鍵是接收端要提供一個與載波信號嚴格同步的相干載波。否則,相干解調后將會是原始基帶信號減弱,甚至帶來嚴重失真，這在傳輸數字信號時尤為嚴重.2.2高斯白噪聲原理加性高斯白噪聲是最基本的噪聲與干擾模型。加性噪聲是疊加在信號上的一種噪聲，通常記為n(t)，而且無論有無信號，噪聲n(t)都是始終存在的。因此通常稱它為加性噪聲或者加性干擾。若噪聲的功率譜密度在所有的頻率上均為一常數，則稱這樣的噪聲為白噪聲.如果白噪聲取值的概率

12、分布服從高斯分布，則稱這樣的噪聲為高斯白噪聲.在通信系統中，經常碰到的噪聲之一就是白噪聲。1)定義：令n(t)為高斯隨機過程，其功率譜密度P(m)=No(-8+8)(2。41)n2則稱n(t)為高斯白噪聲.根據自相關函數與功率譜密度的關系，高斯白噪聲的自相關函數為：RG)=No8(t)或R(t-1)=No5(t-1)(2.4-2)n2n21221其數學期望為0。2)重要性質若X=JTn(t)(p(t)dt，其中申(t)為確定函數，則X為高斯隨機過程，數學期望為0,方差等0于：02oJ卩申2(t)dt。X20若X=JTn(t)p(t)dt,X=JTn(t)p(t)dt；其中Q(t),9(t)為確

13、定函數。則:10120212EXXNJ丁9(t)q(t)dt(24一3)122012若q(t)與q(t)在(0T)時間間隔內正交，即J丁9(t)9(t)dt=0，則：X與X統計獨立.12帶限高斯白噪聲，其功率譜密度為1212其相關函數:RG)=丄Jn2兀N020,(2.4一4)whP()edNfSin2兀f/n0H2兀fTHHRG)=o2Sa(2兀ft)nnHrk、f丿HkH樣值n(t)n(t)n(t)的K維聯合概率密度為12K又因為En(t)=0，所以：n(t)與P()ed-Nf0,K1,2,32.4一5)2.4-6)(2。4-7)不相關，因為是高斯變量，所以統計獨立。K個抽n(t)n(t)

14、n(t)=p(n(t)p(n(t)p(n(t)(2。4-8)1-12K12KMatlab基本原理Matlab主要面對科學計算可視化以及交互式程序設計的高科技計算環境。它將數值分析，矩陣計算,科學數據可視化以及非線性動態系統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境中,為科學研究,工程設計以及必須進行有效計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案,代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB語言被稱為第四代計算機語言,其利用豐富的函數資源,使程序員從繁瑣的程序代碼中解放出來，其最突出的特點就是簡潔。MATLAB用更直接的符號人們思維習慣的代碼，代替C語言和RORTRAN語言的冗

15、長代碼，給用戶帶來直觀簡潔的程序開發環境：語言簡潔緊湊，高效(完整版)AM系統仿真. (完整版)AM系統仿真.方便的矩陣和數組運算，既具有結構化的控制語句，又具有面向對象編程的特性。語法限制不嚴格，程序設計自由度大，通過建立M后綴名文件的形式與用戶原有的C語言混合編程，方便調用C語言子程序。且具有強大的圖形功能。第二章FTR濾波器的設計FIR數字低通濾波器的設計FIR濾波器的設計采用間接法，常用的方法有窗函數法、頻率采樣法和切比雪夫等波紋逼近法.對于線性相位濾波器，經常采用FIR濾波器。用窗函數法設計FIR濾波器的步驟。如下：根據對阻帶衰減及過渡帶的指標要求，選擇串窗數類型(矩形窗、三角窗、漢

16、寧窗、哈明窗、凱塞窗等)，并估計窗口長度N。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。構造希望逼近的頻率響應函數。計算h(n)。.加窗得到設計結果.本次設計中選用哈明窗作為窗函數、采樣頻率為2000HZ，通帶邊界頻率為100HZ，阻帶截至頻率為120HZ，通帶與阻帶波動分別為1%及5%，代碼如下：Ft=2000;采樣頻率fpts二100120；%通帶邊界頻率fp=100Hz,阻帶截止頻率fs=120Hzmag=10;dev=0.010。05；%通帶波動1%，阻帶波動5%n21，wn21，beta,ftype二kaiserord(fpts,mag，

17、dev，Ft);%kaiserord估計采用凱塞窗設計的FIR濾波器的參數b21=fir1(n21,wn21，Kaiser(n21+1,beta);%由fir1設計濾波器h,w=freqz(b21,1)；%得到頻率響應plot(w/pi，abs(h);gridontitle(FIR低通濾波器);第三章基于Matlab的AM調制系統仿真3。1載波信號的仿真3。1.1載波信號的仿真代碼t二1:0。00001:1；A0=10;%載波信號振幅f=6000;%載波信號頻率w0=f*pi;Uc二A0*cos(w0*t);%載波信號figure;subplot(2,1,1)；plot(t,Uc);title

18、(載波信號波形)；axis(0,0.01,15,15);subplot(2,1,2)；Y1=fft(Uc);%對載波信號進行傅里葉變換plot(abs(Y1)；title(載波信號頻譜);axis(5800,6200,0,1000000);3.1.2載波信號的仿真波形載波信號頻譜1111111111.1115SOO586059005S0EOOOE0506100E1506200圖1載波信號仿真波形(完整版)AM系統仿真.圖1給出了發送端調制基帶信號所使用的載波波形和所需載波信號頻譜。從載波信號波形中可看出橫坐標表示載波持續時間，縱坐標表示載波幅度?？芍敬握{制使用的載波是幅度為10,周期為0.1

19、67x10-3s,頻率為6000Hz的余弦波。載波信號仿真波形圖中橫坐標表示頻率，縱坐標表示信號頻譜幅值。從圖中可以明顯看出載波頻譜的中心頻率為6000Hz。AM調制信號的仿真4.2。1AM調制信號的仿真代碼t=-1：0.00001:1;A1=5；%調制信號振幅f=6000；%載波信號頻率w0=f*pi；mes二A1*cos(0。001*w0*t);%調制信號subplot(2,1,1)；plot(t，mes);xlabel(t),title(調制信號);subplot(2，1,2);Y2=fft(mes);%對調制信號進行傅里葉變換plot(abs(Y2);title(調制信號頻譜)；axi

20、s(198000,202000，0，1000000);(完整版)AM系統仿真.(完整版)AM系統仿真. 調制信號頻譜10QIIIIII1.981.9851.991.9522.0052.012.0152.02f圖2AM調制仿真波形圖2給出了用于調制的發送信號時域波形及其調制信號頻譜.調制信號中橫坐標和縱坐標分別對應表示時間和信號幅值。從圖中可以明顯看出發送信號為余弦波信號。從調制信號頻譜圖中可看出發送信號對應的頻譜.圖中橫坐標表示頻率，縱坐標表示頻譜幅值。可以看出信號頻譜主要集中在低頻段，而且信號帶寬較窄，大約在20000Hz。3。3AM已調信號的信號仿真4。3.1AM已調信號的仿真代碼t=-1

21、：0.00001：1；A0=10;%載波信號振幅A1=5；%調制信號振幅A2=3；%已調信號振幅f=3000；%載波信號頻率w0=2*f*pi；m=0.15;%調制度mes二A1*cos(0.001*w0*t);%消調制信號Uam二A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t);%AM已調信號subplot(2,1,1)；plot(t,Uam)；gridon;title(AM調制信號波形);subplot(2,1,2)；Y3二fft(Uam)；%對AM已調信號進行傅里葉變換plot(abs(Y3),grid;title(AM調制信號頻譜)；axis(5950,6050,0,500000)；

22、3.3。2AM已調信號的仿真波形AM調制信號滋形-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.4-0.60.81tf圖3AM已調信號仿真波形圖3給出了系統中經過AM調制后信號的時域波形和調制后信號所對應的頻譜。時域波形圖中橫坐標和縱坐標分別對應表示時間和信號幅值.從圖中可知，已調制信號的外包絡仍然保持著跟調制信號相同的包絡特性。頻譜圖中橫坐標表示頻率，縱坐標表示頻譜幅值。從圖中可知，原發射信號經過調制后，頻譜明顯從原來的低頻部分搬移到載波頻率對應的高頻部分.但由于已調制信號中直流分量的作用，調制后信號頻譜的幅值相比原調制信號頻譜幅值并沒有完全減半。AM解調信號的仿真4.4。1AM解調信號的仿

23、真代碼t=-1:0.00001:1；A0=10；%載波信號振幅A1=5；%調制信號振幅A2=3；%已調信號振幅f=3000;載波信號頻率w0=2*fpi；m=0。15;%調制度k=0。5;%AM前面的系數mes二A1*cos(0。001*w0*t);%調制信號Uam=A2*(1+m*mes).cos(w0).t)；%AM已調信號Dam二Uam。*cos(w0*t);%對AM調制信號進行解調subplot(2，1,1)；plot(t，Dam);gridon；title(濾波前AM解調信號波形);subplot(2，1，2)；Y5二fft(Dam);%對AM解調信號進行傅里葉變換plot(abs(

24、Y5)，grid；title(濾波前AM解調信號頻譜);axis(187960，188040,0,200000)；3.4。2AM解調信號的仿真波形謔液前AM解調信號形tx105圖4AM解調仿真波形圖4給出了相干解調中信號乘以跟發送載波同頻的本地余弦波后的時域波形和對應頻譜圖。時域波形圖中橫坐標為時間軸，縱坐標表示信號幅值。從上述圖中可知：AM信號完整的輸入波形轉化為單一極性輸出，同時信號的頻率增加.頻譜圖中橫坐標表示頻率變化范圍，縱坐標表示頻譜幅值。由上圖對比圖3中AM調制信號頻譜圖可知，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。總結（完整版）AM系統仿真

25、. 這次課設的時間很充足，從這次課設的題目來看，題目“AM調制系統仿真是希望將AM調制與解調技術應用于某一實際領域，這里就是指對信號進行調制與解調.作為存儲于計算機中的調制信號，其本身就是離散化了的向量，我們只需將這些離散的量提取出來，就可以對其進行處理了。這一過程的實現，用到了處理數字信號的強有力工具MATLAB。通過MATLAB里幾個命令函數的調用，很容易的就把調制信號與載波信號聯系起來。我們之前就接觸過Matlab的圖像處理以及信號與系統的Matlab實驗，所以對Matlab的信號處理并不感到陌生.但是對模擬信號的調制解調卻缺少認識，僅限于通信原理課上老師的一些我現在并不清晰的記憶。因此

26、這次課設給了我一個重新學習模擬信號調制解調的機會，也順便對自己的薄弱地方是一個很好的補充。調制與解調技術是通信相關技術中處理信號的一個關鍵技術，也是通信專業學生必須掌握的一門技術.課題在這里是把要處理的信號當做一種特殊的信號，即一種“復雜向量”來看待。也就是說，課題更多的還是體現了數字信號處理技術。課題的特色在于它將調制信號看作一組向量，于是就把調制信號數字化了。那么，我們就完全可以利用數字信號處理和通信電子線路相關的知識來解決AM調制解調問題.我們可以像給一般信號做頻譜分析一樣，來對調制信號做頻譜分析，也可以較容易的用數字濾波器來對解調信號進行濾波處理。通過比較AM調制與解調前后，調制信號的

27、頻譜0和時域，能明顯的感覺到AM調制后AM解調與原始的調制信號有明顯的不同.在這次課程設計過程過程中，我較全面了解了AM信號調制與解調的原理及實現方法，能夠運用Matlab進行基本的仿真，也掌握了文獻檢索和文獻閱讀的一些方法.總之，在學習的過程中我受益匪淺，這段時間感到十分的充實，和同學們一起進行學習訓練解決問題，這種感覺非常好真希望以后能有更多的機會進行這樣的學習和訓練。致謝在這次歷時三周的通信系統課設中我學到了許多新東西，對信號的調制解調有了更深入的理解，對Matlab也有了更多的認識。在此特別感謝我們同組的同學，在課設過程中我們共同討論、（完整版）AM系統仿真.共同進步，也要感謝那些對我

28、們組有幫助的組外同學。當然尤其要感謝的就是我們的指導老師了,在課設的過程中他們一直給予我們熱心的指導與幫助,沒有他們，我們很難完成這次課設任務.參考文獻樊昌信，曹麗娜。通信原理國防工業出版社，2012張義芳。高頻電子線路第四版哈爾濱工業大學出版社，2009張化光，孫秋野。MATLAB/Simulink實用教程。北京人民郵電出版社，20094鄧華。MATLAB通信仿真及應用實例詳解.北京國防工業出版社，2003達新宇通信原理實驗與課程設計北京：北京郵電大學出版社，2003徐遠明.MATLAB仿真在通信與電子工程中的應用。西安：西安電子科技大學出版社，2005張化光，孫秋野.MATLAB/Simu

29、link實用教程.北京：人民郵電出版社，2009姚俊，馬松輝。Simulink建模與仿真基礎。北京：西安電子科技大學出版社，2002郝文化。MATLAB圖形圖像處理應用教程。北京：中國水利水電出版社，2002.10胡廣書?，F代信號處理M。北京：清華大學出版社，2004.康光華.電子技術基礎數字部分。高等教育出版社，2002丁美玉，數字信號處理，西安電子科技大學出版社，2008張德峰，MATLAB數字信號處理與應用，清華大學出版社，2010附錄一t=-1：0.00001：1；A0=10;載波信號振幅A1=5；調制信號振幅A2=3；已調信號振幅*f=6000；%載波信號頻率w0=fpi；m=0。15;%調制度*（完整版）AM系統仿真.*Uc=A0.cos(w0*t);subplot(5，2,1);plot(t，Uc)；title(載波信號);axis(O,O。01，-15,15);T1=fft(Uc);subplot(5，2,2);plot(abs(T1)；title(載波信號頻譜)；axis(5800，6200,0,1000000)；%載波信號傅里葉變換mes=A1*cos(0