模拟幅度调制的仿真与设计

模拟幅度调制的仿真与设计

一、课程设计的目的

掌握模拟通信系统中常见的调幅（AM）、双边带（DSB）、残留边带（VSB）和单边带（SSB）等调制解调系统的基本原理以及抗噪声性能，并在MATLAB软件平台上仿真实现几种常见的模拟幅度调制方式，并对仿真结果进行分析，从而更深入地掌握模拟调制系统的相关知识。

二、MATLAB基本原理

1、原理概述

随着通信系统复杂性的增加,传统的手工分析与电路板试验等分析设计方法已经不能适应发展的需要,通信系统计算机模拟仿真技术日益显示出其巨大的优越性.。计算机仿真是根据被研究的真实系统的模型,利用计算机进行实验研究的一种方法.它具有利用模型进行仿真的一系列优点,如费用低,易于进行真实系统难于实现的各种试验,以及易于实现完全相同条件下的重复试验等。Matlab仿真软件就是分析通信系统常用的工具之一。Matlab是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境,它用于科学和工程的计算与可视化。Matlab的编程功能简单,并且很容易扩展和创造新的命令与函数。应用Matlab可方便地解决复杂数值计算问题。

基于Matlab的通信系统课程设计要求

1.建立通信系统的数学模型根据通信系统的基本原理，确定总的系统功能，将各部分功能模块化，并找出各部分之间的关系，画出系统框图

2.熟悉仿真工具，采用m编程，组建通信系统首先新建一个m文件，再根据系统原理框图画出软件实现流程图，然后根据流程编写相

应程序，最后对代码进行修正优化，最终实现系统功能

3.根据系统新能指标，设置和调整各模块参量及初始变量值

4.实现系统运行仿真，观察分析结果（计算的数据，显示的图形）线性幅度调制系统的仿真设计

指标要求：（1）信源为fm=1Hz,Am=1V的余弦信号，载波fc=10Hz （2）根据线性幅度调制原理，确定调制系统设计方案（3）画出AM,DSB,SSB调制解调信号时域波形和频谱图（4）对数据结果进行分析

2、语句介绍

三、理论知识论述

四、MATLAB课程设计程序

1、普通调幅（AM）的仿真与分析

AM调制程序：附录1

仿真波形图：附录图1

分析：由频谱可以看出，AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此，AM信号是带有载波分量的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽的2倍。对AM信号的解调采取乘积型同步检波。实现方式是使调制信号与相干载波相乘，然后通过低通滤波器。

由AM仿真分析可得出：（1）此调制方式占用频带较宽，已调信号的频带宽度是调制信号的频带的两倍；（2）由于被调信号的包络就是调制信号叠加一个直流，所以容易实现峰值包络解调；（3）含有正弦载波分量，即有部分功率耗用在载波上，而没有用于信息的传送；（4）从效率上看，常规调幅幅度方式效率较低，但调制和解调过程简单。

2、双边带调制（DSB）的仿真与分析

DSB调制程序：附录2

仿真波形图：附录图2

分析：由图可以看出DSB调制有如下特点：（1）DSB信号的幅值仍随调制信号变化，但与普通调幅波不同，它的包络不再在载波振幅上下变化；（2）DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处（调制电压正负交替时候）要突变180度； (3)DSB 调制，信号仍集中在载频附近，由于DSB调制抑制了载波，它的全部功率为边带占有，输出功率都是有用信号，它比普通调幅波经济，但在频带利用率上没有改进；（4）DSB的频谱相当于从AM波频谱图中将载频去掉后的频谱。进一步观察DSB信号的仿真图形可见，上下半轴对称，这是因为上下两个边带所含的消息完全相同，故从消息传送的角度看，发送一个边带即可，这样不仅可以节省发射功率，而且频带的宽度也缩小一半。

3、单边带调制（SSB）的仿真与分析

SSB调制程序：附录3

仿真波形图：附录3

分析：SSB信号的解调和DSB一样，不能采用简单的包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以采用相干解调法，即对SSB信号的解调采取乘积型同步检波。实现方法是使调制信号与相干载波相乘，然后通过低通滤波器。单频调制信号仍是等幅波，但它与原载波的电压是不同的。SSB的振幅与调制信号的幅度成正比，它的频率随调制信号的频率不同而不同，因而它含消息特征。单边带信号的包络与调制信号的包络形状相同。

五、课程设计发生的问题和心得体会

为期两周的通信原理课程设计已经结束了，在之前已经上过的MATLAB实训课程和专业课基础上，我又上网收集了一些资料。在运行MATLAB软件仿真的过程中，我对MATLAB的相关知识及其应用有进一步的了解，从而达到了各类调制解调系统的仿真实现。但是，设计中仍存在很多的瑕疵与不足，没能够做到尽善尽美，直到与同组同学一起讨论分析、修改程序、调制测试等才解决了问题，顺利完成课程设计任务。在此，感谢我的小伙伴们和老师提供的帮助和指导。

附录：

附录1

AM调制程序如下

%显示模拟调制的波形及解调方法AM,文件mam.m

%信源

close all;

clear all;

dt=0.001; %时间采样间隔

fm=1; %信源最高频率

fc=10; %载波中心频率

T=5; %信号时长

t=0:dt:T;

mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fm*t);%信源

%N0=0.01; %白噪单边功率谱密度

%AM modulation

A=2;

s_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t);

B=2*fm; %带通滤波器带宽

%noise=noise_nb(fc,B,N0,t);%窄带高斯噪声产生%s_am=s_am+noise;

figure(1)

subplot(3,1,1)

plot(t,s_am);hold on; %画出AM信号波形

plot(t,A+mt,'r--'); %标出AM的包络

title('AM调制信号及其包络')

xlabel('t');

%AM demodulation

rt=s_am.*cos(2*pi*fc*t);%相干解调

rt=rt-mean(rt);

[f,rf]=T2F(t,rt);

[t,rt]=lpf(f,rf,2*fm); %低通滤波

subplot(3,1,2)

plot(t,rt);hold on;

plot(t,mt/2,'r--');

title('相干解调后的信号波形与输入信号的比较') xlabel('t')

subplot(3,1,3)

[f,sf]=T2F(t,s_am); %调制信号频谱

plot(f,sf);hold on;

axis([0 15 0 5000]);

title('AM信号频谱')

xlabel('f');

附录2

DSB调制程序如下；

%显示模拟调制的波形及解调方法DSB,文件mdsb.m %信源

close all;

clear all;

dt=0.001; %时间采样间隔

fm=1; %信源最高频率

fc=10; %载波中心频率

T=5; %信号时长

t=0:dt:T;

mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fm*t);%信源

%N0=0.01; %白噪声单边功率谱密度%DSB modulation

S_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t);

B=2*fm;

%noise=noise_nb(fc,B,N0,t);

%s_dsb=s_dsb+noise;

figure(1)

subplot(311)

plot(t,s_dsb);hold on; %画出DSB信号波形plot(t,mt,'r--'); %标出mt的波形

title('DSB调制信号')

xlabel('t');

%DSB demodulation

rt=s_dsb.*cos(2*pi*fc*t);

rt=rt-mean(rt);

[f,rf]=T2F(t,rt);

[t,rt]=lpf(f,rf,2*fm);

subplot(312)

plot(t,rt);hold on;

plot(t,mt/2,'r--');

title('相干解调后的信号波形与输入信号的比较') xlabel('t');

subplot(313)

[f,sf]=T2F(t,s_dsb);

plot(f,sf);hold on;

axis([0 15 0 2000]);

title('DSB信号频谱')

xlabel('f');

附录3

SSB调制程序如下：

%显示模拟调制的波形及解调方法SSB,文件mssb.m %信源

close all;

clear all;

dt=0.001; %时间采样间隔

fm=1; %信源最高频率

fc=10; %载波中心频率

T=5; %信号时长

t=0:dt:T;

mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fm*t);%信源

%SSB modulation

S_ssb=real(hilbert(mt).*exp(j*2*pi*fc*t));

B=fm; %带通滤波器带宽

figure(1)

subplot(311)

plot(t,s_ssb);hold on; %画出SSB信号波形

plot(t,mt,'r--'); %标出mt的包络

title('SSB调制信号')

xlabel('t');

%SSB demodulation

rt=s_ssb.*cos(2*pi*fc*t);%相干解调

rt=rt-mean(rt);

[f,rf]=T2F(t,rt);

[t,rt]=lpf(f,rf,2*fm); %低通滤波

subplot(312)

plot(t,rt);hold on;

plot(t,mt/2,'r--');

title('相干解调后的信号波形与输入信号的比较')

xlabel('t')

subplot(313)

[f,sf]=T2F(t,s_ssb); %单边带信号频谱plot(f,sf);hold on;

axis([0 15 0 4000]);

title('SSB信号频谱')

xlabel('f');

附录4

程序中调用的脚本文件T2F、F2T、lpf

function[t,st]=F2T(f,sf)

df=f(2)-f(1);

Fmx=(f(end)-f(1)+df);

dt=1/Fmx;

N=length(sf);

T=dt*N;

t=0:dt:T-dt;

sff=fftshift(sf);

st=Fmx*ifft(sff);

function[f,sf]=T2F(t,st);

dt=t(2)-t(1);

T=t(end);

df=1/T;

N=length(st);

f=-N/2*df:df:N/2*df-df;

sf=fft(st);

st=T/N*fftshift(sf);

function [ t,st] = lpf( f,sf,B)

df=f(2)-f(1);

T=1/df;

hf=zeros(1,length(f));

bf=[-floor(B/df):floor(B/df)]+floor(length(f)/2); hf(bf)=1;

yf=hf.*sf;

[t,st]=F2T(f,yf);

st=real(st);

参考文献：

[1] 樊昌信.曹丽娜等.通信原理（第六版）.北京.国防工业出版社.2006.

[2] 刘敏.魏玲等.MATLAB通信仿真与应用.北京.国防工业出版社.2001.

[3] 郭文彬.桑林等.通信原理-基于MA TLAB的计算机仿真（第一版）.北京.北京邮电大学出版社.2006.

[4] 邓华.张振中.张海洋等.MATLAB通信仿真及应用实例详解(第一版).北京.人民邮电出版社.2003.