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1、 基于基于 MATLABMATLAB 的的 AMAM 调制解调系统调制解调系统 仿真报告仿真报告 XXXX XXXX XXXX XXXXXXXX XXXX XXXX XXXX V1 0V1 0 市智能信号与图像处理重点实验室市智能信号与图像处理重点实验室 2013 年年 10 月月 29 日日 内部内部 修订历史记录修订历史记录 日期版本文档负责人修改容 2013 10 29V1 0亚洲创建文档 编制 签字日期 审查 签字日期 审核 签字日期 批准批准 签字日期 文档评审负责人 参加评审人员 目目 录录 1 引言引言 5 1 1 设计目的 5 1 2 术语定义 5 1 3 参考资料 5 1 4
2、 文档组织 5 2 AM 调制解调调制解调 6 2 1 AM 调制 6 2 2 AM 解调 7 3 基于基于 MATLAB 的的 AM 仿真仿真 8 3 1 仿真基本参数 8 3 2 生成调制信号 8 3 3 AM 调制器 8 3 4 相干解调器 9 4 仿真结果曲线仿真结果曲线 10 4 1 发送信号波形和频谱 10 4 2 载波信号波形和频谱 12 4 3 AM 信号波形和频谱 14 4 4 相干解调波形和频谱 16 4 5 恢复信号波形和频谱 18 5 总结总结 20 6 程序附录程序附录 20 1 引言引言 1 1 设计目的设计目的 本报告依照传统模拟调制的规 给出了 AM 调制解调的
3、具体流程 重点研究了系统中各 阶段信号时域和频谱波形以及频谱的搬移变化 为 AM 调制解调系统信号波形的进一步深入 研究做了基础 1 2 术语定义术语定义 本文档使用以下关键术语和简略语 英文缩写英文缩写英文全称英文全称中文名称中文名称 AMAmplitude Modulation幅度调制 AWGNAdditive White Gaussian Noise 加性高斯白噪声 1 3 参考资料参考资料 1 通信原理 第六版 樊昌信 丽娜 编著 国防工业 2007 年 1 月 1 4 文档组织文档组织 报告第二部分给出了 AM 调制解调的基本原理 第三部分给出了系统在 MATLAB 里面的 程序调试
4、及仿真 第四部分给出了各仿真模块输出时域和频域波形 并对比发射信号和接 收信号的时域波形 第五部分对报告进行了总结 2 AM 调制解调调制解调 信信源源信信号号信信宿宿信信号号AM调调制制AM解解调调信信道道 加加性性噪噪声声 图 1 AM 调制解调系统框图 图 1 显示给出了用于 AM 调制解调的系统框图 从图中可知 发送端信源信号经 m t AM 调制器的调制后搭载高频载波发送出去 发送信道中经历加性高斯白噪声的干扰 接收 端信号经历 AM 解调器的解调输出 最终得到信宿信号 m t 2 1 AM 调制调制 m t sAM t Aocos ct 图 2 AM 调制模型 图 2 显示给出了
5、AM 调制的原理模型 从图中可知发送信号和直流分量叠加后 m t 0 A 乘以高频载波后即可形成 AM 调制信号 cos ct 具体时域表波形为 1 0 0 cos cos cos AMc cc stAm tt Atm tt 对应的频谱波形为 2 0 1 22 AMcccc A SfM ffM ffffff 2 2 AM 解调解调 低低通通滤滤波波器器 sm t sd t cos ct 图 3 AM 解调模型 图 3 显示给出了 AM 解调的数学模型 由上图可知 解调端信道输出信号乘以跟发 m st 送端同频同相的高频载波后 经低通滤波器提取低频分量 即可得到原始的基带cos ct 调制信号
6、具体理论推导如下 送入解调器的 AM 的表达为 3 0 cos mc stAm tt 与同频同相的相干载波相乘后得 cos c c tt 4 2 0 00 cos 11 cos 2 22 pc c stAm tt Am tAm tt 经历低通滤波器滤除高频信号后得 5 0 1 2 d s tAm t 再经过隔直流电容后 6 1 2 s tm t 3 基于基于 MATLAB 的的 AM 仿真仿真 本仿真利用 MATLAB 自带函数仿真了 AM 系统各阶段信号的时域和频域波形 并对比发 射信号和解调恢复信号的波形 3 1 仿真基本参数仿真基本参数 系统仿真前定义采样间隔 ts 载波频率 fc 噪声
7、系数 sigma 和时间长度 t 具体如 下 ts 1 e 4 t 0 04 ts 0 04 fc 500 sigma 0 3 3 2 生成调制信号生成调制信号 仿真中采用时间长度 0 02 0 02 高度为1的三角脉冲波形作为调制信号 生成调制信号 m sig tripuls t 0 01 0 02 tripuls t 0 01 0 02 调整信号 m sig 由两 个三角脉冲波形左右平移后叠加生成 3 3 AM 调制器调制器 在 MATLAB 中使用如下的语句对发射信号进行调制 调制过程 s am 1 m sig cos 2 pi fc t sigma randn size t AM信号由
8、调制信号m sig叠加直流分量后乘以载波并混以噪声形成 cos 2 pi fc t 载波信号 fc为载波频率 randn size t 代表服从正态分布的噪声 3 4 相干解调器相干解调器 相干解调依靠接收端提供跟发送端同频同相的高频载波乘以接收信号 再经cos ct 低通滤波器提取低频分量来恢复出原调制信号 具体程序实现如下 产生本地接收载波 s carr cos 2 pi fc t 同步解调 s dem s am s carr 定义lfft变量 Lfft length t 取时间区间的长度并赋值给Lfft Lfft 2 ceil log2 Lfft 1 将Lfft重新转化成为更大的偶数Lf
9、ft ceil 向正无穷大的方向取整 绘制解调后信号频谱 S dem fftshift fft s dem Lfft length t 生成低通滤波器 h fir1 60 B m ts 设计低通滤波器频域相应 其中滤波器阶数60 截至频率 75Hz 低通滤波 s rec filter h 1 s dem 理想低通滤波器filter滤除s dem中的高频分量得恢 复信号s rec 绘制恢复信号频谱 S rec fftshift fft s rec Lfft length t 4 仿真结果曲线仿真结果曲线 4 1 发送信号波形和频谱发送信号波形和频谱 0 025 0 02 0 015 0 01 0
10、 00500 0050 010 0150 020 025 2 1 5 1 0 5 0 0 5 1 1 5 2 t sec m t 图 4 发送信号时域波形 图 4 显示给出了用于调制的发送信号时域波形 图中横坐标和纵坐标分别对应表示时 间和信号幅值 从图中可以明显看出发送信号为三角波信号 150 100 50050100150 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 45 0 5 f Hz M f 图 5 发送信号的频谱 图 5 显示给出了三角波发送信号对应的频谱 图中横坐标表示频率 纵坐标表示频谱 幅值 从图中可以看出信号频谱主要集中在低频段 而且信号
11、带宽较窄 大约在 150Hz 4 2 载波信号波形和频谱载波信号波形和频谱 5 4 3 2 1012345 x 10 3 1 5 1 0 5 0 0 5 1 1 5 t sec scarr t 图 6 载波信号时域波形 图 6 显示给出了发送端调制基带信号所使用的载波波形 图中横坐标表示载波持续时 间 横坐标表示载波幅度 从图中可知本次调制使用的载波是幅度为 1 周期为 3 2 0 10 s 频率为 500Hz 的余玄波 600 400 2000200400600 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 45 0 5 f Hz S carr f 图 7
12、载波信号频谱 图 7 显示给出了系统发射信号所需载波信号频谱 图中横坐标表示频率 纵坐标表示 信号频谱幅值 从图中可以明显看出载波频谱的中心频率分别为 500Hz 500Hz 4 3 AM 信号波形和频谱信号波形和频谱 0 025 0 02 0 015 0 01 0 00500 0050 010 0150 020 025 2 1 5 1 0 5 0 0 5 1 1 5 2 t sec s AM t 图 8 AM 信号波形 SNR 19 72dB 图 8 显示给出了系统中经过 AM 调制后信号的时域波形 图中横坐标和纵坐标分别对应 表示时间和信号幅值 从图中可知 已调制信号的外包络仍然保持着跟调
13、制信号相同的包 络特性 600 400 2000200400600 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 45 0 5 f Hz S AM f 图 9 AM 信号频谱波形 SNR 19 72dB 图 9 显示给出了经历调制后信号所对应的频谱 频谱图中横坐标表示频率 纵坐标表 示频谱幅值 从图中可知 原发射信号经过调制后 频谱明显从原来的低频部分搬移到载 波频率对应的高频部分 但由于已调制信号中直流分量的作用 调制后信号频谱的幅值相 比原调制信号频谱幅值并没有完全减半 4 4 相干解调波形和频谱相干解调波形和频谱 0 025 0 02 0 015 0 0
14、1 0 00500 0050 010 0150 020 025 2 1 5 1 0 5 0 0 5 1 1 5 2 t sec s rect t 图 10 经过相干解调后的时域信号波形 图 10 显示给出了相干解调号乘以跟发送载波同频的本地余玄波后的时域波形 图中横 坐标为时间轴 纵坐标表示信号幅值 从上述图中可知 AM 信号完整的输入波形转化为单 一极性输出 同时信号的频率增加 1000 50005001000 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 f Hz S rect f 图 11 相干解调频谱 图 11 显示给出了信号通过相干解调乘以本地载波后对应频谱图 图中横坐标表示频 率变化
15、围 纵坐标表示频谱幅值 由上图对比图 9 可知 乘以本地载波后的信号频谱将 AM 信号频谱又重新的搬移 而在高频段仍然保留频谱分量 4 5 恢复信号波形和频谱恢复信号波形和频谱 0 025 0 02 0 015 0 01 0 00500 0050 010 0150 020 025 0 5 0 0 5 1 t sec s rec t 图 12 经过低通滤波器后恢复信号时域波形 SNR 19 72dB 图 12 显示给出了经过低通滤波器后恢复出的信号的时域波形 图中横坐标表示信号长 度时间坐标轴 纵坐标表示恢复信号的幅值 从图中可看出 恢复的信号波形基本上跟发 送端发送信号波形吻合 但由于受到噪声
16、的影响 信号的包络发生了抖动 200 150 100 50050100150200 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 45 0 5 f Hz S rec f 图 13 经历低通滤波器恢复信号频谱图 图 13 显示给出了相干解调信号经过低通滤波器后对应的频谱 上述图像中横坐标代表 频率变化 纵坐标表示频谱幅度变化 对比原发射信号频谱可知 此恢复出的信号频谱基 本跟发射信号频谱波形吻合并且带宽大约在 150Hz 说明能较好的恢复出原调制信号 5 总结总结 本报告使用 MATLAB 软件仿真了 AM 调制解调系统中各阶段信号的时域和频谱波形 更 直观的研究了信号在通过系统中各阶段的波形和频谱搬移变化情况 6 程序附录程序附录 AM Modulation t 0 04 ts 0 04 fc 500 frequency of carrier sigma 0 2 noise index Generate message signal by using function tripuls m sig tripuls t 0 01 0 02 tripuls
