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1、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
2、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
3、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，A
4、M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
5、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
6、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
7、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1AM调制程序如下%显示模拟调制的波形及解调方法AM,文件mam
8、.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 modulationA=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
9、 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 demodulationrt=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
10、on;axis(0 15 0 5000);title(AM信号频谱)xlabel(f);附录2DSB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 modulationS_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t);B=2*fm;%noise=noise_nb(fc,B,N0,t);%s_dsb=s_
11、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 demodulationrt=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
12、)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3SSB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 modulationS_ssb=real(hilbert(mt).*exp(j*2*pi*fc*t);B=fm;%带通滤波器
13、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 demodulationrt=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(
14、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、lpffunctiont,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);functionf,sf=T2F(t,st);dt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N
15、=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樊吕信.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.
