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1、 . . . 摘要调幅，英文是AmplitudeModulation（AM）。调幅也就是通常说的中波，围在503-1060KHz。调幅是用声音的高低变为幅度的变化的电信号。本课程设计主要研究了AM模拟调制系统的设计和仿真。在本次通信系统仿真训练中，我主要通过了解模拟幅度调制和解调的原理和其实现方法，然后根据其模拟幅度调制系统的原理给出了调制和解调的框图。其次弄懂了AM模拟调制的基本原理。最后利用Matlab软件仿真模拟幅度调制系统，实现AM调制和相干解调，给出了调制信号、载波信号与已调信号与解调信号的波形图和频谱图，并计算了该系统的信噪比。关键词：调制 解调 AM模拟调制 信噪比目录前言1一、
2、调制与解调原理21.1调制原理21.2 解调原理3二、模拟调制42.1 模拟调制原理42.2 AM调制的基本原理42.3 AM解调原理与抗噪性能62.4 FIR数字滤波器设计方法8三、 AM调制解调系统的MATLAB仿真与其分析103.1 AM调制解调分析的MATLAB实现103.2 MATLAB仿真与其分析10总结13参考文献14附录15 / 前言调制在通信系统中的作用是至关重要的。所谓调制，就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。在大多数场合，调制一般指载波调制。载波调制，就是用调制信号去控制载波的参数的过程，使载波的某一个或某几
3、个参数按照调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的信息信号（基带信号），这些新号可以是模拟的，也可以是数字的。未承受调制的周期性振荡信号称为载波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。载波调制后称为已调信号，它包含有调制信号的全部特征。解调则是调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。此次设计主要进行模拟调至系统的模拟和仿真，最常用和最重要的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。常见的调幅AM、双边带DSB、单边带VSB等调制就是幅度调制的几个典型实例；而频率调制FM是角度调制中被广泛采用的一种。本文主要分析了AM在高斯白噪声影响下的波形变化，通过对有无噪声解调信号波
4、形的对比分析，估计AM调制解调系统的性能。一、调制与解调原理1.1调制原理调制: 将各种数字基带信号转换成适于信道传输的数字调制信号(已调信号或频带信号)；时域定义：调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号。 频域定义：调制就是将基带信号的频谱搬移到信道通带中或者其中的某个频段上的过程，而解调是将信道中来的频带信号恢复为基带信号的反过程. 根据所控制的信号参量的不同，调制可分为： 调幅，使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。 调频，使载波的瞬时频率随着调
5、制信号的大小而变，而幅度保持不变的调制方式。 调相，利用原始信号控制载波信号的相位。 调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的信号，这就意味着把基带信号（信源）转变为一个相对基带频率而言频率非常高的代通信号。该信号称为已调信号，而基带信号称为调制信号。调制可以通过使高频载波随信号幅度的变化而改变载波的幅度、相位或者频率来实现。调制过程用于通信系统的发端。在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，也就是将基带信号从载波中提取出来以便预定的承受者（信宿）处理和理解的过程。该过程称为解调。 调制的方式有很多。根据调制信号是模拟信号还是数字信号，载波是连续波（通常是正弦波）还是脉
6、冲波，相应的调制方式有模拟连续波调制（简称模拟调制）、数字连续波调制（简称数字调制）、模拟脉冲波调制和数字脉冲波调制等。计算机的信息是由“0”和“1”组成数字信号，而在线上传递的却只能是模拟电信号（模拟信号为连续的，数字信号为间断的）。于是，当两台计算机要通过线进行数据传输时，就需要一个设备负责数模的转换。这个数模转换器就是我们这里要讨论的Modem。计算机在发送数据时，先由Modem把数字信号转换为相应的模拟信号，这个过程称为“调制”，也成D/A转换。经过调制的信号通过载波传送到另一台计算机之前，也要经由接收方的Modem负责把模拟信号还原为计算机能识别的数字信号，这个过程我们称“解调”，也
7、称A/D转换。正是通过这样一个“调制”与“解调”的数模转换过程，从而实现了两台计算机之间的远程通讯。1.2 解调原理调制过程的逆过程叫做解调。AM信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。 AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。（1） 相干解调 由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调的原理框图如图1所示。 LPF BPF 图1 相干解调器一般模型将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得（1）由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，
8、无失真的恢复出原始的调制信号 （2）相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。（2）包络检波法 由的波形可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。包络检波法属于非相干解调法，其特点是：解调效率高，解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难度。故几乎所有的调幅（AM）式接收机都采用这种电路。二、模拟调制2.1 模拟调制原理模拟调制是指用来自信源的基带模拟信号去调制某个载波
9、，而载波是一个确知的周期性波形。模拟调制可分为线性调制和非线性调制，本文主要研究线性调制。线性调制的原理模型如图2.1所示。设，调制信号为m(t),已调信号为s(t)。图2 线性调制的远离模型调制信号m(t)和载波在乘法器中相乘的结果为：，然后通过一个传输函数为H(f)的带通滤波器，得出已调信号为。从图2.1中可得已调信号的时域和频域表达式为： （3）式（2-1）中，M(f)为调制信号m(t)的频谱。由于调制信号m(t)和乘法器输出信号之间是线性关系，所以成为线性调制。带通滤波器H(f)可以有不同的设计，从而得到不同的调制种类。2.2 AM调制的基本原理在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全
10、通网络，调制信号m(t)中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB）调制信号，简称双边带（DSB）信号。设正弦型载波，式中：A为载波幅度，为载波角频率。根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为： （4）其中，m(t)为基带调制信号。设调制信号m(t)的频谱为M()，则由公式2-2不难得到已调信号的频谱： （5）由以上表示式可见，在波形上，幅度已调信号随基带信号的规律呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域的简单搬移。标准振幅就是常规双边带调制，简称调幅（AM）。假设调制信号m(t)的平均值为0，将其叠加一个直流偏量后与
11、载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表达式为: （6）式中：为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号，也可以是随机信号。若为确知信号，则AM信号的频谱为: （7） AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关，也就是说，载波分量并不携带信息。因此，AM信号的功率利用率比较低。AM调制器模型如以下图所示。图3 AM调制器模型AM信号的时域和频域表达式分别为 （8） （9）式中，为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即。由频谱可以看出，AM信号的频谱由载波分量、上边带、下边带
12、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，他的带宽是基带信号带宽 的2倍，即AM调制典型波形和频谱如图1-1所示：图4 AM调制典型波形和频谱如果在AM调制模型中将直流A去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式抑制载波双边带信号(DSBSC)，简称双边带信号。 其时域表达式为 （10）式中，假设的平均值为0。DSB的频谱与AM的谱相近，只是没有了在处的函数，即 （11）2.3AM解调原理与抗噪性能解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络
13、检波）。相干解调，也称同步检波，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与承受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号，通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。AM相干解调性能分析模型如图2.5所示：图5 AM相干解调性能分析模型设解调器输入信号为： (12)与相干载波cos(t)相乘后，得 (13)经低通滤波器后，输出信号为: (14)因此，解调器输出端的有用信号功率为: (15)解调AM信号时，接收机中的带通滤波器的中心频率与调制频率相同，此解调器输入端的窄带噪声: （16） 它与相干载波cos(t)相乘后，得：（17）经低通滤波器后，解调器最终输出噪声为： （18） 故输出噪声功率为：(19)式中，,为AM的带通滤波器的带宽，为噪声单边功率谱密度。解调器输入信号平均功率为： （20）可得解调器
