設(shè)計(jì)題目 2FSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)仿真與分析 學(xué)生信息 姓名 性別 男 班級(jí) 通信1203 學(xué)號(hào) 任務(wù)要求 1. 熟悉使用MATLAIB和simulink軟件環(huán)境及使用方法，包括函數(shù)，原理和方法的應(yīng)用。 2. 熟悉AM調(diào)制與解調(diào)的方法。 3. 調(diào)制出AM信號(hào)的時(shí)域波形圖及頻域波形圖。 所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備、器材、軟件 計(jì)算機(jī)，Matlab軟件 設(shè)計(jì)與制作方案、所用方法及技術(shù)路線 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容是利用MATLAB中的simulink的仿真功能來實(shí)現(xiàn)AM的調(diào)制與解調(diào)，實(shí)現(xiàn)步驟如下： 1. 產(chǎn)生AM調(diào)制信號(hào)。 2. 對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。 3. 繪制調(diào)制及解調(diào)時(shí)域波形圖和頻譜圖。 4. 改變采樣頻率后，繪制調(diào)制及解調(diào)時(shí)域波形圖和頻譜圖。 5. 加噪后，繪制調(diào)制及解調(diào)時(shí)域波形圖和頻譜圖，分析噪聲對(duì)調(diào)制信號(hào)和解調(diào)信號(hào)的影響。 設(shè)計(jì)與制作進(jìn)度 第1周：分析題目，方案設(shè)計(jì)；第2周：軟件設(shè)計(jì)；第3周：系統(tǒng)仿真，完成設(shè)計(jì)；第四周：完成報(bào)告。 設(shè)計(jì)與制作完成情況 這4周時(shí)間里，我們完成了對(duì)AM信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的仿真，通過改變采樣頻率，繪制不同的時(shí)域波形圖和頻譜圖，然后添加噪聲，繪制時(shí)域波形圖和頻譜圖，最后分析噪聲對(duì)調(diào)制信號(hào)和解調(diào)信號(hào)的影響。 設(shè)計(jì)與制作收獲及總結(jié) 通過這次設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)了使用仿真軟件 Matlab，復(fù)習(xí)了在通原課程中學(xué)習(xí)的AM調(diào)制與解調(diào)，對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作都起到了一定的作用，加強(qiáng)了動(dòng)手能力和學(xué)業(yè)技能。這次課程設(shè)計(jì)我受益匪淺。 學(xué)生簽字 年 月 日 設(shè)計(jì)與制作成績（五級(jí)制） 指導(dǎo)老師簽字 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽字 年 月 日 備注：學(xué)生除填寫本表相應(yīng)的內(nèi)容外，還應(yīng)撰寫一份完整的設(shè)計(jì)與制作報(bào)告.

計(jì)算機(jī)類課程設(shè)計(jì)

基于MATLAB的AM信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)

（陜西理工學(xué)院 物理與電信工程學(xué)院 通信工程專業(yè)1203班，陜西 漢中 723003）

指導(dǎo)教師：井敏英

[摘要]： 本文主要的研究內(nèi)容是了解AM信號(hào)的數(shù)學(xué)模型及調(diào)制方式以及其解調(diào)的方法。不同的解調(diào)方法在不同的信噪比情況下的解調(diào)結(jié)果，那種方法更好，作出比較。進(jìn)行AM信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)。先從AM的調(diào)制研究，研究它的功能及在現(xiàn)實(shí)生活中的運(yùn)用。其次研究AM的解調(diào)，以及一些有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，以及通過它在通信方面的運(yùn)用更加深入的了解它。從AM信號(hào)的數(shù)學(xué)模型及調(diào)制解調(diào)方式出發(fā)，得出AM調(diào)制與解調(diào)的框圖和調(diào)制解調(diào)波形。利用MATLAB編程語言實(shí)現(xiàn)對(duì)AM信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，給出不同信噪比情況下的解調(diào)結(jié)果對(duì)比。

[關(guān)鍵詞]：AM信號(hào);調(diào)制;解調(diào);信噪比MATLAB.

I

計(jì)算機(jī)類課程設(shè)計(jì)

Modulation and demodulation of AM signal

based on MATLAB

(Grade 2012,Class 3,Major of Communication Engineering,School of Physics and Telecommunication

Engineering of Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi)

Tutor: Jing Mingying

[Abstract]: The main content of this paper is to understand the mathematical model of the AM signal and the modulation and the demodulation method. Demodulation different methods in different circumstances of the demodulation signal to noise ratio the results of methods that better, to make the comparison. Requirement is more than double the sound and the AM signal modulation and demodulation. AM modulation first study of its function and in real life use. AM demodulation followed by research, as well as some related knowledge, as well as through its use of communications more in-depth understanding of it. AM signal from the tone of the mathematical model and the modulation and demodulation methods, the two-tone AM signal to draw a mathematical model and the block diagram of modulation and demodulation and modulation and demodulation waveforms. MATLAB programming language to use to achieve the two-tone AM signal modulation and demodulation, given the different circumstances of the demodulation signal to noise ratio compared the results.

[Keywords]: AM signal, Modulation, Demodulation, Noise ratio signal, MATLAB

II

計(jì)算機(jī)類課程設(shè)計(jì)

目 錄

1.緒論 ................................................................................................... 1

1.1 背景以及意義 .................................................................................. 1 1.2 發(fā)展前景 .......................................................................................... 1

2. AM信號(hào)調(diào)制原理以及特點(diǎn) ........................................................... 3

2.1 噪聲模型 .......................................................................................... 3

2.1.1 噪聲的分類 ......................................................................................................... 3 2.1.2 本文噪聲模型 ................................................................................................... 3 2.2 通用調(diào)制模型 .................................................................................. 4 2.3 AM信號(hào)的調(diào)制原理 ........................................................................ 4 2.3.1 AM信號(hào)數(shù)字模型以及特點(diǎn) ...................................................................... 4 2.3.2 AM信號(hào)的波形和頻譜特性 ...................................................................... 5

3. AM信號(hào)的解調(diào)原理以及特點(diǎn) ....................................................... 6

3.1 AM信號(hào)的解調(diào)原理及方式 ........................................................... 6

3.2 AM信號(hào)的相干解調(diào) ........................................................................ 6 3.3 AM信號(hào)的非相干解調(diào).................................................................... 6

4. 抗噪聲性能的分析模型 ................................................................. 7

4.1 相干解調(diào)的抗噪聲性能 ............................................................... 7 4.2非相干解調(diào)的抗噪聲性能 ............................................................... 9 4.3小信噪比情況 ................................................................................... 9

5. AM調(diào)制與解調(diào)的仿真 ................................................................... 9

5.1 AM調(diào)制 ............................................................................................ 9 5.1.1 建立仿真模型 ................................................................................................... 9 5.1.2 參數(shù)設(shè)置 ............................................................................................................ 10 5.1.3 仿真波形圖 ....................................................................................................... 12 5.2 AM信號(hào)的解調(diào)仿真 ...................................................................... 13 5.2 .1AM相干解調(diào)模型仿真 .............................................................................. 13 5.2.2參數(shù)設(shè)置 ............................................................................................................. 13 5.2.3 仿真波形圖 ....................................................................................................... 14 5.2.4相干解調(diào)抗噪聲性能分析 ........................................................................ 15

6.AM信號(hào)的頻譜分析 ...................................................................... 16 7.總結(jié) ................................................................................................. 20 致謝..................................................................................................... 21 參考文獻(xiàn) ............................................................................................ 22

II I

計(jì)算機(jī)類課程設(shè)計(jì)

1.緒論

1.1 背景以及意義

現(xiàn)在的社會(huì)越來越發(fā)達(dá)，科學(xué)技術(shù)不斷的在更新，在信號(hào)和模擬通信的中心問題是要把載有消息的信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)加工處理后，送入信道進(jìn)行傳送，從而實(shí)現(xiàn)消息的相互傳遞。消息是聲音、圖像、文字、數(shù)據(jù)等多種媒體的集合體。把消息通過能量轉(zhuǎn)換器件，直接轉(zhuǎn)變過來的電信號(hào)稱為基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)有模擬基帶信號(hào)和數(shù)字基帶信號(hào)。它們多為低頻帶限信號(hào)(如：音頻信號(hào)為30—3400Hz，圖像信號(hào)為0—6MHz)，易受外來干擾的影響，還受到設(shè)備元器件的，且不易產(chǎn)生電磁波信號(hào)變化越快電磁輻射能力越強(qiáng))，不能進(jìn)行無線傳輸也不能實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。為了克服以上缺點(diǎn)通過調(diào)制技術(shù)就可以把基帶信號(hào)(也叫調(diào)制信號(hào))變?yōu)榫哂幸欢◣挼倪m合于信道傳輸?shù)念l帶信號(hào)。調(diào)制的過程也就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜搬移的過程。我們把經(jīng)過一定加工處理的含有消息的可解讀的電信號(hào)稱之為信息(1nformation)，信息是一個(gè)不確定的概率的函數(shù)。信息的加工、處理和相互傳遞是現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)，是通信所要解決的實(shí)質(zhì)問題。

模擬信號(hào)的載波調(diào)制電路里面經(jīng)常要用到調(diào)制與解調(diào)，而AM的調(diào)制與解調(diào)是最基本的，也是經(jīng)常用到的。

AM是調(diào)幅（Amplitude Modulation），用AM調(diào)制與解調(diào)可以在電路里面實(shí)現(xiàn)很多功能，制造出很多有用又實(shí)惠的電子產(chǎn)品，為我們的生活帶來便利。在我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫氖找魴C(jī)也是采用了AM調(diào)制方式，而且在軍事和民用領(lǐng)域都有十分重要的研究課題。 1.2 發(fā)展前景

在無線電技術(shù)中，調(diào)制與解調(diào)占有十分重要的地位。假如沒有調(diào)制與解調(diào)技術(shù)，就沒有無線電通信，沒有廣播和電視，也沒有今天的 BP 尋呼、手持電話、傳真、電腦通信及 Internet 國際互聯(lián)網(wǎng)。

調(diào)制就是使一個(gè)信號(hào)（如光、高頻電磁振蕩等）的某些參數(shù)（如振幅、頻率等）按照另一個(gè)欲傳輸?shù)男盘?hào)（如聲音、圖像等）的特點(diǎn)變化的過程。例如某中波廣播電臺(tái)的頻率為 0kHz ，這個(gè)頻率是指載波的頻率，它是由高頻電磁振蕩產(chǎn)生的等幅正弦波頻率。用所要傳播的語言或音樂信號(hào)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(hào)的變化而變化，這個(gè)控制過程就稱為調(diào)制。其中語言或音樂信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)，調(diào)制后的載波就載有調(diào)制信號(hào)所包含的信息，稱為已調(diào)波。

調(diào)制在無線電發(fā)信機(jī)中應(yīng)用最廣。圖1-1為發(fā)信機(jī)的原理框圖。高頻振蕩器負(fù)責(zé)產(chǎn)生載波信號(hào)，把要傳送的信號(hào)與高頻振蕩信號(hào)一起送入調(diào)制器后，高頻振蕩被調(diào)制，經(jīng)放大后由天線以電磁波的形式輻射出去。其中調(diào)制器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。這兩個(gè)輸入分別為被調(diào)制信號(hào)和調(diào)制信號(hào)。一個(gè)輸出就是合成的已調(diào)制的載波信號(hào)。例如，最簡單的調(diào)制就是把兩個(gè)輸入信號(hào)分別加到晶體管的基極和發(fā)射極，集電極輸出的便是已調(diào)信號(hào)。

為什么要用語言或音樂信號(hào)去控制高頻振蕩呢？原來要使信號(hào)的能量以電場和磁場的形式向空中發(fā)射出去傳向遠(yuǎn)方，需要較高的振蕩頻率方能使電場和磁場迅速變化；同時(shí)信號(hào)的波長要與天線的長度相匹配。語言或音樂信號(hào)的頻率太低，無法產(chǎn)生迅速變化的電場和磁場；相應(yīng)地，它們的波長又太大，即使選用它的最高頻率 20000Hz 來計(jì)算，其波長仍為 15000m ，實(shí)際上是不可能架設(shè)這么長的天線的。看來要把信號(hào)傳遞出去，必須提高頻率，縮短波長?？墒浅^ 20kHz 的高頻信號(hào)，人耳就聽不見了。為了解決這個(gè)矛盾，只有采用把音頻信號(hào)“搭乘”在高頻載波上，也就是調(diào)制，借助于高頻電磁波將低頻信號(hào)發(fā)射出去，傳向遠(yuǎn)方。

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圖1-1 發(fā)信機(jī)的原理框圖

按照被調(diào)制信號(hào)參數(shù)的不同，調(diào)制的方式也不同。如果被控制的參數(shù)是高頻振蕩的幅度，則稱這種調(diào)制方式為幅度調(diào)制，簡稱調(diào)幅；如果被控制的參數(shù)是高頻振蕩的頻率或相位，則稱這種調(diào)制方式為頻率調(diào)制或相位調(diào)制，簡稱調(diào)頻或調(diào)相（調(diào)頻與調(diào)相又統(tǒng)稱調(diào)角）。

幅度調(diào)制的特點(diǎn)是載波的頻率始終保持不變，它的振幅卻是變化的。其幅度變化曲線與要傳遞的低頻信號(hào)是相似的。它的振幅變化曲線稱之為包絡(luò)線，代表了要傳遞的信息，見圖 1-2 。 幅度調(diào)制在中、短波廣播和通信中使用甚多。幅度調(diào)制的不足是抗干擾能力差，因?yàn)楦鞣N工業(yè)干擾和天電干擾都會(huì)以調(diào)幅的形式疊加在載波上，成為干擾和雜波[3]。

圖1.2 幅度調(diào)制原理

解調(diào)是調(diào)制的逆過程，它的作用是從已調(diào)波信號(hào)中取出原來的調(diào)制信號(hào)。對(duì)于幅度調(diào)制來說，解調(diào)是從它的幅度變化提取調(diào)制信號(hào)的過程。例如收音機(jī)里對(duì)調(diào)幅波的解調(diào)通常是利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，將調(diào)幅高頻信號(hào)去掉一半，再利用電容器的充放電特性和低通濾波器濾去高頻分量，就可以得到與包絡(luò)線形狀相同的音頻信號(hào)，見圖1-3 。對(duì)于頻率調(diào)制來說，解調(diào)是從它的頻率變化提取調(diào)制信號(hào)的過程。頻率解調(diào)要比幅度解調(diào)復(fù)雜，用普通檢波電路是無法解調(diào)出調(diào)制信號(hào)的，必須采用頻率檢波方式，如各類鑒頻器電路。關(guān)于鑒頻器電路可參閱有關(guān)資料，這里不再細(xì)述。

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圖1-3 包絡(luò)檢波原理

隨著電腦的發(fā)展和普及，調(diào)制與解調(diào)在電腦通信中也有著十分重要的作用。通過稱為 Modem

的調(diào)制解調(diào)器，將電腦的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成能沿著電話線傳遞的模擬形式，在接收端由 Modem 將它轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信息。其中將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成模擬形式稱調(diào)制，將模擬形式轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信息稱為解調(diào)。信息經(jīng)電腦及調(diào)制解調(diào)器后上了“信息高速公路”，世界各地的人們可以用電腦相互傳遞信息，遠(yuǎn)程通信已不再是困難的事情了。

2. AM信號(hào)調(diào)制原理以及特點(diǎn)

2.1 噪聲模型 2.1.1 噪聲的分類

噪聲的種類可廣義的分為人為噪聲、自然噪聲和內(nèi)部噪聲；也可以按噪聲對(duì)線性譜的影響是加性的還是乘性的區(qū)分，乘性噪聲又稱為相關(guān)噪聲；從信號(hào)分布來說，噪聲主要可以分為以下幾類：

(1) 單頻噪聲

單頻噪聲可視為己調(diào)正弦波，但幅度、頻率、相位實(shí)現(xiàn)不可預(yù)知。其特點(diǎn)為占有極窄的頻帶，但在頻譜上的位置可實(shí)測。

(2) 脈沖噪聲

脈沖噪聲表現(xiàn)為時(shí)域波形中突然出現(xiàn)的窄脈沖，在時(shí)間上表現(xiàn)為無規(guī)則的突發(fā)的短促噪聲。其特點(diǎn)是脈沖幅度大，持續(xù)時(shí)間短，相鄰脈沖之間的安靜時(shí)段較長。從頻譜上看，頻譜上脈沖噪聲有較寬的頻譜，但頻譜越高，強(qiáng)度越小。

(3) 起伏噪聲

起伏噪聲是研究的重點(diǎn)。起伏噪聲不可避免且普遍存在，是最基本的噪聲來源。集中于調(diào)制解調(diào)器輸入端的噪聲通常是起伏噪聲的一種變形，即帶通型噪聲。在調(diào)制信道中，可直接表示為窄帶高斯噪聲。

相對(duì)于窄帶高斯噪聲，白噪聲是非窄帶噪聲，白噪聲是頻譜在整個(gè)頻率內(nèi)部都是均勻分布的噪聲，它在任意兩個(gè)時(shí)刻內(nèi)的隨機(jī)變量都是不相關(guān)的。

起伏噪聲可近似地看作高斯噪聲，且在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)具有平坦功率譜密度，可近似表述為高斯白噪聲。

(4) 平穩(wěn)非平穩(wěn)噪聲

平穩(wěn)噪聲是統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間變化的一類噪聲，而非平穩(wěn)噪聲指統(tǒng)計(jì)特性隨時(shí)間變化的一類噪聲。應(yīng)該說，非平穩(wěn)噪聲在實(shí)際存在中比平穩(wěn)噪聲更有研究意義。 2.1.2 本文噪聲模型

通常認(rèn)為背景噪聲模型為具有雙邊譜密度Nk/2的高斯隨機(jī)過程。以概率p(i)(i?0,1,?,M?1)隨機(jī)取M個(gè)數(shù)值Ni/2(i?0,1,?,M?1)中的某個(gè)值(k代表時(shí)刻點(diǎn))。若取p(0)?i，p(i)?0(i?1,2,?,M?1)，則噪聲模型可以簡化為譜密度為N0/2的平穩(wěn)加性高斯白

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噪聲。信道的參數(shù)不可能是一直恒定的，它有可能會(huì)發(fā)生突變，這體現(xiàn)在時(shí)間下標(biāo)k上。但通常認(rèn)為在考察時(shí)間段內(nèi)，這種突變發(fā)生的概率是很小的，即認(rèn)為信道在考察時(shí)間段內(nèi)是平穩(wěn)的AWGN信道[3]。因此本文認(rèn)為信道中的噪聲都是平穩(wěn)加性高斯白噪聲。 圖2-1給出了高斯白噪聲的時(shí)域波形及頻譜。

高斯白噪聲時(shí)域波形圖高斯白噪聲功率譜1201008060402005000采樣點(diǎn)數(shù)1000000 50000f/Hz10000010-1

圖2-1 高斯白噪聲的時(shí)域波形及其頻譜

從圖2-1可以看出，高斯白噪聲在時(shí)域的顯著特征是波形比較雜亂，沒有任何的規(guī)律可言；在頻域的顯著特征是頻譜非常平坦，其功率在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)均勻分布。 2.2 通用調(diào)制模型

從理論上來說，各種信號(hào)都可以用正交調(diào)制的方法來實(shí)現(xiàn)，其時(shí)域形式都可以表示為：

s(t)?I(t)cos(?0t)?Q(t)sin(?0t) (2.1)

若調(diào)制信號(hào)在數(shù)字域上實(shí)現(xiàn)時(shí)要對(duì)式(2.2.1)進(jìn)行數(shù)字化：

s(n)?I(n)cos(n?0

從式(2.1)和式(2.2)可以看出，調(diào)制信號(hào)的信息都應(yīng)該包括在I(t)和Q(t)內(nèi)。圖2-2給出了調(diào)制信號(hào)的正交調(diào)制框圖。

本文規(guī)定所有調(diào)制信號(hào)所調(diào)制時(shí)所用載波的初始相位均為0，在后面的分析中不再另作說明。

cos(?0t) 信多相相相信多相相sin(?0t) 圖2-2 調(diào)制信號(hào)正交調(diào)制框圖

?s)?Q(n)sin(n?0?s (2.2)

)

2.3 AM信號(hào)的調(diào)制原理

2.3.1 AM信號(hào)數(shù)字模型以及特點(diǎn)

AM是指調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的幅度，使其隨調(diào)制信號(hào)呈線性變化的過程。AM信號(hào)的調(diào)制原理模型如下[6]：

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圖 2-3 AM信號(hào)的調(diào)制原理模型

M（t）為基帶信號(hào)，它可以是確知信號(hào)，也可以是隨機(jī)信號(hào)，但通常認(rèn)為它的平均值為0.載波為

C(t)?A0cos(wCt?￠0) （2.3）

上式中，Ac為載波振幅，Wc為載波角頻率Ф(t)為載波的初始相位。

2.3.2 AM信號(hào)的波形和頻譜特性

雖然實(shí)際模擬基帶信號(hào)m(t)是隨機(jī)的，但我們還是從簡單入手，先考慮m(t)是確知信號(hào)的傅氏頻譜，然后在分析m(t)是隨機(jī)信號(hào)時(shí)調(diào)幅信號(hào)的功率譜密度。 可知[7]

SAM?[A0?m(t)]coswct?A0coswct?m(t)coswct (2.4)

設(shè)m(t)的頻譜為M(w），由傅氏變換的理論可得已調(diào)信號(hào)

1SAM(w)?лA0[δ(w-wc)?δ(w?wc)]?[M(w-wc)?M(w?wc)] (2.5)

2AM的波形和相應(yīng)的頻譜圖如下

圖2-4 AM信號(hào)的時(shí)域波形及其頻譜

可以看出，第一：AM的頻譜與基帶信號(hào)的頻譜呈線性關(guān)系，只是將基帶信號(hào)的頻譜搬移，并

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沒有產(chǎn)生新的頻譜成分，因此AM調(diào)制屬于線性調(diào)制；第二：AM信號(hào)波形的包絡(luò)與基帶信號(hào)成正比，所以AM信號(hào)的解調(diào)即可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。第三：AM的頻譜中含有載頻和上，下兩個(gè)邊帶，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息，股已調(diào)波形的帶寬為原基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即

其中

BAM?2fH (2.6)

fH為調(diào)制信號(hào)的最高

3. AM信號(hào)的解調(diào)原理以及特點(diǎn)

3.1 AM信號(hào)的解調(diào)原理及方式

解調(diào)是將位于載波的信號(hào)頻譜再搬回來，并且不失真的恢復(fù)出原始基帶信號(hào)。

解調(diào)的方式有兩種[6]：相干解調(diào)與非相干解調(diào)。相干解調(diào)適用于各種線性調(diào)制系統(tǒng)，非相干解調(diào)一般適用幅度調(diào)制（AM）信號(hào)。 3.2 AM信號(hào)的相干解調(diào)

所謂相干解調(diào)是為了從接受的已調(diào)信號(hào)中，不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，要求本地載波和接收信號(hào)的載波保證同頻同相。相干載波的一般模型如下：

圖3.1 AM信號(hào)的相干解調(diào)原理框圖

將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)與調(diào)制器同頻同相的載波，得

SAM(t)?coswct?[A0?m(t)]cos2wct

由上式可知，只要用一個(gè)低通濾波器，就可以將第1項(xiàng)與第2項(xiàng)分離，無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)

(3.1) 11?[A0?m(t)]?[A0?m(t)]cos2wct221M0(T)?[A0?M(T)] (3.2)

2

相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個(gè)與調(diào)制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿

足，則會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。 3.3 AM信號(hào)的非相干解調(diào)

所謂非相干解調(diào)是在接收端解調(diào)信號(hào)時(shí)不需要本地載波，而是利用已調(diào)信號(hào)中的包絡(luò)信號(hào)來恢

【】

復(fù)原基帶信號(hào)7。因此，非相干解調(diào)一般只適用幅度調(diào)制（AM）系統(tǒng)。憂郁包絡(luò)解調(diào)器電路簡單，效率高，所以幾乎所有的幅度調(diào)制（AM）接收機(jī)都采用這種電路。如下為串聯(lián)型包絡(luò)檢波器的具體電路。

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圖 3-2 AM信號(hào)的非相干解調(diào)原理

當(dāng)RC滿足條件時(shí)，包絡(luò)檢波器的輸出基本與輸入信號(hào)的包絡(luò)變化呈線性關(guān)系，即

m（t）?A?m（t） (3.3) o0max。隔去直流后就得到原信號(hào)m(t) 其中，A0?m（t）4. 抗噪聲性能的分析模型

各種線性已調(diào)信號(hào)在傳輸過程中不可避免地要受到噪聲的干擾，為了討論問題的簡單起見，我

們這里只研究加性噪聲對(duì)信號(hào)的影響。因此，接收端收到的信號(hào)是發(fā)送信號(hào)與加性噪聲之和[8]。 由于加性噪聲只對(duì)已調(diào)信號(hào)的接收產(chǎn)生影響，因而調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能主要用解調(diào)器的抗噪聲性能來衡量。為了對(duì)不同調(diào)制方式下各種解調(diào)器性能進(jìn)行度量，通常采用信噪比增益G（又稱調(diào)制制度增益）來表示解調(diào)器的抗噪聲性能，即[9]

G?輸出信噪比S0N0? （4.1）

輸入信噪比SiNi

有加性噪聲時(shí)解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型如圖

圖 4-1 AM信號(hào)的解調(diào)原理圖

圖中Sm(t)為已調(diào)信號(hào)，n(t)為加性高斯白噪聲。 Sm(t)和n(t)首先經(jīng)過一帶通濾波器，濾出有

用信號(hào)，濾除帶外的噪聲。經(jīng)過帶通濾波器后到達(dá)解調(diào)器輸入端的信號(hào)為Sm(t)，噪聲為高斯窄帶噪聲ni(t)，顯然解調(diào)器輸入端的噪聲帶寬與已調(diào)信號(hào)的帶寬是相同的。最后經(jīng)解調(diào)器解調(diào)輸出的有用信號(hào)為m0(t)，噪聲為n0(t)。 4.1 相干解調(diào)的抗噪聲性能

各種線性調(diào)制系統(tǒng)的相干解調(diào)模型如圖4-2所示。

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圖4-2 線性調(diào)制系統(tǒng)的相干解調(diào)模型

圖中Sm(t)可以是各種調(diào)幅信號(hào)，如AM、DSB、SSB和VSB，帶通濾波器的帶寬等于已調(diào)信【】

號(hào)帶寬3。下面討論各種線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能[7]。

AM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為

SAM(t)?[A0?m(t)]coswct （4.1)

通過分析可得AM信號(hào)的平均功率為

2A0m2(t) (4.2) ??22(Si)AM又已知輸入功率Ni?n0B, 其中B表示已調(diào)信號(hào)的帶寬。 由此可得AM信號(hào)在解調(diào)器的輸入信噪比為

2A02?m2(t)A0?m2(t)?? (4.3)

2n0BAM4n0fH(SiNi)AMAM信號(hào)經(jīng)相干解調(diào)器的輸出信號(hào)為

m0(t)?因此解調(diào)后輸出信號(hào)功率為

1m(t) (4.4) 212m(t) ( 4.5) 4n(t)，經(jīng)乘法器相乘后的輸出噪聲為

在上圖中輸入噪聲通過帶通濾波器之后，變成窄帶噪聲i2(S0)AM?m0(t)?np(t)?ni(t)coswct?[nc(t)coswct-ns(t)sinwct]coswct?經(jīng)LPF后，

11nc(t)?[nc(t)cos2wct-ns(t)sin2wct]22n0(t)? (4.6)

1nc(t) (4.7) 2因此解調(diào)器的輸出噪聲功率為

2N0?n0(t)?121nc(t)?Ni (4.8) 44可得AM信號(hào)經(jīng)過解調(diào)器后的輸出信噪比為

(S0N0)AM

m2(t)m2(t)?? (4.9) n0B2n0fH

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由上面分析的解調(diào)器的輸入、輸出信噪比可得AM信號(hào)的信噪比增益為

GAM4.2非相干解調(diào)的抗噪聲性能 只有AM信號(hào)字模型

S0N02m2(t) (4.10) ??22SiNiA0?m(t)Sm(t)?[A0?m(t)]coswct，其中A0?m(t)max (4.11)

輸入噪聲ni(t)為

ni(t)?nc(t)coswct-ns(t)sinwct (4.12)

顯然，解調(diào)器輸入信噪功率

2A0m2(t) （4.13) Si??22噪聲功率

（4.14)

大信噪比的情況:

所謂大信噪比是指輸入信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于噪聲幅度[3]。即滿足條件A0?m(t)ni(t) 由此可知，包絡(luò)檢波器輸出的有用信號(hào)是m(t),輸出噪聲是nc(t)，信號(hào)與噪聲是分開的。直流成分A0可被低通濾波器濾除。故輸出的平均信號(hào)功率及平均噪聲功率分別為

Ni?ni2(t)?n0BS0?m2(t)N0?n(t)?n(t)?n0B于是，可以得到

2c2i （4.14)

GAMS0N02m2(t) （4.15) ??22SiNiA0?m(t)此結(jié)果與相干解調(diào)時(shí)得到的噪聲增益一致。可見在大噪聲比情況下，AM信號(hào)包絡(luò)檢波器的性

能幾乎與相干解調(diào)性能相同。 4.3小信噪比情況

所謂小信噪比是指噪聲幅度遠(yuǎn)大于信號(hào)幅度。在此情況下，包絡(luò)檢波器會(huì)把有用信號(hào)擾亂成噪聲，即有用信號(hào)“淹沒”在噪聲中，這種現(xiàn)象通常稱為門限效應(yīng)。進(jìn)一步說，所謂門限效應(yīng)，就是當(dāng)包絡(luò)檢波器的輸入信噪比降低到一個(gè)特定的數(shù)值后，檢波器輸出信噪比出現(xiàn)急劇惡化的一種現(xiàn)象。

小信噪比輸入時(shí)，包絡(luò)檢波器輸出信噪比計(jì)算很復(fù)雜，而且詳細(xì)計(jì)算它一般也無必要

5. AM調(diào)制與解調(diào)的仿真

5.1 AM調(diào)制

5.1.1 建立仿真模型

AM信號(hào)的調(diào)制仿真如圖5-1所示：

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圖5-1 AM信號(hào)的調(diào)制仿真

AM信號(hào)是由調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的幅度，使之隨調(diào)制信號(hào)做線性變化的過程。其產(chǎn)生過程是將調(diào)制信號(hào)疊加一個(gè)直流偏量后與載波相乘。其simulink仿真模型如 圖5-1 所示。

本設(shè)計(jì)中sine wave為調(diào)制信號(hào)，constant提供直流分量與調(diào)制信號(hào)加法器疊加。Sine wave產(chǎn)生一個(gè)頻率為f1的高頻載波，載波信號(hào)與加法器輸出的信號(hào)相乘，就產(chǎn)生了AM調(diào)制信號(hào)。

5.1.2 參數(shù)設(shè)置

正弦波載波如圖5-2所示：

圖5-2 正弦波載波

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載波信號(hào)的幅度為1，頻率為60rad/s.

圖 5-3 調(diào)制信號(hào)參數(shù)

圖 5-3基波參數(shù)

圖 5-4 直流偏量參數(shù)

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調(diào)制信號(hào)的幅度為1，頻率為5rad/s. 直流分量信號(hào)幅度為2. 示波器設(shè)置：

圖 5-5 示波器設(shè)置

5.1.3 仿真波形圖

經(jīng)過以上參數(shù)的設(shè)置后就可以進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，其各點(diǎn)的時(shí)間波形圖 5-6所示

改變直流偏量為4v，其它參數(shù)不變，觀察示波器顯示波形如圖 5-7所示，調(diào)制深度小，功率利用率越低。AM調(diào)制在“滿調(diào)幅”的條件下，調(diào)制效率為最大值的1/3。

圖5-6 示波器顯示波形

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圖5-7 改變直流偏量

5.2 AM信號(hào)的解調(diào)仿真 5.2 .1AM相干解調(diào)模型仿真

相干解調(diào)電路如圖5-8所示：

圖5-8相干解調(diào)仿真模型

其中product輸出是已調(diào)信號(hào)，sine wave2提供一個(gè)與載波同頻同相得本地載波（相干載波），Analog Filter Design為一個(gè)巴特沃斯低通濾波器，已調(diào)信號(hào)與相干載波相乘，經(jīng)過低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶信號(hào)。 5.2.2參數(shù)設(shè)置

相干載波參數(shù)設(shè)置如圖5-9所示：

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圖5-9 相干載波參數(shù)設(shè)置

低通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖5-10所示:

圖5-10 低通濾波器參數(shù)設(shè)置

5.2.3 仿真波形圖

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圖5-11為仿真的波形，圖中第一個(gè)為載波信號(hào)，第二個(gè)為載波信號(hào)，第三個(gè)是已調(diào)信號(hào)，第四個(gè)為相干解調(diào)輸出。

圖5-11 解調(diào)輸出波形

5.2.4相干解調(diào)抗噪聲性能分析

相干解調(diào)抗噪聲性能分析如圖5-12所示：

圖 5-12 AM相干解調(diào)噪聲性能分析模型

上圖根據(jù)噪聲性能分析模型，得到simulink中相干解調(diào)抗噪性能分析框圖，分析模型如圖5-13所示。

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圖 5-13 信道高斯白噪聲仿真框圖

其中 Band-Limited White Noise 為帶限白噪聲，以模擬高斯白噪聲通過低通濾波器后的噪聲，已調(diào)信號(hào)和帶限白噪聲經(jīng)過加法器后的信號(hào)模擬已調(diào)信號(hào)信道后的輸出信號(hào)，與本地相干載波相乘經(jīng)過低通濾波器，輸出解調(diào)信號(hào)。各部分波形如圖5-13 所示。

其中，第一個(gè)為調(diào)制信號(hào)波形，第二個(gè)為載波信號(hào)波形，第三個(gè)為調(diào)制信號(hào)波形，第四個(gè)為信道接收到的有噪聲影響的信號(hào)，第五個(gè)為有噪聲條件下的解調(diào)信號(hào)。由圖5-13中解調(diào)信號(hào)和圖5-11中解調(diào)信號(hào)對(duì)比可知，在有噪聲影響的條件下，解調(diào)信號(hào)幅度降低。

圖 5-14 示波器顯示波形

6. AM信號(hào)的頻譜分析

加入噪聲頻譜分析的原理圖如圖6-1所示：

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圖6-1 加入噪聲頻譜分析的原理圖

從時(shí)域可以簡單明了的看出信號(hào)的幅度情況，而頻域上的分析也是相當(dāng)重要的。信號(hào)的頻率特性是信號(hào)的重要特性之一，和信號(hào)的占用頻帶寬度以及信號(hào)的抗噪聲能力有密切的關(guān)系，它可以很清晰明了的觀測觀測信號(hào)在頻域上的特點(diǎn)和變化，并作出相應(yīng)的分析。加入頻譜分析的原理圖如圖6-1所示。

圖6-2頻譜分析參數(shù)設(shè)置

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圖6-3 基帶信號(hào)頻譜

圖6-4 調(diào)制信號(hào)頻譜

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圖6-5 解調(diào)信號(hào)頻譜

如圖6-5所示，由于元器件的不理想性，在頻譜上可以很清晰地發(fā)現(xiàn)頻譜結(jié)果和理論原理有一定的出人,但總體上還是可以很容易分析出調(diào)制信號(hào)是基帶信號(hào)頻譜的搬移，而解調(diào)信號(hào)這是頻譜的復(fù)位。只是在基帶信號(hào)轉(zhuǎn)化為調(diào)制信號(hào)時(shí)頻譜的疊加不如理論原理的理想，載波分量位置不明顯，因而最后的解調(diào)信號(hào)頻譜和基帶信號(hào)有些出入，而調(diào)制信號(hào)到解調(diào)信號(hào)的頻譜搬移還是很成功的。

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7.總結(jié)

經(jīng)過幾天的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的課程設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方。首先，學(xué)會(huì)我們并不會(huì)MATLAB.我們只是聽過老師幾節(jié)課，只會(huì)一些最為基本和操作，有很多東西都不會(huì)?？梢哉f我們完全是從頭開始。MATLAB的確是一種很高級(jí)的語言，它非常地智能，也非常的強(qiáng)大。它的操作并不難，比其他的軟件都簡單。它的語法也很簡單，比C語言簡潔多了，掌握起來似乎很簡單。但是，在開始寫程序的時(shí)候便不停的出錯(cuò)。學(xué)軟件沒有老師的講解是很艱難的。雖然說學(xué)軟件最好是邊用邊學(xué)，但我們沒有足夠的時(shí)間。

在這次課設(shè)中我學(xué)到了很多的知識(shí)。這不光是MATLAB這個(gè)軟件。我也知道了如何去學(xué)習(xí)任何一個(gè)軟件。同時(shí)也提高了我的自學(xué)能力。這才是真正的自學(xué)，也正是我們大學(xué)應(yīng)該學(xué)到的。

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致謝

在這次的的設(shè)計(jì)中，我的指導(dǎo)老師井老師給予我很大的幫助，在井老師的指導(dǎo)下幫我修改了我的設(shè)計(jì)內(nèi)容，在課程設(shè)計(jì)的仿真過程中，老師多次指導(dǎo)，我才得以合理的解決諸多問題，在這里我誠摯的感謝您!

然后我還要感謝我的同學(xué)們，學(xué)問是討論出來的，是研究出來的，你們?cè)谖抑車覀冊(cè)谝黄饘W(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)就是這樣，謝謝你們！

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參考文獻(xiàn)

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