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通信工程专业综合实训报告学院信息电子技术学院专业通信工程班级12级1班学籍号12109940123姓名陈晨指导教师杜云明2016年01月06专业综实训报告1佳木斯大学信息电子技术学院摘要本文主要研究内容是利用MATLAB实现信号幅度调制与解调及MATLAB中信号表示的基本方法及绘图函数的调用，实现对常用连续时间信号的可视化表示。掌握信号与系统的分析方法。模拟信号的载波调制电路里面经常要用到调制与解调，而AM的调制与解调是最基本的，也是经常用到的。AM是调幅，用AM调制与解调可以在电路里面实现很多功能，制造出很多有用又实惠的电子产品，为我们的生活带来便利。在我们日常生活中用的收音机也是采用了AM调制方式，而且在军事和民用领域都有十分重要的研究课题。调制就是使一个信号（如光、高频电磁振荡等）的某些参数（如振幅、频率等）按照另一个欲传输的信号（如声音、图像等）的特点变化的过程。例如某中波广播电台的频率为540kHz，这个频率是指载波的频率，它是由高频电磁振荡产生的等幅正弦波频率。用所要传播的语言或音乐信号去改变高频振荡的幅度，使高频振荡的幅度随语言或音乐信号的变化而变化，这个控制过程就称为调制。其中语言或音乐信号叫做调制信号，调制后的载波就载有调制信号所包含的信息，称为已调波。关键词：AM信号调制与解调专业综实训报告2佳木斯大学信息电子技术学院前言模拟信号的载波调制电路里面经常要用到调制与解调，而AM的调制与解调是最基本的，也是经常用到的。AM是调幅，用AM调制与解调可以在电路里面实现很多功能，制造出很多有用又实惠的电子产品，为我们的生活带来便利。在我们日常生活中用的收音机也是采用了AM调制方式，而且在军事和民用领域都有十分重要的研究课题。调制就是使一个信号（如光、高频电磁振荡等）的某些参数（如振幅、频率等）按照另一个欲传输的信号（如声音、图像等）的特点变化的过程。例如某中波广播电台的频率为540kHz，这个频率是指载波的频率，它是由高频电磁振荡产生的等幅正弦波频率。用所要传播的语言或音乐信号去改变高频振荡的幅度，使高频振荡的幅度随语言或音乐信号的变化而变化，这个控制过程就称为调制。其中语言或音乐信号叫做调制信号，调制后的载波就载有调制信号所包含的信息，称为已调波。专业综实训报告3佳木斯大学信息电子技术学院基于MATLAB实现AM信号的调制与解调一、实验目的幅度调制的特点是载波的频率始终保持不变，它的振幅却是变化的。其幅度变化曲线与要传递的低频信号是相似的。它的振幅变化曲线称之为包络线，代表了要传递的信息，见图1。幅度调制在中、短波广播和通信中使用甚多。幅度调制的不足是抗干扰能力差，因为各种工业干扰和天电干扰都会以调幅的形式叠加在载波上，成为干扰和杂波。tt包音频调载图1幅度调制原理二、工作原理与计算AM是指调制信号去控制高频载波的幅度，使其随调制信号呈线性变化的过程。AM信号的调制原理模型如图2：图2AM信号的调制原理模型()mt为基带信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号，但通常认为它的平均值为0.载波为c00()coscCtAt(1)01()2AMccccStAMM(2)(1)、(2)式中，0A为载波振幅，c为载波角频率0为载波的初始相位。0cosct()AMSt0A()mt专业综实训报告4佳木斯大学信息电子技术学院三、步骤1.AM信号的波形和频谱特性虽然实际模拟基带信号()mt是随机的，但我们还是从简单入手，先考虑()mt是确知信号的傅氏频谱，然后在分析()mt是随机信号时调幅信号的功率谱密度。可知00()coscos()cosAMcccSAmttAtmtt(3)设m(t)的频谱为M(w），由傅氏变换的理论可得已调信号01()()()()()2AMccccSAMM(4)AM的波形和相应的频谱图如图3所示：AMS0A0Acc12HH1()MOOOOOttttO()AMSt图3AM信号的时域波形及其频谱可以看出，第一：AM的频谱与基带信号的频谱呈线性关系，只是将基带信号的频谱搬移，并没有产生新的频谱成分，因此AM调制属于线性调制；第二：AM信号波形的包络与基带信号成正比，所以AM信号的解调即可以采用相干解调，也可以采用非相干解调（包络检波）。第三：AM的频谱中含有载频和上，下两个边带，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息，股已调波形的带宽为原基带信号带宽的两倍，即2AMHBf（5）其中Hf为调制信号的最高频率2.AM信号的解调原理及方式解调是调制的逆过程，解调是将位于载波的信号频谱再搬回来，并且不失真的恢复出原始基带信号。对于幅度调制来说，解调是从它的幅度变化提取调制信号的过程。解调的方式有两种：相干解调与非相干解调。相干解调适用于各种线专业综实训报告5佳木斯大学信息电子技术学院性调制系统，非相干解调一般适用幅度调制（AM）信号。AM信号的相干解调：所谓相干解调是为了从接受的已调信号中，不失真地恢复原调制信号，要求本地载波和接收信号的载波保证同频同相。相干载波的一般模型如图4：()t0()mtmStcosct低通滤波图4AM信号的相干解调原理框图将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得200011()cos()cos()()cos222AMcccSttAmttAmtAmtt(6)20011()cos()cos()22AMSttAmttAmtA（7）由(6)、(7)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，无失真的恢复出原始的调制信号：)]([21)(00TMATM（8）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。3.AM信号的非相干解调所谓非相干解调是在接收端解调信号时不需要本地载波，而是利用已调信号中的包络信号来恢复原基带信号。因此，非相干解调一般只适用幅度调制（AM）系统。忧郁包络解调器电路简单，效率高，所以几乎所有的幅度调制（AM）接收机都采用这种电路。如下为串联型包络检波器的具体电路。其利用二极管的单向导电特性，将调幅高频信号去掉一半，再利用电容器的充放电特性和低通滤波器滤去高频分量，就可以得到与包络线形状相同的音频信号。CRD()AMSt0()mt图5AM信号的非相干解调原理专业综实训报告6佳木斯大学信息电子技术学院当RC满足条件hcw1w1RC时，包络检波器的输出基本与输入信号的包络变化呈线性关系，即00()()mtAmt（9）其中，max0tm）（A。隔去直流后就得到原信号)(mt。四．问题解决方法和仿真结果及结论为了验证算法的有效性，本文进行了大量的仿真实验。信号载波频率为1kHz，采样频率为100kHz；调制信号为双音信号，表达式为：()2cos(100)cos(40)gttt(10）调制仿真了3种情况下AM信号，即满调幅情况下的，欠调幅情况下的以及过调幅情况下的已调的AM信号。同时在满调幅情况下的AM信号进行了相干解调仿真，信号持续时间为0.1秒，即每次采集10000点进行处理。加入噪声为高斯白噪声，信噪比从-5dB到5dB，步进为1dB。图6，图7和图8分别给出了调制信号波形以及在满调幅情况下的，欠调幅情况下的以及过调幅情况下的已调的AM信号。图9给出了信噪比为-5dB时的过调幅情况下的AM信号的相干解调结果。图10，图11和图12分别给出了满调幅情况下的AM信号在信噪比为-5dB，0dB和5dB情况下的相干解调结果。00.020.040.060.080.1-4-2024时间/s调制信号00.020.040.060.080.1-10-50510时间/s已调AM信号图6满调幅情况下的调制信号及已调AM信号专业综实训报告7佳木斯大学信息电子技术学院00.020.040.060.080.1-4-2024t/s调制信号00.020.040.060.080.1-10-50510t/s已调AM信号图7调制信号与欠调幅情况下的已调AM信号00.020.040.060.080.1-4-2024t/s调制信号00.020.040.060.080.1-505t/s已调AM信号图8调制信号与过调幅情况下的已调AM信号专业综实训报告8佳木斯大学信息电子技术学院00.020.040.060.080.1-4-3-2-10123456t/s原信号已调AM信号图9信噪比为-5dB时过调幅AM信号的相干解调结果00.020.040.060.080.1-4-202468时间/s原信号解调结果图10信噪比为-5dB时满调幅AM信号相干解调结果专业综实训报告9佳木斯大学信息电子技术学院00.020.040.060.080.1-4-20246810时间/s原信号解调结果图11信噪比为0dB时满调幅AM信号的相干解调结果00.020.040.060.080.1-4-20246810时间/s原信号解调结果图12信噪比为5dB时满调幅AM信号相干解调结果专业综实训报告10佳木斯大学信息电子技术学院从图6到图8可以看到在满调幅与欠调幅情况下信号的包络没有发生失真，而在过调幅情况下信号的包络发生了失真，因此，对于过调幅AM信号来说，它并不适合用包络检波的方法进行解调。但是利用相干解调的方法可以将过调幅AM信号正确解调出来。图9给出了信噪比为-5dB时过调幅AM信号的相干解调结果。从结果可以看到，利用相干解调方法对过调幅AM信号进行解调，除了噪声引起的失真以外，可以正确解调。从图10到图12可以看到AM信号的解调结果随着信噪比的变化而变化。信噪比越大，解调信号越接近于原始的调制信号，也就是说，噪声越大对信号的解调结果的影响越大，噪声越小，对信号的解调结果影响越小。AM信号的调制解调MATLAB程序如下：clcclearallcloseallFs=100000;%samplefrequency采样频率Fc=1000;%carrierfrequency载波频率Ts=0.1;%sampletime抽样时间Ns=Fs*Ts;%lengthofsignal信号总长度t=0:1/Fs:(Ns-1)/Fs;A0=3;%A0=3,满调幅；A03，过调幅情况；A03，欠调幅forsnr=-5:5%定义信噪比g1=2*cos(2*pi*50*t);%g1=3*cos(50*pi*t).*cos(50*pi*t);%g2=0;g2=cos(2*pi*20*t);%g2=3*sin(pi*100*(t-0.05))./(pi*100*(t-0.05));g=g1+g2;%原始调制信号figure(1)subplot(2,1,1)plot(g)x=ammod(g,Fc,Fs,0,A0);%ammod为模拟信号幅度调制功能，此式代表已调AM信号subplot(2,1,2)plot(x)x1=hilbert(x);x1=awgn(x,snr);%按照信噪比加入高斯白噪声y=x1(:);t=(0:1/Fs:(size(y,1)-1)/Fs)';专业综实训报告11佳木斯大学信息电子技术学院t=t(:,ones(1,size(y,2)));z=y.*cos(2*pi*Fc*t);[num,den]=butter(5,Fc*2/Fs);%设计低通滤波器fori=1:size(y,2)z(:,i)=filtfilt(num,den,z(:,i))*2;endxx=z-A0;figure(2)plot(g)holdonplot(xx,'g')holdoffend五．运行结果与分析：图13专业综实训报告12佳木斯大学信息电子技术学院图14AM信号的解调结果随着信噪比的变化而变化。信噪比越大，解调信号越接近于原始的调制信号，也就是说，噪声越大对信号的解调结果的影响越大，噪声越小，对信号的解调结果影响