AM与FM性能的比较

成绩评定表学生姓名班级学号专业电子信息工程课程设计题目AM与FM性能的比较评语组长签字：成绩日期2015年3月23日课程设计任务书学院信息科学与工程专业电子信息工程学生姓名班级学号课程设计题目AM与FM性能的比较实践教学要求与任务:利用MATLAB/Simulink进行编程和仿真，分别设计AM与FM调制解调通信系统，并对AM与FM调制解调系统进行仿真，比较二者的性能优劣及适应环境工作计划与进度安排:2015年03月19日选题目查阅资料2015年03月20日编写软件源程序或建立仿真模块图2015年03月21日调试程序或仿真模型2015年03月21日性能分析及验收2015年03月22日撰写课程设计报告、答辩指导教师：2015年3月19日专业负责人：2015年3月19日学院教学副院长：2015年3月19日摘要AM是指调幅使高频载波的振幅随信号改变的调制，其中，载波信号的振幅随着调制信号的某种特征的变换而变化。FM是指其基本特征是载波的振荡幅度保持不变，振荡频率随调制信号而变，就是高频载波的频率不是一个常数，是随调制信号而在一定范围内变化的调制方式，其幅值则是一个常数。与其对应的，调幅就是载频的频率是不变的，其幅值随调制信号而变。本设计是通过MATLAB/Simulink对AM和FM进行调制解调，并在不同环境查看AM与FM时域与频域波形，进行比对，并得出仿真结果，分析比较两种种不同的调制方式所存在的不同。关键词:AM；FM；调制解调；MATLAB;I目录1课程设计目的…………………………………………………………12课程设计要求…………………………………………………………13相关知识………………………………………………………………14课程设计分析…………………………………………………………25仿真……………………………………………………………………46结果分析………………………………………………………………117参考文献………………………………………………………………1721课程设计目的（1）分别设计AM，FM，调制与解调通信系统，分别在理信道和非理想信道中运行，并得出仿真结果，分析比较两种种不同的调制方式所存在的不同。（2）熟悉MATLAB文件中M文件的使用方法，包括函数、原理和方法的应用。（3）增强在通信原理仿真方面的动手能力与自学能力。2.课程设计要求（1）系统建模（2）确定仿真算法（3）建立仿真模型（4）设计仿真程序（5）运行仿真程序（6）输出仿真结果并进行分析3.相关知识通信系统是为了有效可靠的传输信息，信息由信源发出，以语言、图像、数据为媒体,通过电(光)信号将信息传输，由信宿接收。通信系统又可分为数字通信与模拟通信。基于课程设计的要求，下面简要介绍模拟通信系统。信源是模拟信号，信道中传输的也是模拟信号的系统为模拟通信。模拟通信系统的模型如图3-1所示。图3-1模拟通信系统模型调制器:使信号与信道相匹配,便于频分复用等。发滤波器:滤除调制器输出的无用信号。收滤波器:滤除信号频带以外的噪声，一般设N(t)为高斯白噪声,则Ni(t)为窄带白噪声。34.课程设计分析4.1AM调制原理幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。幅度调制器的一般模型如图4-1所示。图4-1幅度调制模型在图2-1中，若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号tm叠加直流0A后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带（AM）调幅.AM调制器模型如图4-2所示图4-2AM调制模型AM信号波形的包络与输入基带信号tm成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足max0tmA，否则将出现过调幅现象而带来失真。AM信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成（通常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带）。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽信号带宽的两倍。4.2FM调制原理频率调制的一般表达式[4.1]为：])(cos[)(dmKtAtStFCFM[4.1]FM和PM非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。()()FMmtFMSt[4.2]4()()()FMmtdtPMSt[4.3]图（2-3）所示的产生调频信号的方法称为直接调频法，图（4.4）所示的产生调频信号的方法称为间接调频法。由于实际相位调制器的调节范围不可能超出，因而间接调频的方法仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情形，而直接调频则适用于宽带调制情形。根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可将频率调制分为宽带调频（WBFM）与窄带调频（NBFM）。宽带与窄带调制的区分并无严格的界限，但通常认为由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30°时，6)(MAXFdMK[4.4]称为窄带调频。否则，称为宽带调频。为方便起见，无妨假设正弦载波的振幅A＝1，则由式（4.1）调频信号的一般表达式，得()cos[()]tFMcFSttKmtd=coscos[()]sinsin[()]ttcFcFtKmdKmd[4.5]通过化解，利用傅立叶变化公式可得NBFM信号的频域表达式：])()([2)]()([)(CCCCFCCNBFMMMKs（4.6）在NBFM中，由于下边频为负，因而合成矢量不与载波同相，而是存在相位偏移，当最大相位偏移满足式[4.2]时，合成矢量的幅度基本不变，这样就形成了FM信号。图4-1NBFM信号频谱55.仿真5.1.MATLAB源程序代码‘am’fm=100;fc=500;fs=5000;Am=1;A=2;N=512;K=N-1;n=0:N-1;t=(0:1/fs:K/fs);yt=Am*cos(2*pi*fm*t);figure(1)subplot(1,1,1),plot(t,yt),title('频率为3000的调制信号f1的时时域波');y0=A+yt;y2=y0.*cos(2*pi*fc*n/fs);y3=fft(y2,N);%fft变换q1=(0:N/2-1)*fs/N;mx1=abs(y3(1:N/2));figure(2)subplot(2,1,1);plot(t,y2);title('已调信号的时时域波');subplot(2,1,2);plot(q1,mx1);title('f1已调信号的频谱');%绘图yc=cos(2*pi*fc*t);figure(3)subplot(2,1,1),plot(t,yc),title('载波fc时域波形')N=512;6n=0:N-1;yc1=Am*cos(2*pi*fc*n/fs);y3=fft(yc1,N);q=(0:N/2-1)*fs/N;mx=abs(y3(1:N/2));figure(3)subplot(2,1,2),plot(q,mx),title('载波fc频谱')y4=0.01*randn(1,length(t));%用RANDN产生高斯分布序列w=y4.^2;%噪声功率figure(4)subplot(2,1,1);plot(t,y4);title('高斯白噪声时域波形')y5=fft(y4,N);q2=(0:N/2-1)*fs/N;mx2=abs(y5(1:N/2));subplot(2,1,2),plot(q2,mx2),title('高斯白噪声频域波形')y6=y2+y4;figure(5)subplot(2,1,1),plot(t,y6),title('叠加后的调制信号时域波形')q3=q1;mx3=mx1+mx2;subplot(2,1,2),plot(q3,mx3),title('叠加后的调制信号频谱波形')%调制yv=y6.*yc;%乘以载波进行解调Ws=yv.^2;p1=fc-fm;[k,Wn,beta,ftype]=kaiserord([p1fc],[10],[0.050.01],fs);%Fir数字低通滤波window=kaiser(k+1,beta);%使用kaiser窗函数b=fir1(k,Wn,ftype,window,'noscale');%使用标准频率响应的加窗设计函数yt=filter(b,1,yv);yssdb=yt.*2-2;figure(6)7subplot(2,1,1),plot(t,yssdb),title('经过低通已调信号的时域波形采样')y9=fft(yssdb,N);q=(0:N/2-1)*fs/N;mx=abs(y9(1:N/2));subplot(2,1,2),plot(q,mx),title('经过低通已调信号频域波形')%解调ro=y9-yt;W=(yt.^2).*(1/2);R=W/wr=W/roG=r/R‘fm’dt=0.001;%设定时间步长t=0:dt:1.5;%产生时间向量am=5;%设定调制信号幅度fm=5;%设定调制信号频率mt=am*cos(2*pi*fm*t);%生成调制信号fc=50;%设定载波频率ct=cos(2*pi*fc*t);%生成载波kf=10;%设定调频指数int_mt(1)=0;fori=1:length(t)-1int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt;%求信号m(t)的积分end%调制，产生已调信号sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt);%调制信号添加高斯白噪声sn1=10;%设定信躁比(小信噪比)sn2=30;%设定信躁比(大信噪比)sn=0;%设定信躁比(无信噪比)db=am^2/(2*(10^(sn/10)));%计算对应的高斯白躁声的方差n=sqrt(db)*randn(size(t));%生成高斯白躁声nsfm=n+sfm;%生成含高斯白躁声的已调信号（信号通%过信道传输）FM解调fori=1:length(t)-1%接受信号通过微分器处理8diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i))./dt;enddiff_nsfmn=abs(hilbert(diff_nsfm));%hilbert变换，求绝对值得到瞬时幅度（包络检波）zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn))/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zero;时域到频域转换ts=0.001;%抽样间隔fs=1/ts;%抽样频率df=0.25;%所需的频率分辨率，用在求傅里叶变换时，它表示FFT的最小频率间隔对调制信号m(t)求傅里叶变换m=am*cos(2*pi*fm*t);%原调信号fs=1/ts;ifnargin==2n1=0;elsen1=fs/df;endn2=length(m);n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2)));M=fft(m,n);m=[m,zeros(1,n-n2)];df1=fs/n;%以上程序是对调制后的信号u求傅里变换M=M/fs;%缩放，便于在频铺图上整体观察f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2;%时间向量对应的频率向量对已调信号u求傅里变换fs=1/ts;ifnargin==2n1=0;elsen1=fs/df;end9n2=length(sfm);n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2)));U=fft(sfm,n);u=[sfm,zeros(1,n-n2)];df1=fs/n;%以上是对已调信号u求傅里变换U=U/fs;%缩放disp('按任意键可以看到原调制信号、载波信号和已调信号的曲线')pausefigure(1)subplot(3,1,1);plot(t,mt);%绘制调制信号的时域图xlabel(