am的调制与解调

沈阳理工大学通信系统课程设计报告11课程设计目的：掌握am调制与解调系统的理论设计和软件仿真方法，掌握应用matlab分析时域频域特性的方法。通过MATLAB仿真，加深对AM系统的理解；锻炼运用所学知识，独立分析问题、解决问题的综合能力2课程设计要求：运用通信原理的基本理论和专业知识，对AM系统进行设计、仿真（仿真用程序实现），要求用程序画出调制信号，载波，已调信号、相干解调之后信号的的波以及已调信号的功率谱密度。用matlab产生一个频率为1HZ、功率为1的余弦信源，设载波频率为10HZ，A=2，试画出：调制信号，AM信号，载波，解调信号及已调信号的功率谱密度。3相关知识：AM调制信号波形图：AM调制也称普通调幅波，已调波幅度将随调制信号的规律变化而线性变化，但载波频率不变。设载波是频率为ωc的余弦波：uc(t)=Ucmcosωct,调制信号为频率为Ω的单频余弦信号，即UΩ(t)=UΩmcosΩt(Ωωc),则普通调幅波信号为:uAM(t)=(Ucm+kUΩmcosΩt)cosωct=Ucm(1+MacosΩt)cosωct（1）——式中：Ma＝kUΩm/Ucm，称为调幅系数或调幅度AM调制信号波形如图1所示：沈阳理工大学通信系统课程设计报告2图1.普通调幅波形显然AM波正负半周对称时：MaUcm＝Umax－Ucm＝Ucm－Umin，调幅度为：Ma=(Umax－Ucm)∕Ucm=(Ucm－Umin)∕Ucm。Ma＝0时，未调幅状态Ma＝1时，满调幅状态（100％），正常Ma值处于0～1之间。Ma1时，普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同，会产生失真，称为过调幅现象。所以，普通调幅要求Ma必须不大于1。图2所示为产生失真时的波形。沈阳理工大学通信系统课程设计报告3图2.Ma1时的过调制波形4课程设计分析4.1AM调制原理：AM调制就是由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。在波形上，幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移（精确到常数因子）。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性调制。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下[6]：调制模型m(t)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)￠tw(cos)t(00CAC（2.3.1）沈阳理工大学通信系统课程设计报告4上式中，A为载波振幅，w为载波角频率0为载波的初始相位。解调方法利用相干解调。解调就是实现频谱搬移，通过相乘器与载波相乘来实现。相干解调时，接收端必须提供一个与接受的已调载波严格同步的本地载波，它与接受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，得到原始的基带调制信号。相干解调的一般模型如下：图1AM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，得解调框图twtmAtmAtwtmASccAM2cos)]([21)]([21cos)]([tcoswt)(0020c由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以无失真的恢复出原始的调制信号。)]([21)(00TMATM通过信号的功率谱密度的公式，得到功率谱密度。4.2AM解调原理：振幅解调是振幅调制的逆过程，从频谱的角度看就是将有用信号从高频段搬到低频段。而要完成频谱搬移（有新频率产生），电路中必须要有非线性器件。一般情况下，AM波采用包络检波即峰值检波的方式实现解调。即包络检波就是从AM波中还原出原调制信号的过程。设输入普通调幅信号uAM（t）如（1）式所示，图4中非线性器件工作在开关状态，则非线性器件输出电流为：io(t)=guAM(t)·K1（ωct）=gUcm(1+MacosΩt)cosωct·式中：g——非线性器件伏安特性曲线斜率。])12cos()12(2)1(21[11twnncnn沈阳理工大学通信系统课程设计报告5可见io中含有直流，Ω，ωc，ωc±Ω以及其它许多组合频率分量，其中的低频分量是gUm(1+MscosΩt)∕Π。用低通滤波器取出io中这一低频分量，滤除ωc-Ω及其以上的高频分量，就可以恢复与原调制信号U（t）成正比的单频信号了。图4.解调原理图图4中（a）图为包络检波电路的组成模型，（b）图则为包络检波还原信号的波形变化过程和频谱的变化情况。5仿真：clearclccloseall;t=0:0.01:2*pi;y0=2^(1/2)*cos(2*pi*t);y1=5+2^(1/2)*cos(2*pi*t);%信源频率为1Hz的余弦y2=cos(2*pi*10*t);%载波10Hzy3=y1.*y2;%已调信号y4=y3.*y2;%同步解调，与载波相乘figure(1);[b,a]=cheby1(12,0.5,100/500);%切比雪夫滤波器y5=filter(b,a,y4);%滤波沈阳理工大学通信系统课程设计报告6figure(1);subplot(5,1,1);plot(y0);%画出信源的图形title('余弦信号');subplot(5,1,2);plot(y2);%画出载波图形title('载波信号');subplot(5,1,3);plot(y3);%画出已调信号的信号图形title('调制信号');subplot(5,1,4);plot(y4);title('相干解调信号');subplot(5,1,5);plot(y5);%画出解调信号的图形title('解调信号');N=100;t=0:0.01:1;T=1;Pxx=(abs(fftshift(fft(y5)).^2)/T);f=-length(Pxx)/2:length(Pxx)/2-1figure(2);plot(f,Pxx);title('解调信号的功率谱密度');xlabel('频率');ylabel('功率（dB）');gridon沈阳理工大学通信系统课程设计报告76结果分析：就是由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。在波形上，幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化。通过相干解调，通过低通滤波器得到解调信号。图中第一个基带余弦信号，第二个为载波信号，第三个为调制信号，可以看出调制信号幅度随基带信号的幅度变化而变化。第四个为相干解调信号，可以看出其中含有高频信号。第五个为通过低通滤波器后的信号，可以看出和基带信号基本保持一致沈阳理工大学通信系统课程设计报告8从已调信号的功率谱密度图上可以看出，已调信号带宽是基带信号带宽的2倍，并且在载波处有冲激。7参考文献：[1].《通信原理》（第五版），樊昌信等，国防工业出版社[2].《现代通信原理》曹志刚钱亚生清华大学出版社[3].《通信原理》黄载禄殷蔚华编著科学出版社[4].《通信原理简明教程》，南利平，清华大学出版社