AM两种解调方式下的性能分析

摘 要

 本实验利用Simulink仿真模拟产生AM调制信号并使该调制信号通过高斯白噪声信道。利用非相干解调包络检波法进行解调最终还原出基带信号。并把运行仿真结果输入显示器根据显示结果分析所设置的系统性能。

信号调制可以将信号的频谱搬移到任意位置，从而有利于信号的传送，并且是频谱资源得到充分利用。调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需的频率信号，不致相互干扰。而要还原出被调制的信号就需要解调电路。调制与解调在高频通信领域有着广泛的应用，同时也是信号处理应用的重要问题之一系统的仿真和分析是设计过程中的重要步骤和必要的保证。 论文主要是综述现代通信系统中AM调制解调的基本技术。此课程设计的目的在于进一步巩固通信原理等相关专业课上所学关于频率调制与解调等相关内容。

关键词: MATLAB 调频（AM） 调制解调 仿真 频谱分析

I

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目录 1. 课程设计目的 ........................................1 2.课程设计要求 .........................................1 3.相关知识 .............................................1 4 .课程设计分析 ........................................3 5. 仿真 ................................................5 6.结果分析 ............................................ 12 7.参考文献 ............................................ 16

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1.课程设计目的

（1）通过利用matlab simulink，熟悉matlab simulink仿真工具 （2）培养开展科研的能力和编程能力。

（3）通过课程设计来更好的掌握课本相关知识，熟悉AM信号的解调。 （4）掌握MATLAB软件的使用。

（5）更好的了解通信原理的相关知识，磨练自己分析问题，查阅资料，巩固知识，创新等各方面能力。

2.课程设计要求

（1）掌握AM信号解调的相关知识、概念清晰，明了。 （2）掌握MATLAB使用方法，利用软件绘制图像。 （3）程序设计合理、能够正确运行。 （4）按照要求撰写课程设计报告。

3.相关知识

3.1模拟通信系统简介

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。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1所示。

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3.2MATLAB介绍

3.2.1基本功能

MATLAB是很实用的数学软件它在数学类科技应用软件中在数值运算方面首屈一指。MATLAB可以进行运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

3.2.2 MATLAB 特点

●此高级语言可用于技术计算

●此开发环境可对代码、文件和数据进行管理

●交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题 ●二维和三维图形函数可用于可视化数据 ●各种工具可用于构建自定义的图形用户界面

3.2.3 MATLAB系列工具优势

（1）友好的工作平台和编程环境

MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机

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查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。

（2）强大的科学计算机数据处理能力

MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C复数的各种运算、三角函数和其他初等数算、数组操作以及建模动态仿真等。

3.2.4 SIMULINK简介

SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。在simulink环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型，然后直接进行仿真。它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。

而所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl檔进行存取），进而进行仿真与分析。SIMILINK 模块库按功能进行分类，包括以下8类子库： Continuous（连续模块），Discrete（离散模块），Function&Tables（函数和平台模块），Math（数学模块），Nonlinear（非线性模块），Signals&Systems（信号和系统模块），Sinks（接收器模块），Sources（输入源模块）。

4 .课程设计分析

幅度调制简称调幅，是正弦型高频载波的幅度调制信号幅度变化的一种调制方式，为全世界传统模拟中短波广播技术所采用。

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中短波广播AM信号主要靠大地波和天波传播，这种传播路径属于典型的随参信道传播。随参信道对信号传播的影响是不确定的，故信号的影响比较严重。随参信道中包含着除媒质外的其他转换器（解调器），但从对信号传输的影响来看，传输媒质的影响较为主要，而转换器特性的影响较为次要。

鉴于AM信号的传输特性，在分析其抗噪声性能时，主要应考虑加性噪声对AM系统的影响。加性噪声于有用信号，但却始终干扰有用信号，它是一种随机噪声，相对于AM系统的高频载波而言，可以看作是窄带随即过程。加性噪声被认为只对信号的接收产生影响，故AM系统的抗噪声性能往往利用解调器的抗噪声能力来衡量，而抗噪声能力通常用信噪比和调制制度增益来度量。 下图给出了分析AM解调器性能的模型

SAMSAM带通滤波器 (t) 解调器 (t)m0(t) ni(t)n0(t) n(t) 解调器抗噪声性能分析模型

模型输入端的AM信号用sam（t）表示，信道用相加器表示，而加性噪声用n（t）表示，噪声在经过带通滤波器后变为带通型噪声ni（t），相对于AM信号的载波，它是一个窄带随机过程，可以表示成：

ni(t)nc(t)cos(ct)ns(t)sin(ct)

式中：nc(t)和ns(t)分别称为ni(t)的同相分量和正交分量。由于ni(t)，nc(t)和ns(t)均值都为零，方差和平均功率都相同，于是取统计平均有：

ni2(t)nc2(t)ns2(t)

如果解调器输入的噪声ni(t)具有带宽B，则可规定输入的噪声平均功率为：

Nini2(t)n0B

式中：n0是一个实常数，单位为W/Hz，表示噪声单边功率谱密度，它在通带B内是恒定的。根据图1，解调后的有用信号为m0(t)，输出噪声为no(t)，则解调器输出的信噪比为：

SNRout2S0m0(t) 2N0n0(t) 4

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由求得的解调器输入及输出信噪比，可以对该解调器的抗噪声性能做出评价。为此，定调器的调制制度增益为输出信噪比与输入信噪比的比值G:

S0N0Ni

GSi

G表示检波器能够得到的信噪比改善值，其值越大，表示解调器的抗噪声性能越好。

4.1相干解调

相干解调也叫同步检波，解调与调制的实质一样，均是频谱转移。调制是把基带信号的频谱搬到了载频位置，解调则是把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置，同样可以用相乘器与载波相乘来实现。相干解调时，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的本地载波，它与接收的已调信号相乘后，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。

4.2包络检波

包络检波器通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成，它属于非相干解调，因此不需要相干载波。包络检波器是直接从已调波的幅度中提取原调制信号，结构简单，且解调输出是相干解调输出的2倍，因此，AM信号几乎无例外地采用包络检波。

5. 仿真

5.1包络检波设计 5.1.1模型如图

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图5-1 包络检波模型图

5.1.2各个参数设置

基带信号参数设置如图

图5-2 基带信号参数设置

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载波信号参数设置如图

图5-3 载波信号参数设置

低通滤波器参数设置如图

图5-4 低通滤波器参数设置

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显示器参数设置如图

图5-5 显示器参数设置

5.2相干解调设计

5.2.1模型如图

图5-6 相干解调设计模型图

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5.2.2各个器件参数设计

基带信号参数设置如图

图5-7 基带信号参数设置

载波信号参数设置如图

图5-8 载波信号参数设置

低通滤波器参数设置如图

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图5-9 低通滤波器参数设置

5.3 AM信号调制与解调代码

clc clear all close all

Fs=100000;%sample frequency采样频率 Fc=1000;% carrier frequency载波频率 Ts=0.1; % sample time 抽样时间 Ns=Fs*Ts; %length of signal信号总长度 t=0:1/Fs:(Ns-1)/Fs;

A0=3; %A0=3,满调幅；A0<3，过调幅情况

for snr=-5:5

g1=2*cos(2*pi*50*t);

% g1=3*cos(50*pi*t).*cos(50*pi*t); % g2=0;

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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);%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)'; 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 for i = 1 : size(y, 2)

z(:, i) = filtfilt(num, den, z(:, i)) * 2; end xx=z-A0; figure(2) plot(g) hold on plot(xx,'g') hold off end

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6.结果分析

6.1包络检波设计仿真

调制信号功率谱密度如图

图6-1 调制信号功率谱密度

基带信号功率谱密度如图

图6-2 基带信号功率谱密度

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解调信号功率谱密度如图

图6-3 解调信号功率谱密度

解调信号波形如图

图6-4 解调信号波形图

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6.2相干解调设计结果

调制信号功率谱密度如图

图6-5 调制信号功率谱密度

基带信号功率谱密度如图

图6-6 基带信号功率谱密度

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解调信号功率谱密度如图

图6-7 解调信号功率谱密度

调制波形图如图

图6-8 调制波形图

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解调后的信号波形图如图

图6-9 借调后的信号波形图

7.参考文献

[ 1 ] 樊昌信，通信原理（第6版）.国防工业出版社，2006.09 [ 2 ] 吕跃广，通信系统仿真.电子工业出版社，2010.03

[ 3 ] 徐明远，MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用（第二版）.西安电子科技大学出版社，2010.05

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