AM调制与解调课程设计报告书.docx
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AM调制与解调课程设计报告书
信号与线性系统课程设计报告
课题三AM调制与解调系统的设计
班级：
姓名：
学号：
成绩：
指导教师：
***
日期：
2014.12.22-1.4
1课程设计的目的、意义……………………………………………………………………（3）
2课题任务……………………………………………………………………………………（3）
3设计思路与方案……………………………………………………………………………（4）
4设计内容、步骤及要求……………………………………………………………………（4）
5设计步骤及结果分析………………………………………………………………………（4）
5.1必做部分………………………………………………………………………………（6）
5.1.1Matlab程序及运行结果…………………………………………………………（6）
1.普通AM调制与解调……………………………………………………………………（6）
2.抑制双边带调制与解调………………………………………………………………（10）
3.单边带调制与解调……………………………………………………………………（14）
5.1.2Simulink仿真及运行结果…………………………………………………………（16）
1.普通AM调制与解调……………………………………………………………………（16）
1.1单音普通调制解调…………………………………………………………………（16）
1.2复音普通调制解调…………………………………………………………………（18）
2.抑制双边带调制解调…………………………………………………………………（20）
2.1单音双边带调制解调………………………………………………………………（20）
2.2复音抑制双边带调制解调…………………………………………………………（21）
3.单边带调制解调………………………………………………………………………（22）
3.1单音单边带调制解调………………………………………………………………（22）
3.2复音单边带调制解调………………………………………………………………（24）
5.2拓展部分………………………………………………………………………………（26）
5.2.1单音普通AM调制解调……………………………………………………………（26）
5.2.2单音抑制双边带调制解调…………………………………………………………（27）
5.2.3单音单边带调制解调………………………………………………………………（27）
6总结……………………………………………………………………………………………（29）
7参考文献………………………………………………………………………………………（30）
8意见、建议……………………………………………………………………………………（31）
摘要：
本课程设计主要利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台及Labview虚拟仪器仿真研究AM调制与解调模拟系统的理论设计和软件仿真方法。
从而实现单音调制的普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制（SSB）的系统设计及仿真，并显示仿真结果，根据仿真显示结果分析所设计的系统性能。
在课程设计中，幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律变化，其它参数不变。
同时也是使高频载波的振幅载有传输信息的调制方式。
关键词：
Simulink,GUI友好界面，调制与解调，Labview
1、本课题的目的与意义
1.1目的：
本课程设计课题主要研究AM调制与解调模拟系统的理论设计和软件仿真方法。
通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的：
1．掌握模拟系统AM调制与解调的原理。
2．掌握AM调制与解调模拟系统的理论设计方法；
3．掌握应用MATLAB分析系统时域、频域特性的方法，进一步锻炼应用Matlab进行编程仿真的能力；
4．熟悉基于Simulink的动态建模和仿真的步骤和过程；
5．了解基于LabVIEW虚拟仪器的特点和使用方法，熟悉采用LabVIEW进行仿真的方法。
1.2意义：
通过本次课程设计使我们了解了幅度调制与解调的基本原理。
在进行了专业基础知识课程教学的基础上，设计分析一些简单的仿真系统，有助于加深对所学知识的巩固和理解。
2、课题任务
设计AM调制与解调模拟系统，仿真实现相关功能。
包括:
可实现单音调制的普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制（SSB）的系统设计及仿真，要求给出系统的设计框图、源程序代码及仿真结果，并要求给出程序的具体解释说明，记录系统的各个输出点的波形和频谱图。
具体内容为：
1）设计实现AM（包括普通AM、DSB-SC和SSB）调制与解调的模拟系统，给出系统的原理框图,对系统的主要参数进行设计说明。
2）采用Matlab语言设计相关程序,实现1）中所设计模拟系统的功能，要求采用两种方式进行仿真，即直接采用Matlab语言编程的静态仿真方式、采用Simulink进行动态建模和仿真的方式。
要求采用两种以上调制信号源（如正弦波、三角波和方波）进行仿真，并记录系统的各个输出点的波形和频谱图。
3）设计图形用户界面。
采用Matlab语言，利用GUI设计友好的图形用户界面，完成AM调制与解调的功能。
4）采用LabVIEW进行仿真设计,实现系统的功能,要求给出系统的前面板和框图，采用两种以上调制信号源（如正弦波、三角波和方波）进行仿真，并记录仿真结果。
5）要求分析上述三种实现方式（直接采用Matlab语言编程的静态仿真方式、采用Simulink进行动态建模和仿真的方式和采用LabVIEW进行仿真设计）进行对比分析，并与理论设计结果进行比较分析。
6）对系统功能进行综合测试，整理数据，撰写设计报告。
3、设计方案及论证：
模拟调制方式是载频信号的幅度、频率或相位随着欲传输的模拟输入基带信号的变化而相应发生变化的调制方式，包括：
幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）三种。
幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律变化，其它参数不变。
是使高频载波的振幅载有传输信息的调制方式。
振幅调制分为三种方式：
普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制（SSB）。
所得的已调信号分别称为调幅波信号、双边带信号和单边带信号。
先在Matlab环境下写出三种振幅调制方式的程序，运行得出结果；再在Simulink环境下做出仿真图，再次得到结果；最后在Labview集成环境下进行仿真设计，赋值运行，得出结果。
对所得的三次结果进行对比分析。
4、设计内容、步骤及要求
4.1必选部分
（1）设计实现AM调制与解调的模拟系统，给出系统的原理框图,对系统的主要参数进行设计说明,具体参数包括：
载波频率、调制信号频率、载波大小、调制信号大小、滤波器参数等。
并对所设计的系统进行理论分析计算。
（2）根据所设计的AM调制与解调的模拟系统，进行基于Matlab语言的静态仿真设计。
分别实现单音调制的普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制（SSB）的系统仿真设计，要求给出系统的Matlab编程仿真程序及结果，并要求写出程序的具体解释说明，记录系统的各个输出点的波形和频谱图。
要求调制信号分别采用不同类型的信号进行仿真，至少给出两种以上调制信号源，如：
单音信号、合成复杂音信号、直接录制的模拟语音信号。
（3）根据所设计的AM调制与解调的模拟系统，采用Simulink进行动态建模仿真设计。
分别实现普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制（SSB）的系统动态仿真设计，要求包括调制和解调的部分，并给出采用Simulink进行动态建模仿真的系统方框图，同时记录系统的各个输出点的波形和频谱图。
要求采用两种以上调制信号源进行仿真，具体参数自定。
载波信号频率根据设计情况设定。
（4）根据所设计的AM调制与解调的模拟系统，采用Matlab语言，利用GUI设计友好的图形用户界面。
完成4.1必选部分
（2）所要求的功能。
（5）根据仿真结果,对系统的时域、频域特性进行分析，并与理论设计结果进行比较分析。
4.2选作部分
（1）根据所设计的AM调制与解调的模拟系统，说明具体的参数，进行基于LabVIEW环境的仿真，分别实现普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制（SSB）的系统仿真设计，要求包括调制和解调的部分，给出系统的前面板和框图，并记录仿真结果。
（2）要求调制信号采用不同类型的信号源，进行进一步的仿真，给出系统的前面板和框图，并记录仿真结果，观察分析频谱的变化情况。
5、设计步骤及结果分析
5.1必做部分：
（1）有关参数说明：
Wp（或wp）为通带截止频率，Ws（或ws）为阻带截止频率，Rp为通带衰减，As为阻带衰减
（2）有关函数说明：
%butterworth低通滤波器原型设计函数，要求Ws>Wp>0，As>Rp>0
function[b,a]=afd_butt（Wp,Ws,Rp,As）
N=ceil（（log10（（10^（Rp/10）-1）/（10^（As/10）-1）））/（2*log10（Wp/Ws）））;
%上条语句为求滤波器阶数：
N为整数;
%ceil朝正无穷大方向取整;
fprintf（'\nButterworthFilterOrder=%2.0f\n',N）
OmegaC=Wp/（（10^（Rp/10）-1）^（1/（2*N）））%求对应于N的3db截止频率;
[b,a]=u_buttap（N,OmegaC）;
%傅里叶变换函数
function[Xk]=dft（xn,N）
n=[0:
1:
N-1];
k=[0:
1:
N-1];
WN=exp（-j*2*pi/N）;
nk=n'*k;
WNnk=WN.^（nk）;
Xk=xn*WNnk;
5.1.1Matlab程序代码及程序运行结果
（一）普通AM调制与解调：
%单音普通调幅波的调制y=amod（x,t,fs,t0,fc,Vm0,ma）,要求fs>2fc;
%x为调制信号,t为调制信号自变量,2t0为采样区间，fs为采样频率;
%fc为载波频率，Vm0为未经调制的输出载波电压振幅，ma调幅度;
t0=0.1;
fs=12000;
fc=1000;
Vm0=2.5;
ma=0.25;
n=-t0/2:
1/fs:
t0/2;
x=4*cos（150*pi*n）;%调制信号
y2=Vm0*cos（2*pi*fc*n）;%载波信号
figure
（1）
subplot（2,1,1）;
plot（n,y2）;
axis（[-0.01,0.01,-5,5]）;
title（'载波信号'）;
N=length（x）;
Y2=fft（y2）;
subplot（2,1,2）;
plot（n,Y2）;
title（'载波信号频谱'）;%画出频谱波形
y=Vm0*（1+ma*x/Vm0）.*cos（2*pi*fc*n）;
figure
（2）
subplot（2,1,1）;
plot（n,x）;
title（'调制信号'）;
subplot（2,1,2）
plot（n,y）
title（'已调波信号'）;
X=fft（x）;
Y=fft（y）;
w=0:
2*pi/（N-1）:
2*pi;
figure（3）
subplot（2,1,1）;
plot（w,abs（X））
axis（[0,pi/4,0,2000]）;
title（'调制信号频谱'）;
subplot（2,1,2）;
plot（w,abs（Y））;
axis（[pi/6,pi/4,0,1200]）;
title（'已调波信号频谱'）;%画出频谱波形
y1=y-2*cos（800*pi*n）;
y2=Vm0*y1.*cos（2*pi*fc*n）;%将已调幅波信号的频谱搬移到原调制信号频谱处
wp=40/N*pi;
Rp=1;As=15;
ws=60/N*pi;
T=1;%滤波器参数设计
OmegaP=wp/T;
OmegaS=ws/T;
[cs,ds]=afd_butt（OmegaP,OmegaS,Rp,As）;
[b,a]=imp_invr（cs,ds,T）;
y=filter（b,a,y2）;
figure（4）
subplot（2,1,1）;
plot（n,y）
title（'解调波'）;
Y=fft（y）;
subplot（2,1,2）;
plot（w,abs（Y））
axis（[0,pi/6,0,1000]）;
title（'解调信号频谱'）;%画出频谱波形
程序结果：
ButterworthFilterOrder=6
OmegaC=0.1171
%复杂音普通调幅波调制y=amod（x,t,fs,t0,fc,Vm0,ma），要求fs>2fc
%x为调制信号，t为调制信号自变量,2t0为采样区间，fs为采样频率，
%fc为载波频率，Vm0为未经调制的输出载波电压振幅，ma为调幅度;
t0=0.1;
fs=12000;
fc=1000;
Vm0=2.5;
ma=0.25;
n=-t0/2:
1/fs:
t0/2;
x=4*cos（150*pi*n）-3*cos（200*pi*n）;%调制信号
n=-t0/2:
1/fs:
t0/2;
y=Vm0*（1+ma*x/Vm0）.*cos（2*pi*fc*n）;
figure
（1）
subplot（2,1,1）
plot（n,x）
title（'调制信号'）;
subplot（2,1,2）
plot（n,y）
title（'已调波信号'）;
N=length（x）;
X=fft（x）;
Y=fft（y）;
w=0:
2*pi/（N-1）:
2*pi;
figure
（2）
subplot（2,1,1）
plot（w,abs（X））
axis（[0,pi/4,0,2000]）;
title（'调制信号频谱'）;%画出频谱波形
subplot（2,1,2）
plot（w,abs（Y））
axis（[pi/6,pi/4,0,1200]）;
title（'已调波信号频谱'）;
y1=y-2*cos（800*pi*n）;
y2=Vm0*y1.*cos（2*pi*fc*n）;%将已调幅波信号的频谱搬移到原调制信号频谱处
wp=40/N*pi;
ws=60/N*pi;
Rp=1;
As=15;
T=1;
%滤波器参数设计
OmegaP=wp/T;
OmegaS=ws/T;
[cs,ds]=afd_butt（OmegaP,OmegaS,Rp,As）;
[b,a]=imp_invr（cs,ds,T）;
y=filter（b,a,y2）;
figure（3）
subplot（2,1,1）
plot（n,y）
title（'解调波'）;
Y=fft（y）;
subplot（2,1,2）
plot（w,abs（Y））
axis（[0,pi/6,0,1000]）;
title（'解调信号频谱'）;%画出频谱波形
程序运行结果：
ButterworthFilterOrder=6
OmegaC=0.1171
%三角波普通调幅波调制y=amod（x,t,fs,t0,fc,Vm0,ma），要求fs>2fc
%x为调制信号，t为调制信号自变量,2t0为采样区间，fs为采样频率，
%fc为载波频率，Vm0为未经调制的输出载波电压振幅，ma为调幅度;
t0=0.1;
fs=12000;
fc=1000;
Vm0=2.5;
ma=0.25;
n=-t0/2:
1/fs:
t0/2;
x=sawtooth（150*pi*n,0.5）%调制信号
y2=Vm0*cos（2*pi*fc*n）;%载波信号
figure
（1）
subplot（2,1,1）;
plot（n,y2）;
axis（[-0.01,0.01,-5,5]）;
title（'载波信号'）;
N=length（x）;
Y2=fft（y2）;
subplot（2,1,2）;
plot（n,Y2）;
title（'载波信号频谱'）;%画出频谱波形
y=Vm0*（1+ma*x/Vm0）.*cos（2*pi*fc*n）;
figure
（2）
subplot（2,1,1）;
plot（n,x）;
title（'调制信号'）;
subplot（2,1,2）
plot（n,y）
title（'已调波信号'）;
X=fft（x）;
Y=fft（y）;
w=0:
2*pi/（N-1）:
2*pi;
figure（3）
subplot（2,1,1）;
plot（w,abs（X））
axis（[0,pi/4,0,2000]）;
title（'调制信号频谱'）;
subplot（2,1,2）;
plot（w,abs（Y））;
axis（[pi/6,pi/4,0,1200]）;
title（'已调波信号频谱'）;%画出频谱波形
y1=y-2*cos（800*pi*n）;
y2=Vm0*y1.*cos（2*pi*fc*n）;%将已调幅波信号的频谱搬移到原调制信号频谱处
wp=40/N*pi;
Rp=1;As=15;
ws=60/N*pi;
T=1;%滤波器参数设计
OmegaP=wp/T;
OmegaS=ws/T;
[cs,ds]=afd_butt（OmegaP,OmegaS,Rp,As）;
[b,a]=imp_invr（cs,ds,T）;
y=filter（b,a,y2）;
figure（4）
subplot（2,1,1）;
plot（n,y）
title（'解调波'）;
Y=fft（y）;
subplot（2,1,2）;
plot（w,abs（Y））
axis（[0,pi/6,0,1000]）;
title（'解调信号频谱'）;%画出频谱波形
程序运行结果：
ButterworthFilterOrder=6
OmegaC=
0.1171
（二）抑制载波的双边带调制
%单音抑制载波双边带调制y=amod（x,t,fs,t0,fc,Vm0,ma），要求fs>2fc,
%x为调制信号，2t0为采样区间，fs为采样频率，
%fc为载波频率，Vm0为未经调制的输出载波电压振幅，ma为调幅度;
t0=0.1;
fs=12000;
fc=1000;
Vm0=2.5;
ma=0.25;
n=-t0/2:
1/fs:
t0/2;
x=4*cos（150*pi*n）;%调制信号
y=Vm0*x.*cos（2*pi*fc*n）;%载波信号
figure
（1）
subplot（2,1,1）
plot（n,x）
title（'调制信号'）;
subplot（2,1,2）
plot（n,y）
title（'已调波信号'）;
N=length（x）;
X=fft（x）;
Y=fft（y）;
w=0:
2*pi/（N-1）:
2*pi;
figure
（2）
subplot（2,1,1）
plot（w,abs（X））
axis（[0,pi/4,0,2000]）;
title（'调制信号频谱'）;%画出频谱波形
subplot（2,1,2）
plot（w,abs（Y））
axis（[pi/6,pi/4,0,2200]）;
title（'已调波信号频谱'）;%画出频谱波形
y1=y-2*cos（2000*pi*n）;
y2=Vm0*y1.*cos（2*pi*fc*n）;%将已调幅波信号的频谱搬移到原调制信号频谱处
wp=40/N*pi;
ws=60/N*pi;
Rp=1;
As=15;
T=1;
%滤波器参数设计
OmegaP=wp/T;OmegaS=ws/T;
[cs,ds]=afd_butt（OmegaP,OmegaS,Rp,As）;
[b,a]=imp_invr（cs,ds,T）;
y=filter（b,a,y2）;
figure（3）
subplot（2,1,1）
plot（n,y）
title（'解调波'）;
Y=fft（y）;
subplot（2,1,2）
plot（w,abs（Y））
axis（[0,pi/6,0,5000]）;
title（'解调信号频谱'）;%画出频谱波形
程序运行结果：
ButterworthFilterOrder=6
OmegaC=0.1171
%复音抑制载波双边带调制y=amod（x,t,fs,t0,fc,Vm0,ma）要求fs>2fc
%x调制信号，t调制信号自变量,t0采样区间，fs采样频率，
%fc载波频率，Vm0输出载波电压振幅，ma调幅度
t0=0.1;
fs=12000;
fc=1000;
Vm0=2.5;
ma=0.25;
n=-t0/2:
1/fs:
t0/2;
x=4*cos（150*pi*n）-3*cos（200*pi*n）;%调制信号
y=Vm0*x.*cos（2*pi*fc*n）;%载波信号
figure
（1）
subplot（2,1,1）
plot（n,x）
title（'调制信号'）;
subplot（2,1,2）
plot（n,y）
title（'已调波信号'）;
N=length（x）;
X=fft（x）;
Y=fft（y）;
w=0:
2*pi/（N-1）:
2*pi;
figure
（2）
subplot（2,1,1）
plot（w,abs（X））
axis（[0,pi/4,0,3000]）;
title（'调制信号频谱'）;%画出频谱波形
subplot（2,1,2）
plot（w,abs（Y））
axis（[pi/6,pi/4,0,2200]）;
title（'已调波信号频谱'）;%画出频谱波形
y1=y-2*cos（2000*pi*n）;
y2=Vm0*y1.*cos（2*pi*fc*n）;%将已调幅波信号的频谱搬移到原调制信号频谱处
wp=40/N*pi;
ws=60/N*pi;
Rp=1;
As=15;
T=1;
%滤波器参数设计
OmegaP=wp/T;OmegaS=ws/T;
[cs,ds]=afd_butt（OmegaP,OmegaS,Rp,As）;
[b,a]=imp_invr（cs,ds,T）;
y=filter（b,a,y2）;
figure（3）
subplot（2,1,1）
plot（n,y）
title（'解调波'）;
Y=fft（y）;
subplot（2,1,2）
pl
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