AM 调制.docx

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AM调制

郑州轻工业学院

课程设计任务书

题目利用MATLAB实现信号的AM调制与解调

专业、班级电子信息工程11级2班学号53姓名张宇

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容：

利用MATLAB对信号

进行AM调制，载波信号频率为1000Hz，调制深度为0.5。

t0=0.2;首先在MATLAB中显示调制信号的波形和频谱，已调信号的波形和频谱，比较信号调制前后的变化。

然后对已调信号解调，并比较解调后的信号与原信号的区别。

基本要求：

1、掌握利用MATLAB实现信号AM调制与解调的方法。

2、学习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。

3、加深理解调制信号的变化；验证信号调制的基本概念、基本理论，掌握信号与系统的分析方法。

主要参考资料：

1、王秉钧等.通信原理[M].北京：

清华大学出版社，2006.11

2、陈怀琛.数字信号处理教程----MATLAB释义与实现[M].北京：

电子工业出版社,2004.

完成期限：

2014.6.9—2014.6.13

指导教师签名：

课程负责人签名：

2014年6月5日

基于MATLAB的AM信号的调制与解调

利用MATLAB实现信号的AM调制与解调

摘要：

现在的社会越来越发达，科学技术不断的在更新，在信号和模拟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。

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。

现代通信系统要求通信距离远、信道容量大、传输质量好。

在信号处理里面经常要用到调制与解调，而信号幅度调制与解调是最基本，也是经常用到的。

用AM调制与解调可以实现很多功能，制造出很多的电子产品。

本文主要的研究内容是了解AM信号的数学模型及调制方式以及其解调的方法。

先从AM的调制研究，研究它的功能及在现实生活中的运用。

其次研究AM的解调，以及一些有关的知识点，以及通过它在通信方面的运用更加深入的了解它。

关键词：

AM信号，调制，解调

1绪论

1.1背景以及意义

现在的社会越来越发达，科学技术不断的在更新，在信号和模拟通信的中心问题是要把载有消息的信号经系统加工处理后，送入信道进行传送，从而实现消息的相互传递。

消息是声音、图像、文字、数据等多种媒体的集合体。

把消息通过能量转换器件，直接转变过来的电信号称为基带信号。

基带信号有模拟基带信号和数字基带信号。

它们多为低频带限信号，易受外来干扰的影响，还受到设备元器件的限制，且不易产生电磁波信号变化越快电磁辐射能力越强），不能进行无线传输也不能实现多路复用。

为了克服以上缺点通过调制技术就可以把基带信号（也叫调制信号）变为具有一定带宽的适合于信道传输的频带信号。

调制的过程也就是对信号进行频谱搬移的过程。

我们把经过一定加工处理的含有消息的可解读的电信号称之为信息，信息是一个不确定的概率的函数。

信息的加工、处理和相互传递是现代通信的基础，是通信所要解决的实质问题。

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。

1.2发展前景

在无线电技术中，调制与解调占有十分重要的地位。

假如没有调制与解调技术，就没有无线电通信，没有广播和电视，也没有今天的BP寻呼、手持电话、传真、电脑通信及Internet国际互联网。

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。

调制在无线电发信机中应用最广。

图1.2.1为发信机的原理框图。

高频振荡器负责产生载波信号，把要传送的信号与高频振荡信号一起送入调制器后，高频振荡被调制，经放大后由天线以电磁波的形式辐射出去。

其中调制器有两个输入端和一个输出端。

这两个输入分别为被调制信号和调制信号。

一个输出就是合成

的已调制的载波信号。

例如，最简单的调制就是把两个输入信号分别加到晶体管的基极和发射极，集电极输出的便是已调信号。

为什么要用语言或音乐信号去控制高频振荡呢？

原来要使信号的能量以电场和磁场的形式向空中发射出去传向远方，需要较高的振荡频率方能使电场和磁场迅速变化；同时信号的波长要与天线的长度相匹配。

语言或音乐信号的频率太低，无法产生迅速变化的电场和磁场；相应地，它们的波长又太大，即使选用它的最高频率20000Hz来计算，其波长仍为15000m，实际上是不可能架设这么长的天线的。

看来要把信号传递出去，必须提高频率，缩短波长。

可是超过20kHz的高频信号，人耳就听不见了。

为了解决这个矛盾，只有采用把音频信号“搭乘”在高频载波上，也就是调制，借助于高频电磁波将低频信号发射出去，传向远方。

图1-1发信机的原理框图

按照被调制信号参数的不同，调制的方式也不同。

如果被控制的参数是高频振荡的幅度，则称这种调制方式为幅度调制，简称调幅；如果被控制的参数是高频振荡的频率或相位，则称这种调制方式为频率调制或相位调制，简称调频或调相（调频与调相又统称调角）。

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1.2.2。

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。

图1-2幅度调制原理

解调是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。

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。

例如收音机里对调幅波的解调通常是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，见图1.2.3。

对于频率调制来说，解调是从它的频率变化提取调制信号的过程。

频率解调要比幅度解调复杂，用普通检波电路是无法解调出调制信号的，必须采用频率检波方式，如各类鉴频器电路。

图1-3包络检波原理

随着电脑的发展和普及，调制与解调在电脑通信中也有着十分重要的作用。

通过称为Modem的调制解调器，将电脑的数字信息转换成能沿着电话线传递的模拟形式，在接收端由Modem将它转换回数字信息。

其中将数字信息转换成模拟形式称调制，将模拟形式转换回数字信息称为解调。

信息经电脑及调制解调器后上了“信息高速公路”，世界各地的人们可以用电脑相互传递信息，远程通信已不再是困难的事情了。

2AM信号的调制

2.1AM信号的调制原理

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：

图2-1AM信号的调制原理模型

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

（2-1）

上式中，

为载波振幅，

为载波角频率

为载波的初始相位。

2.2AM信号的波形和频谱特性

虽然实际模拟基带信号m（t）是随机的，但我们还是从简单入手，先考虑m（t）是确知信号的傅氏频谱，然后在分析m（t）是随机信号时调幅信号的功率谱密度。

可知[7]

（2-2）

设m（t）的频谱为M（w），由傅氏变换的理论可得已调信号

（2-3）

AM的波形和相应的频谱图如下

图2-2AM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

（2-4）

其中

为调制信号的最高频率。

3AM信号的解调

3.1AM信号的解调原理及方式

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。

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性调制系统，非相干解调一般适用幅度调制（AM）信号。

3.2AM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下：

图3-1AM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

（3-1）

由上式可知，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

（3-2）

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。

3.3AM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[7]。

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。

图3-2AM信号的非相干解调原理

当RC满足条件

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

（3-3）

其中，

。

隔去直流后就得到原信号

4仿真结果

4.1matlab实现调制信号的波形

本设计的调制信号为

，通过matlab仿真显示出其波形图如图4-1所示

图4-1调制信号波形

4.2matlab实现已调信号的频谱图

与调制信号实现频谱图的原理一样，用matlab对已调信号进行快速傅里叶变换抽样频率为1000hz，可以得到已调信号的频谱图，如图4-2所示

图4-2已调信号的频谱图

4.3matlab实现载波的仿真

我们一般需要发送的数据的频率是低频的，如果按照本身的数据的频率来传输，不利于接收和同步。

使用载波传输，我们可以将数据的信号加载到载波的信号上，接收方按照载波的频率来接收数据信号，有意义的信号波的波幅与无意义的信号的波幅是不同的，将这些信号提取出来就是我们需要的数据信号。

本实验的载波频率为1000hz，波形图如4-3所示

图4-3载波波形

本节主要通过matlab软件把调制信号

调制到载波信号

上，使载波的幅度按照调制信号的规律进行变化。

其波形如图4-4所示

图4-4已调信号

4.4matlab实现已调信号的解调

解调过程是运用相干解调，对已调信号乘上载波，再通过低通滤波器滤波就可以无失真的恢复出原始的调制信号。

其解调后的仿真波形如图4-5所示。

图4-5解调信号的波形

本设计是采用双边带调幅来实现的信号调制，用相干波解调后，没有直流分量，幅度减为原来的一半，频率不变化。

由频谱图可知解调是把已调信号的频谱搬回到原来的位置，从而恢复出原始信号。

恢复信号不失真的关键是低通滤波器的设置，尽可能的减小失真度。

图4-6已知信号与解调信号的比较

参考文献

[1]詹亚锋.通信信号自动制式识别及参数估计[D].清华大学,2004.

[2]王志刚基于软件无线电技术的信号识别与调制解调系统郑州信息工程大学2004，3

[3]傅祖芸.信息论基础理论与应用[M].北京：

电子工业出版社，2001.

[4]樊昌信等.通信原理[M]（第1版至第5版）.北京：

国防工业出版社，1980-2005

[5]宋辉.通信信号的特征分析、自动识别与参数提取[D].南京理工大学,2003.

[6]胡广书.现代信号处理[M].北京：

清华大学出版社,2004.

[7]罗明.数字通信信号的自动识别与参数估计研究[D].西安电子科技大学,2005.

[8]刘卫国.MATLAB程序设计教程.中国水利水电出版社。

总结

几天的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，和同学们相互探讨，相互学习，学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．

通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高。

这次课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和实际知识进行一次次的结合，从而培养和提高学生独立工作能力，提高了同学们的计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

在此感谢我们的老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。

而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。

附录

源程序：

t0=0.2

t=（-t0:

0.01:

t0）

y1=sinc（100*t）.*sinc（100*t）

plot（t,y1）

gridon%已知信号的波形

t=（-0.01:

0.001:

0.01）

y2=cos（2000*pi*t）

plot（t,y2）

gridon%载波信号的波形

fs=10000

t0=0.2

t=-t0:

0.0001:

t0

m=sinc（100*t）.*sinc（100*t）

mk=fft（m,512）

mw=2*pi/1000*abs（fftshift（mk））

fw=[-255:

256]/512*fs

plot（fw,mw）

gridon

xlim（[-500,500]）%已知信号的频谱波形

t0=0.05

t=（-t0:

0.0001:

t0）

y=0.5*cos（2000*pi*t）.*sinc（100*t）.*sinc（100*t）

plot（t,y）

gridon%已调信号的波形

fs=1000

t0=0.1

t=-t0:

0.0001:

t0

m=0.5*cos（2000*pi*t）.*sinc（200*t）.*sinc（200*t）

mk=fft（m,512）;

mw=2*pi/1000*abs（fftshift（mk））

fw=[-255:

256]/512*fs

plot（fw,mw）

gridon

xlim（[-250,250]）%已调信号的频谱波形

t0=0.2

t=（-t0:

0.001:

t0）

y2=0.5*cos（2000*pi*t）.*sinc（100*t）.*sinc（100*t）

N=512

wp=40/N*pi%低通滤波器参数的设定

ws=60/N*pi

Rp=1

As=15

T=1

OmegaP=wp/T

OmegaS=ws/T

[n,Wn]=buttord（OmegaP,OmegaS,Rp,As）

[b,a]=butter（n,Wn,'low'）

y=filter（b,a,y2）

plot（t,y）

gridon%解调信号