基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告

基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第2页1引言1.1设计目的本报告依照传统模拟调制的规范，给出了AM调制解调的具体流程，重点研究了系统中各阶段信号时域和频谱波形以及频谱的搬移变化，为AM调制解调系统信号波形的进一步深入研究做了基础。1.2术语定义本文档使用以下关键术语和简略语。英文缩写英文全称中文名称AMAmplitudeModulation幅度调制AWGNAdditiveWhiteGaussianNoise加性高斯白噪声1.3参考资料[1]通信原理（第六版）樊昌信曹丽娜编著国防工业出版社2007年1月[2]1.4文档组织报告第二部分给出了AM调制解调的基本原理；第三部分给出了系统在MATLAB里面的程序调试及仿真；第四部分给出了各仿真模块输出时域和频域波形，并对比发射信号和接收信号的时域波形；第五部分对报告进行了总结。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第3页2AM调制解调信源信号信宿信号AM调制AM解调信道加性噪声图1AM调制解调系统框图图1显示给出了用于AM调制解调的系统框图。从图中可知，发送端信源信号()mt经AM调制器的调制后搭载高频载波发送出去，发送信道中经历加性高斯白噪声的干扰。接收端信号经历AM解调器的解调输出，最终得到信宿信号^()mt。2.1AM调制+×m(t)sAM(t)Aocos(ѡct)图2AM调制模型图2显示给出了AM调制的原理模型。从图中可知发送信号()mt和直流分量0A叠加后乘以高频载波cos()ct后即可形成AM调制信号。具体时域表波形为：00()()cos()cos()()cos()AMcccstAmttAtmtt(1)对应的频谱波形为：01()()()()()22AMccccASfMffMffffff(2)基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第4页2.2AM解调×低通滤波器sm(t)sd(t)cos(ѡct)图3AM解调模型图3显示给出了AM解调的数学模型。由上图可知，解调端信道输出信号()mst乘以跟发送端同频同相的高频载波cos()ct后，经低通滤波器提取低频分量，即可得到原始的基带调制信号。具体理论推导如下：送入解调器的AM的表达为0()()cos()mcstAmtt(3)与同频同相的相干载波相()=cos()cctt乘后得2000()()cos()11()()cos(2)22pccstAmttAmtAmtt(4)经历低通滤波器滤除高频信号后得01()()2dstAmt(5)再经过隔直流电容后1()()2stmt(6)基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第5页3基于MATLAB的AM仿真本仿真利用MATLAB自带函数仿真了AM系统各阶段信号的时域和频域波形，并对比发射信号和解调恢复信号的波形。3.1仿真基本参数系统仿真前定义采样间隔ts,载波频率fc,噪声系数sigma,和时间长度t。具体如下：%----------------------------------------------------------------ts=1.e-4;t=-0.04:ts:0.04;fc=500;sigma=0.3;3.2生成调制信号仿真中采用时间长度[-0.020.02]高度为1的三角脉冲波形作为调制信号。%----------------------------------------------------------------%生成调制信号m_sig=tripuls(t+0.01,0.02)-tripuls(t-0.01,0.02)；%调整信号m_sig由两个三角脉冲波形左右平移后叠加生成。3.3AM调制器在MATLAB中使用如下的语句对发射信号进行调制：%----------------------------------------------------------------%调制过程s_am=(1+m_sig).*cos(2*pi*fc*t)+sigma*randn(size(t))；%AM信号由调制信号m_sig叠加直流分量后乘以载波并混以噪声形成。cos(2*pi*fc*t)；%载波信号，fc为载波频率。randn(size(t));%代表服从正态分布的噪声。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第6页3.4相干解调器相干解调依靠接收端提供跟发送端同频同相的高频载波cos()ct乘以接收信号，再经低通滤波器提取低频分量来恢复出原调制信号。具体程序实现如下：%----------------------------------------------------------------%产生本地接收载波s_carr=cos(2*pi*fc*t)；%同步解调s_dem=s_am.*s_carr；%定义lfft变量Lfft=length(t)；%取时间区间的长度并赋值给Lfft。Lfft=2^ceil(log2(Lfft)+1)；%将Lfft重新转化成为更大的偶数Lfft。ceil；%向正无穷大的方向取整%绘制解调后信号频谱S_dem=fftshift(fft(s_dem,Lfft)/(length(t)));%生成低通滤波器h=fir1(60,[B_m*ts])；%设计低通滤波器频域相应，其中滤波器阶数60,截至频率75Hz。%低通滤波s_rec=filter(h,1,s_dem)；%理想低通滤波器filter滤除s_dem中的高频分量得恢复信号s_rec。%绘制恢复信号频谱S_rec=fftshift(fft(s_rec,Lfft)/(length(t)))；基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第7页4仿真结果曲线4.1发送信号波形和频谱-0.025-0.02-0.015-0.01-0.00500.0050.010.0150.020.025-2-1.5-1-0.500.511.52t(sec)m(t)图4发送信号时域波形图4显示给出了用于调制的发送信号时域波形。图中横坐标和纵坐标分别对应表示时间和信号幅值。从图中可以明显看出发送信号为三角波信号。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第8页-150-100-5005010015000.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5f(Hz)M(f)图5发送信号的频谱图5显示给出了三角波发送信号对应的频谱。图中横坐标表示频率，纵坐标表示频谱幅值。从图中可以看出信号频谱主要集中在低频段，而且信号带宽较窄，大约在150Hz。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第9页4.2载波信号波形和频谱-5-4-3-2-1012345x10-3-1.5-1-0.500.511.5t(sec)scarr(t)图6载波信号时域波形图6显示给出了发送端调制基带信号所使用的载波波形。图中横坐标表示载波持续时间，横坐标表示载波幅度。从图中可知本次调制使用的载波是幅度为1，周期为-32.010s，频率为500Hz的余玄波。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第10页-600-400-200020040060000.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5f(Hz)Scarr(f)图7载波信号频谱图7显示给出了系统发射信号所需载波信号频谱。图中横坐标表示频率，纵坐标表示信号频谱幅值。从图中可以明显看出载波频谱的中心频率分别为+500Hz，-500Hz。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第11页4.3AM信号波形和频谱-0.025-0.02-0.015-0.01-0.00500.0050.010.0150.020.025-2-1.5-1-0.500.511.52t(sec)sAM(t)图8AM信号波形(SNR=19.72dB)图8显示给出了系统中经过AM调制后信号的时域波形。图中横坐标和纵坐标分别对应表示时间和信号幅值。从图中可知，已调制信号的外包络仍然保持着跟调制信号相同的包络特性。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第12页-600-400-200020040060000.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5f(Hz)SAM(f)图9AM信号频谱波形（SNR=19.72dB）图9显示给出了经历调制后信号所对应的频谱。频谱图中横坐标表示频率，纵坐标表示频谱幅值。从图中可知：原发射信号经过调制后，频谱明显从原来的低频部分搬移到载波频率对应的高频部分。但由于已调制信号中直流分量的作用，调制后信号频谱的幅值相比原调制信号频谱幅值并没有完全减半。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第13页4.4相干解调波形和频谱-0.025-0.02-0.015-0.01-0.00500.0050.010.0150.020.025-2-1.5-1-0.500.511.52t(sec)srect(t)图10经过相干解调后的时域信号波形图10显示给出了相干解调中信号乘以跟发送载波同频的本地余玄波后的时域波形。图中横坐标为时间轴，纵坐标表示信号幅值。从上述图中可知：AM信号完整的输入波形转化为单一极性输出，同时信号的频率增加。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第14页-1000-5000500100000.10.20.30.40.5f(Hz)Srect(f)图11相干解调频谱图11显示给出了信号通过相干解调乘以本地载波后对应频谱图。图中横坐标表示频率变化范围，纵坐标表示频谱幅值。由上图对比图9可知，乘以本地载波后的信号频谱将AM信号频谱又重新的搬移，而在高频段仍然保留频谱分量。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第15页4.5恢复信号波形和频谱-0.025-0.02-0.015-0.01-0.00500.0050.010.0150.020.025-0.500.51t(sec)srec(t)图12经过低通滤波器后恢复信号时域波形（SNR=19.72dB）图12显示给出了经过低通滤波器后恢复出的信号的时域波形。图中横坐标表示信号长度时间坐标轴，纵坐标表示恢复信号的幅值。从图中可看出，恢复的信号波形基本上跟发送端发送信号波形吻合。但由于受到噪声的影响，信号的包络发生了抖动。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第16页-200-150-100-5005010015020000.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5f(Hz)Srec(f)图13经历低通滤波器恢复信号频谱图图13显示给出了相干解调信号经过低通滤波器后对应的频谱。上述图像中横坐标代表频率变化，纵坐标表示频谱幅度变化。对比原发射信号频谱可知，此恢复出的信号频谱基本跟发射信号频谱波形吻合并且带宽大约在150Hz，说明能较好的恢复出原调制信号。基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告第17页5总结本报告使用MATLAB软件仿真了AM调制解调系统中各阶段信号的时域和频谱波形，更直观的研究了信号在通过系统中各阶段的波形和频谱搬移变化情况。