AM兩種解調(diào)方式下的性能分析解讀

1、沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告摘要本實驗利用Simulink仿頁.険擬產(chǎn)T.AM調(diào)訕言兮 川使肉叭舞 m過曲!F門噪 聲信道。利用tfflT解調(diào) 包絡(luò)檢波 法進行解調(diào) 最終述原出基帶信號。并把運行仿 真紇艮諭入顯小懇 杈摳顯小給黒竹析所設(shè)朗勺系統(tǒng)件僦信號調(diào)制可以將信號的頻譜搬移到任意位置，從而有利于信號的傳送，并且是頻譜 資源得到充分利用。調(diào)制作用的實質(zhì)就是使相同頻率范圍的信號分別依托于不同頻率的 載波上，接收機就可以分離出所需的頻率信號，不致相互干擾。而要還原出被調(diào)制的信 號就需要解調(diào)電路。調(diào)制與解調(diào)在高頻通信領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，同時也是信號處理應(yīng) 冃的重耍門題Z 系統(tǒng)的仿真和分析是役計過

2、和屮的重耍步驟和必要的Siil：o論文 主要是綜述現(xiàn)代通信系統(tǒng)中 AM調(diào)制解調(diào)的基本技術(shù)。此課程設(shè)計的目的在于進一步鞏 固通信原理等相關(guān)專業(yè)課上所學(xué)關(guān)于頻率調(diào)制與解調(diào)等相關(guān)內(nèi)容。關(guān)鍵詞：MATLAB 調(diào)頻（AM 調(diào)制解調(diào) 仿真 頻譜分析I沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告目錄1. 課程設(shè)計目的12. 課程設(shè)計要求13. 相關(guān)知識14 .課程設(shè)計分析35. 仿真56. 結(jié)果分析 12參考文獻 16ii沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告1課程設(shè)計目的（1） 通過利用 matlab simulink ，熟悉 matlab simulink 仿真工具（2）培養(yǎng)獨立開展科研的能力和編程能力。（3） 通過課程

3、設(shè)計來更好的掌握課本相關(guān)知識，熟悉AM信號的解調(diào)。（4）掌握MATLA軟件的使用。（5）更好的了解通信原理的相關(guān)知識，磨練自己分析問題，查閱資料，鞏固知識，創(chuàng) 新等各方面能力。2. 課程設(shè)計要求（1）掌握AM信號解調(diào)的相關(guān)知識、概念清晰，明了（2）掌握MATLABS用方法，禾I用軟件繪制圖像。（3）程序設(shè)計合理、能夠正確運行。（4）按照要求撰寫課程設(shè)計報告。3. 相關(guān)知識3.1模擬通信系統(tǒng)簡介通信系統(tǒng)是為了有效可靠的傳輸信息，信息由信源發(fā)出，以語言、圖像、數(shù) 據(jù)為媒體，通過電（光）信號將信息傳輸，由信宿接收。通信系統(tǒng)又可分為數(shù)字通信 與模擬通信。信源是模擬信號，信道中傳輸?shù)囊彩悄M信號的系統(tǒng)為

4、模擬通信。 模擬通信系統(tǒng)的模型如圖1所示。3.2MATLA階紹3.2.1基本功能MATLAB是很實用的數(shù)學(xué)軟件它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值運算方面首屈一指。MATLA可以進行運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、金融建模設(shè)計與分析 等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相 似，故用MATLA來解算問題要比用C, FORTRA等語言完成相同的事情簡捷得多，并且 mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLA成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。可以直 接調(diào)用,用戶也

5、可以將自己編寫的實用程序?qū)氲?MATLA函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用， 此外許多的MATLA愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。3.2.2 MATLAB 特點此高級語言可用于技術(shù)計算此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進行管理交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面3.2.3 MATLAB系列工具優(yōu)勢（1）友好的工作平臺和編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用 MATLAB勺函數(shù)和文件，其中許 多工具采用的是圖形用戶界面。包括 MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器 和調(diào)

6、試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB勺商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB勺用戶界面也越來越精致，更加接近 Win dows 的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機 查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系 統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原 因分析。（2）強大的科學(xué)計算機數(shù)據(jù)處理能力MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學(xué)運算 函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科

7、研和工程 計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來 代替底層編程語言，如C復(fù)數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運算、多維數(shù)組操 作以及建模動態(tài)仿真等。3.2.4 SIMULINK 簡介SIMULINK是MATLAB件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它 與MATLA語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于 Windows的模型化圖形輸入， 其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。在 simulink環(huán)境中，利用鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進 行仿真。它為用戶提供了方框圖進行建模的圖形

8、接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手 和紙來畫一樣容易。而所謂模型化圖形輸入是指 SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊， 用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實現(xiàn) 的，通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl檔進行存取），進而進行仿真與分析。SIMILINK模塊庫按功能進行分類，包括 以下8類子庫：Continuous （連續(xù)模塊），Discrete （離散模塊），F(xiàn)unction&Tables （函 數(shù)和平臺模塊），Math （數(shù)學(xué)模塊），Nonlinear （非線性模塊），Signals&

9、;Systems （信 號和系統(tǒng)模塊），Sinks （接收器模塊），Sources （輸入源模塊）。4 .課程設(shè)計分析幅度調(diào)制簡稱調(diào)幅，是正弦型高頻載波的幅度調(diào)制信號幅度變化的一種調(diào)制方式， 為全世界傳統(tǒng)模擬中短波廣播技術(shù)所采用。中短波廣播AM信號主要靠大地波和天波傳播，這種傳播路徑屬于典型的隨參信道 傳播。隨參信道對信號傳播的影響是不確定的，故信號的影響比較嚴(yán)重。隨參信道中包 含著除媒質(zhì)外的其他轉(zhuǎn)換器(解調(diào)器)，但從對信號傳輸?shù)挠绊憗砜?，傳輸媒質(zhì)的影響 較為主要，而轉(zhuǎn)換器特性的影響較為次要。鑒于AM信號的傳輸特性，在分析其抗噪聲性能時，主要應(yīng)考慮加性噪聲對AM系統(tǒng)的影響。加性噪聲獨立于有用信

10、號，但卻始終干擾有用信號，它是一種隨機噪聲，相對 于AM系統(tǒng)的高頻載波而言，可以看作是窄帶隨即過程。加性噪聲被認(rèn)為只對信號的接 收產(chǎn)生影響，故AM系統(tǒng)的抗噪聲性能往往利用解調(diào)器的抗噪聲能力來衡量，而抗噪聲 能力通常用信噪比和調(diào)制制度增益來度量。下圖給出了分析AM解調(diào)器性能的模型Sam解調(diào)器抗噪聲性能分析模型模型輸入端的AM言號用sam(t)表示，信道用相加器表示，而加性噪聲用n (t)表示, 噪聲在經(jīng)過帶通濾波器后變?yōu)閹ㄐ驮肼?ni( t)，相對于AM信號的載波，它是一個窄帶隨機過程，可以表示成:口二 nc(t)cos( ct) 一 ns(t)sin(式中：nc(t)和ns (t)分別稱為n

11、 (t)的同相分量和正交分量。由于ni (t)， nc(t)和ns(t)均值都為零，方差和平均功率都相同，于是取統(tǒng)計平均有：如果解調(diào)器輸入的噪聲n2=叱=nf(t)ni (t)具有帶寬B，則可規(guī)疋輸入的噪聲平均功率為：叫=nj2(t) = n°B式中：no是一個實常數(shù)，單位為 W/Hz表示噪聲單邊功率譜密度，它在通帶 B內(nèi)是恒 定的。根據(jù)圖1,解調(diào)后的有用信號為mo(t)，輸出噪聲為no(t)，則解調(diào)器輸出的信噪比為：7噁由求得的解調(diào)器輸入及輸出信噪比，可以對該解調(diào)器的抗噪聲性能做出評價。為此，定 義解調(diào)器的調(diào)制制度增益為輸出信噪比與輸入信噪比的比值G :NiG表示檢波器能夠得到的信

12、噪比改善值，其值越大，表示解調(diào)器的抗噪聲性能越好。4.1相干解調(diào)相干解調(diào)也叫同步檢波，解調(diào)與調(diào)制的實質(zhì)一樣，均是頻譜轉(zhuǎn)移。調(diào)制是把基帶信 號的頻譜搬到了載頻位置，解調(diào)則是把在載頻位置的已調(diào)信號的譜搬回到原始基帶位 置，同樣可以用相乘器與載波相乘來實現(xiàn)。 相干解調(diào)時，為了無失真地恢復(fù)原基帶信號， 接收端必須提供一個與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步的本地載波，它與接收的已調(diào)信號相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號。4.2包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波器通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成，它屬于非相干解調(diào)，因此 不需要相干載波。包絡(luò)檢波器是直接從已調(diào)波的幅度中提取原調(diào)制信號，結(jié)構(gòu)簡單，且 解調(diào)

13、輸出是相干解調(diào)輸出的2倍，因此，AM信號幾乎無例外地采用包絡(luò)檢波。5. 仿真5.1包絡(luò)檢波設(shè)計5.1.1模型如圖DensityDensity2圖5-1包絡(luò)檢波模型圖5.1.2各個參數(shù)設(shè)置基帶信號參數(shù)設(shè)置如圖圖5-2基帶信號參數(shù)設(shè)置8沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告載波信號參數(shù)設(shè)置如圖9沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告圖5-3載波信號參數(shù)設(shè)置#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告低通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖Functior 日Analcg Fi ter DfiignAnalog filter Design (utaslc) (link)Design one of seve

14、ral standard analog filters, imp 1 evented in state-space fontQKH&lpApply#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告圖5-4低通濾波器參數(shù)設(shè)置#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告General 兇怡 HistoryTip: try right clicking on axesAxesNumber of axes: 6floating scopeTime range: autolek labels： si*SamplingDecirnation 1OK Cancel Help Apply顯示器

15、參數(shù)設(shè)置如圖'Scope parameters圖5-5顯示器參數(shù)設(shè)置5.2相干解調(diào)設(shè)計10沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告圖5-6相干解調(diào)設(shè)計模型圖#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告11沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告522各個器件參數(shù)設(shè)計基帶信號參數(shù)設(shè)置如圖圖5-7基帶信號參數(shù)設(shè)置 載波信號參數(shù)設(shè)置如圖圖5-8載波信號參數(shù)設(shè)置 低通濾波器參數(shù)設(shè)置如圖12沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告13沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告H Function Block Paca meters； Analog Filter Design圖5-9低通濾波器參數(shù)設(shè)置#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告#沈陽

16、理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告5.3 AM信號調(diào)制與解調(diào)代碼clc clear all close allFs=100000;%sample frequency 采樣頻率 Fc=1000;% carrier freque ncy載波頻率Ts=0.1; % sample time抽樣時間Ns=Fs*Ts; %le ngth of sig nal信號總長度t=0:1/Fs:(Ns-1)/Fs;A0=3; %A0=3,滿調(diào)幅；A0<3,過調(diào)幅情況for sn r=-5:5g仁 2*cos(2*pi*50*t);%g仁 3*cos(50*pi*t).*cos(50*pi*t);%g2=0;g2=c

17、os(2*pi*20*t);%g2=3*si n(pi*100*(t-0.05)./(pi*100*(t-0.05);g=g1+g2;%原始調(diào)制信號figure(1)subplot(2,1,1)plot(g)x=ammod(g,Fc,Fs,0,A0);% 已調(diào) AM言號subplot(2,1,2)plot(x)x仁 hilbert(x);x1=awg n(x,s nr); %按照信噪比加入高斯白噪聲y = x1(:);t = (0 : 1/Fs :(size(y,1)-1)/Fs)'t = t(:, on es(1, size(y, 2);設(shè)計低通濾波器z = y .* cos(2*p

18、i * Fc * t );n um,de n = butter(5,Fc*2/Fs); %for i = 1 : size(y, 2)z(:, i) = filtfilt(num, den, z(:, i) * 2; endxx=z-A0;figure(2)plot(g)hold onplot(xx,'g')hold offend6. 結(jié)果分析6.1包絡(luò)檢波設(shè)計仿真調(diào)制信號功率譜密度如圖15沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告152QFrequency (radsZsec)Power Spectral Density圖6-1調(diào)制信號功率譜密度#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告基帶信號功率譜密度如圖#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告圖6-2基帶信號功率譜密度16沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告解調(diào)信號功率譜密度如圖17沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告Time history-2 0 2Time (secsPower Spectral Density101520Frequency (rads/sec)Power Spectral Censitphase)Frequency (rads/sec)#沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告圖6-