實(shí)驗(yàn)一 常規(guī)雙邊帶幅調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能分析

1、實(shí)驗(yàn)一 常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)；2、研究常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制系統(tǒng)的信號(hào)波形、信號(hào)頻譜、信號(hào)帶寬、輸入信噪比、輸出信噪比及兩者之間的關(guān)系；3、掌握 MATLAB 和 SIMULINK 開(kāi)發(fā)平臺(tái)的使用方法；4、熟悉 Matlab 與 Simulink 的交互使用。二、實(shí)驗(yàn)儀器帶有 MATLAB 和 SIMULINK 開(kāi)發(fā)平臺(tái)的微機(jī)。三、實(shí)驗(yàn)原理AM 信號(hào)產(chǎn)生的原理圖如圖 1 所示。AM 信號(hào)調(diào)制器由加法器、乘法器和帶通濾波器（BPF）組成。圖中帶通濾波器的作用是讓處在該頻帶范圍內(nèi)的調(diào)幅信號(hào)順利通過(guò)，同時(shí)抑制帶外噪聲和各次諧波分量進(jìn)入

2、下級(jí)系統(tǒng)。3.1 AM信號(hào)時(shí)域表達(dá)式及時(shí)域波形圖AM 信號(hào)時(shí)域表達(dá)式為式中A0 為外加的直流分量；為輸入調(diào)制信號(hào)，它的最高頻率為m(t)，fm無(wú)直流分量；c 為載波的頻率。為了實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性調(diào)幅，必須要求否則將會(huì)出現(xiàn)過(guò)調(diào)幅現(xiàn)象，在接收端采用包絡(luò)檢波法解調(diào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。如調(diào)制信號(hào)為單頻信號(hào)時(shí)，常定義為為調(diào)幅指數(shù)。AM 信號(hào)的波形如圖 2 所示，圖中認(rèn)為調(diào)制信號(hào)是單頻正弦信號(hào)，可以清楚地看出 AM 信號(hào)的包絡(luò)完全反應(yīng)了調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。3.2 AM信號(hào)頻域表達(dá)式及頻域波形圖對(duì) AM 信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，就可以得到 AM 信號(hào)的頻域表達(dá)式式中，M()是調(diào)制信號(hào) 的頻譜。AM 信號(hào)的頻譜圖如圖 3

3、 所示。通過(guò) AM 信號(hào)的頻譜圖可以得出以下結(jié)論：（1）調(diào)制前后信號(hào)的頻譜形狀沒(méi)有變化，僅僅是信號(hào)頻譜的位置發(fā)生了變化。（2）AM 信號(hào)的頻譜由位于±c處的沖激函數(shù)和分布在±c處兩邊的邊帶頻譜組成。（3）調(diào)制前基帶信號(hào)的頻帶寬度為mf ，調(diào)制后 AM 信號(hào)的頻帶寬度變?yōu)橐话阄覀儼杨l率的絕對(duì)值大于載波頻率的信號(hào)頻譜稱(chēng)為上邊帶（USB），如圖 3 中陰影所示，把頻率的絕對(duì)值小于載波頻率的信號(hào)頻譜稱(chēng)為下邊帶（LSB）。3.3 AM信號(hào)的解調(diào)AM 信號(hào)的解調(diào)一般有兩種方法，一種是相干解調(diào)法，也叫同步解調(diào)法；另一種是非相干解調(diào)法，也叫包絡(luò)檢波法。由于包絡(luò)檢波法電路很簡(jiǎn)單，而且又不需要

4、本地提供同步載波，因此，對(duì) AM 信號(hào)的解調(diào)大都采用包絡(luò)檢波法。（1）相干解調(diào)法用相干解調(diào)法接收 AM 信號(hào)的原理方框如圖 4 所示。相干解調(diào)法一般由帶通濾波器（BPF）、乘法器、低通濾波器（LPF）組成。相干解調(diào)法的工作原理是：AM 信號(hào)經(jīng)信道傳輸后，必定疊加有噪聲，進(jìn)入 BPF 后，BPF 一方面使 AM 信號(hào)順利通過(guò)，另一方面，抑制帶外噪聲。AM 信號(hào)( )AMs t 通過(guò) BPF 后與本地載波 cosc t相乘，進(jìn)入LPF。LPF 的截止頻率設(shè)定為c （也可以為m ），它不允許頻率大于截止頻率c 的成分通過(guò)，因此 LPF 的輸出僅為需要的信號(hào)。圖中各點(diǎn)信號(hào)表達(dá)式分別如下：式中，常數(shù) 為

5、直流成分，可以方便地用一個(gè)隔直電容除去。0 /2A相干解調(diào)中的本地載波 cosc t是通過(guò)對(duì)接收到的 AM 信號(hào)進(jìn)行同步載波提取而獲得的。本地載波必須與發(fā)送端的載波保持嚴(yán)格的同頻同相。相干解調(diào)法的優(yōu)點(diǎn)是接收性能好，但要求在接收端提供一個(gè)與發(fā)送端同頻同相的載波。（2）非相干解調(diào)法AM 信號(hào)非相干解調(diào)法的原理框圖如圖 5 所示，它由 BPF、線(xiàn)性包絡(luò)檢波器（linear envelope detector，簡(jiǎn)稱(chēng) LED）和 LPF 組成。圖中 BPF的作用與相干解調(diào)法中的 BPF 作用完全相同；LED 把 AM 信號(hào)的包絡(luò)×LPF圖 4 AM 信號(hào)的相干解調(diào)法直接提取出來(lái)，即把一個(gè)高頻信

6、號(hào)直接變成低頻信號(hào)；LPF 起平滑作用。包絡(luò)檢波法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低、不需要同步載波，但系統(tǒng)抗噪聲性能較差（存在門(mén)限效應(yīng)）。四、實(shí)驗(yàn)要求1 在 MATLAB 和 SIMULINK 開(kāi)發(fā)平臺(tái)上設(shè)計(jì)常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制、相干解調(diào)系統(tǒng)。系統(tǒng)參數(shù)如下：信源取頻率為 3K、幅度為 1 的正弦信號(hào)，載波頻率為信源頻率的 30 倍，調(diào)制指數(shù)為 2/3；2 測(cè)試調(diào)制前后信號(hào)波形、信號(hào)譜頻；3 比較信道輸入信噪比分別為 1 和 20 兩種情況下，輸出波形有何不同。系統(tǒng)仿真步長(zhǎng)設(shè)為 1e-6，仿真時(shí)間設(shè)為 3 秒；4 測(cè)試上述系統(tǒng)的輸出信噪比，并用數(shù)字顯示器顯示；（仿真時(shí)間設(shè)為 0.2 秒）5 用 MATLA

7、B 語(yǔ)言編程，繪出輸出信噪比與輸入信噪比之間的關(guān)系。五、實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果1、設(shè)計(jì)常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制、相干解調(diào)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：Signal Generator 信源信號(hào) 載波信號(hào)頻率為信源的30倍Constant value為1.5 ，濾波器設(shè)置采樣時(shí)間設(shè)置在Simulation->Model configuration parameters中按下圖設(shè)置設(shè)置Vector scope，橫縱坐標(biāo)范圍。其他模塊按默認(rèn)設(shè)置即可。將AWGN Channel 中信噪比選擇SNR，設(shè)置為1，仿真結(jié)果如下： 調(diào)制前 調(diào)制后信號(hào)波形如下：將AWGN Channel 中信噪比選擇SNR，設(shè)置為20，仿真結(jié)果如下：

8、 調(diào)制前 調(diào)制后信號(hào)波形如下：2、測(cè)試上述系統(tǒng)的輸出信噪比參數(shù)設(shè)置：濾波器： dB：其他設(shè)置同1.仿真0.3秒，結(jié)果如下：與設(shè)置的信噪比20有點(diǎn)誤差。3、繪出輸出信噪比與輸入信噪比之間的關(guān)系 將AWGN Channel 中信噪比選擇SNR，設(shè)置為x(i)，To workspace 模塊變量名為simout，仿真文件名tx.mdl,代碼如下：運(yùn)行結(jié)果如下圖：將仿真模型SNR設(shè)置不同值，仿真結(jié)果與上圖對(duì)比一致。六、實(shí)驗(yàn)心得1、試驗(yàn)中設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)都是通過(guò)參考模型圖搜索模塊，對(duì)于常用模塊，要知道其功能，才能知道它的分類(lèi)，以后要用的時(shí)候就可以直接在模塊庫(kù)中選擇。2、本次實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)主要在于各模塊參數(shù)設(shè)置，要將每