(代码)基于MATLAB的AM调制解调系统仿真报告.pdf

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1、基于 MATLAB 的 AM调制解调系统仿真报告XXXX-XXXX-XXXX-XXXX V1.0 市智能信号与图像处理重点实验室2013 年 10 月 29 日内部修订历史记录日期版本文档负责人修改容2013-10-29 V1.0 亚洲创建文档编制签字日期审查签字日期审核签字日期批准签字日期文档评审负责人：参加评审人员：目 录1 引言 .51.1 设计目的.51.2 术语定义.51.3 参考资料.51.4 文档组织.52 AM 调制解调 .62.1 AM 调制 .62.2 AM 解调 .73 基于 MATLAB的 AM 仿真.83.1 仿真基本参数.83.2 生成调制信号.83.3 AM 调制

2、器 .83.4 相干解调器.94 仿真结果曲线.104.1 发送信号波形和频谱.10 4.2 载波信号波形和频谱.12 4.3 AM 信号波形和频谱.14 4.4 相干解调波形和频谱.16 4.5 恢复信号波形和频谱.18 5 总结 .206 程序附录 .201 引言1.1 设计目的本报告依照传统模拟调制的规，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AM Amplitude Modulation 幅度调制AWGN Addi

3、tive White Gaussian Noise 加性高斯白噪声1.3 参考资料1 通信原理（第六版）樊昌信丽娜编著国防工业2007 年 1 月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。2 AM 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 1 AM 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()m t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

4、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()m t。2.1 AM 调制+m(t)sAM(t)Aocos(?ct)图 2 AM 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()m t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()AMcccstAm ttAtm tt(1)对应的频谱波形为：01()()()()()22AMccccASfMffMffffff(2)2.2 AM 解调低通滤波器sm(t)sd(t)cos(?ct)图 3 AM 解调模型图 3 显示

5、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()mcstAm tt(3)与同频同相的相干载波相()=cos()cc tt乘后得2000()()cos()11()()cos(2)22pccstAm ttAm tAm tt(4)经历低通滤波器滤除高频信号后得01()()2dstAm t(5)再经过隔直流电容后1()()2s tm t(6)3 基于 MATLAB的 AM 仿真本仿真利用MATLAB 自带函数仿真了AM系统

6、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-0.02 0.02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。3.3 AM 调制器在 MATLAB 中使用如下的语句对发射信号进行调

7、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。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Lf

8、ft=length(t)；%取时间区间的长度并赋值给Lfft。Lfft=2ceil(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(f

9、ft(s_rec,Lfft)/(length(t)；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。-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

10、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。4.2 载波信号波形和频谱-5-4-3-2-1012345x 10-3-1.5-1-0.500.511.5t(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-32.0 10 s，频率为 500Hz 的余玄波。-600-400-200020040060000.050.10.150.20.250.30.350.40.450.

11、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。4.3 AM 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 8 AM 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

12、制信号相同的包络特性。-600-400-200020040060000.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5f(Hz)SAM(f)图 9 AM 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。4.4 相干解调波形和频谱-0.025-0.02-0.015-0.01-0.00500.0050.010.0150.0

13、20.025-2-1.5-1-0.500.511.52t(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。-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

14、重新的搬移，而在高频段仍然保留频谱分量。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。-200-150-100-5005010015020000.050.10.150.20.250

15、.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。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。6 程序附录%-%AM Modulation&Demodulation%by yazooliu%2013,10,28%

16、Copyright by N6_207lab%-%the basic parameter for AM Modulation&Demodulation system%-ts=1.e-4;t=-0.04:ts:0.04;fc=500;%frequency of carrier sigma=0.2;%noise index%-%Generate message signal by using function tripulsm_sig=tripuls(t+0.01,0.02)-tripuls(t-0.01,0.02);%-%FFT of m_sig Lfft=length(t);%the leng

17、th of t Lfft=2ceil(log2(Lfft);%shift the variable of LfftM_fre=fftshift(fft(m_sig,Lfft)/(length(t);freqm=(-Lfft/2:Lfft/2-1)/(Lfft*ts);%frequency rangeB_m=150;%Bandwidth of the signal is B_mHzh=fir1(60,B_m*ts);%B_m*ts=0.015*5K=75Hz,the cut_off freq of LPF filter%-%Am signal generated by adding a carr

18、ier to DSB-SCs_carr=cos(2*pi*fc*t);%carrier signals_am=(1+m_sig).*cos(2*pi*fc*t)+sigma*randn(size(t);%modulated signal%-%fft to s_am%-Lfft=length(t);Lfft=2ceil(log2(Lfft)+1);S_am=fftshift(fft(s_am,Lfft)/(length(t);%fft to”s_am”freqs=(-Lfft/2:Lfft/2-1)/(Lfft*ts);%frequency range%-%Display the Time_do

19、main&Frequency_domain waveform of message_signal%-figure(1);h1=plot(t,m_sig);%title(Message Signal);xlabel(t(sec);ylabel(m(t);axis(-0.025 0.025-2 2);set(h1,Linewidth,1.5);figure(2);h2=plot(freqm,abs(M_fre);%title(Message Spectrum);xlabel(f(Hz);ylabel(M(f);axis(-200 200 0 0.5);set(h2,Linewidth,1.5);%

20、-%Display the Time_domaim&Frequency_domain waveform Of Carrier%-figure(3);S_carr=fftshift(fft(s_carr,Lfft)/(length(t);h3=plot(freqs,abs(S_carr);%title(Carrier Spectrum);xlabel(f(Hz);ylabel(it S_it carr(it f);axis(-700 700 0 0.5);set(h3,Linewidth,1.5);figure(4);h33=plot(t,s_carr);%title(Carrier Signa

21、l);xlabel(t(sec);ylabel(it s_carr(it t);axis(-0.005 0.005-1.5 1.5);set(h33,Linewidth,1.5);%-%Display the Time_domain&Frequency_domain wave of AM Dodulatied_signal%-figure(5);h4=plot(t,s_am);xlabel(t(sec);ylabel(it s_it AM(it t);%title(AM Modulated Signal);axis(-0.025 0.025-2 2);set(h4,Linewidth,1.5)

22、;figure(6);%S_am is given beforeh5=plot(freqs,abs(S_am);xlabel(f(Hz);ylabel(it S_it AM(it f);%title(AM Specturm);axis(-700 700 0 0.5);set(h5,Linewidth,1.5);%-%Demodulation begins by using the coherent_demodulation%-s_dem=s_am.*s_carr;S_dem=fftshift(fft(s_dem,Lfft)/(length(t);%-%Using the ideal LPF w

23、ith bandwidth 150Hz%-s_rec=filter(h,1,s_dem);S_rec=fftshift(fft(s_rec,Lfft)/(length(t);%-%Display the Time_domain&Frequency_domain wave of Coherent_signal%-figure(7);h6=plot(t,s_dem);xlabel(t(sec);ylabel(it s_it rect(it t);%title(Cohernet Signal);axis(-0.025 0.025-2 2);set(h6,Linewidth,1.5);figure(8

24、);h7=plot(freqs,abs(S_dem);xlabel(f(Hz);ylabel(it S_it rect(it f);%title(Coherent Specturm);axis(-1200 1200 0 0.5);set(h7,Linewidth,1.5);%-%Display the Time_domain&Frequency_domain wave of Rcecovered_signal%-figure(9);h8=plot(t,s_rec);xlabel(t(sec);ylabel(it s_it rec(it t);%title(Recovered Signal);a

25、xis(-0.025 0.025-0.5 1);set(h8,Linewidth,1.5);figure(10);h9=plot(freqs,abs(S_rec);xlabel(f(Hz);ylabel(it S_it rec(it f);%title(Recovered Specturm);axis(-200 200 0 0.5);set(h9,Linewidth,1.5);%-%Display all time_domain wave on one figure(10)%-region1=-0.025 0.025-2 2;figure(11);subplot(221);h_1=plot(t

26、,m_sig);title(Message Signal);xlabel(t(sec);ylabel(m(t);set(h_1,Linewidth,1.5);grid on;axis(region1);subplot(222);h_2=plot(t,s_am);xlabel(t(sec);ylabel(it s_it AM(it t);title(AM Modulated Signal);set(h_2,Linewidth,1.5);axis(region1);grid on;subplot(223);h_3=plot(t,s_dem);xlabel(t(sec);ylabel(it s_it

27、 rect(it t);title(Rectified Signal);axis(region1);set(h_3,Linewidth,1.5);grid on;subplot(224);h_4=plot(t,s_rec);xlabel(t(sec);ylabel(it s_it rec(it t);title(Recovered Signal);axis(-0.025 0.025-0.5 1);set(h_4,Linewidth,1.5);grid on;%-%Display all Frequency_domain wave on one figure(11)%-region2=-700

28、700 0 0.5;figure(12);subplot(221);h_5=plot(freqm,abs(M_fre);title(Message Spectrum);xlabel(f(Hz);ylabel(M(f);axis(-200 200 0 0.5);set(h_5,Linewidth,1.5);grid on;subplot(222);h_6=plot(freqs,abs(S_am);xlabel(f(Hz);ylabel(it S_it AM(it f);title(AM Specturm);axis(-700 700 0 0.5);set(h_6,Linewidth,1.5);g

29、rid on;subplot(223);h_7=plot(freqs,abs(S_dem);xlabel(f(Hz);ylabel(it S_it rect(it f);title(Coherent Specturm);axis(region2);set(h_7,Linewidth,1.5,color,r);grid on;subplot(224);h_8=plot(freqs,abs(S_rec);xlabel(f(Hz);ylabel(it S_it rec(it f);title(Recovered Specturm);axis(-200 200 0 0.5);set(h_8,Linewidth,1.5,color,r);grid on;%-%save the result to file%-save AM_mod_demod_yzliu_10_28