题目模拟调制技术的仿真与实现
学生姓名夏天宝学号1213024099 所在学院陕西理工学院物理与电信工程学院
专业班级通信1204班
指导教师魏瑞
完成地点物理与电信工程学院实验
2016 年 5 月28 日
毕业论文﹙设计﹚任务书
院(系) 物理与电信工程学院专业班级通信1204班学生姓名夏天宝
一、毕业论文﹙设计﹚题目模拟调制技术的仿真与实现
二、毕业论文﹙设计﹚工作自 2016 年 1 月 10 日起至 2016 年 6 月 15 日止
三、毕业论文﹙设计﹚进行地点: 通信工程实验室
四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求：
设计要求：
1、掌握模拟线性传输系统中AM,DSB,SSB,VSB调制方式的原理和设计思想。
2、掌握模拟非线性传输系统中FM,PM调制方式的原理及设计思想。
3、分析常见噪声——高斯白噪声对模拟线性调制系统的影响。
4、分析在高斯白噪声环境下，模拟非线性调制系统的性能。
5、比较模拟调制系统中各种调制方式的性能的比较。
6、实现一种模拟调制解调系统，比较仿真与实现的差异。
进度安排：
1、 2016年3月1日前完成毕业设计开题报告，并提交至毕业设计管理系统，进入实验室开始设计任务。
2、2016年4月30日前学院组织毕业设计中期检查。
3、2016年5月30日前完成毕业设计成果验收。
4、2016年6月3日前完成设计论文定稿，准备答辩材料。
5、2016年6月6-8日毕业设计答辩。
6、2016年6月15日前，完成毕业设计所有材料的整理归档。
指导教师系(教研室)
系(教研室)主任签名批准日期
接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名
模拟调制技术的仿真与实现
夏天宝
（陕西理工学院物理与电信学院通信工程专业,2012级4班，陕西汉中 723003）
指导教师：魏瑞
【摘要】本文着重讨论利用MATLAB对模拟通信系统中的线性调制解调与角度调制解调系统的仿真及AM调制解调系统的硬件实现。在线性调制系统中，以调幅（AM）、双边带（DSB）、单边带（SSB）和残留边带（VSB）为研究对象，分析了四种系统的调制解调原理，并对其进行了仿真；而在角度调制中，以常用的调频（FM）为研究对象，分析了调频（FM）和调相（PM）系统的调制解调原理，对调频系统进行了仿真；并在高斯白噪声环境下对仿真结果进行了对比分析。最后用MC1496芯片和其他分立元器件搭建了AM调制解调系统，并用示波器观察输出波形。
【关键词】模拟通信系统仿真实现
Simulation and implementation of analog communication
technology
Xia Tianbao
（Grade 12,Class 4 , Major of Communication Engineering ,School of Physics and Telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，China ）
Tutor: Wei Rui
【Abstract】This paper focuses on research analog communication systems for simulation and hardware implementation. Analog communication systems include linear modulation and angle modulation system. The principle of modulation and demodulation is analyzed and simulated by MATLAB software.Hardware implementation includes amplitude modulation and demodulation system. In the linear modulation system, the Amplitude Modulation (AM), Double Sideband (DSB), Single Sideband (SSB) and Vestigial sideband (VSB) are simulated and principle analyzed. In the angle modulation system, the simulation and analysis of Frequency Modulation (FM) and Phase Modulation (PM) is carried out. And all of the simulation systems results are compared and analyzed under the Gauss white noise environment. Finally, the AM modulation and demodulation system is built with MC1496 chip and other discrete components. T he output waveform is observed by oscilloscope.
【key word】analog communication system simulation implementation
目录
引言 (1)
1．方案设计与选择 (2)
1.1设计要求 (2)
1.2 方案论证与选择 (2)
1.3 软件简介 (3)
2.模拟线性调制解调系统原理 (4)
2.1线性调制的一般模型 (4)
2.2 AM信号调制原理 (5)
2.3 DSB信号调制原理 (6)
2.4 SSB信号调制原理 (6)
2.5 VSB信号调制原理 (7)
2.6解调原理 (8)
2.6.1相干解调 (8)
2.6.2包络检波 (9)
3.模拟角度调制解调系统原理 (10)
3.1角度调制的基本概念 (10)
3.1.1 FM和PM信号的一般表达式 (10)
3.1.2 FM与PM之间的关系 (11)
3.2窄带调频与宽带调频 (11)
3.2.1窄带调频 (11)
3.2.2宽带调频 (12)
3.3调频信号的带宽与功率分配 (13)
3.4调频信号的产生与解调 (13)
3.4.1调频信号的产生 (13)
3.4.2调频信号的解调 (15)
4.模拟调制解调系统的仿真及性能分析 (17)
4.1模拟调制系统的仿真分析 (17)
4.1.1 AM信号的仿真及分析 (17)
4.1.2 DSB信号的仿真及分析 (18)
4.1.3 SSB信号的仿真及分析 (18)
4.1.4 VSB信号的仿真及分析 (19)
4.1.5 FM信号的仿真及分析 (19)
4.2 线性调制系统的抗噪声性能分析 (20)
4.2.1加入噪声的幅度调制分析模型 (20)
4.2.2 DSB调制系统的性能 (21)
4.2.3 SSB调制系统的性能 (22)
4.2.4 AM包络检波的性能 (23)
4.3角度调制系统的抗噪声性能分析 (25)
4.3.1加入噪声后的调频系统分析模型 (25)
4.3.2输入信噪比 (26)
4.3.3大信噪比时的解调增益 (26)
4.3.4小信噪比时的门限效应 (27)
4.4在噪声环境下线性模拟调制系统的仿真分析 (28)
4.4.1.在小噪声影响环境下的对比分析 (28)
4.4.2.在大噪声影响环境下的对比分析 (28)
4.5各种模拟调制解调系统的性能曲线 (29)
5.AM调制解调系统的实现 (30)
5.1 AM调制系统电路仿真 (30)
5.2 AM调制解调系统的实现 (31)
5.3 AM调制系统的测试 (31)
5.4硬件实现与仿真差异对比 (32)
6.结束语 (33)
致谢 (34)
参考文献 (35)
附录A 外文文献原文 (36)
附录B 外文文献译文 (44)
附录C源程序 (51)
附录D元器件清单 (55)
引言
通信是一门科学技术，在于实现信息的传递。它能够将大量有用的信息无失真，高效率地传输，并且能够抑制掉有害信息和舍弃掉无用信息。现代通信技术要求在传递有效信息的基础上还要有数据的存储、处理、采集和显示等功能，因此通信技术是信息科学技术的一个重要的组成部分。在通信系统中，所原始信号是由消息变换过来的，则其有效频带往往具有较低的频谱分量。这种信号弱在信道中进行传输，信息传送的有效性和可靠性会被严重影响，因为它不适宜直接在信道中进行传输。通信系统的性能，关键在于调制解调的方式。
基带信号对载波的调制是为了实现下列一个或多个目标：第一，在信号的传输是通过将电磁波辐射到空间进行的传输方式，为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸必须与发射信号波长相比拟；第二，载波调制可以将多个调制信号分别搬移到不同的载频上，通过载频频率差异而进行信道的多路复用，提高信道容量；第三，载波调制可通过传输带宽和信噪比的互换来扩展信号带宽，或者提高系统抗干扰抗衰落能力[1]。因此，调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影响。
本文内容主要分为五个章节。第一章方案设计与选择，主要进行了方案设计及论证与选择。第二章模拟线性调制解调系统原理，主要详细讲解了AM，DSB，SSB，VSB调制解调系统的原理；第三章模拟角度调制解调系统原理，主要讲解了FM和PM调制解调系统的原理；第四章模拟调制解调系统仿真分析，主要讲解各种模拟调制系统在噪声环境中分析模型，和MATLAB仿真结果及分析进一步对AM，DSB，SSB ,FM 信号的性能进行MA TLAB仿真与抗噪声性能分析；第五章对AM调制系统的实现，主要是讲怎样去实现AM调制系统。第六章对本次设计的结束语，主要是对此次设计的总结。
1．方案设计与选择
1.1设计要求
本次设计包含对模拟调制系统的仿真与实现。其仿真部分需要掌握模拟线性传输系统AM,DSB,SSB,VSB调制方式的原理和设计思想；掌握模拟非线性传输系统中FM,PM调制方式的原理及设计思想；对各模拟调制解调系统的原理进行阐述并在原理的基础上对各个系统进行仿真和测试验证其原理；分析高斯白噪声对模拟线性调制系统的影响；分析在高斯白噪声环境下，模拟非线性调制系统的性能并比较模拟调制系统中各种调制方式的性能。其实现部分需要选取一个模拟调制解调系统进行硬件的搭载实现并进行测试分析，对比实现与仿真的差异。
1.2 方案论证与选择
模拟调制仿真与实现的主要方法有三种。
第一种方案：基于protues软件的仿真实现，如图1.1所示为protues方案的流程结构。该方案的优点：可以直接搭建实际电路图，简单清晰明了，并能进行系统仿真分析；缺点是：对于各种不同性能要求的滤波器设计参数无法确定以至于对原始信号的解调并不完美。
根据原理选取元器件
搭建电路
参数调试
仿真测试
图1.1 protues方案流程结构
第二种方案：基于FPGA的仿真实现。如图1.2所示为FPGA方案流程结构，该方案优点：建模框图能清晰的反映出实现的原理；缺点是：由于建立的模块都是封装子系统，无法看到内部的结构原理并且系统失真较严重，无法实现很好的控制并正确反映想要的结果。
根据原理选取功能模块
搭建模型
参数调试
仿真测试
图1.2 FPGA方案流程结构
第三种方案：基于MATLAB的仿真实现。如图1.3所示为MATLAB方案流程结构，该方案优点：实现起来较简单，对于函数的计算和图形的绘画十分方便，而且仿真结果失真较小；缺点是：不能直观的反映实现的原理过程。
根据原理建立函数模型
修改模型参数
根据函数模型进行编程
模型运行
查错及参数调整
仿真测试
图1.3 MATLAB方案流程结构
经过对比取舍，选取第一种方案来搭建AM调制解调系统，对实现部分进行仿真测试；并选取第三种方案对原理部分进行仿真分析。两种方案结合使用，能更好的实现本次的论文设计目的。
1.3 软件简介
在本次设计中，由于采用第三种方案进行仿真分析，并采用第一种方案进行硬件实现的辅助设计，因此对如下两种软件进行简单介绍。
Matlab是集计算、仿真及绘图功能为一体的一种解释性执行语言。各个不同领域的科研工作者在自己科研的过程中不断的扩充着Matlab的功能，将其变成了巨大的知识宝库[2]。Matlab可以设计漂亮的界面，漂亮的用户接口。丰富的函数库便于其实现计算的功能，收到广大科研工作者的欢迎。不仅如此，Matlab与其他高级语言也有良好的接口，可便捷的与其他语言进行混合编程，拓宽了Matlab的应用潜力。可以说，Matlab是一个重要的学习工具，对学习各门学科有良好的推进作用，逐渐会成为大学生的必修课之一。
Protues是使用分立元件搭载电路的基础工具，对于分立元器件能够很方便的修改参数，同时仿真环境下能很直观的看出电路效果。在Protues的元器件库里包含了几乎电路硬件设计的所有芯片和元器件，对于程控芯片，Protues还可以进行程序的输入。仿真测试时有多种模拟测试仪器，对于参数的修改和电路参数的检测有非常大的帮助。
2.模拟线性调制解调系统原理
调制方式往往决定了一个通信系统的性能。调制技术是指把基带信号变换成传输信号的技术。基带信号是原始的电信号，一般是指基本的信号波形，在数字通信中则指相应的电脉冲。未调制的高频电振荡称为载波（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脉冲序列等）。被调制信号调制过的高频电振荡称为已调波或已调信号。已调信号在信道中到达接收端，被其调节后恢复为原始基带信号。
解调是调制的反变换，是从已调波中提取调制信号的过程。在无线电通信中常采用双重调制。第一步是，用数字信号或者模拟信号，调制第一个载波，也称为副载波[3]
。或在多路通信中用调制技术实现多路复用（频分多路复用和时分多路复用）。第二步，为了进行无线电传输，则用已调制的副载波或者多路复用信号，调制出一个公共载波，即二次调制。用基带信号调制高频载波，在无线电传输中，可进行天线尺寸的缩减，并用于远距离传输。应用调制技术，还能提高信号的抗干扰能力。调制解调是通信系统中的重要部分，几乎是各种通信的主要技术，下面将着重讲述几种常用调制解调技术、基本性能分析以及MATLAB 仿真技术在现代通信中的应用。 2.1线性调制的一般模型
图2.1 线性调制（滤波法）的一般模型
如图2.1所示，为线性调制的一般模型，输出已调信号的时域和频域表示式为
)(*]cos )([)(t h t w t m t s c m =
（2.1）
)()]()([2
1
)(w H w w M w w M w S c c m -++=
（2.2）
式中：()()t h w H ?。
在此模型中，选择合适的滤波器的特性()w H ，便能够得到各种幅度调制信号。 如果将式(2.1)展开，则可得到另一种形式的时域表示式，即
t w t s t w t s t s c Q c I m sin )(cos )()(+=
（2.3）
其中
)(*)()(t m t h t s I = t w t h t h c I cos )()(=
（2.4） )(*)()(t m t h t s Q Q =
)sin()()(t w t h t h c Q =
（2.5）
式(2.3)表明，()t s m 可等效为两个互为正交调制分量的合成。由此可以得到如图2.1所示的等效模型。如图2.2所示，该模型称为线性调制相移法的一般模型，它同样适用于所有线性调制。
cosw c t
m(t)
h(t)
S m (t)
图2.2 线性调制（相移法）一般模型
2.2 AM 信号调制原理
幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。 设正弦型载波为
c(t) = Acos(c w t + 0?)
(2.6)
式中：A 为载波幅度；c w 为载波角频率；0?为载波初始相位（以后可假定为0?为0）. 根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成：
m s ( t) = Am(t)cosco c w t
(2.7)
式中：m(t)为基带调制信号。设调制信号m(t)的频谱为M(w )，则已调信号m s (t)的频谱()w m s ：
()()()[]c c m w w M w w M A
w -++=
2
s (2.8)
由以上表示式可见，在波形上，幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移（精确到常数因子）。因为这种搬移是线性的，所以，幅度调制也叫线性调制。
AM 调制模型如图2.3所示，
图2.3 AM 调制模型
其时域表示式为：
()[]t w t m t w A t w t m A t c c c AM cos )(cos cos )(s 00+=+=
(2.9)
式中：Ao 为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号，也可以是随机信号。 若m(t)为确知信号，则AM 信号的频谱为
()()[]()[])(2
1
)(s 0c c c c AM w w M w w M w w w w A w -+++
-++=δδπ (2.10)
其典型波形和频谱（幅度谱）的波形满足条件：
0max )(m A t ≤
(2.11)
m(t)
s m (t) A 0
COS w c t
coswct
Sm(t)
Hi(w)
-π/2 Hq(w)
Si(t)
Sq(t) m(t)
时，AM 波的包络与调制信号)(t m 的形状完全一样，因此，用包络检波的方法很容易恢复出原始调制信号；如果上述条件没有满足，就会出现“过调幅”现象，这时用包络检波将会发生失真。 2.3 DSB 信号调制原理
在AM 调制模型中，去掉直流Ao ，便可得到一个高效率的调制方式——抑制载波双边带信号( DSB - SC)，也称双边带信号(DSB)。
其时域表示式为
t w t m t s c DSB cos )()(=
(2.12)
式中，假设m(t)的平均值为0。 DSB 的频谱为：
()()[]c c DSB w w M w w M w -++=
2
1
)(s (2.13)
与AM 信号比较，因为不存在载波分量，DSB 信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。DSB 信号与调制信号。二者变化规律不再一致，所以恢复调制信号，不能采用简单的包络检波。DSB 信号解调时需采用相干解调，也称同步检波。 2.4 SSB 信号调制原理
单边带调制信号是滤掉双边带信号中的一个边带而形成的。根据滤除方法的不同，产生SSB 信号的方法有：滤波法和相移法。
a)．滤波法及SSB 信号的频域表示
产生SSB 信号最直观的方法是，先产生一个双边带信号，然后让其通过一个边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。这种方法被称为滤波法，是最为简单常用的方法。其用滤波法产生SSB 信号调制器如图2.4所示。
图2.4 滤波法SSB 信号调制器
)(w H 为单边带滤波器的传输函数，
若它具有如下理想高通特性：
{
,1,0)()(c c
w w w w U SB w H w H >≤== （2.14）
则可滤除下边带，保留上边带( USB)；
若H(w)具有如下理想低通特性：
H(w)
m(t)
S DSB (t) S SSB (t)
载波C(t)
()(){
,1,0c c
w w w w L SB w H w H <>== (2.15)
则可滤除上边带，保留下边带( LSB)。
因此，SSB 信号的频谱可表示为
()()w H w s w s SSB ssB )(=
(2.16)
b)．相移法和SSB 信号的时域表示
调制信号为任意信号时SSB 信号的时域表示式，即
t w t m
t w t m t s c c SSB sin )(?2
1
cos )(21)( =
(2.17)
式中:()t m
?是m(t)的希尔伯特变换。 若M(w)为m(t)的傅里叶变换，则()t m
?的傅里叶变换()w M ?为 ()()[]w j w M w M
sgn ?-?= (2.18)
式(2.18)的物理意义：m(t)通过传递函数为- jsgnw 的滤波器即可得到()t m
?。由此可知，- jsgnw 即是希尔伯特滤波器的传递函数，记为
w j w M w M w H h sgn )(/)()(-==
(2.19)
式(2.19)表明，希尔伯特滤波器()w H h ，从本质上说，是一个宽带相移网络，对m(t)中的任意频率分量
均相移π/2，即可得到()t m
?[3]。 相移法SSB 调制器的一般模型，如图2.5所示。
图2.5 相移法SSB 信号调制器
相移法是利用相移网络的方式，对载波和调制信号进行相移，在合成过程中，能够使其中一个边带抵消，从而获得SSB 信号，不需要滤波器陡峭的截止特性，不论载频多高，都能够实现SSB 的调制[3]。 2.5 VSB 信号调制原理
残留边带( Vestigial Side - Band ，VSB)调制是介于SSB 与DSB 之间的一种折中方式，它既克服了DSB 信号占用频带宽的缺点，又解决了SSB 信号实现中的困难。在这种调制方式中，不像SSB 中那样完全抑制DSB 信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留一小部分。
?m (t)cosw c t S SSB (t)
1/2 m(t)
Hh(w)
-π/2 ?m ‘(t)sinw c t
1/2m ‘(t)
用滤波法实现残留边带调制的原理框图与图2.4用滤波法产生SSB 信号调制器相同。但是，这使滤波器的特性H(w) 应设计符合残留边带调制的要求，不要求于陡峭的截至特性，所以它比单边带滤波器更容易制作[3]
。
假设H(w)是所需的残留边带滤波器的传输特性，由滤波法可知，残留边带信号的频谱为
)()]()([2
1
)()()(w H w w M w w M w H w S w S c c DSB VSB -++==
(2. 20)
VSB 信号也不能简单地采用包络检波，而必须要用如图2.6所示的相干解调法解调。
图2.6 VSB 信号的相干解调
为了保证相干解调的输出无失真地恢复调制信号m(t)，必须要求
()()c c w w H w w H -++=常数 H w w ≤
(2.21)
式中wH 是调制信号的截止角频率。
式（2.21）就是残留边带滤波器传输特性H (w)所必须遵循的条件。该条件的含义是：残留边带滤波器的特性H (W)在正负w c 处必须具有互补堆成特性，才能使相干解调无失真的从其中恢复所需的调制信号。
满足式(2.21)的残留边带滤波器特性H(w)有两种形式，每一种形式的滚降特性曲线并不是唯一的。 2.6解调原理
解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）[3]
。 2.6.1 相干解调
相干解调也叫同步检波。解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。调制是把基带信号的谱搬到了载频位置。这一过程可以通过一个相乘器与载波相乘来实现。解调则是调制的反过程，即把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置，因此同样可以用相乘器与载波相乘来实现。相干解调器的一般模型如图2.7所示。
图2.7 相干解调器的一般模型
C(t)=2cosw c t
S VSB (t)
LPF
S p (t)
S d (t)
C(t)=cosw c t
S m (t)
LPF
S p (t)
S d (t)
相干解调时，接收端要提供一个与其已调载波严格同步的本地载波，以保证无失真的恢复原基带信号，它与接收的已调信号相乘，在低通滤波器取出低频分量，便可得到原始的基带调制信号[3]
。相干解调器适用于所有线性调制信号的解调。接收端能够提供一个相干载波，要求与载波信号严格同步，是实现相干解调的关键。 2.6.2包络检波
AM 信号在满足0max A m ≤的条件下，其包络与调制信号m(t)的形状完全一样。因此，AM 信号除了可以采用相干解调外，一般都采用简单的包络检波泫来恢复信号。一个二极管峰值包络检波器如图2.8所示，它由二极管VD 和RC 低通滤波器组成。
图2.8 包络检波器
设输入信号是AM 信号
()[]t w t m A t s c AM cos )(0+= （2.22）
在大信号检波时（一般大于0. 5v ），二极管处于受控的开关状态。选择RC 满足如下关系
c H f RC
f <<<<
1
（2.23）
式中：H f 是调制信号的最高频率；c f 是载波的频率。
在满足式(2.23)的条件下，检波器的输出为
())(0t m A t s d +=
（2.24）
隔去直流后即可得到原信号m(t)。
VD
R
C
AM 信号 A 0+m(t)
3.模拟角度调制解调系统原理
在调制时，若载波的频率随调制信号变化，称为频率调制或调频(FM)；若载波的相位随调制信号而变称为相位调制或调相(PM)。在这两种调制过程中，载波的幅度都保持恒定不变，而频率和相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化，故把调频和调相统称为角度调制或调角。
FM 和PM 在通信系统中的使用都非常广泛[4]。FM 广泛应用于高保真音乐广播、电视伴音信号的传输、卫星通信和蜂窝电话系统等[5]。PM 除直接用于传输外，也常用作间接产生FM 信号的过渡。调频与调相之间存在密切的关系。
与幅度调制技术相比，角度调制最突出的优势是其较高的抗噪声性能。然而获得这种优势的代价是角度调制占用比幅度调制信号更宽的带宽。 3.1角度调制的基本概念
3.1.1 FM 和PM 信号的一般表达式
角度调制信号的一般表达式为
()()[]t t w A t s c m ?+=cos
(3.1)
式中：A 为载波的恒定振幅；()[]t t w c ?+为信号的瞬时相位，记为()t θ；()t ?为相对于载波相位t w c 的瞬时相位偏移；d[()t t w c ?+]/dt 是信号的瞬时角频率，记为()t w ；而()dt t d /?称为相对于载频c w 的瞬时频偏。
相位调制(PM)，指随调制信号m(t)的变化，瞬时相位偏移作线性变化，即
())(t m K t p =?
(3.2)
式中：Kp 为调相灵敏度(rad/V)，含义是单位调制信号幅度引起PM 信号的相位偏移量。则可得调相信号为
[]
)(cos )(t m K t w A t S p c PM += (3.3)
频率调制( FM)，是指瞬时频率偏移随调制信号m(t)成比例变化，即
())(t m K dt
t d f =?
(3.4)
式中：f K 为调频灵敏度( rad/(s*V))。 这时相位偏移为
()dt K t f =?
(3.5)
代入式（3.1），则可得调频信号为
[]
?+=dt t m K t w A t S f c FM )(cos )(
(3.6)
由式(3.3)和式(3.6)可见，PM 与FM 的区别仅在于，PM 是相位偏移随调制信号m(t)线性变化，FM 是相位偏移随m(t)的积分呈线性变化。
3.1.2 FM 与PM 之间的关系
由于频率和相位之间存在微分与积分的关系，所以FM 与PM 之间是可以相互转换的,FM 和PM 直接按的关系如图3.1所示。比较式(3.3)和式(3.6)可以看出，如果将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相波，这种方式叫间接调相；同样，如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频波，这种方式叫间接调频[4]。
图3.1 FM 与PM 之间的关系
3.2窄带调频与宽带调频 3.2.1窄带调频
如果FM 信号的最大瞬时相位偏移满足以下条件
())5.0(6
或π
<<
?
dt t m K f
(3.7)
时，FM 信号的频谱宽度比较窄，称为窄带调频(NBFM)。
将FM 信号一般表示式(3.6)展开得到
[][][]
???-=+=dt t m K t w A dt t m K t w A dt t m K t w A t s f c f c f c FM )(sin sin )(cos cos )(cos )( (3.8)
当满足式（3.11）的条件时，有
[]1)(cos ≈?dt t m K f (3.9)
()[]??≈dt t m K
dt t m K
f
f
)(sin (3.10)
故式(3.8)简化为
()[]
t w dt t m AK t w A t s c f c NBFM sin )(cos ?-≈
(3.11)
NBFM 信号的频域表达式
()()[]()()??
?
???++---+
-++=c c c c f c c NBFM w w w w M w w w w M AK w w w w A w s 2)(δδπ (3.12)
式(3.11)和式（3.12）是NBFM 信号的时域和频域的一般表达式。
由于NBFM 信号最大频率偏移较小，占据的带宽较窄，但是其抗干扰性能比AM 系统要好得多，因此得到校广泛的应用。对于高质量通信（调频立体声广播j 电视伴音等）需要采用宽带调频。
m(t)
S FM (t)
FM 调制器 PM 调制器
积分器
PM
调制器
积分器
FM 调制器
m(t)
m(t) m(t)
S FM (t) S PM (t) S PM (t)
直接调频 间接调频
直接调频
间接调频
3.2.2宽带调频
如果FM 信号的最大瞬时相位偏移满足以下条件
())5.0(6
或π
>>
?
dt t m K f (3.13)
时，FM 信号的频谱宽度比较窄，称为宽带调频(WBFM)。
设单音调制信号
t f A t w A t m m m m m π2cos cos )(== (3.14)
单音调制FM 信号的时域表达式为
()[]
t w m t w A t S m f c FM sin cos +=
(3.15) ()()t w m t w A t w m t w A w S m f c m f c FM sin sin sin )sin cos(cos -=
(3.16)
将式（3.16）中的两个因子分别展成傅里叶级数
()()t nw m J m J t w m m n f n f m f 2cos 2)(sin cos 1
20∑∞
=+=
(3.17)
()()()∑∞
=--=1
1212sin 2sin sin n m f n m f t w n m J t w m
(3.18)
式中()
f n m J 为第一类n 阶贝塞尔( Bessel)函数，它是调频指数f m 的函数。 (3.17)和式(3.18)代人式（3.16），并利用三角公式
()B A B A B A ++-=
cos 21
)cos(21cos cos (3.19) ()()B A B A B A +--=cos 21
cos 21sin sin (3.20)
及贝塞尔函数性质
()f f n m J m J -=-)( n 为奇数时 (3.21) ()()f n f n m J m J =-
n 为偶数时 (3.22)
则得到FM 信号的级数展开式
()()()()[]()()[]()()[]()t
nw w m J A t w w t w w m AJ t w w t w w m AJ t w w t w w m AJ t w m AJ t S n m c f n m c m c f m c m c f m c m c f c f o FM ∑∞
-∞=+=
++---++-++---=)cos(3cos )3cos()2cos(2cos )cos(cos cos 321
(3.23)
对上式进行傅里叶变换，即得FM 信号的频域表达式
()()()[]∑∞
-∞
=+++--=n m c m c f n FM nw w w nw w w m J A w S δδπ)(
(3.24)
由式(3.23)和式(3.24)可见，调频信号的频谱由载波分量c w 和无数边频m c nw w ±组成。当n=0时是载波分量c w ，其幅度为()
f o m AJ ．当n ≠0时就是对称分布在载频两侧的边频分量m c nw w ±，其幅度为()
f n m AJ ，相邻边频之间的间隔为m w ；且当n 为奇数时，上下边频极性相反；当n 为偶数时极性相同。
3.3调频信号的带宽与功率分配
调频信号的频谱包含无夯多个频率分量，因此理论上调频信号的频带宽度为无限宽通常采用的原则是，信号的频带宽度应包括幅度大于未调载波的10%以上的边频分量，即()
1.0≥f n m J [6]。所以调频波的有效带宽为
()m m f FM f f f m B +?=+=2)1(2
(3.25)
这就是广泛用于计算调频信号带宽的卡森(Carson)公式。
当1< m FM f B 2≈ (NBFM) (3.26) 当1>>f m 时，式(3.25)可近似为 f B FM ?≈2 (WBFM) (3.27) 调频信号的功率分配 c FM P A P ==2 2 (3.28) 调频信号的平均功率等于未调载波的平均功率，即调制后总的功率不变，只是将原来载波功率中的一部分分配给每个边频分量。所以，调制过程只是进行功率的重新分配，而分配的原则与调频指数有关。 3.4调频信号的产生与解调 3.4.1调频信号的产生 1) 直接调频法 FM 调制器如图3.2所示，直接调频就是用调制信号直接去控制载波振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性地变化。可以由外部电压控制振荡器(vco)实现。每个压控振荡器自身就是一个FM 调制器，因为它的振荡频率正比于输入控制电压[4]。 若用调制信号作控制电压信号，就能产生FM 波。 图3.2 FM 调制器 VCO m(t) S FM (t) 用变容二极管实现直接调频，由于电路简单，性能良好，已成为目前最广泛采用的调频电路之一。在直接调频法中，振荡器与调制器合二为一。这种方法的主要优点是在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏；其主要缺点是频率稳定度不高。因此往往需要采用自动频率控制系统来稳定中心频率[4]。 应用如图3.3所示的锁相环(PLL)调制器，可以获得高质量的FM 或PM 信号。这种方案的载频稳定度很高，可以达到晶体振荡器的频率稳定度。但是，它的一个显著缺点是低频调制特性较差，通常可用锁相环路构成一种所谓两点调制的宽带FM 调制器来进行改善。 图3.3 PLL 调制器 其中：PD-相位检测器；LF-环路滤波器；VCO-压控振荡器。 2)间接调频法 间接调频法（简称间接法）产生WBFM 如图3.4所示,是先将调制信号积分，然后对载波进行调相，即可产生一个NBFM 信号，再经n 次倍频器得到WBFM 信号。这种产生WBFM 的方法称为阿姆斯特朗(Armstrong)法或间接法。 图3.4间接法产生WBFM 其中：倍频器的作用是提离凋频指数f m ，从而获得宽带调频WBFM 。 NBFM 信号可看成由正交分量与同相分量合成，即 ()[] t w dt t m AK t w A t s c f c NBFM sin )(cos ?-≈ （3.29） 因此，采用如图3.5所示的NBFM 信号产生方框图可实现NBFM 。 图3.5 NBFM 信号的产生 间接法的优点是频率稳定度好。缺点是需要多次倍频和混频，因此电路较复杂。 晶振 PD LF VCO FM 信号 调制信号 积分器 相位调制 倍频器 m(t) S NBFM (t) S WBFM (t ) Acosw c t m(t) 积分器 -π/2 载波Acosw c t S NBFM (t) 摘要 本次设计主要是以Matlab为基础平台，对FM信号进行仿真。介绍了FM信号，及其调制和解调的基本原理，并设计M文件，分析在混入噪声环境下的波形失真，以及分析FM的抗噪声性能。本设计的主要目的是对Matlab的熟悉和对模拟通信理论的更深化理解。 关键词：Matlab；FM；噪声 前言 (2) 1 设计基础 (3) 1.1 Matlab及M文件的简介 (3) 1.2模拟调制概述 (4) 1.2.1模拟调制系统各个环节分析 (5) 1.2.2 模拟调制的意义 (6) 2 FM基本原理与实现 (7) 2.1 FM的基本原理 (7) 2.1.1调制 (7) 2.1.2解调 (8) 2.2 FM的实现 (8) 2.2.1 FM调制的实现 (8) 2.2.2 FM解调的实现 (9) 2.3 调频系统的抗噪声性能 (10) 2.3.1 高斯白噪声信道特性 (10) 3 FM的仿真实现与分析 (14) 3.1 未加噪声的FM解调实现 (14) 3.2 叠加噪声时的 FM解调 (16) 总结 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22) 附录 (23) 通信按照传统的理解就是信息的传输。在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的命脉。信息作为一种资源，只有通过广泛传播与交流，才能产生利用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产力的发展，创造出巨大的经济效益。而通信作为传输信息的手段或方式，与传感技术、计算机技术相融合，已成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大动力。可以预见，未来的通信对人们的生活方式和社会的发展将会产生更加重大和意义深远的影响。 在通信系统中，从消息变换过来的原始信号所占的有效频带往往具有频率较低的频谱分量(例如语音信号)，如果将这种信号直接在信道中进行传输，则会严重影响信息传送的有效性和可靠性，因此这种信号在许多信道中均是不适宜直接进行传输的。在通信系统的发射端通常需要有调制过程，将调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，使之转换成适于信道传输或便于信道多路复用的已调信号；而在接收端则需要有解调过程，以恢复原来有用的信号。调制解调方式常常决定了一个通信系统的性能。随着数字化波形测量技术和计算机技术的发展，可以使用数字化方法实现调制与解调过程。 调制在通信系统中具有重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。调制方式往往决定了一个通信系统的性能。调制技术是指把基带信号变换成传输信号的技术。基带信号是原始的电信号，一般是指基本的信号波形，在数字通信中则指相应的电脉冲。在无线遥测遥控系统和无线电技术中调制就是用基带信号控制高频载波的参数（振幅、频率和相位），使这些参数随基带信号变化。用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。未调制的高频电振荡称为载波（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脉冲序列等）。被调制信号调制过的高频电振荡称为已调波或已调信号。已调信号通过信道传送到接收端，在接收端经解调后恢复成原始基带信号。 实验一模拟线性调制系统(AM) 一，实验目的： 1，掌握模拟调制系统的调制和解调原理。 2，理解相干解调。 二，实验内容和结果： 1，编写AM、DSB、SSB调制，并画出时域波形和频谱图。 2，完成DSB调制和相干解调。 1.1模拟线性调制系统(AM) 2.2抑制载波双边带调制（DSB） 2.3单边带调制（SSB） 三、实验分析 通过模拟仿真这三种幅度调制信号，可以了解这三种调制各有自己的优缺点。AM优点是接收设备简单，缺点是率利用率低，抗干扰能力差。DSB优点是功率利用率低，接收设备较复杂。SSB优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和选择性衰落能力均优于AM，缺点是发送设备和接收设备丢复杂。SSB信号的实现比AM、DSB要复杂的多，但是SSB调制载传输时，可以节省发射功率，只有AM、DSB的一半，因此，它目前已成为短波通信中一种重要的调制方式。评价一个模拟系统的好坏，最终要看解调器的输出信噪比。定义为：解调器输出有用信号的平均功率与解调器输出噪声的平均功率之比。SSB系统中，信号与噪声有相同的表示形式，所以，相干解调过程中，信号和噪声的正交分量均被抑制，故信噪比没有改善。其值为1。而DSB调制系统中，其制度增益为2，系统的抗噪声性能胜于SSB调制系统 四、实验体会 这次实验是通信原理课程的第一个实验，因为是第一次接触COMMSIM 2001这个软件，肯定会有一些陌生感，首先在安装方面都出现了问题，在实验中，对器件和操作都不明白，幸好老师的实验指导书写得很详细，所以按照指导书的步骤一步一步进行完成了实验，当波形图出来的那一刻，心里也是很激动的，虽然只是一个很小的实验，所以总的来说，本次实验算是成功的，同时也希望下次的实验能做的更完美 课程设计报告题目模拟调制仿真 目录 一．原理 (1) 二．编程思想 (2) 三．结果 (3) 四．分析 (5) 五．程序代码 (8) 一．原理 1.1模拟调制原理 模拟调制包括幅度调制（DSB，SSB，AM）和相角调制（频率和相位调制）。在本次设计中主要讨论模拟调制中的幅度调制，幅度调制即用基带调制信号去控制高频载波的幅度，使其按基带信号的规律变化的过程。幅度调制主要有AM调制，DSB调制，SSB调制。他们的调制原理如下，AM调制：AM 是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程；DSB调制：在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络，调制信号中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边调制信号，或称抑制载波双边带调制信号；SSB调制：由于 DSB 信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带。 1.2 AM调制 AM信号的时域表示式： 频谱： 调制器模型如图所示： 1.3 DSB调制 DSB信号的时域表示式 频谱： 1.4 相干解调 相干解调器原理：为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接收的已调信号相乘后，经低 00 ()[()]cos cos()cos AM c c c s t A m t t A t m t t ωωω =+=+ 1 ()[()()][()()] 2 AM c c c c S A M M ωπδωωδωωωωωω=++-+++- ? () m t() m s t c t ⊕ 闽江学院 《通信原理设计报告》 题目：基于MATLAB的模拟调制系统仿真与测试学院：计算机科学系 专业：12通信工程 组长：曾锴（3121102220） 组员：薛兰兰（3121102236） 项施旭（3121102222） 施敏（3121102121） 杨帆（3121102106） 冯铭坚（3121102230） 叶少群（3121102203） 张浩（3121102226） 指导教师：余根坚 日期：2014年12月29日——2015年1月4日 摘要在通信技术的发展中，通信系统的仿真是一个重点技术，通过调制能够将信号转化成适用于无线信道传输的信号。 在模拟调制系统中最常用最重要的调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。在幅度调制中，文中以调幅、双边带和单边带调制为研究对象，从原理等方面阐述并进行仿真分析；在角度调制中，以常用的调频和调相为研究对象，说明其调制原理，并进行仿真分析。利用MATLAB下的Simulink工具箱对模拟调制系统进行仿真，并对仿真结果进行时域及频域分析，比较各个调制方式的优缺点，从而更深入地掌握模拟调制系统的相关知识，通过研究发现调制方式的选取通常决定了一个通信系统的性能。 关键词模拟调制；仿真；Simulink 目录 第一章绪论 (1) 1.1 引言 (1) 1.2 关键技术 (1) 1.3 研究目的及意义 (2) 1.4 本文工作及内容安排 (2) 第二章模拟调制原理 (3) 2.1 幅度调制原理 (3) 2.1.1 AM调制 (4) 第三章基于Simulink的模拟调制系统仿真与分析 (6) 3.1 Simulink工具箱简介 (6) 3.2 幅度调制解调仿真与分析 (8) 3.2.1 AM调制解调仿真及分析 (8) 第四章总结 (12) 4.1 代码 (13) 4.2 总结 (14) 贵州大学明德学院 《高频电子线路》 课程设计报告 题目：模拟角度调制系统 学院：明德学院 专业：电子信息工程 班级： 学号： 姓名：周科远 指导老师：宁阳 2012年1月 1日 《高频电子线路》课程设计任务书 一、课程设计的目的 高频电子线路课程设计是专业实践环节之一，是学习完《高频电子线路》课程后进行的一次全面的综合练习。其目的让学生掌握高频电子线路的基本原理极其构造和运用，特别是理论联系实践，提高学生的综合应用能力。 二、课程设计任务 课程设计一、高频放大器 课程设计二、高频振荡器 课程设计三、模拟线性调制系统 课程设计四、模拟角度调制系统 课程设计五、数字信号的载波传输 课程设计六、通信系统中的锁相环调制系统 共6个课题选择，学生任选一个课题为自己的课程设计题目，独立完成；具体内容按方向分别进行，不能有雷同；任务包括原理介绍、系统仿真、波形分析等；要求按学校统一的课程设计规范撰写一份设计说明书。 三、课程设计时间 课程设计总时间1周（5个工作日） 四、课程设计说明书撰写规范 1、在完成任务书中所要求的课程设计作品和成果外，要撰写课程设计说明书1份。课程设计说明书须每人一份，独立完成。 2、设计说明书应包括封面、任务书、目录、摘要、正文、参考文献(资料)等内容，以及附图或附件等材料。 3、题目字体用小三，黑体，正文字体用五号字，宋体，小标题用四号及小四，宋体，并用A4纸打印。 目录 摘要...................................................................I ABSTRACT .............................................................II 一．课程设计的目的与要求.. (1) 1.1课程设计的目的 (1) 1.2课程设计的要求 (1) 二．FM调制解调系统设计 (2) 2.1FM调制模型的建立 (3) 2.2调制过程分析 (3) 2.3FM解调模型的建立 (4) 2.4解调过程分析 (5) 2.5高斯白噪声信道特性 (6) 2.6调频系统的抗噪声性能分析 (9) 三．仿真实现 (10) 3.1MATLAB源代码 (11) 3.2仿真结果 (15) 四．心得体会 (18) 五．参考文献 (19) 重庆工程学院教案 课程名称：数字通信技术 课程代码：201303011 任课教师：张洪梅 授课班级：1301001、1303201 授课时间：2014－2015学年第1学期 重庆工程学院教案 cos ωct相乘,从频谱上看,相当于把?(t)的频谱搬移到ωc处。设?(t)的傅里叶变换(也可称为频谱)为F (ω),则有 这称为调制定理,是调制技术的理论基础。其示意图如下图所示。 图3-1 调制的示意图 三、调制的功能 调制的功能主要体现在以下几个方面: 四、调制的分类 教学小结：调制的基本概念。 作业布置： 教学后记 重庆工程学院教案 周课次第3周第6次课学时2学时教学地点第六教学楼113 教学任务 名称 模拟线性调制 教学目标 【含知识、技 能、素养目标】 掌握模拟线性调制中的幅度调制 教学条件多媒体教学 教学重点幅度调制 教学难点幅度调制 主要教学环节、方法及内容设计 时间 （分）一、幅度调制的一般模型 图3-2 幅度调制的一般模型 m(t)为调制信号,sm (t)为已调信号,h (t)为滤波器的冲激响应,则已调信号的时域和 频域一般表达式分别为 由以上表达式可见,对于幅度调制信号,在波形上,它的幅度随基带信号规律而变化; 在频谱结构上,它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性 的,因此幅度调制通常又称为线性调制,相应地,幅度调制系统也称为线性调制系统。 二、常规双边带调幅(AM) 1. AM信号的调制 若假设滤波器为全通网络(H (ω)=1),调制信号m (t)叠加直流A0 后再与载波相乘,则输出的信号就是常规双边带调幅(AM)信号。AM 调制器模型 图3-3 AM调制的模型 AM 信号的典型波形和频谱分别如图3-5 (a)、(b)所示,图中假定调制信号m (t)的上限频率为ωH。显然,调制信号m (t)的带宽Bm= ?H。 图3-4 AM调制频谱 AM 信号是带有载波的双边带信号,它的带宽为基带信号带宽的两倍,即 2．AM 信号的解调 调制过程的逆过程叫做解调。AM 信号的解调是把接收到的已调信号SAM (t)还原为调制信号m (t)。AM 信号的解调方法有两种:相干解调和包络检波解调。 （1）相干解调，如图3-5所示 课程设计任务书 学生姓名：杨刚专业班级：电信1302 指导教师：工作单位：武汉理工大学 题目：信号分析处理课程设计 －基于MATLAB的模拟信号频率调制（FM）与解调分析 初始条件： 1.Matlab6.5以上版本软件； 2.先修课程：通信原理等； 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、利用MATLAB中的simulink工具箱中的模块进行模拟频率（FM）调制与解调，观 察波形变化 2、画出程序设计框图，编写程序代码，上机运行调试程序，记录实验结果（含计算结 果和图表等），并对实验结果进行分析和总结； 3、课程设计说明书按学校统一规范来撰写，具体包括： ⑴目录；⑵理论分析； ⑶程序设计；⑷程序运行结果及图表分析和总结； ⑸课程设计的心得体会（至少800字，必须手写。）； ⑹参考文献（不少于5篇）。 时间安排： 周一、周二查阅资料，了解设计内容； 周三、周四程序设计，上机调试程序； 周五、整理实验结果，撰写课程设计说明书。 指导教师签名： 2013 年 7月 2 日 系主任（或责任教师）签名： 2013年 7月 2日 目录 1 Simulink简介 (1) 1.1 Matlab简介······················································错误！未定义书签。 1.2 Simulink介绍 ···················································错误！未定义书签。 2 原理分析 ·····························································错误！未定义书签。 2.1通信系统 ·························································错误！未定义书签。 2.1.1通信系统的一般模型 ···································错误！未定义书签。 2.1.2 模拟通信系统 (3) 2.2 FM调制与解调原理···········································错误！未定义书签。 3 基于Matlab方案设计 (6) 3.1 Matlab代码 (6) 3.2 Matlab仿真 (8) 4 基于Simulink方案设计 (12) 4.1 使用Simulink建模和仿真的过程 (12) 4.1.1 Simulink模块库简介 (12) 4.1.2 调制解调模块库简介 (13) 4.2 FM调制与解调电路及仿真 (14) 4.3 仿真结果分析 (17) 5 心得体会 ·····························································错误！未定义书签。 6 参考文献 (20) 本科生课程设计评定表 目录 摘要------------------------------------------------------4 第一章课程设计容及要求--------------------------------4 1、课程设计的容-----------------------------------4 2、课程设计的要求-----------------------------------4 第二章通信系统的调制与解调------------------------------5 1、通信系统的概念----------------------------------5 2、调制和解调的概念--------------------------------6 第三章MATLAB软件及功能介绍------------------------------7 1、MATLAB软件简介-----------------------------------7 2、GUI功能简介--------------------------------------7 3、基于MATLAB相关函数介绍---------------------------8 第四章四种模拟信号的调制解调---------------------------10 1、AM的调制与解调---------------------------------10 2、DSB的调制与解调--------------------------------13 3、SSB的调制与解调--------------------------------16 4、FM的调制与解调---------------------------------19 5、GUI界面的设计----------------------------------23 第五章总结与结束语-------------------------------------25 1、各调制解调方式性能分析总结----------------------25 第五章模拟调制系统 知识结构-调制的基本概念和作用、分类 -幅度调制的主要类型，及各自的调制解调方法、波形、 频谱、带宽、及抗噪声性能 -角度调制的主要类型，及各自的调制解调方法、功率、 带宽、及抗噪声性能 教学目的-了解模拟调制及其解调的原理和系统的抗噪声性能 -掌握各种已调信号的时域波形和频谱结构，系统的抗噪 声性能 -了解一些常用的调制解调芯片 教学重点-信噪比增益 -已调信号表达式的写法及分析、波形画法及分析 -卡森公式 教学难点-信噪比增益 -角度调制中最大频偏的概念和计算 教学方法及课时-多媒体授课（6学时）（3个单元） 作业-5-4，5-7，5-9，5-16，5-18 备注（在上课之前最好让学生复习一下“高频电路”中相关内容） AM和DSB在高频电路中如果已经讲的比较细，此处可略 讲。 单元七（2学时） §5.1 引言（调制的作用和分类） 知识要点：调制的过程、作用、分类 我们在第一章已经学过了模拟通信系统和数字频带通信系统的模型。从模型图中可以看出，它们都需要进行“调制”。那么什么是调制？为什么要进行调制？调制有哪些分类呢？我们下面逐一介绍。 §5.1.1 调制的概念（过程） 所谓调制，就是在发送端将要传送的信号附加在高频振荡信号上，也就是使高频振荡信号的某一个或几个参数随基带信号的变化而变化。其中要发送的基带信号又称“调制信号”；高频振荡信号又称“被调制信号”。 §5.1.2 调制的作用 调制的主要作用有三个： 1、将基带信号转化成利于在信道中传输的信号； 2、改善信号传输的性能（如FM具有较好的信噪比性能） 3、可实现信道复用，提高频带利用率。 §5.1.3 调制的分类 分2大类：正弦波调制、脉冲调制 正弦波调制又可分为模拟调制和数字调制。其中模拟调制又分调幅和调角2类，这是我们本章的主要内容。 §5.2 幅度调制与解调 知识要点：AM DSB SSB VSB的原理及波形频谱的画法带宽计算 §5.2.1 幅度调制的一般模型 南昌工程学院 《通信原理》课程设计 题目模拟通信调制解调技术的仿真实现—— 相角调制——频率调制 课程名称通信系统原理 系院信息工程学院 专业09通信工程 班级一班 学生姓名 学号 设计地点电子信息楼B405 指导教师侯友国 设计起止时间：2012年6月4日至2012年6月15日 目录 一、需求分析 (2) 二、系统总体设计 (2) 三、系统详细设计 (4) 1.解调过程分析 (4) 四、调试与维护 (5) 频率调制的Matlab演示源程序 (5) 六、参考文献 (8) 七、指导教师评阅（手写） (9) )(K π < 实验一 模拟通信的MATLAB 仿真 姓名：左立刚 学号：031040522 简要说明： 实验报告注意包括AM ，DSB ，SSB ，VSB ，FM 五种调制与解调方式的实验原理，程序流程图，程序运行波形图，simulink 仿真模型及波形，心得体会，最后在附录中给出了m 语言的源程序代码。 一．实验原理 1．幅度调制（AM ） 幅度调制（AM ）是指用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 信号的数学模型如图3-1所示。 图2-1 AM 信号的数学模型 为了分析问题的方便，令 δ =0， 1.1 AM 信号的时域和频域表达式 ()t S AM =[A 0 +m ()t ]cos t c ω （2-1） ()t S AM =A 0 π[()()ωωωωδC C ++-]+()()[]ωωωωc c M M ++-2 1 （2-2） AM 信号的带宽 2 =B AM f H （2-3） 式中， f H 为调制信号的最高频率。 2.1.3 AM 信号的功率P AM 与调制效率 η AM P AM =()222 2 t m A +=P P m c + （2-4） 式中，P C =2 A 为不携带信息的载波功率；()2 2 t m P m =为携带信息的边带 功率。 ()() t t m A m P P AM C AM 2 2 2+= = η （2-5） AM 调制的优点是可用包络检波法解调，不需要本地同步载波信号，设备简单。AM 调制的最大缺点是调制效率低。 2.2、双边带调制（DSB ） 如果将在AM 信号中载波抑制，只需在图3-1中将直流 A 0 去掉，即可输出 抑制载波双边带信号。 2.2.1 DSB 信号的时域和频域表达式 ()()t t m t c DSB S ωcos = （2-6） ()()()[]ωωωωωC C DSB M M S ++-=2 1 （2-7） DSB 信号的带宽 f B B H AM DSB 2 == （2-8） 实验一：模拟调制系统调制及解调模拟 实验要求： 1、 学生按照实验指导报告独立完成相关实验的内容； 2、 上机实验后撰写实验报告，记录下自己的实验过程，记录实验心得。 3、 以电子形式在规定日期提交实验报告。 实验指导 一、线性调幅 1. 普通调幅 原理介绍： 普通调幅 即：AM 幅度调制 ，常规双边带幅度调制(Double-SideBand Modulation Passband) 其中输入信号是u(t),输出信号是y(t)，y(t)是个实信号，若u(t)=0cos u t Ω，则有 0()(())cos(2) ()(cos())cos(2)c c c a c a c y t u t U f t y t U m t f t u m U απθαπθ=++=+Ω+= ① 其中，α是输入信号的偏移，c f 是载波频率，θ是初始相位（设θ=0），c U 是载波幅度，a m 是调制指数。传输载波时，α=1；不传输载波时，α=0。 ()(1cos )cos ()cos cos()cos()22 c a c a a c c c c y t U m t t m m y t U t t t ωωωω=+Ω=++Ω+-Ω ② 由②得出，幅度调制的结果含有：载波c ω、上边带()c ω+Ω、下边带()c ω-Ω的 成分，双边带幅度调制的输出包含了载频高端和低端的频率成分。 参数说明： DSB AM Modulator Passband(双边带频带幅度调制器)的主要参数 DSB AM Demodulator Passband(双边带频带幅度解调器)的主要参数 系统仿真框图： 本例中信源是一个幅度为0.7，频率为8HZ的正弦信号。 matlab BPSK 调制与解调 1、调制 clear all; g=[1 0 1 0 1 0 0 1];%基带信号 f=100; %载波频率 t=0:2*pi/99:2*pi; cp=[];sp=[]; mod=[];mod1=[];bit=[]; for n=1:length(g); if g(n)==0; die=-ones(1,100); %Modulante se=zeros(1,100); % else g(n)==1; die=ones(1,100); %Modulante se=ones(1,100); % end c=sin(f*t); cp=[cp die]; mod=[mod c]; bit=[bit se]; end bpsk=cp.*mod; subplot(2,1,1);plot(bit,'LineWidth',1.5);grid on; title('Binary Signal'); axis([0 100*length(g) -2.5 2.5]); subplot(2,1,2);plot(bpsk,'LineWidth',1.5);grid on; title('ASK modulation'); axis([0 100*length(g) -2.5 2.5]); 2、调制解调加噪声 clc; close all; clear; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % % 假定： % 2倍载波频率采样的bpsk信号 % 调制速率为在波频率的 N/2m % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% m=128; N=512; n=1:1:N; N0=0.5*randn(1,N) %噪声 h0=zeros(1,N); % 30阶低通滤波器 h0 f = [0 0.3 0.3 1]; w0 = [1 1 0 0]; b = fir2(30,f,w0); [h,w] = freqz(b,1,N/2); h0(1,1:N/2)=abs(h'); for i=1:N/2 h0(1,N-i+1)=h0(1,i); end; %%%%%%%%% 随机序列 a=rand(1,m); for i=1:m if(a(1,i)>0.5) a(1,i)=1; else a(1,i)=-1; end; end; %%% 生成BPSK信号 bpsk_m=zeros(1,N); j=1;k=1; for i=1:N if(j==(N/m+1)) j=1; k=k+1; end; % 0.05*pi 为初始相位，可以任意改变 bpsk_m(1,i)=a(1,k)*sin(2*pi*0.5*i+0.05*pi)+a(1,k)*cos(2*pi*0.5*i+ 0.05*pi); j=j+1; end; bpsk_m=bpsk_m+N0;% 信号加噪声，模拟过信道 % 接收处理用正交本振与信号相乘，变频 bpsk_m1=bpsk_m.*sin(2*pi*0.5*n); bpsk_m2=bpsk_m.*cos(2*pi*0.5*n); %滤波 tempx=fft(bpsk_m1); 模拟信号幅度调制与Matlab 仿真 作者：蛙蛙通信 调制，顾名思义，是指用调制信号（基带信号）去控制载波信号，改变载波某些参数的过程。通过调制，不仅可以实现信号的频谱搬移，而且参数设计合理时，还能将改善系统传输的有效性和可靠性，所以调制过程在通信中占据着非常重要的部分。本文将讨论模拟信号幅度调制（AM ）解调过程中的性能。 幅度调制使用调制信号去控制载波的振幅，使载波的振幅按照调制信号去变化的过程。幅度调制的一般模型如下图(1)所示： 图(1) 幅度调制一般模型 如图(1)所示，调制信号为m(t) ，假定调制信号的频谱为M(ω)，载波为cos(ωc t)，滤波器h(t)的频谱为H(ω),已调信号为S(t)，则S(t)的时域表达式和频域表达式如下： S (t )=m (t ) cos(ωc t) * h(t) S(ω) = 1 2 [M (ω?ωc ) +M(ω+ ωC )]H(ω) 式(1)中，*表示为卷积运算。由式(1)可知，载波信号的幅度被调制信号m(t)控制，在频谱结构上，实现了把调制信号的频谱进行左右搬移。由于这种频谱搬移是线性的，所以幅度调制是一种线性调制。 本文将以MATLAB 仿真结果的形式，来仿真调幅(AM)与解调，抑制载波双边带调制与解调(DSBSC)，单边带调制与解调(SSB)。 调幅（AM ） 在图(1)中，令h(t) = δ(t)，即H(ω) = 1，全通滤波器，m(t) = m(t) +A0,其中A0为直流信号。则此时产生的信号S(t)即为调幅信号，记为S AM (T)。 调幅信号的框图如下图（2）所示： + S(t) cos(ωc t) m(t) 式(1) S AM (T ) m(t) 模拟调制技术及其应用 O 引言 通信信号调制方式自动识别是信号分析领域中一个比较重要的研究方向，尤其是在军事通信领域有着很大的应用前景。随着电子对抗技术研究的不断深人，迫切需要进行调制信号自动识别技术的研究，它被广泛应用于：信号确认，干扰识别，无线电侦听，电子对抗，信号监测和威胁分析等领域。当前最具吸引力的实现是软件无线电以及其它可重构系统。 常用的自动识别的方法有理论决策法和模式识别法两种，理论决策法是采用假设检验理论解决信号分类问题，通常根据信号的统计特性，基于耗费函数最小化原则导出统计检验量(主要特征量)，并设置合适的门限识别信号。A．K．Nan．di 利用特征参数γ max 、δap、δdp，P识别AM、DSB、LSB、USB、FM、VSB、AM．FM 七种模拟调制方式，由于计算参数曲与需要提取对噪声敏感的非折叠相位信息，因此在低信噪比时识别准确率较低，文中指出在信噪比低于10dB时，识别准确率很低。Y．T．Chan仅利用R参数识别AM，FM，SSB，DSB信号，需要设置三个门限值，且相邻两个门限值之间相差很小，因此在低信噪比时识别效果也不好。在实际的军事通信系统中，AM、DSB、LSB、USB、FM五种模拟调制方式为常用的调制方式，因此可以根据这五种信号的特点，提出在低信噪比时有较高识别准确率的识别流程。本文针对低信噪比时通信信号模拟调制方式的特点，提出了一种基于决策理论的模拟调制方式识别流程，该流程综合运用y～，P，R三个特征参数对AM、DSB、LSB、USB、FM五种模拟调制方式进行识别。由于无相位信息参数，仅利用对噪声不敏感的瞬时幅度与谱对称信息，因此可以在低信噪比时对模拟通信信号进行识别，结合信号的线性平滑处理技术或小波门限消噪法对输人数据进行处理，可以进一步提高识别正确率。 1 特征参数的提取与识别流程设计 通信信号的调制信息包含在信号的瞬时幅度、相位、频率的变化之中，不同的信号其频谱也呈现不同的特征，通过提取瞬时幅度、相位、频率以及频谱的参数统计特征，可以识别不同的通信信号。本文根据AM、DSB、LSB、USB、FM五种 模拟调制方式的特点，提取的特征参数为γ max ，R，P，其中γ max ，R对应信号 的瞬时幅度特征，P对应频谱对称性特征。在一定的信噪比条件下，根据提取的三个特征参数值，通过设置合理的判决门限，就可以识别出这五种调制方式，判别准则如下： (1)零中心归一化瞬时幅度谱密度的最大值γ max ： γ max =max|FFT(A cn (i))|2/N 式中， N s 为取样点数，A cn (i)为零中心归一化瞬时幅度，由下式计算：A (f)=A(i) ／m ，A (i)=^A ( )一1，而m。=ΣA(i)为瞬时幅度A(i)的平均值，用平均值来 Matlab FM调制仿真 目录 引言.................................................................................. 一．课程设计的目的与要求 .............................................. 1.1课程设计的目的.................................................... 1.2课程设计的要求.................................................... 二．FM调制解调系统设计............................................... 2.1FM调制模型的建立............................................. 2.2调制过程分析........................................................ 2.3FM解调模型的建立............................................. 2.4解调过程分析........................................................ 2.5高斯白噪声信道特性 ............................................ 2.6调频系统的抗噪声性能分析 ................................ 三．仿真实现...................................................................... 3.1MATLAB源代码.................................................. 3.2仿真结果................................................................ 四．心得体会...................................................................... 五．参考文献...................................................................... 引言 本课程设计用于实现DSB信号的调制解调过程。信号的调制与解调在通信系统中具有重要的作用。调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位 摘要 调幅，英文是Amplitude Modulation（AM）。调幅也就是通常说的中波，范围在503---1060KHz。调幅是用声音的高低变为幅度的变化的电信号。 本课程设计主要研究了AM模拟调制系统的设计和仿真。在本次通信系统仿真训练中，我主要通过了解模拟幅度调制和解调的原理和其实现方法，然后根据其模拟幅度调制系统的原理给出了调制和解调的框图。其次弄懂了AM模拟调制的基本原理。最后利用Matlab软件仿真模拟幅度调制系统，实现AM调制和相干解调，给出了调制信号、载波信号及已调信号及解调信号的波形图和频谱图，并计算了该系统的信噪比。 关键词：调制解调 AM模拟调制信噪比 目录 前言 (1) 一、调制及解调原理 (2) 1.1调制原理 (2) 1.2 解调原理 (3) 二、模拟调制 (4) 2.1 模拟调制原理 (4) 2.2 AM调制的基本原理 (4) 2.3 AM解调原理与抗噪性能 (6) 2.4 FIR数字滤波器设计方法 (8) 三、AM调制解调系统的MATLAB仿真及其分析 (10) 3.1 AM调制解调分析的MATLAB实现 (10) 3.2 MATLAB仿真及其分析 (10) 总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15) 前言 调制在通信系统中的作用是至关重要的。所谓调制，就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。在大多数场合，调制一般指载波调制。 载波调制，就是用调制信号去控制载波的参数的过程，使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的信息信号（基带信号），这些新号可以是模拟的，也可以是数字的。未接受调制的周期性振荡信号称为载波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。载波调制后称为已调信号，它包含有调制信号的全部特征。解调则是调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。 此次设计主要进行模拟调至系统的模拟和仿真，最常用和最重要的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。常见的调幅AM、双边带DSB、单边带VSB等调制就是幅度调制的几个典型实例；而频率调制FM是角度调制中被广泛采用的一种。 本文主要分析了AM在高斯白噪声影响下的波形变化，通过对有无噪声解调信号波形的对比分析，，估计AM调制解调系统的性能。 摘要：设计了二进制振幅键控(2ASK)、二进制移频键控(2FSK) 、二进制移相键控(2PSK)调制解调系统的工作流程图,并得用了MATLAB软件对该系统的动态进行了模拟仿真,得用仿真的结果,从而衡量数字信号的传输质量。（仿宋、小五号） 关键词：调制解调、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK、MATLAB（宋体、小五号） ABSTRACT(四号加粗居中放置)： The work stream diagrams of 2ASK、2FSK、2PSK are designed .MA TLAB softwave is used to simulate the modem system by the scatter diagrams and wave diagrams, then the transmit quality of digital signal can be measured.（小五号） Key word：Amodulate and ademodulate 、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK、MATLAB（小五号） （正文：宋体、五号 一级标题：黑体、四号，小标题上下空一行。） 一、数字调制解调相关原理 在通信系统中,信道的频段往往是很有限的,而原始的通信信号的频段与信道要求的频段是不匹配的,这就要求将原始信号进行调制再进行发送.相应的在接收端对调制的信号进行解调,恢复原始的信号,而且调制解调还可以在一定程度上抑制噪声对通信信号的干扰。 调制解调技术按照通信信号是模拟的还是数字的可分为模拟调制解调和数字调制解调。数字调制的基本方式可以归结为3类：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。此外还有这3类的混合方式。 对于数字调制信号，为了提高系统的抗噪声性能，衡量系统性能的指标是误码率。1.1二进制振幅键控(2ASK) 振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。设发送的二进制符号序列由0,1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立.该二进制符号序列可表示为： 其中： Ts是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲， 为单极性不归零脉冲序列，则根据幅度调制的原理，一个二进制的振幅键控信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的相乘，即 2ASK信号的时间波形如果是通断方式，就称为通断键控信号(OOK信号)。 二进制振幅键控信号的产生可以采用数字键控的方法实现也可以采用模拟相乘的方法实现。2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。所以，对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)，其相应原理方框图如图1.1所示。 ****************** 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2013年春季学期 通信系统仿真训练 题目： AM模拟幅度调制仿真 专业班级：通信工程三班 姓名： 学号： 指导教师：王维芳 成绩： 本次课程设计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。不同的解调方法在不同的信噪比情况下的解调结果，哪种方法更好，作出比较。要求是进行双音及以上的AM信号的调制与解调。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。从单音AM信号的数学模型及调制解调方式出发，得出双音AM信号的数学模型及其调制与解调的框图和调制解调波形。利用MATLAB编程语言实现对双音AM信号的调制与解调，给出不同信噪比情况下的解调结果对比。 关键词：AM信号，调制，解调，信噪比，MATLAB 前言 (1) 一.仿真工具MATLAB (2) 2．MATLAB仿真技术在现代通信中的应用 (2) 二．调制 (4) 1．调制的概念 (4) 2．调制的种类 (4) 3．幅度调制 (4) 4．AM幅度调制 (5) 2.4.1 AM信号的时域和频域表达式 (6) 2.4.2 信号的带宽 (6) 2.4.3 AM信号的功率与调制效率 (6) 5．噪声类型 (6) 2.5.1噪声的分类 (6) 2.5.2本次课程设计的噪声模型 (7) 2.5.3抗噪声性能的分析模型 (8) 三.AM信号的解调 (9) 1．相干解调 (9) 2．包络检波法 (9) 四．设计思路 (11) 五．测试结果 (12) 六．心得体会 (15) 七．参考文献 (16) 附录： (17) 1．程序代码： (17) 2．调试分析 (19)基于Matlab的FM仿真实现
实验1模拟线性调制系统仿真实验
模拟调制仿真
基于MATLAB的模拟调制系统仿真与测试(AM调制)
FM调制解调系统设计与仿真
模拟调制技术
基于MATLAB的模拟信号频率调制(FM)与解调分析
基于Matlab模拟通信系统仿真设计
模拟调制系统
模拟通信调制解调技术的仿真实现
实验一 模拟通信的MATLAB仿真
实验一(模拟调制系统调制及解调模拟)
MATLAB仿真 BPSK调制
模拟信号幅度调制与Matlab仿真
模拟调制技术及其应用
matlabFM调制仿真
AM模拟调制系统的设计与仿真
我的基于MATLAB仿真的数字调制与解调设计
AM模拟幅度调制仿真
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