摘要
本文首先介绍了线性调制与解调的基本原理以及操作方法。其次主要介绍了普通调幅（AM）、双边带调制（DSB）的基本原理。最后利用MATLAB软件进行调制和解调程序的设计；对普通调幅（AM）、双边带调制（DSB）进行了仿真，输出显示调制信号波形、调制信号频谱、已调信号波形、已调信号频谱、加噪声的解调波形、未加噪声的解调波形、解调信号的频谱并输出显示其输入输出信噪比，最后并通过GUIDE进行界面封装，使程序更具可读性的同时，通过改变相应的参数以实现用不同的载波去调制不同的发送信号。
关键词：AM、DSB信号的调制与解调，GUI仿真
目录
一、绪论 (1)
1.1本文研究的背景 (1)
1.2目的及意义 (1)
1.3实际任务及要求 (2)
二、线性调制与解调的基本原理 (3)
2.1线性调制的一般模型 (3)
2.2普通调幅（AM）的基本原理 (4)
2.3双边带调制（DSB）的基本原理 (5)
2.4相干解调和包络检波 (6)
三、线性调制的抗噪性能 (9)
3.1AM包络检波的性能 (9)
3.2DSB调制系统的性能 (11)
四、线性调制系统MATLAB GUI仿真与分析 (13)
4.1M ATLAB GUI简介 (13)
4.2如何利用GUIDE创建GUI (14)
4.3普通调幅（AM）的仿真与分析 (15)
4.4双边带调制（DSB）的仿真与分析 (16)
4.5GUI系统界面设计 (17)
设计总结 (23)
参考文献 (24)
附录 (25)
一、绪论
1.1 本文研究的背景
在通信技术的发展中，通信系统的仿真是一个技术重点。这次课程设计的重点就是模拟通信系统中的调制解调系统的基本原理以及仿真，并在MATLAB软件平台上仿真实现几种常见的模拟调制方式。最常用最重要的模拟方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。常见的的调幅（AM）,双边带（DSB）和单边带（SSB）等调制就是幅度的几个典型实例。在线性调制系统中，此次课程设计主要用调幅（AM）,双边带（DSB）调制为说明对象，从原理等方面进行分析阐述并进行仿真分析，说明其调制原理，并进行仿真分析。利用MATLAB对线性调制系统进行仿真，结合MATLAB模块和GUI工具箱的实现，对仿真结果进行分析，从而能够更深入地掌握通信原理中模拟调制系统的相关知识。
通常，调制可以分为模拟调制和数字调制两种方式。在模拟调制中，调制信号的取值是连续的；而数字调制中的调制信号的取值则为离散的。调制在通信系统中具有重要的作用。第一，在无线传输中，信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。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。而基带信号包含的较低频率分量的波长较长，致使天线过长难以实现。例如，天线的长度一般应为λ/4，其中λ为波长；对于3000Hz的基带信号，如果不通过载波而直接耦合到天线发送，则需要尺寸约为25km的天线。显然，这是无法实现的。但是若通过调制，把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上，是已调信号的频谱与信道的带通特性相匹配，这样就可以提高传输性能，以较小的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。如在GSM体制移动通信使用的900MHz频段，所需天线尺寸仅为8cm。第二，把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。第三，扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。因此，调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影响和作用。调制方式往往决定了一个通信系统的性能。
1.2目的及意义
本课程设计主要进行模拟幅度调制系统的设计和仿真。通过完成本课题的设计，拟达到以下目的：
1.学习利用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能，学会利用仿真手段
对于给定通信系统的基本理论、基本算法进行仿真。
2.学会MATLAB软件编程，并使用该软件解决通信系统仿真问题。
3.通过通信系统仿真加深对通信系统理论的理解。
通过该课题的设计与仿真，可以提高学生综合应用所学基础知识的能力和计算机编程
能力，为今后的学习和工作积累经验。
1.3 实际任务及要求
1.掌握模拟幅度调制和解调的原理和实现方法。
2.根据模拟幅度调制系统的原理给出调制和解调的框图。
3.利用MATLAB软件仿真模拟幅度调制系统，实现AM或者DSB调制和相干解调，
要求信道为加性高斯白噪声，给出调制信号、载波信号及已调信号及解调信号的波形图和频谱图；改变调制信号，给出调制信号、载波信号机已调信号机解调信号的波形图和频谱图；改变噪声的大小，给出解调信号的波形图；并计算该系统的信噪比。
二、 线性调制与解调的基本原理
2.1线性调制的一般模型
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宽调制（也成载波调制）。在无线通信中和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。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消息信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，也可以是数字的。未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（如周期性脉冲序列）。载波调制后称为已调信号，它含有调制信号的全部特性。解调（也称检波）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。线性调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号做线性变化的过程。线性调制器的一般模型如图所示：
图2.1 线性调制一般模型
设正弦波载波为
c (t )=Acos (w c t +φ0) (2.1-1)
式中：A 为载波幅度；w c 为载波角频率；φ0为载波初始相位（本文φ0默认为0）。
该模型由一个相乘器和一个冲激响应为h(t)的滤波器组成。因此，线性调制信号（已调信号）的时域和频域表达式为
s m (t )=[Am (t )cosw c t ]??(t) (2.1-2) S m (ω)=1
2[M (ω+ωc )+M (ω?ωc )]H(ω) (2.1-2)
式中：m(t)为基带调制信号，H(ω)??(t)。
由以上表示式可见，在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律而成正比地变化；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。由于这种搬移是线性的，因此这种调制通常被称为线性调制。但应注意，这里的“线性”并不意味着已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。
在该模型中，只要适当选择滤波器的特性H(ω)，便可以得到幅度调制信号。 如果将式（2.1-1）展开，则可得到另一种形式的时域表达式。即
h(t)
m(t)
cosw c t
s m (t)
s m (t )=s I (t )cosωc t +s Q (t )sinωc t (2.1-3)
其中 s I (t )=?I (t )?m(t) ?I (t )=?(t )cosωc t (2.1-4)
s Q (t )=?Q (t )?m(t) ?Q (t )=?(t )sinωc t (2.1-5)
式（2.1-3）表明，s m (t)可等效成为两个互为正交调制分分量的合成。因此可以得到图2.2所示的等效模型。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。
图2.2 线性调制一般模型
2.2普通调幅（AM ）的基本原理
在图2.1中，若假设滤波器为全通网络（h(t)＝1），调制信号叠加直流后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带调幅（AM ）信号。 AM 调制器模型如下图所示。
图2.3 AM 调制器模型
AM 信号的时域和频域表达式分别为
s AM (t )=[A 0+m (t )]cosωc t =A 0cosωc (t )+m (t )cosωc t (2.2-1)
S AM (ω)=πA 0[δ(ω+ωc )+δ(ω?ωc )]+12?[M (ω+ωc )+M(ω?ωc )] (2.2-2) 式中，A 0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，但通常认为其平均值为0，即m (t )??????=0。
AM 信号的典型波形和频谱分别如下图（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 )的带宽为B m =2f H 。
H I (ω)
H Q (ω)
?π
2Τ
s I (t)
m(t)
s m (t)
cosωc t
s Q (t) m(t)
A 0
cosωc t
s m (t)
图2.4 AM信号的典型波形和频谱图
由图（a）可见，AM信号波形的包络与输入基带信号m(t)成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足A0≥|m(t)|max，否则将出现过调幅现象而带来失真。
由它的频谱图可知，AM信号的频谱s AM(t)是由载频分量和上、下两个边带组成（通常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带）。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故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
B AM=2B m=2f H(2.2-3) 式中，B m=f H为调制信号m(t)的带宽，f H为调制信号的最高频率。
2.3双边带调制（DSB）的基本原理
如果在AM调制模型中将直流A去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式—抑制载波双边带信号(DSB—SC)，简称双边带信号。
其时域表达式为
s DB(ω)=m(t)cosωc t(2.3-1) 式中，假设的平均值为0。DSB的频谱与AM的谱相近，只是没有了在±ω处的函数δ，即
[M(ω+ωc)+M(ω?ωc)](2.3-2)
s m(t)=1
2
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%，即全部效率都用于信息传输。但由于DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单
的包络检波来恢复调制信号。DSB 信号借条是需采用相干解调，也称同步检波（比包络检波器复杂得多）。其典型波形和频谱如图1-2所示：
图2.5 DSB 调制典型波形和频谱
注意，虽然DSB 信号节省了载波功率，但它所需的传输带宽仍是调制信号带宽的两倍，及与AM 信号带宽相同。
2.4 相干解调和包络检波
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s AM (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
图2.5 相干解调原理图
由AM 信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调的原理框图如图2.5所示。将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得
s AM (t )?cosωc t =[A 0+m (t )]cos 2ωc t =1
2[A 0+m (t )]+1
2[A 0+m (t )]?cos2ωc t (2.4-1) 由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号
h(t)
s AM (t)
cosw c t
s 0(t)
cos ω0t
t
t
O
m (t )s DSB (t O
t
O －ωc
ωc
ω
M (ω)
O
ω
ωH
－ωH
S DSB (ω)
O
－ωc
ωc
ω
2ωH
m 0(t )=1
2[A 0+m(t)]
(2.4-2)
由此可见，相干解调器适用于所有线性调制信号的解调，及对于AM 、DSB 都是使用的。只是AM 信号的解调结果中含有直流分量A 0，这时在解调后加上一个简单隔直流电容即可。从以上分析可知，相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。否则，相干解调后将会使原始信号减弱，甚至带来严重失真，这在传输数字信号是有位严重。
2）包络检波法
由s AM (t )的波形可见，当满足条件：
A 0≥|m (t )|max (2.4-3)
时，AM 波的包络与调制信号m(t)的形状完全一样，因此，用包络检波的方法分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。但是，可以采用其他的解调方法，如相干解调。AM 信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成，如下图所示。
图2.6 包络检波原理图
上图为串联型包络检波器的具体电路及其输出波形，电路由二极管D 、电阻R 和电容C 组成。选择RC 满足如下条件
1f c
?RC ?1
f H
(2.4-4)
式中：f c 是载波频率，f H 是调制信号的最高频率。此时包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即f c 的波纹，可由LPF 滤除。
m 0(t )≈A 0+m(t) (2.4-5) 包络检波器输出的信号中，通常含有频率为f c 的波纹，可由LPF 滤除。
图2.7 串联型包络检波器电路及其输出波形
包络检波法属于非相干解调法，其特点是：解调效率高，解调器输出近似为相干解调的
s AM (t )
LPF
整流器
m (t )
2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难度。故几乎所有的调幅（AM）式接收机都采用这种电路。
顺便指出，DSB是抑制载波的已调信号，其包络不直接表示调制信号，因而不能采用简单的包络检波方法解调。但若插入很强的载波，使之成为或近似为AM信号，则可以利用包络检波方法解调，这种方法称为插入载波包络检波法。它对于DSB也使用。载波分量可以在接受端插入。注意，为了保证检波质量，插入的载波振幅应远大于信号的振幅，同时也要求插入的载波与调制载波同频同相。
三、 线性调制的抗噪性能
实际上，任何通信系统都避免不了噪声的影响，而各种信道中的加性高斯白噪声是普遍存在和经常存在的一种噪声。因此，本节将要研究的问题是，在信道加性高斯白噪声的背景下，各种线性调制系统的抗噪声性能。由于加性噪声被认为只对已调信号的接受产生影响，因而通信系统的抗噪声性能可以用解调器的抗噪声性能来衡量。分析解调器的抗噪声性能的模型如图3.1所示。图中，s m (t)为已调信号，n(t)为信道加性白噪声，带通滤波器的作用是滤除已调信号频带以外的噪声，因此，经过带通滤波器后到达解调器输入端的信号仍认为是s m (t)，而噪声为n i (t).解调器输出的有用信号为m o (t)，噪声为n o (t)。
图3.1 解调器抗噪声性能分析模型
对于不同的调制系统，将有不同形式的信号s m (t)，但解调器输入端的噪声n i (t)形式却是相同的，它是由平稳高斯白噪声n(t)经过带通滤波器而得到的。当带通滤波器的带宽远小于其中心频率ω0时，可视为窄带滤波器，故n i (t)为聘问窄带高斯噪声，它的表达式为
n i (t )=n c (t )cosω0t ?n s (t )sinω0t (3-1)
3.1 AM 包络检波的性能
如上所述，AM 信号可用于相干解调和包络检波两种方法解调。AM 信号相干解调系统的性能分析与前面双边带的相同，可以此类推。这里讨论AM 信号采用包络检波的性能。分析模型如下图所示
图3.2 AM 包络检波的抗噪声性能分析模型
设解调器输入信号为
s m (t )=[A 0+m(t)]cosωc t (3.1-1)
夫人就
带通滤波器
解调器 s m (t ）
s m (t)
n i (t)
m o (t) n 0(t)
n(t)
s m (t ）
n(t)
BPF
s m (t)
n i (t)
包络检波
m o (t) n 0(t)
这里仍假设调制信号m(t)均指为0，且|m (t )|max ≤A 0。解调器输入噪声为
n i (t )=n c (t )cosωc t ?n s sinωc t (3.1-2)
则解调器输入的信号功率S i 和噪声功率n i 分别为
S i =s m 2(t )????????=
A 22
+
m 2(t)????????2
(3.1-2)
N i =n i 2(t)
????????=n 0B (3.1-3) 输入信噪比为
s i N i
=
A 02+m 2(t)????????2n 0B
(3.1-4)
由于解调器输入时信号加噪声的混合波形，即
s m +n i =[A 0+m (t )+n c (t)]cosωc t ?n s (t )sinωc t =E (t )cos [ωc t +?(t)]
其中 E (t )=√A 0+m (t )+n c (t )]2+n s 2(t) (3.1-5)
?(t )=arctan [n s (t)
A
0+m (t )+n c (t)
]
(3.1-6)
很明显，E(t)便是所求的合成包络。当包络检波器的传输系数为1时，则检波器的输出就是E(t)。由式（3.1-5）可以看出，检波输出E(t)中的信号和噪声存在非线性关系。因此，计算输出信噪比是件困难的事，为使讨论简明，我们来考虑两种特殊情况。
1) 大信噪比情况
此时，输入信号幅度远大于噪声幅度，即
[A 0+m(t)]?√n c 2(t )+n s 2(t) (3.1-7)
这时AM 的最大信噪比增益为G AM =2
3
2) 小信噪比情况
此时，输入信号幅度远小于噪声幅度，即
[A 0+m(t)]?√n c 2(t )+n s 2(t) (3.1-8)
此时，E (t)中没有单独的信号项，只有受正弦信号影响的调制信号项。因此有用信号m(t)被噪声扰乱，这时候输出信噪比不是按比例随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，通常把这种现象称为解调器的门限效应。开始出现门限效应的输入信噪比称为门限值。这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用所引起的。注意，用相干解调的方法解调各种线性调制信号时不存在门限效应。
由以上分析可得到如下结论:在大信噪比情况下，AM 信号包络检波器的性能几乎与相干解调法相同。但当输入信噪比低于门限值时，将会痴线门限效应，这时解调器的输出信噪比将急剧恶化，系统无法正常工作。
3.2 DSB 调制系统的性能
设解调器输入信号为： s m (t)= m(t)cos(ωc t) (3.2-1) 与相干载波cos(ωc t)相乘后，得
(3.2-2) 经低通滤波器后，输出信号为:
(3.2-3) 因此，解调器输出端的有用信号功率为:
(3.2-4) 解调DSB 信号时，接收机中的带通滤波器的中心频率ωc 与调制频率ωc 相同，此解调器
输入端的窄带噪声:
)sin()()cos()()(t t t t t c
s
c
c
i
n n n ωω-= （3.2-5）
它与相干载波cos(ωc t)相乘后，得：
（3.2-6）
经低通滤波器后，解调器最终输出噪声为：
)(21
)(0t t n n c = （3.2-7）
故输出噪声功率为：
（3.2-8）
式中，B=2f H ,为DSB 的带通滤波器的带宽，n 0为噪声单边功率谱密度。 解调器输入信号平均功率为：
)(2
12
t m s i =
（3.2-9） 可得解调器的输入信噪比：
B t m n N
S i
i 0
2)(21= （3.2-10）
解调器的输出信噪比：
B
t m n N
S
020
0)(= （3.2-11） )2cos()(2
1
)cos()(21)(cos )(2t t m t t m t t m c c
c ωωω+=
)(2
1)(0t m t m =)(41)(22
0t t m m
s ==)]
2sin()()2cos()([21)(21)cos()(t t t t t t t c s c c c c i n n n n ωωω-+=B t n t n n N N
i c 02200
4141
)(41)(===
=
因此制度增益为:
N
S N S G
i
i
DSB
00 （3.2-12）
也就是说，DSB 信号的解调器使信噪比改善一倍。这时因为采用相干解调，使输入噪声中的一个正交分量n s (t)被消除的缘故。
四、线性调制系统MAtlab GUI仿真与分析
4.1 Matlab GUI简介
MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB 函数集）扩展了MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。
创建MATLAB用户界面必须具有以下3个元素：
1)组件
在MATLAB GUI中的每一个项目（按钮、标签、编辑框等）都是一个图形化组件。组件可分为３类：图形化控件（按钮、编辑框、列表、滚动条等）、静态元素（窗口和文本字符串）、菜单和坐标系。
图形化控件和静态元素由函数uicontrol创建，菜单由函数uimenu和uicontexmenu创建，坐标系经常用于显示图形化数据，由函数axes创建。
2)图形化窗口
GUI的每一个组件都必须安排在图像窗口中。在画数据图像时，图像窗口通常会被自动创建。但还可以用函数figure来创建空图像窗口，空图形窗口经常用于放置各种类型的组件。
3)回应
如果用户用鼠标单击或用键盘输入一些信息，那么程序就要有相应的动作。鼠标单击或输入信息是一个事件，如果MATLAB程序运行相应的函数，那么MATLAB函数肯定会有所反应。例如，如果用户单击一按钮，这个事件必然导致相应的MATLAB语句执行。这些相应的语句被称为回应。只要执行GUI的单个图形组件，就必须有一个回应。
实现一个GUI的过程包括两个任务：一是GUI的组建布局，另一个是GUI组件编程。在MATLAB中GUIDE是一个组件布局工具集，能够生成用户所需的组件资源并保存在一个FIG文件中；其次，GUIDE还可以生成一个包含GUI初始化和发布控制代码的M文件，该文件为回调函数(用户在图形界面中激活末一控件是执行的函数)提供一个框架。用户也可以通过调用组件函数M文件来实现GUI中所有组件的布局，但是使用GUIDE交互式的组建布局将会大大减小工作量。
GUIDE可以首先在布局GUI的同时生成以下两个文件：
1)FIG文件。该文件包括GUI的图像窗口和所有子对象（包括用户控件和坐标轴）的完
全描述以及所有对象的属性值。
2)M文件。该文件包括用户用来发布和控制界面和回调函数（这里做为子函数）的各种
函数。该文件中不包括任何组件的布置信息。
可以这样说，MATLAB图形界面程序的核心就是句柄图形的应用，对于句柄图形的充分了解将使的MATLAB图形界面程序的编写更加容易。
4.2 如何利用GUIDE创建GUI
MATLAB的GUIDE开发工具为用户提供以下几种组件布局工具：
1.组件布局编辑器：添加和安排图形窗口中的对象；
2.排列工具：排列对象的相对次序；
3.属性编辑器：检查和设置属性值；
4.对象浏览器：观察本次运行中图形对象句柄的层次关系；
5.菜单编辑器：创建图形窗口菜单。
这些工具集中在布局编辑器中，使用guide命令可以显示该界面，如图4.1所示。
图4.1 GUIDE开始界面
如果要对一个已经存在的GUI进行布局，可以使用菜单打开该GUI或使用以下命令装载已存在的图形窗口（taozhi）,只需在命令窗口输入命令：guide taozhi,fig。
通过使用布局工具，用户可以添加所需的用户控件并设置所需的属性。布局完成并存盘后，所有的对象信息就保存在相应的FIG文件中了。下一步要对GUIDE生成的或用户自己编写的M文件进行编程实现用户界面的交互功能，编程工作简单分为以下几个部分：
1)理解M文件。如果GUI的M文件是由GUIDE创建的，那么用户需要理解GUIDE创建
的函数的意义，从而进一步编程。
2)管理GUI数据。MATLAB提供一个句柄结构体来方便地访问GUI所有的组件句柄，用
户还可以使用这个结构体来存储M文件所需的全局数据。
3)设计交互平台的兼容性。GUIDE提供一个设置方法来保证用户GUI在不同平台上的良
好表现。
4)回调函数编程与应用。用户对象的回调函数中有一些回调函数属性，用户可以通过
设置这些属性来获得所需的操作。
5)GUI图形窗口行为控制。
4.3普通调幅（AM）的仿真与分析
AM信号仿真波形图如图4.1所示。
图4.2 AM调制波形
分析：由频谱可以看出，AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此，AM信号是带有载波分量的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽的2倍。对AM信号的解调采取乘积型同步检波。实现方式是使调制信号与相干载波相乘，然后通过低通滤波器。
由AM仿真分析可得出：
（1）此调制方式占用频带较宽，已调信号的频带宽度是调制信号的频带的两倍；
（2）由于被调信号的包络就是调制信号叠加一个直流，所以容易实现峰值包络解调；
（3）含有正弦载波分量，即有部分功率耗用在载波上，而没有用于信息的传送；
（4）从效率上看，常规调幅幅度方式效率较低，但调制和解调过程简单。
4.4双边带调制（DSB）的仿真与分析
DSB信号仿真波形图如图4.2所示。
图4.2 DSB调制波形
分析：由图可以看出DSB调制有如下特点：
1)DSB信号的幅值仍随调制信号变化，但与普通调幅波不同，它的包络不再在载波振幅
上下变化；
2)DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处（调制电压正负交替时候）要突变180ｏ；
3)DSB调制，信号仍集中在载频附近，由于DSB调制抑制了载波，它的全部功率为边带
占有，输出功率都是有用信号，它比普通调幅波经济，但在频带利用率上没有改进；
4)DSB的频谱相当于从AM波频谱图中将载频去掉后的频谱。
进一步观察DSB信号的仿真图形可见，上下半轴对称，这是因为上下两个边带所含的消息完全相同，故从消息传送的角度看，发送一个边带即可，这样不仅可以节省发射功率，而且频带的宽度也缩小一半。
4.5 GUI 系统界面设计
程序设计原理框图如图4.３所示。
图4.３ 程序设计原理图
GUI 界面主要由基本信号观察区、解调信号波形区、滤波前后信号频谱观测区、数据参数设置区、图像观测区等物部分组成。基本信号观察区主要是对载波信号、调制信号、AM 已调信号、DSB 已调信号的时域波形和频谱进行展示；解调信号波形区由相干解调和包络检波两部分组成，相干解调区主要对AM 、DSB 信号通过相干解调后的信号波形和调制信号的波形进行展示对比；而包络检波区主要AM 信号通过包络检波后的信号波形与调制信号的波形进行展示对比；滤波前后信号频谱观测区主要是对AM 、DSB 信号在采用相干解调时滤波前后的频域波形的展示和对比；数据参数设置区主要是对载波信号和调制信号的频率和幅度进行设置实现用不同的载波调制不同的发送信号的目的；图像观测区主要是对显示相应的波形。
GUI 设计界面如图４.３所示。
图４.３ GUI 图形界面的设计
m(t)
直流分量
包络检波
相干解调
s m (t ）
s DB ?ｔ? cosw c t
cosw c t
m(t)
GUI各种仿真图形如下所示。
图4.4 载波信号波形与频谱
图4.5 调制信号波形及频谱
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 ⊕
第26卷第5期 杭州电子科技大学学报Vol.26,No.5 2006年10月Jo urnal of Ha ngzhou Dianzi Uni versi ty Oct.2006 QPSK 调制解调的系统仿真实验 高雪平1,官伯然1,汪海勇2 (1.杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018;2.电子工业部第五十研究所,上海200063) 收稿日期:2006-09-30 作者简介:高雪平(1981-),女,浙江温州人,在读研究生,电磁场与微波技术.摘要:该文介绍了各种信息技术中信息的传输及通信起着支撑作用,而对于信息的传输,数字通信 已成为重要手段。该文根据当今现代通信技术的发展,对QPSK 信号的调制解调问题进行了分析, 并给出了用美国E LANIX 公司的动态系统设计、仿真和分析软件System View 进行系统仿真的具体 设置,分析了仿真结果,并提出了用FPGA 技术实现这种系统的详细方法。 关键词:四相相移键控信号;调制解调;现场可编程门阵列 中图分类号:TN401 文献标识码:A 文章编号:1001-9146(2006)05-0052-04 0 引 言 近年来,软件无线电作为解决通信体制兼容性问题的重要方法受到各方面的注意。它的中心思想是在通用的硬件平台上,用软件来实现各种功能,包括调制解调类型、数据格式、通信协议等。通过软件的增加、修改或升级就可以实现新的功能,充分体现了体制的灵活性、可扩展性等。其中高性能、高频谱效率的调制解调模块是移动通信系统的关键技术,它的软件化也是实现软件无线电的重要环节。四相相移键控信号(Quardrature Phase-Shift Keying,QPSK)。它具有一系列独特的优点,比如抗干扰能力强,在恒参信道下,QPSK 调制技术与FSK 、2PSK 、ASK 调制技术相比较,不但抗干扰能力强,而且能更经济有效地利用频带,适合回传通道的技术要求,因此被广泛应用于无线通信中,成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。FPGA 器件是20世纪80年代中期出现的一种新的概念。FPGA 器件可反复编程,重复使用,没有前期投资风险,且可以在开发系统中直接进行系统仿真,也没有工艺实现的损耗。所以本文对QPSK 调制解调系统进行深入的原理分析,并用动态系统工具SystemView 进行仿真,提出基于FPGA 的实现方案。 1 QPSK 调制解调的原理 数字相位调制(Phase-Shift Keying,PSK)。是角度调制、恒定幅度数字调制的一种方式,通过改变发送波的相位来实现,除了其输入信号是数字信号以及输出的相位受限制以外,PSK 与传统的相位调制相似,对于经过M=2k 相位调制的数字信号来说,载波信号的相位一般有 m = 2 m M (m=0,1, ,M-1),因此调制信号如: S m (t )=E s g T (t)cos m cos c t-E s g T (t)sin m sin c t
西安邮电大学 《通信原理》软件仿真实验报告 实验名称：模拟调制系统——AM系统 院系：通信与信息工程学院 专业班级：XXXX 学生姓名：XXX XX 学号：XXXX （班内序号） 指导教师：XXX 报告日期：XXXX年XX月XX日 ●实验目的： 1、掌握AM信号的波形及产生方法； 2、掌握AM信号的频谱特点； 3、掌握AM信号的解调方法； 4、掌握AM系统的抗噪声性能。 仿真设计电路及系统参数设置： 时间参数：No. of Samples = 4096；Sample Rate = 20000Hz； ●仿真波形及实验分析： 1、调制信号与AM信号的波形和频谱： 调制信号为正弦信号，Amp= 1V，Freq=200Hz；直流信号Amp = 2V；余弦载波Amp = 1V，Freq= 1000Hz；无噪声；调制信号: AM信号: ●采用相干解调，记录恢复信号的波形和频谱： 接收机模拟带通滤波器Low Fc = 750Hz，Hi Fc = 1250Hz，极点个数6； 接收机模拟低通滤波器Fc = 250Hz，极点个数为9；恢复信号: ●采用包络检波 全波整流器Zero Point = 0V；模拟低通滤波器Fc = 250Hz，极点个数为9；恢复信号： 由信号功率谱可以看出，相干解调要比包络检波的恢复效果好。 ●改变高斯白噪声的功率谱密度，观察并记录恢复信号的变化：
无高斯白噪声： 加高斯白噪声（功率谱密度（density in 1 ohm=0.00002W/Hz））恢复信号: 改变高斯白噪声的功率谱密度（density in 1 ohm=0.0002W/Hz）恢复信号: 改变高斯白噪声的功率谱密度（density in 1 ohm=0.002W/Hz）恢复信号: 综上可得高斯白噪声越大，恢复信号失真越严重。 实验成绩评定一览表
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)
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
第四章 模拟调制系统习题答案 4-1 根据图P4-1所示的调制信号波形，试画出DSB 及AM 信号的波形图，并比较它们分别通 解 由包络检波后波形可知：DSB 解调信号已严重失真，而AM 的解调信号不失真。所以，AM 信号采用包络检波法解调，DSB 信号不能采用包络检波法解调。 4-2 设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度P n (f)=×10-3 W/H Z ，在该信道中传输抑制载波的双边带信号，并设调制信号m(t)的频带限制在5kH Z ，而载波为100kH Z ，调制信号的功率为10kW 。若接收机的输入信号在加至解调器之前，先经过带宽为10kH z 的一理想带通滤波器，试问 （1） 该理想带通滤波器中心频率为多大 （2） 解调器输入端的信噪功率比为多少 （3） 解调器输出端的信噪功率比为多少 （4） 求出解调器输出端的噪声功率谱密度，并用图形表示出来。 解 （1）为了保证信号顺利通过和尽可能的滤除噪声，带通滤波器的带宽等于已调信号宽度，即B=2f m =2×5=10kH Z ,其中心频率应选信号的载波频率100kH Z ,带通滤波器特性为 ()? ? ?≤≤=其它 010595Z z kH f kH k H ω (2) S i =10kW N i =2BP n (f)=2×10×103××10-3 =10W 故输入信噪比 S i ／N i ＝1000 (3) 因有G DSB ＝２，故输出信噪比 002210002000i i S S N N =?=?=
(4) 根据双边带解调器的输出噪声与输入噪声功率之间的关系，有 W N N i 5.24 10410=== 故 ()()Z n Z m n kH f f p H W f N f P 52 1 105.021/1025.010525.22333 00≤=??= ?=??== --双 其双边谱如右图所示 4-3某线性调制系统的输出信噪比为20dB ，输出噪声功率为10-9 W ，由发射机输出端到解调器输入端之间总的传输损耗为100dB ，试求： ⑴DSB/SC 时的发射机输出功率； ⑵SSB/SC 时的发射机输出功率。 解：设发射机输出功率为S F ，解调器输入功率为S r ，由题意，传输损耗 K ＝S F ／S r ＝1010 (100dB) 已知S 0/N 0=100 (20dB)，N 0=10-9 W ⑴对于DSB 方式，因为G ＝２， 则 00111005022 i i S S N N ==?= 又N i =4N 0 故S i =50×N i ＝50×4N 0=200×10-9 =2×10-7 W 所以发射功率S F =KS i =1010×2×10-7=2×103 W ⑵对于SSB ，因为G ＝１， 则 00 100i i S S N N ==，故S i =100×4N 0=400×10-9=4×10-7W 所以发射功率S F =KS i =1010 ×4×10-7 =4×103 W 4-4试证明：当AM 信号采用同步检波法进行解调时，其制度增益G 与公式的结果相同。 证明：设接收到的ＡＭ信号为s AM (t)=[A+m(t)]cos ωc t ，相干载波为c(t)=cos ωc t 噪声为：n i (t)=n c (t)cos ωc t-n s (t)sin ωc t 信号通过解调器 相乘输出：s AM (t) c(t)＝[A+m(t)]cos ２ ωc t ＝A ／２＋m(t)/2+１/2×[A+m(t)]cos2ωc t 低通输出：A/2 +m(t)/2 隔直流输出：s 0(t)=m(t)/2 噪声通过解调器 相乘输出: [n c (t)cos ωc t-n s (t)sin ωc t] cos ωc t=n c (t)/2+n c (t)/2×cos2ωc t-n s (t)/2×sin2ωc t 低通滤波器输出：n c (t)/2 隔直流输出：n 0(t)=n c (t)/2 输入信号功率：()[]()2 22222 t m A t s E s AM i +==， 输入噪声功率：B n t n N i i 02 )(== 输出信号功率：()()422 00t m t s S == ， 输出噪声功率：()()B n t n t n N c 0202 04 14== = () ()[] ()() t m A t m t m A B n B n N S N S G t m i i AM 2 2 22 2 2 1 00414002//2 += +?==∴ 证毕。 4-5 设一宽带频率调制系统，载波振幅为100V ，载频为100MH Z ，调制信号m(t)的频带限制在5kH Z , ()2 25000,500/(.)F m t V k rad sV π==,最大频偏Δf=75KH Z ，并设信道中噪声
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
第四章模拟调制系统 习题答案
第四章 模拟调制系统习题答案 4-1 根据图P4-1所示的调制信号波形，试画出DSB 及AM 信号的波形图，并比 解 由包络检波后波形可知：DSB 解调信号已严重失真，而AM 的解调信号不失真。所以，AM 信号采用包络检波法解调，DSB 信号不能采用包络检波法解调。 4-2 设某信道具有均匀的双边噪声功率谱密度P n (f)=0.5×10-3 W/H Z ，在该信道中传输抑制载波的双边带信号，并设调制信号m(t)的频带限制在5kH Z ，而载波为100kH Z ，调制信号的功率为10kW 。若接收机的输入信号在加至解调器之前，先经过带宽为10kH z 的一理想带通滤波器，试问 （1） 该理想带通滤波器中心频率为多大？ （2） 解调器输入端的信噪功率比为多少？ （3） 解调器输出端的信噪功率比为多少？ （4） 求出解调器输出端的噪声功率谱密度，并用图形表示出来。 解 （1）为了保证信号顺利通过和尽可能的滤除噪声，带通滤波器的带宽等于已调信号宽度，即B=2f m =2×5=10kH Z ,其中心频率应选信号的载波频率100kH Z ,带通滤波器特性为 ()???≤≤=其它 010595Z z kH f kH k H ω
(2) S i =10kW N i =2BP n (f)=2×10×103×0.5×10-3=10W 故输入信噪比 S i ／N i ＝1000 (3) 因有G DSB ＝２，故输出信噪比 002210002000i i S S N N =?=?= (4) 根据双边带解调器的输出噪声与输入噪声功率之间的关系，有 W N N i 5.24 10410=== 故 ()()Z n Z m n kH f f p H W f N f P 52 1105.021/1025.010525.2233300≤=??=?=??==--双 其双边谱如右图所示 4-3某线性调制系统的输出信噪比为20dB ，输出噪声功率为10-9W ，由发射机输出端到解调器输入端之间总的传输损耗为100dB ，试求： ⑴DSB/SC 时的发射机输出功率； ⑵SSB/SC 时的发射机输出功率。 解：设发射机输出功率为S F ，解调器输入功率为S r ，由题意，传输损耗 K ＝S F ／S r ＝1010 (100dB) 已知S 0/N 0=100 (20dB)，N 0=10-9W ⑴对于DSB 方式，因为G ＝２， 则00111005022 i i S S N N ==?= 又N i =4N 0 故S i =50×N i ＝50×4N 0=200×10-9=2×10-7W 所以发射功率S F =KS i =1010×2×10-7=2×103W ⑵对于SSB ，因为G ＝１， 则00 100i i S S N N ==，故S i =100×4N 0=400×10-9=4×10-7W 所以发射功率S F =KS i =1010×4×10-7=4×103W 4-4试证明：当AM 信号采用同步检波法进行解调时，其制度增益G 与公式(4.2-55)的结果相同。 证明：设接收到的ＡＭ信号为s AM (t)=[A+m(t)]cos ωc t ，相干载波为 c(t)=cos ωc t 噪声为：n i (t)=n c (t)cos ωc t-n s (t)sin ωc t 信号通过解调器 相乘输出：s AM (t) c(t)＝[A+m(t)]cos ２ωc t ＝A ／２＋m(t)/2+１ /2×[A+m(t)]cos2ωc t 低通输出：A/2 +m(t)/2
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)
课程设计任务书 学生：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: FM信号的仿真分析 初始条件：调制信号：分别为300Hz正弦信号和三角波信号；载波频率：30kHz；解调方式：同步解调。 要求完成的主要任务: 要求能够熟练应用MATLAB语言编写基本的通信系统的应用程序，进行模拟调制系统，数字基带信号的传输系统的建模、设计与仿真。所有的仿真用MATLAB程序实现，系统经过的信道都假设为高斯白噪声信道。 画出以下三种情况下调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器输入输出信噪比的关系曲线；（①调制指数=0.5；②调制指数=1；③调制指数=3） 时间安排：1、2013年12 月19 日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2013 年12 月19 日至2013 年12 月20 日，方案选择和电路设计。 3、2013 年12 月21 日至2013 年12月25 日，电路调试和设计说明书撰写。 4、2014 年 1 月8 日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要...................................................................................................I ABSTRACT ................................................................................................II 一．通信系统介 (1) 二．FM调制解调系统设计 (3) 2.1MATBLAB简介 (3) 2.2 FM调制模型的建立 (3) 2.3 FM调制仿真结果 (6) 2.4 FM解调模型的建立 (6) 2.5 解调过程分析 (7) 2.6高斯白噪声信道特性 (8) 2.7信噪比分析 (9) 2.8调频系统的抗噪声性能分析 (10) 三．仿真实现 (12) 3.1 MATLAB源代码 (12) 3.2MATLAB仿真结果及分析 (12) 四．心得体会 (14) 五．参考文献 (14)
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)
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FM系统仿真 1.课程设计目的 （1）熟悉MATLAB文件中M文件的使用方法，包括函数、原理和方法的应用。（2）加深对FM信号调制原理的理解。 （3）增强在通信原理仿真方面的动手能力与自学能力。 （4）在做完FM调制仿真之后，在今后遇到类似的问题，学会对所面对的问题进行系统的分析，并能从多个层面进行比较。 2.课程设计要求 （1）掌握课程设计的相关知识、概念清晰。 （2）程序设计合理、能够正确运行。 （3）利用MATLAB软件进行仿真设计。 （4）对FM仿真结果进行分析。 3.相关知识 3.1通信系统 通信的目的是传输信息。通信系统的作用就是将信息从信息源发送到一个或多个目的地。对于任何一个通信系统，均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成（如图3.1.1所示）。 图3.1.1 模拟通信系统一般模型
信息源（简称信源）的作用是把各种信息转换成原始信号。根据消息的种类不同信源分为模拟信源和数字信源。发送设备的作用产生适合传输的信号，即使发送信号的特性和信道特性相匹配，具有抗噪声的能力，并且具有足够的功率满足原距离传输的需求。 信息源和发送设备统称为发送端。 发送端将信息直接转换得到的较低频率的原始电信号称为基带信号。通常基带信号不宜直接在信道中传输。因此，在通信系统的发送端需将基带信号的频谱搬移（调制）到适合信道传输的频率范围内进行传输。这就是调制的过程。 信号通过信道传输后，具有将信号放大和反变换功能的接收端将已调制的信号搬移（解调）到原来的频率范围，这就是解调的过程。 信号在信道中传输的过程总会受到噪声的干扰，通信系统中没有传输信号时也有噪声，噪声永远存在于通信系统中。由于这样的噪声是叠加在信号上的，所以有时将其称为加性噪声。噪声对于信号的传输是有害的，它能使模拟信号失真。在本仿真的过程中我们假设信道为高斯白噪声信道。 调制在通信系统中具有十分重要的作用。一方面，通过调制可以把基带信号的频谱搬移到所希望的位置上去，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。另一方面，通过调制可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力，同时，它还和传输效率有关。具体地讲，不同的调制方式产生的已调信号的带宽不同，因此调制影响传输带宽的利用率。可见，调制方式往往决定一个通信系统的性能。在本仿真的过程中我们选择用调频调制方法进行调制。 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置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信号。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。 3.2 FM系统 FM属于角度调制，角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。FM调制又称为频率调制，与幅度调制相比，角度调制的最突出的优势在于其较高的抗噪声性能，但获得这种优势的代价是角度
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。
X x通大学信息科学与工程学院课程设计实验报告 姓名：学号 班级： 实验项目名称：模拟调制系统的设计 实验项目性质：设计性实验 实验所属课程：通信原理 实验室(中心)：现代电子实验中心 指导教师： 实验完成时间： 2013 年 1 月 1 日
一、实验目的 1. 综合应用《Matlab编程与系统仿真》、《信号与系统》、《现代通信原理》等多门课程知识，使学生 建立通信系统的整体概念； 2. 培养学生系统设计与系统开发的思想； 3. 培养学生利用软件进行通信仿真的能力。 二、实验内容及要求 内容： 模拟调制系统：主要分为线性调制系统和非线性调制系统，其中线性调制分为AM、DSB、SSB、VSB，非线性调制主要为FM，主要完成FM调制。（至少选择2种方法）。调制在通信系统中有十分重要的作用。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，从而将信号转换成合适于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的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。AM信号的调制属于频谱的线性搬移，它的解调往往采用非相干解调即包络解调方式；而FM信号的调制属于频谱的非线性搬移，它的解调有相干和非相干解调两种方式。 要求： 1.最多2人一组（2人一组必须连成系统） 2.对通信系统有整体的较深入的理解，深入理解自己仿真部分的原理的基础，画出对应的通信子系 统的原理框图 3.提出仿真方案； 4.完成仿真软件的编制 5.仿真软件的演示 6.提交详细的设计报告 三、实验原理 1.模拟通信系统设计原理 模拟通信系统的主要内容是研究不同信道条件下不同的调制解调方法。调制可以分为三类，即调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）。
班级：通工1612 姓名：学号： 软件仿真实验四模拟调制系统—SSB系统 实验目的： 1、掌握SSB信号的产生方法； 2、掌握SSB信号波形和频谱的特点； 3、掌握SSB信号的解调方法； 4、掌握SSB系统的抗噪声性能。 知识要点： 1、SSB信号的产生方法； 2、SSB信号的波形和频谱； 3、SSB信号的解调方法； 4、SSB系统的抗噪声性能。 仿真要求： 建议时间参数：No. of Samples = 4096；Sample Rate = 20000Hz 双边谱选择（20Log|FFT|【dB】） 1、利用移相法产生SSB信号，记录SSB信号的波形和频谱； 其中：图符0为调制信号，采用幅度1V、频率400Hz的正弦信号； 图符3为载波信号，采用幅度1V、频率2000Hz的正弦信号； 2、自行设计调整系统结构及参数，利用滤波法实现SSB信号（建议使用带阻滤波器）； 3、采用相干解调，记录恢复信号的波形； LSB模拟带通滤波器Low Fc = 1500Hz，Hi Fc = 1700Hz，极点个数5； USB模拟带通滤波器Low Fc = 2300Hz，Hi Fc = 2500Hz，极点个数5；
接收机模拟低通滤波器Fc = 500Hz，极点个数9； 4、在接收机模拟带通滤波器前加入高斯白噪声； 建议Density in 1 ohm = 0.00002W/Hz，观察并记录恢复信号波形的变化； 5*、改变高斯白噪声功率谱密度，观察并记录恢复信号波形的变化； 实验报告要求： 1、记录SSB信号的波形和频谱，分析SSB信号波形和频谱的特点； 2、记录恢复信号波形的变化，分析噪声对恢复信号的影响。 系统框图： 仿真结果与实验分析： 1、利用相移法产生SSB上边带信号，记录SSB上边带信号的波形 2、利用相移法产生SSB上边带信号，记录SSB上边带信号的频谱
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)
clear all; close all; IFFT_bin_length = 1024; % FFT的点数 carrier_count = 200; % 载波的数量 bits_per_symbol = 2; % 每个符号代表的比特数 symbols_per_carrier = 50; % 每个载波使用的符号数 SNR = 10; % 信道中的信噪比（dB） baseband_out_length=carrier_count*symbols_per_carrier*bits_per_symb ol;%总比特数 carriers = (1:carrier_count) + (floor(IFFT_bin_length/4) - floor(carrier_co unt/2)); conjugate_carriers = IFFT_bin_length - carriers + 2; %发送端>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> >>> %产生随机二进制数据: baseband_out = round(rand(1,baseband_out_length)); convert_matrix=reshape(baseband_out,bits_per_symbol,length(baseband _out)/bits_per_symbol); for k = 1:(length(baseband_out)/bits_per_symbol) modulo_baseband(k) = 0; for i = 1:bits_per_symbol modulo_baseband(k)=modulo_baseband(k)+co
第四章模拟调制系统 4.1 引言 由消息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号大多不 适宜直接传输。必须先经过在发送端调制才便于信道传输。而在接收端解调。 所谓调制，就是按原始信号（基带信号、调制信号）的变化规律去改变 载波某些参数的过程。 ①将基带信号频谱搬移到载频附近，便于 发送接收； 调制的作用： ②实现信道复用，即在一个信道中同时传 输多路信息信号； ③利用信号带宽和信噪比的互换性，提高 通信系统的抗干扰性。 常用调制方式分类： 连续波调制 模拟调制 数字调制幅度调制 频率调制 振幅键控（ASK） 频移键控（FSK） 脉冲幅度调制 模拟调制脉冲宽度调制 脉冲位置调制脉冲调制 数字调制脉冲编码调制（PCM）增量调制（?M） 4.2 幅度调制（线性调制）原理 幅度调制是高频正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。 一、线性调制器的一般模型 所谓线性调制：波形上，幅度随基带信号呈正比例变化； 频率上，简单搬移。 但是，已调信号和基带信号之间非线性。
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s t A cos t c 正弦型载波： 振幅载波角频率 基带调制信号（消息信号）：m t M 用消息信号（调制信号）m t 去调制正弦型载波s t A cos c t ，或者说正弦载波的幅度随消息信号作线性变化。 已调信号：m t A cos A t c 2 M M c c 已调信号的频谱，s m t ~ 已调信号 可看出M 频率 搬移了。 第一章讲过，消息信号m t 类比货物，A t cos（可看成幅度 A 1） c 类比火车，货物m t 承载在火车带通滤波器 h t s m t c os t 上，发送给接收方，类比到 c cos t c 达站上海车站，到站后卸货，即接 图：线性调制器的一般模型 收机解调。 已调信号s t m 的产生方法如图：（即线性调制器的一般模型）带通滤波器的传递函数：H ，带通滤波器的冲激响应：H h t 线性调制器的输出： 时域表示： s m t m t cos c t h t 频域表示： 1 S m 2 M M H c c 在该模型中，适当地选择带通滤波器的传递函数，可得到不同的幅度调制信号： 普通调幅AM 双边带信号（DSB—SC）
1.绪论 1.1 模拟通信系统概述 随着社会生产力的发展，人们对传递消息的要求越来越高，通信，则承载着这个重要的任务。通信中要进行消息的传递，必须有发送者和接收者，发送者和接收者可以是人也可以是各种通信终端设备。换言之，通信可以在人与人之间，也可以在人与机器活机器与机器之间进行。必须有三大部分：一是发送端；二是接收端；三是收发两端之间的信道。通信系统主要分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统通常由模拟信息源，调制器，信道，解调器与收信者组成。模型如下： 图1-1 模拟通信系统模型图 模拟通信在信道中传输的信号频谱比较窄，因此可通过多路复用使信道的利用率提高，但它的缺点是: 1)传输的信号是连续的，叠加噪声干扰后不易消除，即抗干扰能力较差; 2)不易保密通信; 3)设备不易大规模集成; 4)不适应飞速发展的计算机通信的要求 1.2 模拟信号调制解调 模拟通信系统中，调制与解调是通信系统中的重要环节，它使信号发生本质性的变化。本文主要对线性调制（AM,DSB,SSB）与非线性调制(FM,NBFM)的信号产生（调制）与接受（解调）的基本原理，方法技术加以讨论，并通过System View仿真验证常规双边带调幅（AM），双边带调幅（DSB），单边带调幅（SSB），频率调制（FM），窄带频率调制（NBFM）。通过此软件观察信号的调制与解调过程，并对输出波形进行分析。 模拟调制和解调是实现是实现模拟通信系统的重要组成部分。调制是将原始电信号变换成其频带适合信道传输的信号；解调是在接收端将信道中传输的信号还原成原始的电信
号；经过调制后的信号成为已调信号;发送端调制前和接收端解调后的信号成为基带信号。因此，原始电信号又称为基带信号，而已调信号又称为频带信号。 模拟信号的调制与解调是通信原理课程的经典内容，也是模拟通信时代的核心技术。虽然当代技术已发展为数字通信新时代，但模拟信号的调制与解调理论仍然是通信技术中的基础内容之一。 1.3仿真软件简介 1.3.1 System View软件介绍 1)System View是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真分析的可视化软件工具。它界面友好，使用方便。 2)System View是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具盒，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计，仿真要求。它可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。 3)System View以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。使用System View你只需要关心项目的设计思想和过程，而不必花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。用户只需要使用鼠标器点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试，而不必学习复杂的计算机程序编制，也不必担心程序中是否存在编程错误。 1.3.2 System View仿真系统的特点 1)能仿真大量的应用系统 2)快速方便的动态系统设计与仿真 3)在报告中方便地加入System View的结论 4)提供基于组织结构图方式的设计 5)多速率系统和并行系统 6)完备的滤波器和线性系统设计 7)先进的信号分析和数据块处理 8)可扩展性 9)完善的自我诊断功能。 System View是一个用于电路与通信系统设计、仿真的动态分析工具,它实现了功能的