基于matlab的AMFMPM调制

1、目录第1章前言 2第2章 AM , FM,PMM制原理 3AM调制原理 3FM调制原理 3PM调制原理 5第3章 几种调制方式的比较 7PM与FM的比较 7几种不同的模拟调制方式 7几种模拟调制的性能比较 9几种模拟调制的特点及应用 10第4章AM,FM,PM勺调制仿真 10AM的调制仿真 11理想状态下的AM调制仿真 11含噪声情况下的AM调制仿真 12FM的调制仿真 14理想状态下的FM调制仿真 14含噪声情况下的FM调制仿真 15PM的调制仿真 16心得体会 17参考文献 18附录 19AM FM PM实现及性能比较第1章前言通信系统是为了有效可靠的传输信息，信息由信源发出，以语言、图像

2、、数据为 媒体，通过电(光)信号将信息传输，由信宿接收。通信系统又可分为数字通信与模拟 通信。基于课程设计的要求，下面简要介绍模拟通信系统。信源是模拟信号，信道中传输的也是模拟信号的系统为模拟通信。 模拟通信系统 的模型如图1所示。图i模拟通信系统模型调制器：使信号与信道相匹配，便于频分复用等。发滤波器：滤除调制器输出的 无用信号。收滤波器：滤除信号频带以外的噪声，一般设N(t)为高斯白噪声，则Ni(t) 为窄带白噪声。第2章AM, FM,P网制原理AM调制原理幅度调制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。幅度调制器的一般模型如图所示。哂广、-岫 rT cos

3、curf图幅度调制模型在图中，若假设滤波器为全通网络（H（ ）=1）,调制信号mt叠加直流A后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带（AM调幅.AM调制器模型如图所示：图AM调制模型AM信号波形的包络与输入基带信号 mt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 A 1mtimax,否则 将出现过调幅现象而带来失真。AM信号的频谱是由载频分量和上、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

4、息。故 AM信号是带有载波的双边带信号，它的带 宽信号带宽的两倍。FM调制原理频率调制的一般表达式为:FMffi PWE常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号 是调频信号还是调相信号。图 直接调频法m(t) | dt|PMl Sfm (t)图间接调频法图所示的产生调频信号的方法称为直接调频法，图所示的产生调频信号的方法称 为间接调频法4。由于实际相位调制器的调节范围不可能超出-柏封，因而间接调频 的方法仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情形，而直接调频则适用于宽带 调制情形。根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可将频率调制分为宽带调频(WBF M与窄 带调频(NBFM

5、Io宽带与窄带调制的区分并无严格的界限，但通常认为由调频所引起 的最大瞬时相位偏移远小于300时，GA"避称为窄带调频。否则，称为宽带调频。为方便起见，无妨假设正弦载波的振幅式，得)d tttSFM(t) cos ct Kf m(t)d =cos ctcosKFm( )d sin csinKFm(2-3)通过化解，利用傅立叶变化公式可得 NBFMJ号的频域表达式:(2-4)在NBFMK由于下边频为负，因而合成矢量不与载波同相，而是存在相位偏移 当最大相位偏移满足式(2-2)时，合成矢量的幅度基本不变，这样就形成了 FM信号。图NBFM信号频谱PM调制原理在模拟调制中，一个连续波有三个

6、参数可以用来携带信息而构成已调信号。当幅度和频率保持不变时，改变载波的相位使之随未调信号的大小而改变， 这就是调相的 概念。角度调制信号的一般表示形式为：Sm(t)=AcosCt+6(t)(2-5)式中，A是载波的恒定振幅；ct+4(t)是信号的瞬时相位，而 小称为瞬 时相位偏移；dct+小(t)/dt 为信号的瞬时频率，而d(I)(t)/dt 称为瞬时频率偏 移，即相对于cdc的瞬时频率偏移。设高频载波为uc=Ucmcosct,调制信号为UQ(t),则调相信号的瞬时相位Ht)= ct+KpUQ (t)瞬时角频率 (t)= ddt = 3 c+KP duQdt调相信号 u PM =Ucm co

7、s ct+KPuQ(t)将信号的信息加在载波的相位上则形成调相信号，调相的表达式为：Spm (t)=Acos c t+K pm f(t)+ 小 0(2-6)这里Kpm称为相移指数，这种调制方式，载波的幅度和角频率不变，而瞬时相位偏移是调制信号f(t)的线性函数，称为相位调制。调相与调频有着相当密切的关系，我们知道相位与频率有如下关系式:="%t = C +KPM f(t)(|)(t)= 出 CD c t+K pm f(t)dt所以在调相时可以先将调制信号进行微分后在进行频率调制，这样等效于调相，此方法称为间接调相，与此相对应，上述方法称为直接调相。调相信号的产生如图所 示：RD d相

8、位调制器 仔.代)，J微分口-g频率调制器 兽4)(0直接调相(坊间接调相图PM调相信号的产生实现相位调制的基本原理是使角频率为CDc的高频载波uc(t)通过一个可控相移网络，此网络产生的相移 A小受调制电压uQ(t)控制，满足A(|)=KpuQ(t)的关系， 所以网络输出就是调相信号，可控相移网络调相原理图如图所示：图可控相移网络调相原理图第3章几种调制方式的比较PM与FM的比较表 PM与FM的比较FM(1)瞬时频率： okpu (t)(2)瞬时相位：t(t) ot kF 0u (t)dt o(3)最大频偏：mkF |U |max kfU(4)取人相位：.,tUmfmkF | u (t)dt

9、 |kF 0max表达式:ufm (t) U cos (t)tU cos ot kf 0u (t)dt okfUU cos otsin t oU cos ot mf sin t oPMdu (t)(t)okpdt(t)ot kpu (t)odu (t)mkp | max k pUdtmpm kp |u (t)|max kpUupm (t) U cos (t)U cosotkpu(t)oU cosotkpUcostoU cos ot mpcos t o几种不同的模拟调制方式假定所有调制系统在接收机输入端具有相等的信号功率，且加性噪声都是均值为0、双边功率谱密度为/2的高斯白噪声，基带信号带宽为，

10、在所有系统都满足稗=0 « 3 （r） = 卜叽g=1例如，加（力为正弦型信号。综合前面的分析，可总结各种模拟调制方式的信号带宽、 制度增益、输出信噪比、设备（调制与解调）复杂程度、主要应用等如表所示。表中 还进一步假设了 AM为100%（制。表调制方工（信号带宽制度增益设备复杂度主要应用DSB%2.%。巾等要求相干 解调，常与DSB 信号一起传输一 个小导频点对点的专用 通信，低带宽 信号多路复用 系统SSB1显 绚力较大：要耕目干 解调，调制器也 较复杂短波无线电广 播，话音频分 多路通信VSB略人于九近似£犯近似4SB较大；要求相干 解调，调制器需 要时称浦彼数据传输

11、F商 用电视广播AM2 A2I1- -e*3%较小调制与解 调包络检波）简 单中短波无线电 广播FM2 + DZw3曷（超广 + 士）3.国 一德：2 '公/福中等调制器有 点复杂，解调器 较简单微波巾继、超 短波小功率电 台（窄带）$ 卫星逋信、调 颛立体声广播（宽带）几种模拟调制的性能比较就抗噪性能而言，WBFMDSB SSB VS以之,AMR差。NBFMf AMg近。示出了各种模拟调制系统的性能曲线， 图中的圆点表示门限点。门限点以下，曲线迅速下跌；门限点以上，DSB SSB的信噪比比AM高以上，而 FM（=6）的信噪比比AM® 22dB0就频带利用率而言，SSB最女？

12、，VSBt SSB接近，DSB AM NBFMC之，WBFlMt几种模拟调制的特点及应用AM 调制的优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差，信号带 宽较宽，频带利用率不高。因此，AM制式用于通信质量要求不高的场合，目前主要 用在中波和短波的调幅广播中。DSB调制的优点是功率利用率高，但带宽与 AM相同，频带利用率不高，接收要 求同步解调，设备较复杂。只用于点对点的专用通信及低带宽信号多路复用系统。SSB调制的优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰 落能力均优于AM而带宽只有AM的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。 SSB制式 普遍用在频带比较拥挤的场合，如短波

13、波段的无线电广播和频分多路复用系统中。VSB调制性能与SSB相当，原则上也需要同步解调，但在某些 VSB系统中，附 加一个足够大的载波，形成（VSB+C合成信号，就可以用包络检波法进行解调。这 种（VSB+C方式综合了 AM SS刑DS屋者的优点。所以VS*E数据传输、商用电 视广播等领域得到广泛使用。FM波的幅度恒定不变，这使得它对非线性器件不甚敏感，给FM带来了抗快衰落能力。利用自动增益控制和带通限幅还可以消除快衰落造成的幅度变化效应。这些特点使得NBFM寸微波中继系统颇具吸引力。WBFMJ抗干扰能力强，可以实现带宽与信 噪比的互换，因而WBFMT泛应用于长距离高质量的通信系统中，如空间和

14、卫星通信、 调频立体声广播、短波电台等。 WBFM勺缺点是频带利用率低，存在门限效应，因此 在接收信号弱、干扰大的情况下宜采用NBFM这就是小型通信机常采用 NBFM勺原因。第4章AM,FM,PM的调制仿真AM的调制仿真理想状态下的AM调制仿真图调制信号的时域波形图载械此时城沌甲3避肯号的时时域波10图 4.3理想状态下的已调信号的时域和频谱图含噪声情况下的AM调制仿真4叠加后的调制唱号的域波形4 NIIIIII00020.040.0G0,080.10.12图叠加噪声以后的已调信号的的时域和频谱图理想状态下的FM调制仿真国制恰勺的日a国It nr图 调制信号、载波以及已调信号的时域波形图图调制

15、信号和已调信号的频谱图调制信号的射揖浮时机无唯小条件号的时“国Hint 元喝声条件下己词信号的时埔图图调制信号、无噪声情况下的已调信号和解调信号时域图含噪声情况下的FM调制仿真小信噪比为10,大信口比为30周制哨弓r：河域困厂旧1七问图 调制信号、含大信噪比高斯白噪声情况下的已调信号和解调信号时域图PM的调制仿真写图制信号的时域里已调信号的帧谱图时0044-0.1-0 0500.050 1时间t题率f第调后信号的时域被而时间t第5章心得体会通过这一次课程设计，我了解很多关于专业的知识，以前每次学这些知识时，总 是不知道这些东西具体拿来有什么用， 现在才知道，几个短短输入信号，在有了一个 简单的

16、电路流程后，就能仿真成我们生活中很多常见的东西。 总的来说，这次课程设 计过程还是比较愉快轻松的，虽然中间有过一些困难，但是在老师与同学的指点下我 还是渡过了，在这里我要谢谢帮助我的老师和同学。参考文献1 樊昌信.通信原理(第6版).国防工业出版社，2006, 092 黎洪松.数字通彳t原理.西安电子系科技大学出版社，2005, 073 任嘉伟.数字频带通信系统计算机仿真J.电脑知识与技术，2008, 074 吕跃广通信系统仿真.电子工业出版社，5 席在芳等 基于SIMULINK的现代通信系统仿真分析J.系统仿真学报2006,18(10)AM :fm=100;fc=500;fs=5000;Am

17、=1;A=2;N=512;K=N-1;n=0:N-1;t=(0:1/fs:K/fs);yt=Am*cos(2*pi*fm*t);figure(1)subplot(1,1,1),plot(t,yt),title('调制信号 f1 的时时域波');y0=A+yt ;y2=y0.*cos(2*pi*fc*n/fs);y3=fft(y2,N);% fft 变换q1=(0:N/2-1)*fs/N;mx1=abs(y3(1:N/2);figure(2)subplot(2,1,1);plot(t,y2);title('已调信号的时时域波);subplot(2,1,2);plot(q1

18、,mx1);title('f1已调信号的频谱');yc=cos(2*pi*fc*t);figure(3)subplot(2,1,1),plot(t,yc),title('N=512;n=0:N-1;yc1=Am*cos(2*pi*fc*n/fs);y3=fft(yc1,N);q=(0:N/2-1)*fs/N;mx=abs(y3(1N2);figure(3)subplot(2,1,2),plot(q,mx),title('% 绘图载波fc时域波形')载波fc频谱')y4=*randn(1,length(t);% 用 RAND胪生高斯分布序列w=y4

19、.A2;%噪声功率figure(4)subplot(2,1,1);plot(t,y4);title('高斯白噪声时域波形')y5=fft(y4,N);q2=(0:N/2-1)*fs/N;mx2=abs(y5(1:N/2);subplot(2,1,2),plot(q2,mx2),title('高斯白噪声频域波形')y6=y2+y4;figure(5)subplot(2,1,1),plot(t,y6),title('叠加后的调制信号时域波形')q3=q1;mx3=mx1+mx2;subplot(2,1,2),plot(q3,mx3),title(&#

20、39;叠加后的调制信号频谱波形')%调制yv=y6.*yc; %乘以载波进行解调Ws=yv.A2;p1=fc-fm;k,Wn,beta,ftype=kaiserord(p1 fc,1 0, ,fs); %Fir数字低通滤波window=kaiser(k+1,beta); % 使用 kaiser 窗函数 b=fir1(k,Wn,ftype,window,'noscale'); %使用标准频率响应的加窗设计函数yt=filter(b,1,yv);yssdb=yt.*2-2;figure(6)subplot(2,1,1),plot(t,yssdb),title('y9

21、=fft(yssdb,N);q=(0:N/2-1)*fs/N;mx=abs(y9(1:N/2);subplot(2,1,2),plot(q,mx),title('ro=y9-yt;W=(yt.A2).*(1/2);R=W/wr=W/roG=r/Rfm：dt=;%t=0:dt:;am=5;%fm=5;%mt=am*cos(2*pi*fm*t);fc=50;%经过低通已调信号的时域波形采样')经过低通已调信号频域波形')%解调设定时间步长% 产生时间向量设定调制信号幅度设定调制信号频率%生成调制信号设定载波频率生成载波设定调频指数求信号m（t）的积分调制，产生已调信号调制信

22、号设定信躁比（小信噪比）设定信躁比（大信噪比）设定信躁比（无信噪比）计算对应的高斯白躁声的方差生成高斯白躁声生成含高斯白躁声的已调信号（信接受信号通过微分器处理变换，求绝对值得到瞬时ct=cos(2*pi*fc*t);%kf=10;%int_mt=0;for i=1:length(t)-1int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt;%end%sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); %0甘*添力口高斯白噪声 *sn1=10;%sn2=30;%sn=0;%db=amA2/(2*(10A(sn/10);%n=sqrt(db)*randn(size

23、(t);%nsfm=n+sfm;%号通%过信道传输)%*%*FM 解调 *for i=1:length(t)-1%diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i)./dt;enddiff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm); %hilbert幅度(包络检波)zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diffnsfmn1=diffnsfmn-zero;*时域到频域转换*ts=;%fs=1/ts;%df=;%换%寸，它表示FFT的最小频率间隔%*对调制信号m(t)求傅里叶变换*m=am*cos(2*pi*fm*t);%f

24、s=1/ts;if nargin=2抽样间隔抽样频率所需的频率分辨率，用在求傅里叶变原调信号n1=0;elsen1=fs/df;endn2=length(m);n=2A(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2);M=fft(m,n);m=m,zeros(1,n-n2);df1=fs/n;%傅里变换M=M/fs;%f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2;%以上程序是对调制后的信号u求缩放，便于在频铺图上整体观察时间向量对应的频率向量%* 对已调信号u求傅里变换*fs=1/ts;if nargin=2n1=0;elsen1=fs/df;endn2=lengt

25、h(sfm);n=2A(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2);U=fft(sfm,n);u=sfm,zeros(1,n-n2);df1=fs/n;%以上是对已调信号u求傅里变换U=U/fs;%缩放%*%*disp('按任意键可以看到原调制信号、载波信号和已调信号的曲线,)pause*figure(1)*figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,mt);xlabel('时间 t');title(' 调制信号的时域图');subplot(3,1,2);plot(t,ct);xlabel('时间 t')

26、;title(' 载波的时域图');subplot(3,1,3);plot(t,sfm);xlabel('时间 t');title(' 已调信号的时域图');%绘制调制信号的时域图%绘制载波的时域图%绘制已调信号的时域图%*disp（'按任意键可以看到原调制信号和已调信号在频域内的图形'）pause*figure(2)*figure(2)将FFT中的DC分subplot(2,1,1)plot(f,abs(fftshift(M)%fftshift:量移到频谱中心xlabel(' 频率 f)title(' 原调制信号的

27、频谱图')subplot(2,1,2)plot(f,abs(fftshift(U)xlabel('频率 f)title('已调信号的频谱图')%*disp('按任意键可以看到原调制信号、无噪声条件下已调信号和解调信号的曲线') pause %*figure(3)*绘制调制信号的时域图figure(3) subplot(3,1,1);plot(t,mt);xlabel('时间 t');title(' 调制信号的时域图');subplot(3,1,2);plot(t,sfm);绘制已调信号的时域图xlabel('

28、;时间 t');title('无噪声条件下已调信号的时域图');接受信号通过微分器处理nsfm=sfm;for i=1:length(t)-1diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i)./dt;diff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm); %hilbert幅度(包络检波)变换，求绝对值得到瞬时zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zero;subplot(3,1,3);%绘制无噪声条件下解调信号的时域图plot(1:length(dif

29、f_nsfmn1)./1000,diff_nsfmn1./400,r,);xlabel('时间 t');title（,无噪声条件下解调信号的时域图,）;0/严 *disp（'按任意键可以看到原调制信号、小信噪比高斯白噪声条件下已调信号和解调信号已调信号的曲线,）*figure(4)*figure(4)subplot(3,1,1);plot(t,mt);xlabel('时间 t');title(,调制信号的时域图,);db1=amA2/(2*(10A(sn1/10);%声的方差n1=sqrt(db1)*randn(size(t);%nsfm1=n1+sfm

30、;%号通%过信道传输)for i=1:length(t)-1%绘制调制信号的时域图计算对应的小信噪比高斯白躁生成高斯白躁声生成含高斯白躁声的已调信号（信接受信号通过微分器处理pausediff_nsfm1(i)=(nsfm1(i+1)-nsfm1(i)./dt;变换，求绝对值得到瞬时绘制含小信噪比高斯白噪声已调信diff_nsfmn1 = abs(hilbert(diff_nsfm1); %hilbert幅度(包络检波)zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn1-zero;subplot(3,1,2);plot

31、(1:length(diff_nsfm),diff_nsfm); %号的时域图xlabel('时间 t');title（'含小信噪比高斯白噪声已调信号的时域图'）;subplot（3,1,3）;%绘制含小信噪比高斯白噪声解调信号的时域图plot(1:length(diff_nsfmn1)./1000,diff_nsfmn1./400,'r');xlabel('时间 t');title('含小信噪比高斯白噪声解调信号的时域图');0/严 *disp（'按任意键可以看到原调制信号、大信噪比高斯白噪声条件下已调信

32、号和解调信号已调信号的曲线'）pause*figure(5)*figure(5)subplot(3,1,1);plot(t,mt);xlabel('时间 t');title('调制信号的时域图');db1=amA2/(2*(10A(sn2/10);%声的方差n1=sqrt(db1)*randn(size(t);%nsfm1=n1+sfm;%绘制调制信号的时域图计算对应的大信噪比高斯白躁生成高斯白躁声生成含高斯白躁声的已调信号（信号通过信道传输）接受信号通过微分器处理for i=1:length(t)-1diff_nsfm1(i)=(nsfm1(i+1)-

33、nsfm1(i)./dt;enddiff_nsfmn1 = abs(hilbert(diff_nsfm1);%hilbert变换，求绝对值得到瞬时幅度（包zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn1-zero;subplot(3,1,2);绘制含大信噪比高斯白plot(1:length(diff_nsfm1),diff_nsfm1);噪声已调信号%勺时域图xlabel(' 时间 t');title（'含大信噪比高斯白噪声已调信号的时域图'）;subplot(3,1,3);绘制含大信

34、噪比高斯白噪声解调信号%勺时域图plot(1:length(diff_nsfmn1)./1000,diff_nsfmn1./400,'r');xlabel('时间 t');title（'含大信噪比高斯白噪声解调信号的时域图'）;PM function v,phi=env_phas(x,ts,f0)if nargout=2%nargout为输出变数的个数z=loweq(x,ts,f0);产生调制信号的正交分量phi=angle(z);%angle是对一个复数求相角的函数function M,m,df=fftseq(m,ts,df)fs=1/ts;i

35、f nargin=2 n1=0;%nargin为输入参量的个数else n1=fs/df;endn2=length(m);n=2A(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2);%nextpow2(n)取n最接近的较大2次幕M=fft(m,n);%M为信号m勺傅里叶变换，n为快速傅里叶变换的点数，及基n-FFT变换m=m,zeros(1,n-n2);构建新的mW号df=fs/n;重新定义频率分辨率function x1=loweq(x,ts,f0)t=0:ts:ts*(length(x)-1);z=hilbert(x);希尔伯特变换对的利用-通过实部来求虚部产生信号z的正交分量,%t程序t0=;%ts=;%fs=1/ts;%fc=300;%t=-t0/2:ts:t0/2;kf=100;%df=;%x1=z.*exp(-j*2*pi*f0*t);%并将z信号与它的正交分量加在一起信号的持续时间，用来定义时间向量抽样间隔抽样频率载波频率,fc可以任意改变时间向