课程设计报告AMFMPM实现及性能比较.docx
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课程设计报告AMFMPM实现及性能比较
课程设计说明书
学生姓名:
学号：
学院:
信息工程学院
班级:
通信081
题目:
AM、FM、PM实现及性能比较
指导教师：
职称:
教
2011年7月10日
一、设计目的：
1别离设计AM，FM，PM调制与解调通信系统，别离在理信道和非理想信道中运行，并得出仿真结果，分析比较三种不同的调制方式所存在的不同。
2熟悉MATLAB文件中M文件的利用方式，包括函数、原理和方式的应用。
3增强在通信原理仿真方面的动手能力与自学能力。
二、设计内容和实验要求
4系统建模
5确信仿真算法
6成立仿真模型
7设计仿真程序
8运行仿真程序
9输出仿真结果并进行分析
三、模拟通信系统简介
通信系统是为了有效靠得住的传输信息，信息由信源发出，以语言、图像、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1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:
滤除信号频带之外的噪声，一样设N（t）为高斯白噪声,则Ni（t）为窄带白噪声。
，FM,PM调制原理
3.1.1AM调制原理
幅度调制是用调制信号去操纵高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律转变的进程。
幅度调制器的一样模型如图所示。
图幅度调制模型
在图2-1中，若假设滤波器为全通网络（＝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（AM）调幅.AM调制器模型如图2-2所示
图AM调制模型
AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故用包络检波的方式很容易恢恢复始调制信号。
但为了保证包络检波时不发生失真，必需知足，不然将显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份为上边带，不画斜线的部份为下边带）。
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，不管是上边带仍是下边带，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，它的带宽信号带宽的两倍。
3.2.2FM调制原理
频率调制的一样表达式[1]为：
（2-1）
FM和PM超级相似，若是预先不知道调制信号的具体形式，则无法判定已调信号是调频信号仍是调相信号。
图2-3
图2-4
图（2-3）所示的产生调频信号的方式称为直接调频法，图（2-4）所示的产生调频信号的方式称为间接调频法[4]。
由于实际相位调制器的调剂范围不可能超出，因其间接调频的方式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。
依照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（WBFM）与窄带调频（NBFM）。
宽带与窄带调制的区分并无严格的界限，但通常以为由调频所引发的最大瞬时相位偏移远小于30°时，
（2-2）
称为窄带调频。
不然，称为宽带调频。
为方便起见，无妨假设正弦载波的振幅A＝1，则由式（2-1）调频信号的一样表达式，得
=（2-3）
通过化解，利用傅立叶转变公式可得NBFM信号的频域表达式：
（2-4）
在NBFM中，由于下边频为负，因此合成矢量不与载波同相，而是存在相位偏移，当最大相位偏移知足式（2-2）时，合成矢量的幅度大体不变，如此就形成了FM信号。
图2-5NBFM信号频谱
3.2.3PM调制原理
在模拟调制中，一个持续波有三个参数能够用来携带信息而组成已调信号。
当幅度和频率维持不变时，改变载波的相位使之随未调信号的大小而改变，这确实是调相的概念。
角度调制信号的一样表示形式为：
S（t）=Acos[ωt+φ（t）]
式中，A是载波的恒定振幅；[ωt+φ（t）]是信号的瞬时相位，而φ（t）称为瞬时相位偏移；d[ωt+φ（t）]/dt为信号的瞬时频率，而dφ（t）/dt称为瞬时频率偏移，即相关于ω的瞬时频率偏移。
设高频载波为u=Ucosωt，调制信号为UΩ（t），则调相信号的瞬时相位
φ（t）=ω+KUΩ（t）
瞬时角频率ω（t）==ω+K
调相信号u=Ucos［ωt+KuΩ（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：
S（t）=Acos[ωt+Kf（t）+φ]
那个地址K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紧密的关系，咱们明白相位与频率有如下关系式：
ω==ω+Kf（t）
φ（t）=ωt+K
因此在调相时能够先将调制信号进行微分后在进行频率调制，如此等效于调相，此方式称为间接调相，与此相对应，上述方式称为直接调相。
调相信号的产生如图2-6所示：
图2-6PM调相信号的产生
实现相位调制的大体原理是使角频率为ω的高频载波u（t）通过一个可控相移网络,此网络产生的相移Δφ受调制电压uΩ（t）操纵,知足Δφ=KuΩ（t）的关系,因此网络输出确实是调相信号，可控相移网络调相原理图如图2-7所示：
图2-7可控相移网络调相原理图
四、几种调制方式间的比较
与FM的比较
FM
（1）瞬时频率：
（2）瞬时相位：
（3）最大频偏：
（4）最大相位：
⑸表达式：
PM
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，在所有系统都知足
例如，为正弦型信号。
综合前面的分析，可总结各类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、要紧应用等如所示。
表中还进一步假设了AM为100%调制。
几种模拟调制的性能比较
就抗噪性能而言，WBFM最好，DSB、SSB、VSB次之，AM最差。
NBFM与AM接近。
图3-33示出了各类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高22dB。
就频带利用率而言，SSB最好，VSB与SSB接近，DSB、AM、NBFM次之，WBFM最差。
几种模拟调制的特点及应用
AM调制的优势是接收设备简单；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，目前要紧用在中波和短波的调幅广播中。
DSB调制的优势是功率利用率高，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调制的优势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堵的场合，如短波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，就能够够用包络检波法进行解调。
这种（VSB+C）方式综合了AM、SSB和DSB三者的优势。
因此VSB在数据传输、商用电视广播等领域取得普遍利用。
FM波的幅度恒定不变，这使得它对非线性器件不甚灵敏，给FM带来了抗快衰落能力。
利用自动增益操纵和带通限幅还能够排除快衰落造成的幅度转变效应。
这些特点使得NBFM对微波中继系统颇具吸引力。
WBFM的抗干扰能力强，能够实现带宽与信噪比的互换，因此WBFM普遍应用于长距离高质量的通信系统中，如空间和卫星通信、调频立体声广播、短波电台等。
WBFM的缺点是频带利用率低，存在门限效应，因此在接收信号弱、干扰大的情形下宜采纳NBFM，这确实是小型通信机常采纳NBFM的缘故。
五、matlab生成图像
AM
FM
PM
程序清单：
AM：
fm=100;
fc=500;
fs=5000;
Am=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（'频率为3000的调制信号f1的不时域波'）;
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（'已调信号的不时域波'）;
subplot（2,1,2）;
plot（q1,mx1）;
title（'f1已调信号的频谱'）;%画图
yc=cos（2*pi*fc*t）;
figure（3）
subplot（2,1,1）,plot（t,yc）,title（'载波fc时域波形'）
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（1:
N/2））;
figure（3）
subplot（2,1,2）,plot（q,mx）,title（'载波fc频谱'）
y4=*randn（1,length（t））;%用RANDN产生高斯散布序列
w=y4.^2;%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（'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.^2;
p1=fc-fm;
[k,Wn,beta,ftype]=kaiserord（[p1fc],[10],[],fs）;%Fir数字低通滤波
window=kaiser（k+1,beta）;%利用kaiser窗函数
b=fir1（k,Wn,ftype,window,'noscale'）;%利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（'经太低通已调信号的时域波形采样'）
y9=fft（yssdb,N）;
q=（0:
N/2-1）*fs/N;
mx=abs（y9（1:
N/2））;
subplot（2,1,2）,plot（q,mx）,title（'经太低通已调信号频域波形'）%解调
ro=y9-yt;
W=（yt.^2）.*（1/2）;
R
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