AM调制与非相干解调系统仿真.docx

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AM调制与非相干解调系统仿真

AM调制与非相干解调

摘要：

本实验利用Simulink仿真，模拟产生AM调制信号，并使该调制信号通过高斯白噪声信道。

利用非相干解调（包络检波）法进行解调，最终还原出基带信号。

并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设置的系统性能。

关键字：

Simulink仿真；AM信号；调制；非相干解调；高斯白噪声

Ammodulationandcoherentdemodulation

Abstract:

ThisexperimentusingSimulinksimulation,simulationofthegenerationofAMmodulationsignal,andthemodulatedsignalthroughtheGausswhitenoisechannel.Useofnoncoherentdemodulation（demodulation）methodfordemodulation,ultimatelyreducingthebasebandsignal.Andtherunningsimulationresultsareinputtothedisplay,accordingtoshowtheresultsofthesystemperformance.

Keywords:

SimulinkAMsimulation;signal;modulation;coherentdemodulation;Gausswhitenoise

一、引言

通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。

消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息（Message）。

消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。

所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。

所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。

二、设计原理

1．AM调制与非相干解调原理

AM是指对信号进行幅度调制。

一般做法就是先在原信号上叠加一个直流信号，以保证信号m（t）+A>0然后乘上一个高频的余弦信号，即得到Sm（t）=[m（t）+A]coswt

在频域上的效果就是将原信号的频谱移动到w处，以适合信道传输的最佳频率范围。

Sm（t）的包络线即m（t）+A,用一个简单的包络检测电路就可以接收并还原信号了。

图1AM信号调制器

图中用加法器将一基带信号m（t）与一直流分量A相加，之后再与载波相乘产生调幅信号Sm（t）。

其时域表达式为：

式中A为外加的直流分量。

AM信号的频谱为：

图2是AM信号的波形图和AM信号的频谱图。

包含了基带信号的波形图、载波信号的波形图以及调制信号的波形图、基带信号和调制信号的包络线。

若m（t）为随机信号，则已调信号的频域表示必须用功率谱描述。

由波形可以看出，当满足条件：

时，AM波的包络与调制信号m（t）的形状完全一样，因此，用包络检波的方法很容易恢复出原始调制信号；如果上述条件没有满足，就回出现“过调幅”现象，这时用包络检波方法会发生失真。

但是，可以采用其他的调解方法，如同步检波。

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，即：

解调方式：

非相干解调（包络检波）法

设解调器输入信号：

式中：

图2AM信号的频谱

解调器输入信号功率和噪声功率分别为

检波器输入端信号与噪声混合波形，即式中

解调是调制的逆过程。

信号解调的方法包括两种，相干解调（同步检波）与非相干解调（包络检波）。

解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。

我设计的AM信号的解调方法是非相干解调（包络检波）。

AM信号在满足

的条件下，其包络与解调信号

的形状完全一样。

因此，AM信号除了可以采取相干解调之外，一般都采用简单的包络检波来恢复信号。

设解调器的输入信号为

，载波为

，非相干解调器的一般模型图如2-5所示：

图3AM非相干解调（包络检波）模型图

包络检波器通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。

设输入信号是AM信号

隔去直流后可得到原信号

三、设计仿真模型

1.AM信号调制与非相干解调仿真

仿真图如图4所示：

图4AM信号调制与非相干解调模型

图4是AM信号在理想状态下（即无噪声源干扰）的调制与非相干解调的一般模型。

其中Abs为全波整流器、AnalogFilterDesign为低通滤波器、PowerSpectralDensity是求信号的频谱图、Scope为示波器。

参数设置如下：

图5基带信号的参数设置

图6低通滤波器参数设置

图7载波的参数设置

基带信号加一直流分量之后与载波相乘之后得到调制信号，其载波信号波形、基带信号波形、调制信号波形以及解调信号波形如图8所示：

图8示波器的波形

2．信道中加入高斯噪声

所谓高斯白噪声是指由于热噪声是由大量自由电子的运动产生的，其统计特性服从高斯分布的这类热噪声。

图9是加入高斯白噪声的模型，在调制信道与非相干解调信道之间，加入高斯白噪声，将调制信号与白噪声相加即可。

再进行非相干解调。

仿真图如图9所示

图9加入高斯白噪声的AM信号调制与非相干解调模型

参数设置如下：

图10高斯噪声参数设置

加入高斯白噪声后，输出信号波形图如图11所示

图11加入方差为1高斯噪声的波形

在无噪声源干扰的情况下基带信号、调制信号及解调信号的频谱图分别如图12、13、14所示：

图12基带信号频谱

图13调制信号频谱

图14解调信号频谱

四、结论

AM调制的方法是将基带信号加上一个直流分量最后与载波相乘后，即可产生AM调制信号。

而非相干解调的方法是将AM调制信号与载波相乘后通过全波整流器和低通滤波器即可恢复原始信号。

若加入噪声，则是将AM待调试信号与噪声源相加，再进行非相干解调的步骤即可。

加入方差为1的高斯噪声后的波形图和不加入高斯噪声的波形图还是有一定区别的。

比较图8与图11知，在加入方差为1的高斯噪声时，噪声对信号的影响不大，解调出来的信号基本上能与基带信号保持同样的幅度和频率。

五、心得体会

这次作业不仅使我学会了MATLAB/Simulink通信系统仿真的基本方法和步骤，了解了如何用MATLAB/Simulink这个仿真软件进行AM调制与非相干解调系统的设计，还对原来所学的调制与解调相关知识进行了巩固。

这对于后续的通信方向课程的学习必将带来很大的好处。

通过这次的作业，我了解到了做任何事都要有耐心、更是要细心做事。

这次的作业让我意识到自己的原理知识还是不够好，在今后的学习中需要更努力的学习课本的专业知识，才能更好的服务于实践中。

参考文献：

[1]樊昌信、曹丽娜：

《通信原理》[M]，北京国防工业出版社，2006

[2]张德丰：

《matlab通信工程仿真》[M]，机械工业出版社

[3]张葛祥：

《matlab仿真技术与应用》[M]，清华大学出版社

[4]黄忠霖、黄京：

《控制系统matlab计算及仿真》[M]，国防工业出版社