信号与通信综合设计项目报告——AM调制与解调系统的设计.docx

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1、信号与通信综合设计项目报告题目：M调制与解调系统的设坦摘要随着社会越来越进步，科学技术的不断更新，在信号和模拟电路中经常要用到调制与解调，而AM的调制与解调是最基本的，也是经常用到的。用AM调制与解调可以在电路里面实现很多功能，制造出很多有用有实惠的电子产品，为我们的生活带来便利，在我们日常生活中使用的收音机也是采用了AM调制方式。本此课设的研究内容是了解AM信号的数字模型及调制方式以及其解调的方法。不同的解调方法下产生不同的解调结果。先从AM的调制进行研究，明白它的功能及运用。其次研究AM的解调以及它的功能和运用。在MAT1.AB中显示调制信号和已调信号的波形与频谱，观察信号调制前后的变化。

2、关键词：MAT1.AB；AM信号；调制与解调；摘要II目录III1.设计目的及内容11.1 课程设计目的11.2 FjCt,12 .课程设计基本原理22. 1AM调制原理23. 2基本原理33 .课程设计与仿真61 .1课程设计63 .2仿真结果分析7参考文献12f131 .设计目的及内容设计一个模拟系统，实现AM调制与解调，通过MAT1.AB仿真了解AM的工作原理，再根据给定的技术指标通过程序设计实现系统仿真。用MAT1.AB产生一个频率为20HZ的信号源，让载波频率为150Hz,A=2,仿真出：己调信号、正常调幅状态、临界调幅状态、过调幅状态及解调信号。1.1 课程设计目的本次课程设计的内

3、容是利用MAT1.AB研究AM调制与解调模拟系统的理论设计和软件仿真方法。通过完成本次课程设计，主要达到以下几个目的：1 .掌握模拟系统AM调制与解调的原理；2 .掌握AM调制与解调模拟系统的理论设计方法；3 .掌握应用MAT1.AB分析系统时域、频域特性的方法，进一步锻炼应用MAT1.AB进行编程仿真的能力。1.2 课程设计内容振幅调制，也可简称为调幅，AM（AmplitudeMOehIIatiOn）,通过改变输出信号的振幅，来实现传送信息的目的，一般在调制端输出的高信号的幅度变化与原始信号成一定的函数关系，在解调端进行解调并输出原始低频信号。并且利用MAT1.AB仿真出不同状态下的波形与频

4、谱。分为以下三种状态：1 .正常调幅状态下的波形与频谱（AnKAO）；2 .临界调幅状态下的波形与频谱（Am=AO）；3 .过调幅状态下的波形与频谱（AmA0）。2 .课程设计基本原理调制就是对信号源的信息进行处理，使其变为适合于信道传输的形式的过程，一般来说，信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号，调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则

5、是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接受者（也成为信宿）处理和理解的过程。2.1 AM调制原理AM调制采用集电极调幅，所谓的集电极调幅就是用调制信号来改变高频功率放大器的集电极直流电压，以实现调幅。其中的载波可以是正弦波或脉冲序列，以正弦型信号作载波的调制叫做连续波调制，调制后的载波就载有调制信号所包含的信息，称为已调波。幅度调制使用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按照调制信号的规律而变化的过程。幅度调制的一般模型如图2.1所示。图2.1幅度调制的一般模型AM信号的典型波形和频谱如图2.2所示，调幅信号振幅在载波振幅上、下按调制信号规律变化，并且使调制信号频谱不失真地搬移到载频g的两侧，含

6、有载频和上、下边频分量。图2.2AM信号的波形与频谱Aftw2. 2基本原理(1) AM调制的基本原理：AM调制是指对信号进行幅度调制，而幅度调制是正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程，如图2.3所示为AM调制器的模型，将调制信号加上一个直流分量，保证信号的最小值大于零，然后再和载波相乘，得到己调信号。在波形上，幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而成正比的变化；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)。幅度调制信号可以表示成m(t)。对于AM来说m(t)是带有直流分量的基带信号，可以表示成m0与m(t)之和，Tno是m(t)的直流分量，11h()是表示消

7、息变化的交流分量。则Sj4zn(t)=m(t)+A0cos(ct)o(2) AM解调的基本原理:AM调幅解调的时候可以采用相干解调，解调就是调制的逆过程，实现频谱搬移，将已调信号乘以载波后通过低通滤波器并在幅度上做一定调整即可恢复出原来的调制信号。另外AM信号在满足m(t)r11以m0条件下，也可以采用包络检波法。包络检波器通常由整流器和低通滤波器组成。与相干解调不同的是，包络检波不需要幅度修正。相干解调也叫同步检波，它由乘法器和低通滤波器组成，如图2.4所示。其中，乘法器是指将解调后的调幅信号与本地载波信号输入乘法器，生成一个包含原基带信号的信号；低通滤波器是指将乘法器输出的信号通过一个低通

8、滤波器得出解调后的信号。1.PFC(C)=cosct图24相干解调器的一般模型同时相干解调适用于所有线性调制信号的解调。实现相干解调的关键是在接收端恢复出一个调制载波严格同步的相干载波，相干解调是指利用乘法器输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘，恢复出载波性能的好坏，直接关系到接收机解调性能的优势。如图2.5所示为解调电路的组成框图。图2.5解调电路的组成框图在现代科技中，乘法器是非常重要的一种电子元件，它可以实现数字信号的乘法运算，广泛应用于各种计算机、通信、控制等领域。乘法器是一种数字电路，它的主要作用是实现数字信号的乘法运算。在乘法器中，输入信号经过一系列的逻辑门电路处理后

9、，输出结果为两个输入信号的乘积。乘法器的基本原理可以用以下公式表示：AXB=C其中，A和B为输入信号，C为输出结果。乘法器的工作原理可以分为两种类型：串行和并行。串行乘法器是将两个输入信号分别进行位移和加法运算，最终得到输出结果。而并行乘法器则是将两个输入信号分别进行分解和加法运算，最终得到输出结果。两种类型的乘法器均采用逻辑门电路实现，具体实现方式有多种。根据乘法器的不同实现方式，可以将其分为以下几种类型：a.串行乘法器串行乘法器是一种最简单的乘法器，它采用逐位相乘的方式实现。串行乘法器的输入信号经过位移和加法运算后，得到输出结果。串行乘法器的优点是结构简单，适合于低速应用。但是，由于其逐位

10、相乘的方式，其速度较慢，不适合于高速应用。b.并行乘法器并行乘法器是一种较为复杂的乘法器，它采用分解和加法运算的方式实现。并行乘法器的输入信号分别进行分解，然后进行加法运算，得到输出结果。并行乘法器的优点是速度快，适合于高速应用。但是，由于其结构较为复杂，相对于串行乘法器来说，成本较局。c.Booth乘法器Booth乘法器是一种改进的串行乘法器，它采用位移和加减运算的方式实现。Booth乘法器的输入信号经过位移和加减运算后，得到输出结果。BOOth乘法器的优点是速度快，适合于高速应用。但是，由于其结构较为复杂，相对于串行乘法器来说，成本较高。d.Wallace树乘法器Wallace树乘法器是一

11、种改进的并行乘法器，它采用分解和加法运算的方式实现。Wallace树乘法器的输入信号分别进行分解,然后进行加法运算,得到输出结果。WaIIaCe树乘法器的优点是速度快，适合于高速应用。但是，由于其结构较为复杂，相对于串行乘法器来说，成本较高。总之，乘法器是一种非常重要的电子元件，广泛应用于各种计算机、通信、控制等领域。随着科技的不断发展，乘法器的结构和性能也在不断改进和提高，为各种应用提供了更好的支持和保障。在本次课设中，应用了串行乘法器。3.课程设计与仿真3.1 课程设计(1) AM的调制设载波c(t)=Ac*cos(2011t),Ac=2,信源m(t)=Arn*cos(11t),Am=2,

12、载波频率为150。设调制信号m(t)的频谱为M(3),则该模型输出已调信号的时域和频域一般表达式为：sm(t)=m(tcosct*(t)1Srn(co)=M(+c)+M(ojc)H(（八）)式中，g为载波角频率，H()(t)o由以上两式可见，幅度已调信号在波形上，它的幅度随调制信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是调制信号频谱结构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。若滤波器”3)为全通网络，即九(t)=6(t),并假设调制信号m(t)的平均值为0.将沉(。叠加一个直流偏量AO后与载波相乘，即可形成调幅(AM)信号，其时域和频域表示式分别为SzIMQ

13、)Mo+m(t)cosct=A0cosct+mtcosct1SAM(3)=nA0(+c)+(-c)+5M(3+c)+M(3-c)式中，m(t)可以是确知信号，也可以是随机信号(此时，己调信号的频域表示必须用功率谱描述)，设载波信号为uc(t)=UCmCoS(j)=UCmCoS(2IfCt)，式中，3C=211fc,g为载波角频率，无为载波频率。令调制信号为%(t),因为调幅信号的振幅与调制信号成正比，所以可得调幅信号的振幅表达式为Um(t)=Ucm+kaUf2(t),其中心是由调制电路决定的比例常数。由于实现振幅调制后载波频率保持不变，因此可得调幅信号表达式为：UAMQ)=m(t)cos(ct

14、)=Ucm+kau(t)cos(ct)(2) AM解调设输入解调器的信号为：Sm(t)=A+m(t)cosct与相干载波相乘后，得：Sm(t)cosct=A+m(t)cosctcosct=A+m(t)cos2ct+1)=M+m(t)+Acos2ct+m(t)cos2ct经隔直电容和低通滤波器后，输出信号为：m。=刎信号功率为:So=mg(t)=W(t)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，如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。(3) 2仿真结果分析104已调信号频谱图II.II-500O500图3.1调制信号的波形与频谱如图3.1所示是调制信号的波形与频谱，采样频率为50Hz。幅度调制的特点是载波的频率始终保持不变，它的振幅却是变化的。对于己调信号则是由原信号与载波信号相乘的结果。由于正弦函数幅度均匀，故与载波相乘后，幅度分布也比较均匀。此时再对己调信号求取频谱，结果如图所示，证明了调制过程中有频谱的搬移。正常调幅(AmAO)351015f(Hz)_21.Q一1图3.4过调幅状