AM與FM性能的比較

1、 成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)專 業(yè)電子信息工程課程設(shè)計(jì)題目am與fm性能的比較評(píng)語(yǔ)組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?2015 年 3月 23日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué) 院信息科學(xué)與工程專 業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目am與fm性能的比較實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù): 利用matlab/simulink進(jìn)行編程和仿真，分別設(shè)計(jì)am與fm調(diào)制解調(diào)通信系統(tǒng)，并對(duì)am與fm調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，比較二者的性能優(yōu)劣及適應(yīng)環(huán)境工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:2015年 03月19 日 選題目查閱資料2015年 03月20 日 編寫軟件源程序或建立仿真模塊圖2015年 03月21 日 調(diào)試程序或仿真模型2015年 03月21 日

2、 性能分析及驗(yàn)收2015年 03月22 日 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告、答辯指導(dǎo)教師： 2015年 3月19日專業(yè)負(fù)責(zé)人：2015年 3月19日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：2015年 3月19日摘 要am是指調(diào)幅使高頻載波的振幅隨信號(hào)改變的調(diào)制，其中，載波信號(hào)的振幅隨著調(diào)制信號(hào)的某種特征的變換而變化。fm是指其基本特征是載波的振蕩幅度保持不變，振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)而變，就是高頻載波的頻率不是一個(gè)常數(shù)，是隨調(diào)制信號(hào)而在一定范圍內(nèi)變化的調(diào)制方式，其幅值則是一個(gè)常數(shù)。與其對(duì)應(yīng)的，調(diào)幅就是載頻的頻率是不變的，其幅值隨調(diào)制信號(hào)而變。本設(shè)計(jì)是通過(guò)matlab/simulink對(duì)am和fm進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，并在不同環(huán)境查看am與fm時(shí)

3、域與頻域波形，進(jìn)行比對(duì)，并得出仿真結(jié)果，分析比較兩種種不同的調(diào)制方式所存在的不同。關(guān)鍵詞: am；fm；調(diào)制解調(diào)；matlab;目 錄1 課程設(shè)計(jì)目的12 課程設(shè)計(jì)要求13 相關(guān)知識(shí)14 課程設(shè)計(jì)分析25 仿真46結(jié)果分析117參考文獻(xiàn)17181 課程設(shè)計(jì)目的（1）分別設(shè)計(jì)am，fm，調(diào)制與解調(diào)通信系統(tǒng)，分別在理信道和非理想信道中運(yùn)行，并得出仿真結(jié)果，分析比較兩種種不同的調(diào)制方式所存在的不同。（2）熟悉matlab文件中m文件的使用方法，包括函數(shù)、原理和方法的應(yīng)用。（3）增強(qiáng)在通信原理仿真方面的動(dòng)手能力與自學(xué)能力。2.課程設(shè)計(jì)要求（1）系統(tǒng)建模（2）確定仿真算法（3）建立仿真模型（4）設(shè)計(jì)仿真

4、程序（5）運(yùn)行仿真程序（6）輸出仿真結(jié)果并進(jìn)行分析3. 相關(guān)知識(shí)通信系統(tǒng)是為了有效可靠的傳輸信息，信息由信源發(fā)出，以語(yǔ)言、圖像、數(shù)據(jù)為媒體,通過(guò)電(光)信號(hào)將信息傳輸，由信宿接收。通信系統(tǒng)又可分為數(shù)字通信與模擬通信?；谡n程設(shè)計(jì)的要求，下面簡(jiǎn)要介紹模擬通信系統(tǒng)。信源是模擬信號(hào)，信道中傳輸?shù)囊彩悄M信號(hào)的系統(tǒng)為模擬通信。模擬通信系統(tǒng)的模型如圖3-1所示。圖3-1 模擬通信系統(tǒng)模型調(diào)制器: 使信號(hào)與信道相匹配, 便于頻分復(fù)用等。發(fā)濾波器: 濾除調(diào)制器輸出的無(wú)用信號(hào)。收濾波器: 濾除信號(hào)頻帶以外的噪聲，一般設(shè)n(t)為高斯白噪聲,則ni(t)為窄帶白噪聲。4. 課程設(shè)計(jì)分析4.1 am調(diào)制原理幅度調(diào)

5、制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化的過(guò)程。幅度調(diào)制器的一般模型如圖4-1所示。圖4-1 幅度調(diào)制模型在圖2-1中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（1），調(diào)制信號(hào)疊加直流后再與載波相乘，則輸出的信號(hào)就是常規(guī)雙邊帶（am）調(diào)幅 .am調(diào)制器模型如圖4-2所示圖4-2 am調(diào)制模型am信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。 但為了保證包絡(luò)檢波時(shí)不發(fā)生失真，必須滿足，否則將出現(xiàn)過(guò)調(diào)幅現(xiàn)象而帶來(lái)失真。am信號(hào)的頻譜是由載頻分量和上、下兩個(gè)邊帶組成（通常稱頻譜中畫(huà)斜線的部分為上邊帶，不畫(huà)斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相

6、同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無(wú)論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息。故am信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬信號(hào)帶寬的兩倍。4.2 fm調(diào)制原理 頻率調(diào)制的一般表達(dá)式4.1為： 4.1fm和pm非常相似，如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào)的具體形式，則無(wú)法判斷已調(diào)信號(hào)是調(diào)頻信號(hào)還是調(diào)相信號(hào)。4.24.3圖（2-3）所示的產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的方法稱為直接調(diào)頻法，圖（4.4）所示的產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的方法稱為間接調(diào)頻法。由于實(shí)際相位調(diào)制器的調(diào)節(jié)范圍不可能超出，因而間接調(diào)頻的方法僅適用于相位偏移和頻率偏移不大的窄帶調(diào)制情形，而直接調(diào)頻則適用于寬帶調(diào)制情形。 根據(jù)調(diào)制后載波瞬時(shí)相位偏移的大小，可將頻率調(diào)制分

7、為寬帶調(diào)頻（wbfm）與窄帶調(diào)頻（nbfm）。寬帶與窄帶調(diào)制的區(qū)分并無(wú)嚴(yán)格的界限，但通常認(rèn)為由調(diào)頻所引起的最大瞬時(shí)相位偏移遠(yuǎn)小于30時(shí)，4.4稱為窄帶調(diào)頻。否則，稱為寬帶調(diào)頻。 為方便起見(jiàn)，無(wú)妨假設(shè)正弦載波的振幅a1，則由式（4.1）調(diào)頻信號(hào)的一般表達(dá)式，得= 4.5通過(guò)化解，利用傅立葉變化公式可得nbfm信號(hào)的頻域表達(dá)式：（4.6） 在nbfm中，由于下邊頻為負(fù)，因而合成矢量不與載波同相，而是存在相位偏移，當(dāng)最大相位偏移滿足式4.2時(shí)，合成矢量的幅度基本不變，這樣就形成了fm信號(hào)。圖4-1 nbfm信號(hào)頻譜5.仿真5.1.matlab源程序代碼am fm=100;fc=500;fs=5000

8、;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(頻率為3000的調(diào)制信號(hào)f1的時(shí)時(shí)域波);y0=a+yt ;y2=y0.*cos(2*pi*fc*n/fs);y3=fft(y2,n);% fft 變換 q1=(0:n/2-1)*fs/n;mx1=abs(y3(1:n/2);figure(2)subplot(2,1,1);plot(t,y2);title(已調(diào)信號(hào)的時(shí)時(shí)域波);subplot(2,1,2);plot(q1,mx1)

9、;title(f1已調(diào)信號(hào)的頻譜); %繪圖yc=cos(2*pi*fc*t);figure(3)subplot(2,1,1),plot(t,yc),title(載波fc時(shí)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(載波fc頻譜)y4=0.01*randn(1,length(t);%用randn產(chǎn)生高斯分布序列 w=y4.2; %噪聲功率figure(4)subplot(2,1

10、,1);plot(t,y4);title(高斯白噪聲時(shí)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(高斯白噪聲頻域波形)y6=y2+y4;figure(5)subplot(2,1,1),plot(t,y6),title(疊加后的調(diào)制信號(hào)時(shí)域波形)q3=q1;mx3=mx1+mx2;subplot(2,1,2),plot(q3,mx3),title(疊加后的調(diào)制信號(hào)頻譜波形) %調(diào)制yv=y6.*yc; %乘以載波進(jìn)行解調(diào)ws=yv.2;p1=fc-fm;k,wn,be

11、ta,ftype=kaiserord(p1 fc,1 0,0.05 0.01,fs); %fir數(shù)字低通濾波window=kaiser(k+1,beta); %使用kaiser窗函數(shù)b=fir1(k,wn,ftype,window,noscale); %使用標(biāo)準(zhǔn)頻率響應(yīng)的加窗設(shè)計(jì)函數(shù)yt=filter(b,1,yv);yssdb=yt.*2-2;figure(6)subplot(2,1,1),plot(t,yssdb),title(經(jīng)過(guò)低通已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形采樣)y9=fft(yssdb,n);q=(0:n/2-1)*fs/n;mx=abs(y9(1:n/2);subplot(2,1,2),p

12、lot(q,mx),title(經(jīng)過(guò)低通已調(diào)信號(hào)頻域波形) %解調(diào) ro=y9-yt; w=(yt.2).*(1/2); r=w/w r=w/ro g=r/r fmdt=0.001; %設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)t=0:dt:1.5; %產(chǎn)生時(shí)間向量am=5; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)幅度f(wàn)m=5; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)頻率mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成調(diào)制信號(hào)fc=50; %設(shè)定載波頻率ct=cos(2*pi*fc*t); %生成載波kf=10; %設(shè)定調(diào)頻指數(shù)int_mt(1)=0;for i=1:length(t)-1 int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt; %求信號(hào)m(t

13、)的積分end %調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)信號(hào)sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); %調(diào)制信號(hào)添加高斯白噪聲sn1=10; %設(shè)定信躁比(小信噪比)sn2=30; %設(shè)定信躁比(大信噪比)sn=0; %設(shè)定信躁比(無(wú)信噪比)db=am2/(2*(10(sn/10); %計(jì)算對(duì)應(yīng)的高斯白躁聲的方差n=sqrt(db)*randn(size(t); %生成高斯白躁聲nsfm=n+sfm; %生成含高斯白躁聲的已調(diào)信號(hào)（信號(hào)通%過(guò)信道傳輸）fm解調(diào)for i=1:length(t)-1 %接受信號(hào)通過(guò)微分器處理 diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i

14、)./dt;enddiff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm); %hilbert變換，求絕對(duì)值得到瞬時(shí)幅度（包絡(luò)檢波）zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zero;時(shí)域到頻域轉(zhuǎn)換ts=0.001; %抽樣間隔fs=1/ts; %抽樣頻率df=0.25; %所需的頻率分辨率，用在求傅里葉變換時(shí)，它表示fft的最小頻率間隔對(duì)調(diào)制信號(hào)m(t)求傅里葉變換m=am*cos(2*pi*fm*t); %原調(diào)信號(hào)fs=1/ts;if nargin=2 n1=0;else n1=fs/df;e

15、ndn2=length(m);n=2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2);m=fft(m,n);m=m,zeros(1,n-n2);df1=fs/n; %以上程序是對(duì)調(diào)制后的信號(hào)u求傅里變換m=m/fs; %縮放，便于在頻鋪圖上整體觀察f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2; %時(shí)間向量對(duì)應(yīng)的頻率向量對(duì)已調(diào)信號(hào)u求傅里變換fs=1/ts;if nargin=2 n1=0;else n1=fs/df;endn2=length(sfm);n=2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2);u=fft(sfm,n);u=sfm,zeros

16、(1,n-n2);df1=fs/n; %以上是對(duì)已調(diào)信號(hào)u求傅里變換u=u/fs; %縮放disp(按任意鍵可以看到原調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)和已調(diào)信號(hào)的曲線)pausefigure(1)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);title(調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖);subplot(3,1,2);plot(t,ct); %繪制載波的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);title(載波的時(shí)域圖);subplot(3,1,3);plot(t,sfm); %繪制已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);title(已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖);%*disp(按任意鍵可以看

17、到原調(diào)制信號(hào)和已調(diào)信號(hào)在頻域內(nèi)的圖形)pause%*figure(2)*figure(2)subplot(2,1,1)plot(f,abs(fftshift(m) %fftshift:將fft中的dc分量移到頻譜中心xlabel(頻率f)title(原調(diào)制信號(hào)的頻譜圖)subplot(2,1,2)plot(f,abs(fftshift(u)xlabel(頻率f)title(已調(diào)信號(hào)的頻譜圖)disp(按任意鍵可以看到原調(diào)制信號(hào)、無(wú)噪聲條件下已調(diào)信號(hào)和解調(diào)信號(hào)的曲線)pausefigure(3)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);t

18、itle(調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖);subplot(3,1,2);plot(t,sfm); %繪制已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);title(無(wú)噪聲條件下已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖);nsfm=sfm; for i=1:length(t)-1 %接受信號(hào)通過(guò)微分器處理 diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i)./dt;enddiff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm); %hilbert變換，求絕對(duì)值得到瞬時(shí)幅度（包絡(luò)檢波）zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zer

19、o;subplot(3,1,3); %繪制無(wú)噪聲條件下解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖plot(1:length(diff_nsfmn1)./1000,diff_nsfmn1./400,r);xlabel(時(shí)間t); title(無(wú)噪聲條件下解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖);%*disp(按任意鍵可以看到原調(diào)制信號(hào)、小信噪比高斯白噪聲條件下已調(diào)信號(hào)和解調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào)的曲線)pausefigure(4)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);title(調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖);db1=am2/(2*(10(sn1/10); %計(jì)算對(duì)應(yīng)的小信噪比高斯白躁聲的方差n1=sq

20、rt(db1)*randn(size(t); %生成高斯白躁聲nsfm1=n1+sfm; %生成含高斯白躁聲的已調(diào)信號(hào)（信號(hào)通%過(guò)信道傳輸）for i=1:length(t)-1 %接受信號(hào)通過(guò)微分器處理 diff_nsfm1(i)=(nsfm1(i+1)-nsfm1(i)./dt;enddiff_nsfmn1 = abs(hilbert(diff_nsfm1); %hilbert變換，求絕對(duì)值得到瞬時(shí)幅度（包絡(luò)檢波）zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn1-zero;subplot(3,1,2);plot(

21、1:length(diff_nsfm),diff_nsfm); %繪制含小信噪比高斯白噪聲已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);title(含小信噪比高斯白噪聲已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖);subplot(3,1,3); %繪制含小信噪比高斯白噪聲解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖plot(1:length(diff_nsfmn1)./1000,diff_nsfmn1./400,r);xlabel(時(shí)間t); title(含小信噪比高斯白噪聲解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖);disp(按任意鍵可以看到原調(diào)制信號(hào)、大信噪比高斯白噪聲條件下已調(diào)信號(hào)和解調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào)的曲線)pausefigure(5)subplot(3,1,1);plo

22、t(t,mt); %繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);title(調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖);db1=am2/(2*(10(sn2/10); %計(jì)算對(duì)應(yīng)的大信噪比高斯白躁聲的方差n1=sqrt(db1)*randn(size(t); %生成高斯白躁聲nsfm1=n1+sfm; %生成含高斯白躁聲的已調(diào)信號(hào)（信號(hào)通過(guò)信道傳輸）for i=1:length(t)-1 %接受信號(hào)通過(guò)微分器處理 diff_nsfm1(i)=(nsfm1(i+1)-nsfm1(i)./dt;enddiff_nsfmn1 = abs(hilbert(diff_nsfm1);%hilbert變換，求絕對(duì)值得到瞬時(shí)幅度（包

23、%絡(luò)檢波）zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn1-zero;subplot(3,1,2);plot(1:length(diff_nsfm1),diff_nsfm1); %繪制含大信噪比高斯白噪聲已調(diào)信號(hào)%的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);title(含大信噪比高斯白噪聲已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖);subplot(3,1,3); %繪制含大信噪比高斯白噪聲解調(diào)信號(hào)%的時(shí)域圖plot(1:length(diff_nsfmn1)./1000,diff_nsfmn1./400,r);xlabel(時(shí)間t); title(含大信噪比高斯白噪聲解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖);6結(jié)果分析am的調(diào)制解調(diào)信號(hào)波形圖6-1 頻率為3000的調(diào)制信號(hào)f1的時(shí)時(shí)域波圖6-2 已調(diào)信號(hào)的時(shí)時(shí)域波圖6-3載波fc時(shí)域波形圖6-4 高斯白噪聲時(shí)域和