AM調(diào)制與解調(diào)

1、高頻電子線路 振幅調(diào)制電路（AM,DSB,SSB）調(diào)制與解調(diào)高頻電子線路振幅調(diào)制電路(AM,DSB,SSB)調(diào)制與解調(diào) 目錄摘要（3）引言（4）原理說明（5）實驗分析（10）總結(jié)（20）參考文獻（21）摘要解調(diào)是調(diào)制的逆過程，它的作用是從已調(diào)波信號中取出原來的調(diào)制信號。對于幅度調(diào)制來說，解調(diào)是從它的幅度變化提取調(diào)制信號的過程。對于頻率調(diào)制來說，解調(diào)是從它的頻率變化提取調(diào)制信號的過程。而在在實際應(yīng)用當中大型、復(fù)雜的系統(tǒng)直接實驗是十分昂貴的，而采用仿真實驗，可以大大降低實驗成本。在實際通信中，很多信道都不能直接傳送基帶信號，必須用基帶信號對載波波形的某些參量進行控制，使載波的這些參量隨基帶信號的變

2、化而變化，即所謂正弦載波調(diào)制。利用仿真軟件對系統(tǒng)進行仿真可以彌補真實的實驗設(shè)備所不能滿足的條件，減少實驗成本。21 引言  調(diào)制在通信系統(tǒng)中有十分重要的作用。通過調(diào)制，不僅可以進行頻譜搬移，把調(diào)制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合于傳播的已調(diào)信號，而且它對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊?，調(diào)制方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。振幅調(diào)制的方法分為包絡(luò)檢波和同步檢波，本文選用乘積型同步檢波。 原理說明AM調(diào)制與解調(diào)首先討論單頻信號的調(diào)制情況。如果設(shè)單頻調(diào)制信號Uo=UOMtcoswot，載波uc=Ucmcoswct,那么調(diào)幅信號（已調(diào)波）可表示為 uAM

3、=UAM（t）coswct式中，UAMt為已調(diào)波的瞬時振幅值。由于調(diào)幅信號的瞬時振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系，即有 UAMt=Ucm+kaUomcoswot =Ucm1+kaUwomUcm=Ucm1+macoswot由以上兩式可得uAM=Ucm1+macoswotcoswct包絡(luò)檢波是指檢波器的輸出電壓直接反應(yīng)輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化規(guī)律的一種檢波方式。由于AM信號的包絡(luò)與調(diào)制信號成正比，因此包絡(luò)檢波只適用與AM波的解調(diào)，其原理方框圖如圖1：低通濾波器非線性電路 圖1包絡(luò)檢波器的輸入信號為振幅調(diào)制信號Ui=Uim1+macoswotcoswct,其頻譜由載頻wc和邊頻wc+wo，wc-wo組成，載頻

4、與上下邊頻之差就是wo。因而它含有調(diào)制信號的信息。DSB調(diào)制與解調(diào)在AM調(diào)制過程中，如果將載波分量抑制掉，就可形成抑制載波雙邊帶信號。雙邊帶信號可以用載波和調(diào)制信號直接相乘得到，即 UDSB=kutuot式中，常數(shù)k為相乘電路的相乘系數(shù)。如果調(diào)制信號為單頻信號uwo=Ucoswot,載波uc=Ucmcoswct，則 UDSB=kUwomUcmcostcoswct =12kUmUcmcoswc+t+coswc-t同步檢波分為乘積型與疊加型兩種方式，這兩種檢波方式都需要接收端恢復(fù)載波支持。乘積型同步檢波是直接把本地回復(fù)的借條載波和接收信號相乘，然后用低通濾波器將低頻信號提取出來。在這種檢波器中，要

5、求本地的解調(diào)載波和發(fā)送端的調(diào)制載波同頻同相。如果其頻率或相位有一定的偏差，將會使恢復(fù)出來的調(diào)制信號產(chǎn)生失真。圖2示出了乘積型同步檢波的原理方框圖。設(shè)輸入已調(diào)波信號ui=Uimcoswotcoswct,本地解調(diào)載波uo=Uomcos(wot+),則兩信號相乘后的輸出為 uiuo=kUimUomcostcoswctcoswot+ =12kUimUomcostcoswc+wo+coswc-wo+式中，k為乘法器的相乘系數(shù)。令wc-wo=wo,且低通濾波器的傳輸系數(shù)為1，則經(jīng)低通濾波器后的輸出信號為 U=12kUimUomcostcoswo+=Ucoswot+cost =Utcost當恢復(fù)的本地載波與

6、發(fā)射端的調(diào)制載波同步（同頻，同相），即wo=0，=0時，有u=Ucost.即表明同步檢波器能無失真地將調(diào)制信號恢復(fù)出來。低通濾波器乘法器 ui uo 圖2SSB調(diào)制與解調(diào)對雙邊帶調(diào)幅信號，只要取出其中的任一個邊帶部分，即可成為單邊帶調(diào)幅信號。其單頻調(diào)制時的表示式為 上邊帶信號 USSBUt=12kUmUcmcoswc+t 下邊帶信號 USSBL(t)=12kUmUcmcoswc-t單邊帶信號的頻譜寬度BSSB=max，僅為雙邊帶振幅信號的一半，從而提高了頻帶使用率。由于只發(fā)射一個頻帶，因此大大節(jié)省了發(fā)射功率。本文選用下邊帶信號進行解調(diào)，采用乘積型同步檢波方式。設(shè)輸入已調(diào)波信號為ui=Uimco

7、swc-t, 本地解調(diào)載波uo=Uomcos(wot+),則兩信號相乘后的輸出為 uoui=kUimUomcoswc-t coswot+ =12kUimUomcoswc-t+wot+coswc-t-wot-式中，k為乘法器的相乘系數(shù)。令wc-wo=wo,且低通濾波器的傳輸系數(shù)為1，則經(jīng)低通濾波器后的輸出信號為 U=12kUimUomcoswc-t-wot-=Ucoswot-t-當恢復(fù)的本地載波與發(fā)射端的調(diào)制載波同步（同頻，同相），即wo=0，=0時，有u=Ucost.即表明同步檢波器能無失真地將調(diào)制信號恢復(fù)出來。 仿真及分析AM調(diào)制與解調(diào)源程序：clear;%將工作空間數(shù)據(jù)清空ma=0.3;%

8、調(diào)制系數(shù)omega_c=2*pi*8000;omega=2*pi*400;t=0:5/400/1000:5/400;u_cm=1;fam=1;fcm=1;fc=fcm*cos(omega_c*t);%高頻載波fa=fam*(cos(omega*t)+cos(2*omega*t);%調(diào)制信號u_am=u_cm*(1+ma*fa).*fc;%已調(diào)信號U_c=fft(fc,1024);%對高頻載波進行傅里葉變換U_o=fft(fa,1024);%對調(diào)制信號進行傅里葉變換U_am=fft(u_am,1024);%對已調(diào)信號進行傅里葉變換figure(1);subplot(3,2,1);plot(t,f

9、a,'k');title('調(diào)制信號');grid;axis(0 2/400 -2.5 2.5);xlabel('t');ylabel('fa');subplot(3,2,3);plot(t,fc,'k');title('高頻載波');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('fc');subplot(3,2,5);plot(t,u_am,'k');title('已調(diào)信號');gri

10、d;axis(0 2/400 -3 3);xlabel('t');ylabel('u_am');fs=5000;w1=(0:511)/512*(fs/2)/100;subplot(3,2,2);plot(w1,abs(U_o(1:512)'),'k');title('調(diào)制信號頻譜');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(3,2,4);plot(w1,abs(U_c(1:512)')

11、,'k');title('高頻載波頻譜');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(3,2,6);plot(w1,abs(U_am(1:512)'),'k');title('已調(diào)信號頻譜');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');fa_o=abs(hilbert(u_am);%

12、對u_am進行hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度fa_o2=(fa_o-1)*10/3;%調(diào)整已調(diào)波振幅使其與調(diào)制信號一致figure(2);subplot(2,1,1);plot(t,fa,'k');title('調(diào)制信號');grid;axis(0 2/400 -2.5 2.5);xlabel('t');ylabel('fa');w=(0:1000)/1000*5/400;subplot(2,1,2);plot(w,fa_o2,'k');title('已解調(diào)信號');grid;axis(0

13、 2/400 -2.5 2.5);xlabel('t');ylabel('fa_o2');仿真： 圖3 圖4分析：AM調(diào)幅波的振幅隨調(diào)制信號變化，而且包絡(luò)的變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致，表明調(diào)制信號已記載在調(diào)幅波的振幅中。為了避免產(chǎn)生過量調(diào)幅失真，保證已調(diào)波的包絡(luò)真實地反映出調(diào)制信號的變化規(guī)律，調(diào)制系數(shù)必須滿足0<ma<1。利用包絡(luò)檢波后的波形與調(diào)制信號的基本一致。DSB調(diào)制源程序：clear;%將工作空間數(shù)據(jù)清空omega_c=2*pi*8000;omega=2*pi*400;t=0:5/400/1000:5/400;u_cm=1;u_m=1;k=1

14、;fc=u_cm*cos(omega_c*t);%高頻載波fa=u_m*cos(omega*t);%調(diào)制信號u_am=k*fc.*fa;%已調(diào)信號U_c=fft(fc,1024);%對高頻載波進行傅里葉變換U_o=fft(fa,1024);%對調(diào)制信號進行傅里葉變換U_am=fft(u_am,1024);%對已調(diào)信號進行傅里葉變換figure(1);subplot(3,2,1);plot(t,fa,'k');title('調(diào)制信號');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('fa&#

15、39;);subplot(3,2,3);plot(t,fc,'k');title('高頻載波');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('fc');subplot(3,2,5);plot(t,u_am,'k');title('已調(diào)信號');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_am');fs=5000;w1=(0:511)/512*(fs/2)/100

16、;subplot(3,2,2);plot(w1,abs(U_o(1:512)'),'k');title('調(diào)制信號頻譜');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(3,2,4);plot(w1,abs(U_c(1:512)'),'k');title('高頻載波頻譜');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel(&#

17、39;abs(H(jw)');subplot(3,2,6);plot(w1,abs(U_am(1:512)'),'k');title('已調(diào)信號頻譜');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');仿真： 圖5DSB解調(diào)源程序：clear;%將工作空間數(shù)據(jù)清空omega_c=2*pi*8000;omega=2*pi*400;t=0:5/400/1000:5/400;u_cm=1;u_m=1;u_om=1;k=1;%相乘系數(shù)%二階低通濾波

18、器r=1.0e4;c=1.0e-8;omega_d=1:(250000-1)/511:250000;fs=5000;w=(0:511)/512*(fs/2)/100;m=r*c*omega_d;h_=(m.*m+1);hh=ones(1,512);h=hh./h_;%二階低通濾波器濾波特性方程fc=u_cm*cos(omega_c*t);%載波fa=u_m*cos(omega*t);%調(diào)制信號u_i=k*fc.*fa;%已調(diào)波信號u_o=u_om*cos(omega_c*t);%解調(diào)載波u_am=k*u_i.*u_o;%載波信號與已調(diào)波信號相乘，k為相乘系數(shù)U_i=fft(u_i,1024);

19、%對已調(diào)波信號進行傅里葉變換U_o=fft(u_o,1024);%對解調(diào)載波進行傅里葉變換U_am=fft(u_am,1024);%對相乘信號進行傅里葉變換U_o2=h.*abs(U_am(1:512) h(512:-1:1).*abs(U_am(513:1024) ;%低通濾波輸出figure(1);subplot(4,2,1);plot(t,u_i,'k');title('已調(diào)波信號');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_i');subplot(4,2,3);p

20、lot(t,u_o,'k');title('本地解調(diào)載波');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_o');subplot(4,2,5);plot(t,u_am,'k');title('相乘信號');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_am');subplot(4,2,7);plot(w,h,'k');title('二階

21、低通濾波器');xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');w1=(0:511)/512*(fs/2)/100;subplot(4,2,2);plot(w1,abs(U_i(1:512)'),'k');title('已調(diào)波信號頻譜');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(4,2,4);plot(w1,abs(U_o(1:512),'k&

22、#39;);title('本地解調(diào)載波頻譜');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(4,2,6);plot(w1,abs(U_am(1:512),'k');title('相乘信號頻域');grid;axis(0 15 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(4,2,8);plot(w1,U_o2(1:512),

23、'k');title('已解調(diào)信號');grid;axis(0 15 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');仿真： 圖6 圖7分析：在AM調(diào)制過程中，如果把載波分量抑制掉，就可以形成抑制載波的雙邊帶信號。DSB的包絡(luò)正比于調(diào)制信號|u0(t)|，當調(diào)制信號為零時，DSB波的幅度也為零。DSB信號的高頻載波相位在調(diào)制電壓零交點處要突變180°，在調(diào)制信號正半周期，已調(diào)波于原載頻同相，相位差為0，在負半周期內(nèi)，已調(diào)波于原載頻同相，相位差為180。DSB已調(diào)波的頻帶寬度

24、是未調(diào)幅前限帶信號頻帶的2倍。SSB調(diào)制源程序：clear;%將工作空間數(shù)據(jù)清空omega_c=2*pi*8000;omega=2*pi*400;t=0:5/400/1000:5/400;u_cm=1;u_m=1;k=1;fc=u_cm*cos(omega_c*t);%高頻載波fa=u_m*cos(omega*t);%調(diào)制信號u_am=1/2*k*u_cm*u_m*cos(omega_c-omega)*t);%已調(diào)信號U_c=fft(fc,1024);%對高頻載波進行傅里葉變換U_o=fft(fa,1024);%對調(diào)制信號進行傅里葉變換U_am=fft(u_am,1024);%對已調(diào)信號進行傅

25、里葉變換figure(1);subplot(3,2,1);plot(t,fa,'k');title('調(diào)制信號');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);subplot(3,2,3);plot(t,fc,'k');title('高頻載波');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);subplot(3,2,5);plot(t,u_am,'k');title('已調(diào)信號');grid;axis(0 2/400 -1 1);fs=5000;w1=(0:511)/512*(

26、fs/2)/1000;subplot(3,2,2);plot(w1,abs(U_o(1:512)'),'k');title('調(diào)制信號頻譜');grid;axis(0 0.7 0 500);subplot(3,2,4);plot(w1,abs(U_c(1:512)'),'k');title('高頻載波頻譜');grid;axis(0 0.7 0 500);subplot(3,2,6);plot(w1,abs(U_am(1:512)'),'k');title('已調(diào)信號頻譜')

27、;grid;axis(0 0.7 0 500);仿真： 圖8SSB解調(diào)源程序：clear;%將工作空間數(shù)據(jù)清空omega_c=2*pi*8000;omega=2*pi*400;t=0:5/400/1000:5/400;ma=0.3;%調(diào)制系數(shù)u_cm=1;u_m=1;u_om=1;k=1;%相乘系數(shù)%二階低通濾波器r=1.0e4;c=2.5e-8;omega_d=1:(250000-1)/511:250000;fs=5000;w=(0:511)/512*(fs/2)/100;m=r*c*omega_d;h_=(m.*m+1);hh=ones(1,512);h=hh./h_;%二階低通濾波器濾波

28、特性方程fc=u_cm*cos(omega_c*t);%載波fa=u_m*cos(omega*t);%調(diào)制信號u_i=1/2*k*u_cm*u_m*cos(omega_c-omega)*t);%已調(diào)波信號u_o=u_om*cos(omega_c*t);%解調(diào)載波u_am=k*u_i.*u_o;%載波信號與已調(diào)波信號相乘，k為相乘系數(shù)U_i=fft(u_i,1024);%對已調(diào)波信號進行傅里葉變換U_o=fft(u_o,1024);%對解調(diào)載波進行傅里葉變換U_am=fft(u_am,1024);%對相乘信號進行傅里葉變換U_o2=h.*abs(U_am(1:512) ;%低通濾波figure(

29、1);subplot(4,2,1);plot(t,u_i,'k');title('已調(diào)波信號');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_i');subplot(4,2,3);plot(t,u_o,'k');title('本地解調(diào)載波');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_o');subplot(4,2,5);plot(t,u_am,'

30、k');title('相乘信號');grid;axis(0 2/400 -1.5 1.5);xlabel('t');ylabel('u_am');subplot(4,2,7);plot(w,h,'k');title('二階低通濾波器');xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');fs=5000;w1=(0:511)/512*(fs/2)/100;subplot(4,2,2);plot(w1,abs(U_i(1:512)'),'k');title('已調(diào)波信號頻譜');grid;axis(0 7 0 500);xlabel('X104 w(Hz)');ylabel('abs(H(jw)');subplot(4,2,4);plot(w1,abs(U_o(1:512),'k');title('本地解調(diào)載波頻譜');grid;axis(0 7 0 500);xlabel(&