基于MATLAB模拟调制系统的仿真

1 线性模拟调制

1.1模拟调制原理

模拟调制是指用来自信源的基带模拟信号去调制某个载波，而载波是一个确知的周期性波形。模拟调制可分为线性调制和非线性调制，本文主要研究线性调制。

线性调制的原理模型如图1.1所示。设c(t)=Acos2t f o π,调制信号为m(t),已调信号为s(t)。

图1.1 线性调制的远离模型

调制信号m(t)和载波在乘法器中相乘的结果为：t A t m t s w o cos )()('=，然后通过一个传输函数为H(f)的带通滤波器，得出已调信号为。

从图1.1中可得已调信号的时域和频域表达式为：

（1-1）

式（1-1）中，M(f)为调制信号m(t)的频谱。

由于调制信号m(t)和乘法器输出信号之间是线性关系，所以成为线性调制。带通滤波器H(f)可以有不同的设计，从而得到不同的调制种类。

1.2双边带调制DSB 的基本原理

在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络，调制信号m(t)中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB ）调制信号，简称双边带（DSB ）信号。

设正弦型载波c(t)=Acos(

t) ，式中：A 为载波幅度，

为载波角频率。

根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为：

(t)=Am(t)cos(

t) （1-2）

⎪⎩

⎪⎨⎧-++==)

()]()([21)()(*]cos )([)(f H f f M f f M f s t h t t m t s o o o w

其中，m(t)为基带调制信号。

设调制信号m(t)的频谱为M()，则由公式2-2不难得到已调信号

(t)的频谱：

)]()([2

)(c c m

M M A

s

ωωωωω-++= （1-3） 由以上表示式可见，在波形上，幅度已调信号随基带信号的规律呈正比地变化；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。

标准振幅就是常规双边带调制，简称调幅（AM ）。假设调制信号m(t)的平均值为0，将其叠加一个直流偏量

后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表达式为:

)cos())(()(0t t m t c AM

A s

ω+= （1-4）

式中：

为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号，也可以是随机信号。

若为确知信号，则AM 信号的频谱为:

（1-5）

AM 信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。AM 信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关，也就是说，载波分量并不携带信息。因此，AM 信号的功率利用率比较低。 AM 调制器模型如下图所示。

图1.2 AM 调制器模型

AM 信号的时域和频域表达式分别为

（1-6）

（1-7） 式中，A o 为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即0)(=t m —

。

由频谱可以看出，AM 信号的频谱由载波分量、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，他的带宽是基带信号带宽

的2倍，即

)

(cos )()(cos )

(cos )]([)(t w c t m t w c A t w c t m A o t s o AM +=+=)]()([2

1

)]()([)(w c w M w c w M w c w w c w A o

t s AM -+++-++=δδπ)]

()([2

1)]()([)(0

ω

ω

ω

ω

ωωωδωδπωc

c

c

c

m M M A

s -+++-++=f H 2

=

（1-8）

AM 调制典型波形和频谱如图1-1所示：

图1.3AM 调制典型波形和频谱

如果在AM 调制模型中将直流A 去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式—抑制载波双边带信号(DSB —SC)，简称双边带信号。

其时域表达式为

)cos()()(t t m t c D SB

s

ω= （1-9）

式中，假设的平均值为0。DSB 的频谱与AM 的谱相近，只是没有了在±ω处的函数δ，

即

（1-10）

与AM 信号比较，因为不存在载波分量，DSB 信号的调制效率是100，即全部效率都用于信息传输。但由于DSB 信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号。DSB 信号借条是需采用相干解调，也称同步检波（比包络检波器复杂得多）。

)]()([21

)(ωωωωωc c m M M s -++=

其典型波形和频谱如图1-2所示：

图1.4 DSB 调制典型波形和频谱

1.3 DSB 解调原理与抗噪性能

解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。

相干解调，也称同步检波，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。

包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号，通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。

由于DSB 信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号。DSB 信号解调时需采用相干解调。

DSB 相干解调性能分析模型如图2.5所示：

图1.5 DSB 相干解调性能分析模型

设解调器输入信号为：

(t)= m(t)cos(

t)

(1-11)

cos ω0t

O

m (t )s DSB (t

O

c

c

H

H

c

c

s m c