幅度調(diào)制和解調(diào).doc

1、數(shù)字信號(hào)與處理幅度調(diào)制和解調(diào) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 實(shí)驗(yàn)三一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈳追N基本的調(diào)制解調(diào)原理，掌握用數(shù)字信號(hào)處理的方法實(shí)現(xiàn)模擬電路中信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)的方法。 通過理論推導(dǎo)得出相應(yīng)結(jié)論，再利用Matlab作為編程工具進(jìn)行計(jì)算機(jī)驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)，從而加深理解，建立概念。二、基本要求1了解調(diào)制解調(diào)的原理2. 會(huì)用Matlab實(shí)現(xiàn)各種不同的幅值調(diào)制3. 會(huì)用Matlab實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波和同步檢波4. 學(xué)會(huì)通過公式推導(dǎo)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，驗(yàn)證調(diào)制解調(diào)前后信號(hào)的頻譜變化三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1利用Matlab實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制，過調(diào)制，欠調(diào)制等狀態(tài)2用高頻正弦信號(hào)分別實(shí)現(xiàn)對(duì)（1）低頻周期方波信號(hào)，（2）低頻正弦信號(hào)（3）低頻周期三角

2、波信號(hào)的調(diào)制，觀察調(diào)制后頻率分布狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)抑制載波的幅度調(diào)制。3設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)含有載波的幅度調(diào)制。觀察調(diào)制和解調(diào)的結(jié)果，與抑制載波的幅度調(diào)制有何不同。4設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)， 觀察待調(diào)制波信號(hào)幅度變化對(duì)調(diào)幅系數(shù)的影響。5模擬峰值檢測(cè)（包絡(luò)檢波）電路中的二極管的功能。6了解峰值檢波（包絡(luò)檢波）的原理，并編程實(shí)現(xiàn)。7了解同步檢波的原理，并編程實(shí)現(xiàn)。四、實(shí)驗(yàn)原理1幅度調(diào)制用一個(gè)信號(hào)(稱為調(diào)制信號(hào))去控制另一個(gè)信號(hào)(稱為載波信號(hào))，讓后者的某一特征參數(shù)如幅值、頻率、相位，按前者變化的過程，就叫調(diào)制。調(diào)制的作用是把消息置入消息載體，便于傳輸或處理。調(diào)制是各種通信系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，也廣泛用于廣播、電視、雷達(dá)、測(cè)量?jī)x等電

3、子設(shè)備。在通信系統(tǒng)中為了適應(yīng)不同的信道情況（如數(shù)字信道或模擬信道、單路信道或多路信道等），常常要在發(fā)信端對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，得到便于信道傳輸?shù)男盘?hào)，然后在收信端完成調(diào)制的逆過程解調(diào)，還原出原始信號(hào)。 用來(lái)傳送消息的信號(hào)叫作載波信號(hào)，代表所欲傳送消息的信號(hào)叫作調(diào)制信號(hào)，調(diào)制后的信號(hào)叫作已調(diào)信號(hào)。用調(diào)制信號(hào)控制載波的參數(shù)，使之隨調(diào)制信號(hào)而變化，就可實(shí)現(xiàn)調(diào)制。 受調(diào)信號(hào)可以是正弦波或脈沖波，所欲傳送的消息可以是話音、圖像或其他物理量，也可以是數(shù)據(jù)、電報(bào)和編碼等信號(hào)。前者是模擬信號(hào)，后者是數(shù)字信號(hào)。 調(diào)制是一種非線性過程。載波被調(diào)制后產(chǎn)生新的頻率分量，通常它們分布在載頻fC的兩邊，占有一定的頻帶，分別

4、叫做上邊帶和下邊帶。這些新頻率分量與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，是攜帶著消息的有用信號(hào)。調(diào)制的目的是實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，即把欲傳送消息的頻譜，變換到載波附近的頻帶，使消息更便于傳輸或處理。 調(diào)制的種類很多，分類方法也不一致。按調(diào)制信號(hào)的形式可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。用模擬信號(hào)調(diào)制稱為模擬調(diào)制；用數(shù)據(jù)或數(shù)字信號(hào)調(diào)制稱為數(shù)字調(diào)制。按被調(diào)信號(hào)的種類可分為脈沖調(diào)制、正弦波調(diào)制和強(qiáng)度調(diào)制(如對(duì)非相干光調(diào)制)等。調(diào)制的載波分別是脈沖，正弦波和光波等。正弦波調(diào)制有幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制三種基本方式，后兩者合稱為角度調(diào)制。此外還有一些變異的調(diào)制，如單邊帶調(diào)幅、殘留邊帶調(diào)幅等。脈沖調(diào)制也可以按類似的方法分類。此外還有復(fù)合調(diào)制

5、和多重調(diào)制等。不同的調(diào)制方式有不同的特點(diǎn)和性能。 幅度調(diào)制是一種廣泛使用的模擬調(diào)制方式。正弦載波幅度隨調(diào)制信號(hào)而變化的調(diào)制，叫做正弦波幅度調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)幅(AM)。它是用低頻調(diào)制電壓去控制高頻載波信號(hào)的幅度，如下圖所示。調(diào)幅的技術(shù)和設(shè)備比較簡(jiǎn)單，頻譜較窄，但抗干擾性能差，廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)中短波廣播、小型無(wú)線電話、電報(bào)等電子設(shè)備中。 圖3-1 低頻信號(hào)經(jīng)高頻載波信號(hào)調(diào)制波形圖既然高頻載波的幅度隨低頻調(diào)制波而變，所以已調(diào)波同樣隨時(shí)間而變。即有式中m是調(diào)幅波的調(diào)制系數(shù)(調(diào)幅度)。同時(shí)當(dāng)m1時(shí)，實(shí)現(xiàn)了不失真的調(diào)制，而當(dāng)m1時(shí)，調(diào)制后的波形包絡(luò)線，將與調(diào)制波不同，即產(chǎn)生了失真，或稱超調(diào)。利用三角公式將調(diào)制波表

6、達(dá)式展開，可得上式表明，載波信號(hào)經(jīng)單一信號(hào)調(diào)制后將出現(xiàn)三個(gè)頻率分量，即載波頻率分量fc，上邊頻分量fc+F，下邊頻分量fc-F。其頻譜圖如圖所示：圖3-2 載波信號(hào)經(jīng)單一信號(hào)調(diào)制后的頻譜圖由頻譜圖可見，幅度調(diào)制在頻域上是將調(diào)制信號(hào)F搬移到了載頻的兩邊，其實(shí)質(zhì)是一種頻率變換。其帶寬為：。 在實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)制信號(hào)不是單一頻率，例如：我們的講話的語(yǔ)音信號(hào)，其信號(hào)頻率為幾百至幾千赫，經(jīng)調(diào)制后，各個(gè)頻率產(chǎn)生了各自的上邊頻和下邊頻，疊加后形成了上邊帶和下邊帶，如圖所示：圖3-3 實(shí)際調(diào)制信號(hào)圖中上下邊頻幅度相等，對(duì)稱出現(xiàn)，這時(shí)調(diào)幅波的帶寬為：是調(diào)制信號(hào)頻率的二倍。由于載波只是一運(yùn)動(dòng)載信息的工具，不包含有用

7、信息。所以在發(fā)送時(shí)為節(jié)約功率，可以只發(fā)送邊帶信號(hào)，而不發(fā)送載波。這種情況稱為抑制載波的雙邊帶(DSB)信號(hào)發(fā)送。它可以看成是調(diào)制信號(hào)和高頻載波信號(hào)相乘得到：K為乘法系數(shù)。由于上下邊帶對(duì)稱，為節(jié)省頻帶，采用抑制載波的單邊帶（SSB）信號(hào)發(fā)送，其表達(dá)式為：或。2解調(diào)（檢波）將音頻信號(hào)調(diào)制到載波上去就可以達(dá)到發(fā)送聲音的目的，可是我們的最終目的是實(shí)現(xiàn)聲音的遠(yuǎn)距離傳送，所以還必須在接收一側(cè)將已調(diào)制的信號(hào)解讀出來(lái)，這個(gè)解調(diào)的過程就叫檢波，過去的書里有個(gè)很形象的比喻：將書信綁在箭上射出去的過程叫調(diào)制和發(fā)射，找到箭后取下書信就叫接收和檢波。調(diào)幅波的解調(diào)過程(不失真地還原信息)通常稱為檢波，實(shí)現(xiàn)該功能的電路也稱

8、振幅檢波器(簡(jiǎn)稱檢波器)，它仍然是一種頻譜搬移過程。從原理上講，要將包含調(diào)制波信息的已調(diào)波中還原出調(diào)制波信息，必須要有非線性器件，使之產(chǎn)生新的頻率分量，并把高頻載波的高頻分量濾除，因此，振幅檢波器的組成框圖如圖所示：圖3-4 振幅檢波器的組成框圖在各種幅度調(diào)制中，由于波形差異和頻譜結(jié)構(gòu)的不同，其調(diào)制方法也不同，但最基本的調(diào)制方法是兩種：包絡(luò)檢波和同步檢波。2.1 包絡(luò)檢波：由圖3-1可以看出，調(diào)制后的信號(hào)是一個(gè)以載波為其頻率，振幅與音頻信號(hào)同步變化的上下對(duì)稱的波，也即其振幅變化的包絡(luò)就是我們需要的音頻信號(hào)，包絡(luò)檢波也得名于此。因?yàn)檫@個(gè)包絡(luò)是上下對(duì)稱互相抵消，為了得到它就必須將AM信號(hào)削去一半，

9、這個(gè)目的可以通過使用具有單向?qū)щ娞匦缘陌雽?dǎo)體二極管等整流元件來(lái)得到，只許AM信號(hào)的正半周或負(fù)半周通過，即可得到半個(gè)AM信號(hào)，再用電容等將細(xì)密振動(dòng)的載波成分旁路吸收，最終得到音頻信號(hào)，完成整個(gè)檢波過程，因只使用簡(jiǎn)單的二極管就能達(dá)到目的，所以一般收音機(jī)都采用這種檢波方式。五、主要實(shí)驗(yàn)儀器及材料微型計(jì)算機(jī)、Matlab六、實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果分析1利用Matlab實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制，過調(diào)制，欠調(diào)制等狀態(tài)2用高頻正弦信號(hào)分別實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻周期方波信號(hào)，低頻正弦信號(hào)和低頻周期三角波信號(hào)的調(diào)制，畫圖，觀察調(diào)制后頻率分布狀態(tài)；3. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)含有載波的幅度調(diào)制。觀察調(diào)制和解調(diào)的結(jié)果，與抑制載波的幅度調(diào)制有何不同。4，

10、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)， 觀察待調(diào)制波信號(hào)幅度變化對(duì)調(diào)幅系數(shù)的影響。5，模擬峰值檢測(cè)6，峰值檢測(cè)7，仿真附錄：代碼1，信號(hào)的調(diào)制，過調(diào)制，欠調(diào)制Ts=4000;Tf=100;t=0:1:4000;f1=sin(2*pi*t/Ts).*sin(2*pi*t/Tf);f2=f1.*f1;figure;subplot(1,2,1),plot(t,f1),axis(0,4000,-1,1);subplot(1,2,2),plot(t,f2),axis(0,4000,0,1),;m1=0.5;m2=1;m3=2;fm2=(1+m2*cos(2*pi*t/Ts).*cos(2*pi*t/Tf);fm3=(1+m3*co

11、s(2*pi*t/Ts).*cos(2*pi*t/Tf);fm1=(1+m1*cos(2*pi*t/Ts).*cos(2*pi*t/Tf);figure;subplot(1,3,1),plot(fm1),axis(0,4000,-1.5,1.5);subplot(1,3,2),plot(fm2),axis(0,4000,-2,2);subplot(1,3,3),plot(fm3),axis(0,4000,-3,3);2，正弦信號(hào)對(duì)低頻的載波影響t=0:0.01:10;x1=2*square(2*pi*t/5,50); %占空比50%的方波信號(hào)x2=2*sin(2*pi*t+0.5*pi); %

12、正弦信號(hào)x3=2*sawtooth(2*pi*t/3,0.5);%占空比50%的三角波信號(hào)k=0:1000;fs=5000;y=2*sin(2*pi*1000*k/fs);y1=x1.*y;y2=x2.*y;y3=x3.*y; X1=fftshift(fft(x1); X2=fftshift(fft(x2); X3=fftshift(fft(x3); Y1=fftshift(fft(y1);Y2=fftshift(fft(y2);Y3=fftshift(fft(y3);figure(1),plot(k,y);title(調(diào)制函數(shù));figure(2);subplot(2,2,1),plot(t

13、,x1),axis(0,10,-2.2,2.2); title(方波信號(hào));subplot(2,2,2),plot(k,y1);title(方波調(diào)制);subplot(2,2,3),plot(abs(X1);title(原始信號(hào)的傅里葉變換);subplot(2,2,4),plot(abs(Y1);title(調(diào)制信號(hào)的傅里葉變換);figure(3);subplot(2,2,1),plot(t,x2);title(正弦信號(hào));subplot(2,2,2),plot(k,y2);title(正弦波調(diào)制);subplot(2,2,3),plot(abs(X2);title(原始信號(hào)的傅里葉變換)

14、;subplot(2,2,4),plot(abs(Y2);title(調(diào)制信號(hào)的傅里葉變換); figure(4);subplot(2,2,1),plot(t,x3);title(三角波信號(hào));subplot(2,2,2),plot(k,y3);title(三角波調(diào)制);subplot(2,2,3),plot(abs(X3);title(原始信號(hào)的傅里葉變換);subplot(2,2,4),plot(abs(Y3);title(調(diào)制信號(hào)的傅里葉變換);3，高頻信號(hào)與低頻信號(hào)的調(diào)制t=0:500;F=10000;f=500;fs=50000;Eo=5; Eac=2;Edc1=2;Edc2=4;E

15、dc3=0.5;x1= Edc1+Eac*cos(2*pi*f*t/fs);x2= Edc2+Eac*cos(2*pi*f*t/fs);x3= Edc3+Eac*cos(2*pi*f*t/fs);y1= Eo*cos(2*pi*F*t/fs);s1=x1.*y1;s2=x2.*y1;s3=x3.*y1;figure(1);subplot(2,2,1);plot(t,x1);title(Edc1=2信號(hào));subplot(2,2,2);plot(t,y1);title(y1信號(hào));subplot(2,2,3);plot(t,s1);title(Edc1=2調(diào)制信號(hào));subplot(2,2,4),plot(abs(fft(s1);title(調(diào)制函數(shù)幅頻特性);figure(2);subplot(2,2,1);plot(t,x2);title(Edc2=4信號(hào));subplot(2,2,2);plot(t,y1);title(y1信號(hào));subplot(2,2,3);plot(t,s2);title(E