利用MATLAB實現(xiàn)信號的幅度調(diào)制與解調(diào)

1、 課程設計論文姓名：姜勇學院：機電與車輛工程學院專業(yè)：電子信息工程2班學號：1665090208 安徽科技學院 學年第 學期 課程···················裝···············訂·····

2、;···········線··················· 專業(yè) 級 班 姓名 學號 內(nèi)容摘要： 教師評語：利用MATLAB實現(xiàn)信號的幅度調(diào)制與解調(diào)專業(yè)：電子信息工程（2）班 姓名：姜勇 學號：1665090208一、設計摘要：現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠、信道容量大、傳輸質(zhì)量好。在信號處理里面

3、經(jīng)常要用到調(diào)制與解調(diào)，而信號幅度調(diào)制與解調(diào)是最基本，也是經(jīng)常用到的。用AM調(diào)制與解調(diào)可以實現(xiàn)很多功能，制造出很多的電子產(chǎn)品。本設計主要研究內(nèi)容是利用MATLAB實現(xiàn)對正弦信進行雙邊帶幅度調(diào)制，載波信號頻率為100Hz，在MATLAB中顯示調(diào)制信號的波形和頻譜，已調(diào)信號的波形和頻譜，比較信號調(diào)制前后的變化。并對已調(diào)信號解調(diào)，比較了解調(diào)后的信號與原信號的區(qū)別。信號幅度調(diào)制與解調(diào)及MATLAB中信號表示的基本方法及繪圖函數(shù)的調(diào)用，實現(xiàn)了對連續(xù)時間信號的可視化表示。本文采用MATLAB對信號的幅度進行調(diào)制和解調(diào)。二、關(guān)鍵詞：幅度、 調(diào)制、 解調(diào)、 MAT LAB三、設計內(nèi)容1. 調(diào)制信號 調(diào)制信號是原

4、始信息變換而來的低頻信號。調(diào)制本身是一個電信號變換的過程。調(diào)制信號去改變載波信號的某些特征值（如振幅、頻率、相位等），導致載波信號的這個特征值發(fā)生有規(guī)律的變化，這個規(guī)律是調(diào)制信號本身的規(guī)律所決定的。1.1 matlab實現(xiàn)調(diào)制信號的波形本設計的調(diào)制信號為正弦波信號，通過matlab仿真顯示出其波形圖如圖1-1所示 圖1-1調(diào)制信號1.2 matlab實現(xiàn)調(diào)制信號的頻譜連續(xù)傅里葉變換是一個特殊的把一組函數(shù)映射為另一組函數(shù)的線性算子。傅里葉變換就是把一個函數(shù)分解為組成該函數(shù)的連續(xù)頻率譜。在數(shù)學分析中，信號f(t)的傅里葉變換被認為是處在頻域中的信號。離散傅里葉變換的一種快速算法,簡稱FFT。為了節(jié)

5、省電腦的計算時間，實現(xiàn)數(shù)字信號的實時處理，減少離散傅里葉變換（DFT）的計算量。快速傅里葉變換（FFT），并不是一種新的傅立葉分析理論，而是減少DFT計算量的算法設計思想和DFT各種快速算，為計算機處理數(shù)據(jù)節(jié)省了時間。對已知信號進行快速傅里葉變換其抽樣頻率為100hz，matlab仿真頻譜如圖1-2 圖1-2 已知信號的頻譜1.3 matlab實現(xiàn)載波的仿真載波是被調(diào)制以傳輸信號的波形，一般為正弦波。一般要求正弦載波的頻率遠高于調(diào)制信號的帶寬，否則會發(fā)生混疊，使傳輸信號失真。 我們一般需要發(fā)送的數(shù)據(jù)的頻率是低頻的，如果按照本身的數(shù)據(jù)的頻率來傳輸，不利于接收和同步。使用載波傳輸，我們可以將數(shù)據(jù)的

6、信號加載到載波的信號上，接收方按照載波的頻率來接收數(shù)據(jù)信號，有意義的信號波的波幅與無意義的信號的波幅是不同的，將這些信號提取出來就是我們需要的數(shù)據(jù)信號。本實驗的載波頻率為100hz，起波形圖如圖1-3所示 圖1-3 載波波形圖2. 信號的幅度調(diào)制本章對信號的幅度調(diào)制原理作詳細的解釋，并通過matlab對已調(diào)信號進行仿真，并顯示出已調(diào)信號的時域與頻域的波形。2.1 信號的調(diào)制調(diào)制，就是把信號轉(zhuǎn)化成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N。廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。載波調(diào)制，就是用調(diào)制信號區(qū)控制載波參數(shù)的過程，即使載波的某一個或幾個參數(shù)按照調(diào)制信號的虧率而變化。調(diào)制信號時指來自信源的消

7、息信號。未受調(diào)制的周期性振蕩信號稱為載波，載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號，它含有調(diào)制信號的全部特征。2.2 幅度調(diào)制原理1 信號的幅度調(diào)制原理 幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻載波的幅度，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化的過程。幅度調(diào)制器的一般模型如圖2-1所示，載波信號，其中A0為外加信號。 圖2-1 (2.1) (2.2) 由頻譜可以看出，AM信號的頻譜由載波分量，上邊帶，下邊帶三部分組成。上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。因此AM信號時帶有載波分量的雙邊帶調(diào)制信號，它的帶寬是基帶信號帶寬fH的2倍。2. 雙邊帶幅度調(diào)制在AM調(diào)制模型中將直流A0去掉，即可得到一種高調(diào)制效率的

8、調(diào)制方式-抑制載波雙邊帶信號（DSBSC），簡稱雙邊帶信號DSB（如圖2-2）。其時域表達式為： 圖2-2 DSB信號的調(diào)制其時域表達式為： (2.3) 其頻域相應為： (2.4) 與先前幅度調(diào)節(jié)相比,只是少了直流分量，相應的少了，也就是在的處少了沖擊響應，與AM信號比較，因為不存在載波分量，DSB信號的調(diào)制效率為100%。DSB信號解調(diào)時需要采用相干解調(diào)，也稱同步檢波。2.3 matlab實現(xiàn)雙邊帶幅度調(diào)制本節(jié)主要通過matlab軟件把調(diào)制信號調(diào)制到載波信號上，使載波的幅度按照調(diào)制信號的規(guī)律進行變化。其波形如圖2-3所示 圖2-3 已調(diào)信號時域波形2.4 matlab實現(xiàn)已調(diào)信號的頻譜圖 與

9、調(diào)制信號實現(xiàn)頻譜圖的原理一樣，用matlab對已調(diào)信號進行快速傅里葉變換抽樣頻率為200hz，可以得到已調(diào)信號的頻譜圖，如圖2-4所示 圖3-4 已調(diào)信號頻譜圖2.5 幅度調(diào)制前后的比較雙邊帶幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻載波的幅度，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化的過程。調(diào)制后的信號是把調(diào)制信號加載到載波上，使載波上呈現(xiàn)調(diào)制信號的包絡線。對于已調(diào)信號的頻譜，實質(zhì)就是把調(diào)制信號由低頻段搬遷到高頻段進行通信。其波形比較如圖2-5所示 圖2-5 調(diào)制前后時域與頻域波形3. 已調(diào)信號的解調(diào)3.1 AM信號的解調(diào)原理及方式解調(diào)是調(diào)制的逆過程，解調(diào)是將位于載波的信號頻譜再搬回來，并且不失真的恢復出原始基帶信號。

10、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。解調(diào)的方式有兩種：相干解調(diào)與非相干解調(diào)。相干解調(diào)適用于各種線性調(diào)制系統(tǒng)，非相干解調(diào)一般適用幅度調(diào)制（AM）信號。1.AM信號的相干解調(diào)所謂相干解調(diào)是為了從接受的已調(diào)信號中，不失真地恢復原調(diào)制信號，要求本地載波和接收信號的載波保證同頻同相。相干載波的一般模型如下圖3-1所示： 圖4-1 AM信號的相干解調(diào)原理框圖將已調(diào)信號乘上一個與調(diào)制器同頻同相的載波，得 圖 3-1 相干解調(diào)模型 (3.1) 由上式可知，只要用一個低通濾波器，就可以將第1項與第2項分離，無失真的恢復出原始的調(diào)制信號 (3.2) 相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個與調(diào)制器同頻同

11、相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會破壞原始信號的恢復。2.AM信號的非相干解調(diào)所謂非相干解調(diào)是在接收端解調(diào)信號時不需要本地載波，而是利用已調(diào)信號中的包絡信號來恢復原基帶信號7。因此，非相干解調(diào)一般只適用幅度調(diào)制（AM）系統(tǒng)。憂郁包絡解調(diào)器電路簡單，效率高，所以幾乎所有的幅度調(diào)制（AM）接收機都采用這種電路。如下為串聯(lián)型包絡檢波器的具體電路。其利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，將調(diào)幅高頻信號去掉一半，再利用電容器的充放電特性和低通濾波器濾去高頻分量，就可以得到與包絡線形狀相同的音頻信號。 圖3-2 AM信號的非相干解調(diào)原理 圖3-2當RC滿足條件時，包絡檢波器的輸出基本與輸入信號的包絡變化

12、呈線性關(guān)系，即 (3.3)其中，。隔去直流后就得到原信號3.2 matlab實現(xiàn)已調(diào)信號的解調(diào) 圖3-3 解調(diào)后的調(diào)制信號解調(diào)過程是運用相干解調(diào)，對已調(diào)信號乘上載波，再通過低通濾波器濾波就可以無失真的恢復出原始的調(diào)制信號。此濾波器的設置參數(shù)為：通帶損耗Rp為0.5，阻帶衰減不小于60分貝，通帶截止頻率為Wp為0.03，阻帶起始頻率為0.1。其解調(diào)后的仿真波形如圖3-3所示。3.3 信號解調(diào)前后的比較 本設計是采用雙邊帶調(diào)幅來實現(xiàn)的信號調(diào)制，用相干波解調(diào)后，沒有直流分量，幅度減為原來的一半，頻率不變化。由頻譜圖可知解調(diào)是把已調(diào)信號的頻譜搬回到原來的位置，從而恢復出原始信號。恢復信號不失真的關(guān)鍵是

13、低通濾波器的設置，盡可能的減小失真度。 圖3-4 調(diào)制信號與解調(diào)信號對比4、設計總程序如下：t =-2:0.001:2y1=sin(t*40*pi)figuresubplot(3,2,1)plot(t,y1)title('調(diào)制信號')xlabel('時間/s')ylabel('幅度')grid onxlim(-0.1,0.1) %顯示調(diào)制信號fm=20 %調(diào)制信號的頻頻率fs=100N=512yk=fft(y1,N) %傅里葉變換%yw=abs(yk)yw=abs(fftshift(yk)fw=-255:256/N*fssubplot(3,2,2

14、)plot(fw,yw)title('調(diào)制信號的頻譜')xlabel('頻率/hz')ylabel('F(w)')grid onxlim(-8,8)y3=cos(pi*200*t) %載波頻率100hz w=2f*pi%subplot(3,2,3)subplot(3,2,3)plot(t,y3)title('載波信號')xlabel('時間/s') %載波信號顯示ylabel('幅度')grid onxlim(-0.1,0.1)y4=sin(t*40*pi).*cos(pi*200*t)subplo

15、t(3,2,4)plot(t,y4)title('已調(diào)信號')xlabel('時間/s')ylabel('幅度')grid onxlim(-0.1,0.1) %已調(diào)信顯示ylim(-2,2)fs1=200ykdsb=fft(y4,N)ywdsb=abs(yk)fwdsb=-255:256/512*fs1subplot(3,2,5)plot(fwdsb,ywdsb)title('已調(diào)信號的頻譜')xlabel('頻率/hz')ylabel('Fdsb(w)')grid onxlim(-150,150)

16、y6=y4.*y3grid onRp=0.5 %通帶損耗不大于Rp分貝Rs=60 %阻帶衰減不小于RS分貝Wp=0.03 %通帶截止頻率Ws=0.1 %阻帶起始頻率n,Wn=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s')b,a=butter(n,Wn,'low')X1=filter(b,a,y6)subplot(3,2,6)plot(t,X1)title('濾波后的f（t）信號')xlabel('時間/s')ylabel('幅度')grid onxlim(-2,-1)其對應仿真的圖形如圖4-1所示：圖4-1四、設

17、計總結(jié) 通過本次Matlab的課程設計，我對Matlab軟件有了更深入的了解。為了做好這次的課程設計，查閱了大量資料，并在各個網(wǎng)站上搜索與此有關(guān)的知識，這個過程使我受益匪淺，了解到了自主探究學習的很多方法。我覺得這個是最重要的，對于今后任何一個領域或者某一方面的學習研究中都是大有益處的。 對于這次課程設計，其中難度最大的莫過于對調(diào)制與解調(diào)這部分原理的理解，在MATLAB軟件的使用上面，自己的確存在很大的缺陷，對于一些語言還只是停留在理解上面，要自己熟練運用的確還有一段距離，在編程過程中，也努力過，努力想去繼承前人的智慧，但無奈自己理解參透能力有限。所以最后在程序這方面還是有待加強。 Matlab軟件