利用MATLAB實(shí)現(xiàn)信的幅度調(diào)制與解調(diào)..

1、課程設(shè)計論文姓名：姜勇學(xué)院：機(jī)電與車輛工程學(xué)院專業(yè)：電子信息工程2班學(xué)號：1665090208安徽科技學(xué)院學(xué)年第學(xué)期課程2線學(xué)號裝訂'專業(yè)級班姓名內(nèi)容摘要：教師評語：利用MATLAB實(shí)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(xué)號：1665090208一、設(shè)計摘要：現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠(yuǎn)、信道容量大、傳輸質(zhì)量好。在信號處理里面經(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(shí)現(xiàn)很多功能，制造出很多的電子產(chǎn)品。本設(shè)計主要研究內(nèi)容是利用MATLAB實(shí)現(xiàn)對正弦信f(t)二sin(40兀t)進(jìn)行雙邊帶幅度調(diào)制，載波信號頻率為100Hz

2、,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(shí)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(jìn)行調(diào)制和解調(diào)。二、關(guān)鍵詞：幅度、調(diào)制、解調(diào)、MATLAB三、設(shè)計內(nèi)容1.調(diào)制信號調(diào)制信號是原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(dǎo)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。1.1matlab實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號

3、的波形本設(shè)計的調(diào)制信號為正弦波信號f(t)=sin(451)，通過matlab仿真顯示出其波形圖如圖1-1所示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(xué)分析中，信號f（t）的傅里葉變換被認(rèn)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)省電腦的計算時間，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號的實(shí)時處理，減少離散傅里葉變換（DFT）的計算量?？焖俑道锶~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(shè)計思想和DFT各種快速算，為計算機(jī)處理數(shù)據(jù)節(jié)省了時間。對已知信號進(jìn)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

4、matlab實(shí)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(yuǎn)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(shí)驗(yàn)的載波頻率為lOOhz，起波形圖如圖1-3所示載波信號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(xì)的解釋，并通過matlab對已調(diào)信號進(jìn)行仿真，并顯示出已調(diào)信號的時域與頻域的

5、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c二Acos(吩+°),其中A0為外加信號。圖2-1Sm(t)二A0+m(t)C°Wc

6、t(2.1)S)二兀A6+®)+8)+(1/2)M(3+e)+M)AM0CCCC(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(dá)式為：圖2-2DSB信號的調(diào)制其時域表達(dá)式為：(2.3)(2.4)SdsB)=m(t)co咋1其頻域相應(yīng)為：SAM(w)二2【

7、M(w+wc)+M(w-Wc)與先前幅度調(diào)節(jié)相比，只是少了直流分量，相應(yīng)的少了兀A05(W+Wc)+5(Wwc),也就是在M(w)的士Wc處少了沖擊響應(yīng)，與AM信號比較，因?yàn)椴淮嬖谳d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。2.3matlab實(shí)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f(t)=sin(451)調(diào)制到載波信號fs(t)二cos(200兀t)上，使載波的幅度按照調(diào)制信號的規(guī)律進(jìn)行變化。其波形如圖2-3所示0.80.60.40.2-0.4-0.6-;:圖NIi2.4matlab實(shí)現(xiàn)已調(diào)信號的頻勺-0.83已調(diào)信號信號域波形0

8、.020.040.060.08.與調(diào)制信號實(shí)現(xiàn)頻譜圖的原理一樣，用matlab對已調(diào)信號進(jìn)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所示已調(diào)信號的頻譜250200100圖3-4已調(diào)信號頻譜圖1002.5幅度調(diào)制前后的比較i:!_-150-100-50050頻率：hz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(luò)線。對于已調(diào)信號的頻譜，實(shí)質(zhì)就是把調(diào)制信號由低頻段搬遷到高頻段進(jìn)行通信。其波形比較如圖2-5所示3.1AM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

9、載波的信號頻譜再搬回來，并且不失真的恢復(fù)出原始基帶信號。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。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(fù)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：p（f）必（0低通謔披器j冊圖4-1AM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COS（仍廿坤）圖3-1相干解調(diào)模型S(t)coswt=A+m(t)cos2wt(3.1)AMc0c=A+

10、m(t)+A+m(t)cos2wt2020c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(fù)出原始的調(diào)制信號1M(T)=三A+M(T)(3.2)020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(fù)。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(luò)信號來恢復(fù)原基帶信號。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(luò)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(jī)都采用這種電路。如下為串聯(lián)型包絡(luò)檢波器的具體電路。其利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕?/p>

11、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(luò)線形狀相同的音頻信號。悅Do圖3-2當(dāng)RC滿足條件1w<RC<1w時，包絡(luò)檢波器的輸出基本與輸入信號的包絡(luò)變化呈線ch性關(guān)系，即m(t)=A+m(t)(3.3)o0其中，A>|m(t)|。隔去直流后就得到原信號m(t)0max93.2matlab實(shí)現(xiàn)已調(diào)信號的解調(diào)0：30.20.10IOKp圖3-3社解調(diào)后的調(diào)制信號“|1，對已調(diào)信號乘上載波，再通過低通濾波器濾波就可以無此濾波器的設(shè)置參數(shù)為：通帶損耗Rp為0.5，阻帶衰減-0.2m-0.1I。解調(diào)過程是運(yùn)用相干解調(diào)失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制

12、信號"-2-198-17-16-15-1432-1不小于60分貝，通帶截止頻率為Wp為0.03間阻帶起始頻率為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(shè)計是采用雙邊帶調(diào)幅來實(shí)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(fù)出原始信號?；謴?fù)信號不失真的關(guān)鍵是低通濾波器的設(shè)置，盡可能的減小失真度。4、設(shè)計總程序如下：t=-2:0.001:2y1=sin(t*40*pi)figuresubplot(3,2,1)plot(t,y1)%顯示調(diào)制信號%調(diào)制信號的頻頻率%傅里葉變換t

13、itle('調(diào)制信號')xlabel('時間/s')ylabel('幅度')gridonxlim(-0.1,0.1)fm=20fs=100N=512yk=fft(y1,N)%yw=abs(yk)yw=abs(fftshift(yk)fw=-255:256/N*fssubplot(3,2,2)plot(fw,yw)title('調(diào)制信號的頻譜')xlabel('頻率/hz')ylabel('F(w)')gridonxlim(-8,8)y3=cos(pi*200*t)%載波頻率lOOhzw=2f*pi%

14、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')gridonxlim(-0.l,0.l)y4=sin(t*40*pi).*cos(pi*200*t)subplot(3,2,4)plot(t,y4)title('已調(diào)信號')xlabel('時間/s')ylabel('幅度')gridon11xlim(-0.1,0.1)%已調(diào)信顯示ylim(-2,2)fs1=200ykdsb=fft(y4,N)

15、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)')gridonxlim(-150,150)y6=y4.*y3gridonRp=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'

16、;)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')gridonxlim(-2,-1)其對應(yīng)仿真的圖形如圖4-1所示：圖4-1四、設(shè)計總結(jié)通過本次Matlab的課程設(shè)計，我對Matlab軟件有了更深入的了解。為了做好這次的課程設(shè)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(xué)習(xí)的很多方法。我覺得這個是最重要的，對于今后任何一個領(lǐng)域或者某一方面的學(xué)習(xí)研究中都是大有益處的。對于這次課程設(shè)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(yùn)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(qiáng)。Matl