利用matlab實(shí)現(xiàn)信號(hào)幅度的調(diào)制與解調(diào)

1、第一章 調(diào)制解調(diào)的基本原理第一節(jié) 調(diào)制的基本原理“調(diào)制”就是使信號(hào)f(t)控制載波的某一個(gè)或某些參數(shù)（如振幅、頻率、相位等），是這些參數(shù)按照信號(hào)f(t)的規(guī)律變化的過(guò)程。載波可以是正弦波或脈沖序列。以正弦型信號(hào)作載波的調(diào)制叫做連續(xù)波調(diào)制。調(diào)制后的載波就載有調(diào)制信號(hào)所包含的信息，稱為已調(diào)波。對(duì)于連續(xù)波調(diào)制，已調(diào)信號(hào)可以表示為它有振幅頻率和相位三個(gè)參數(shù)構(gòu)成。改變?nèi)齻€(gè)參數(shù)中的任何一個(gè)都可以攜帶同樣的信息。因此連續(xù)波的調(diào)制可分為調(diào)幅、調(diào)相、和調(diào)頻。調(diào)制在通信過(guò)程中起著極其重要的作用：無(wú)線電通信是通過(guò)空間輻射方式傳輸信號(hào)的，調(diào)制過(guò)程可以將信號(hào)的頻譜搬移到容易以電磁波形勢(shì)輻射的較高范圍；此外，調(diào)制過(guò)程可以

2、將不同的信號(hào)通過(guò)頻譜搬移托付至不同頻率的載波上，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，不至于互相干擾。按照被調(diào)制信號(hào)參數(shù)的不同，調(diào)制的方式也不同。如果被控制的參數(shù)是高頻振蕩的幅度，則稱這種調(diào)制方式為幅度調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)幅；如果被控制的參數(shù)是高頻振蕩的頻率或相位，則稱這種調(diào)制方式為頻率調(diào)制或相位調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)頻或調(diào)相（調(diào)頻與調(diào)相又統(tǒng)稱調(diào)角）。振幅調(diào)制是一種實(shí)用很廣的連續(xù)波調(diào)制方式。幅度調(diào)制的特點(diǎn)是載波的頻率始終保持不變，它的振幅卻是變化的。其幅度變化曲線與要傳遞的低頻信號(hào)是相似的。它的振幅變化曲線稱之為包絡(luò)線，代表了要傳遞的信息。第二節(jié) 解調(diào)的基本原理解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，它的作用是從已調(diào)波信號(hào)中取出原來(lái)的調(diào)制信號(hào)。調(diào)制過(guò)程是

3、一個(gè)頻譜搬移的過(guò)程，它將低頻信號(hào)的頻譜搬移到載頻位置。如果要接收端回復(fù)信號(hào)，就要從已調(diào)信號(hào)的頻譜中，將位于載頻的信號(hào)頻譜再搬回來(lái)。解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)。相干解調(diào)是指為了不失真地恢復(fù)信號(hào)，要求本地載波和接收信號(hào)的載波必須保持同頻同相。非相干解調(diào)主要指利用包絡(luò)檢波器電路來(lái)解調(diào)的。包絡(luò)檢波電路實(shí)際上是一個(gè)輸出端并接一個(gè)電容的整流電路。二極管的單向?qū)щ娦院碗娙萜鞯某浞烹娞匦院偷屯V波器濾去高頻分量，得到與包絡(luò)線形狀相同的音頻信號(hào)，見(jiàn)圖1.2.3 。對(duì)于頻率調(diào)制來(lái)說(shuō)，解調(diào)是從它的頻率變化提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。頻率解調(diào)要比幅度解調(diào)復(fù)雜，用普通檢波電路是無(wú)法解調(diào)出調(diào)制信號(hào)的，必須采用頻率檢波方式。圖1

4、.2.1包絡(luò)檢波器電路及檢波過(guò)程第二章 信號(hào)的雙邊帶調(diào)制原理第一節(jié) 信號(hào)調(diào)幅數(shù)字模型以及特點(diǎn)AM是指調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的幅度，使其隨調(diào)制信號(hào)呈線性變化的過(guò)程。AM信號(hào)的調(diào)制原理模型如下：圖2.1.1 AM信號(hào)的調(diào)制原理模型上圖中m（t）為基帶信號(hào)含有有用信息，頻率較低，它可以是確知信號(hào)，也可以是隨機(jī)信號(hào)，但通常認(rèn)為它的平均值為0.載波信號(hào)用于搭載有用信號(hào)，器頻率較高，表達(dá)式為： （2.1.1）上式中，為載波振幅，為載波角頻率為載波的初始相位。運(yùn)用MATLAB信號(hào)處理工具箱的有關(guān)函數(shù)可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于已調(diào)信號(hào)，通信系統(tǒng)就可以有效而可靠的傳輸了。第二節(jié) 信號(hào)的波形和頻譜特性雖然實(shí)際模擬基

5、帶信號(hào)m(t)是隨機(jī)的，但我們還是從簡(jiǎn)單入手，先考慮m(t)是確知信號(hào)的傅氏頻譜，然后在分析m(t)是隨機(jī)信號(hào)時(shí)調(diào)幅信號(hào)的功率譜密度?？芍?(2.2.1)設(shè)m(t)的頻譜為M(w），由傅氏變換的理論可得已調(diào)信號(hào)表達(dá)式為： (2.2.2)AM的波形和相應(yīng)的頻譜圖如下圖2.2.1AM信號(hào)的時(shí)域波形及其頻譜可以看出，第一,AM的頻譜與基帶信號(hào)的頻譜呈線性關(guān)系，只是將基帶信號(hào)的頻譜搬移，并沒(méi)有產(chǎn)生新的頻譜成分，因此AM調(diào)制屬于線性調(diào)制；第二,AM信號(hào)波形的包絡(luò)與基帶信號(hào)成正比，所以AM信號(hào)的解調(diào)即可以采用相干解調(diào)，也可以采用非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。第三,AM的頻譜中含有載頻和上，下兩個(gè)邊帶，無(wú)論是上邊

6、帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息，股已調(diào)波形的帶寬為原基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即 (2.2.3)其中為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。第三章 信號(hào)的解調(diào)原理第一節(jié) 信號(hào)的相干解調(diào)解調(diào)是將位于載波的信號(hào)頻譜再搬回來(lái)，并且不失真的恢復(fù)出原始基帶信號(hào)。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(hào)。所謂相干解調(diào)是為了從接受的已調(diào)信號(hào)中，即接收端，分析已調(diào)信號(hào)的頻譜，不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，要求本地載波和接收信號(hào)的載波保證同頻同相。相干載波的一般模型如下：圖3.1.1AM信號(hào)的相干解調(diào)原理框圖將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)與調(diào)制器同頻同相的載波，得 (3.1

7、.1)由上式可知，只要用一個(gè)低通濾波器，就可以將第1項(xiàng)與第2項(xiàng)分離，無(wú)失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào) (3.1.2)包括直流成分(1/2)Ao、調(diào)制信號(hào)(1/2)f(t).直流成分可以通過(guò)隔直元件消除，因而無(wú)失真的恢復(fù)了信號(hào)。相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個(gè)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(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。第二節(jié) 信號(hào)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(hào)時(shí)不需要本地載波，而是利用已調(diào)信號(hào)中的包絡(luò)信號(hào)來(lái)恢復(fù)原基帶信號(hào)7。因此，非相干解調(diào)一般只適用幅度調(diào)制（AM）系統(tǒng)。由于包絡(luò)解調(diào)器電路簡(jiǎn)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

8、絡(luò)檢波器的具體電路。圖3.2.1AM信號(hào)的非相干解調(diào)原理當(dāng)RC滿足條件時(shí)，包絡(luò)檢波器的輸出基本與輸入信號(hào)的包絡(luò)變化呈線性關(guān)系，即 (3.2.1)其中，。隔去直流后就得到原信號(hào)。第四章 信號(hào)調(diào)幅解調(diào)MATLAB詳細(xì)設(shè)計(jì)第一節(jié) 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟一 利用MATLAB繪制已知信號(hào)f（t）（一）繪制已知信號(hào)根據(jù)f(t)表達(dá)式利用subplot函數(shù)實(shí)現(xiàn)子圖的畫(huà)法，并且對(duì)所畫(huà)的圖做標(biāo)識(shí)，如標(biāo)題，幅度。載波頻率為100Hz。（二）繪制已知信號(hào)f(t)的頻譜根據(jù)f(t)的表達(dá)式，通過(guò)傅里葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜，具體可以取10000個(gè)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且運(yùn)用算法這樣再利用subplot函數(shù)實(shí)現(xiàn)子圖的畫(huà)法，并且對(duì)所畫(huà)的圖做標(biāo)

9、識(shí)，如標(biāo)題，幅度。二 利用MATLAB繪制已調(diào)信號(hào)（一）由調(diào)制信號(hào)知：雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制過(guò)程實(shí)際上就是調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)的相乘運(yùn)算。得已調(diào)信號(hào)這樣再利用subplot函數(shù)實(shí)現(xiàn)子圖的畫(huà)法，并且對(duì)所畫(huà)的圖做標(biāo)識(shí)，如標(biāo)題，幅度,時(shí)間。（二）繪制已調(diào)信號(hào)的頻譜根據(jù)已調(diào)信號(hào)的表達(dá)式，通過(guò)傅里葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜，具體可以取1000個(gè)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且運(yùn)用算法這樣再利用subplot函數(shù)實(shí)現(xiàn)子圖的畫(huà)法，并且對(duì)所畫(huà)的圖做標(biāo)識(shí)，如標(biāo)題，幅度。三 利用MATLAB繪制相干解調(diào)后的信號(hào)波形程序由雙邊帶調(diào)幅的解調(diào)過(guò)程實(shí)際上就是將已調(diào)信號(hào)與本地載波相乘。即 在利用一個(gè)低通濾波器把高頻分量濾除掉就可以恢復(fù)原始的調(diào)制信號(hào)，這

10、種方法稱為相干解調(diào)。主要程序語(yǔ)句為n.Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn);這樣可以實(shí)現(xiàn)求n和傳遞函數(shù)的分子分母b,a;Wp=40/100;Ws=45/100;這時(shí)的100是最高頻率的一半，而40則是在100/PI和45之間。X1=5*filter(b,a,y2)。通過(guò)這樣可以是濾波后的波形失真更小。此時(shí)可得相干解調(diào)后的信號(hào)波形。第二節(jié) 具體設(shè)計(jì)程序一 原始信號(hào)、調(diào)制信號(hào)及各自頻譜t=linspace(0,1,256);ft=sin(40*pi*t);fs=256;f=-500:499/1000*fs;yk=fft(ft,1000);%對(duì)

11、信號(hào)做傅里葉變換yw=2*pi/1000*abs(fftshift(yk);%頻譜搬移Sm=ft.*cos(200*pi*t); yk1=fft(Sm,1000)%對(duì)信號(hào)做傅里葉變換yw1=2*pi/1000*abs(fftshift(yk1)%頻譜搬移subplot(4,1,1);plot(t,ft);title(原始調(diào)制信號(hào));xlabel(t/s);ylabel(幅度);grid;subplot(4,1,2);plot(f,yw);title(原始調(diào)制信號(hào)的頻譜);xlabel(f/hz);ylabel(幅度);grid;subplot(4,1,3);plot(t,Sm);title(已

12、調(diào)信號(hào)Sm);xlabel(t/s);ylabel(幅度);subplot(4,1,4);plot(f,yw1);title(已調(diào)信號(hào)的頻譜);xlabel(f/hz);ylabel(幅度);二 解調(diào)信號(hào)及其頻譜Fs=256;t=linspace(0,0.3,Fs);ft=sin(40*pi*t);sm=ft.*cos(200*pi*t);mo=sm.*cos(200*pi*t);N=Fs*200;Yk=fft(mo,2048)%對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換Yw=2*pi/N*abs(fftshift(Yk);Fw=-1024:1023/2048*Fs;b=ones(1,10)/10;ft1=fi

13、ltfilt(b,1,mo);Yk1=fft(ft1,2048)%對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換Yw1=2*pi/N*abs(fftshift(Yk1);subplot(411);plot(mo);title(濾波前的解調(diào)信號(hào))xlabel(t/s);ylabel(幅度)subplot(412)plot(Fw,Yw) %繪制濾波之前的頻譜title(濾波前的解調(diào)信號(hào)頻譜)xlabel(f/hz);ylabel(幅度)subplot(413)plot(ft1); %繪制解調(diào)之后信號(hào)波形title(濾波后的解調(diào)信號(hào));xlabel(t/s);ylabel(幅度)subplot(414)plot(Fw,Y

14、w1) %繪制濾波之后的頻譜title(濾波后的解調(diào)信號(hào)頻譜)xlabel(f/hz);ylabel(幅度)第三節(jié) 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析一 設(shè)計(jì)結(jié)果二 結(jié)果分析（1）原始信號(hào)以及頻譜的分析：由于原始信號(hào)是正信號(hào)，所以經(jīng)傅里葉變換后經(jīng)設(shè)計(jì)得出圖形。故正確得出了原始信號(hào)的頻譜（2）對(duì)于已調(diào)信號(hào)則是由原信號(hào)與載波信號(hào)相乘的結(jié)果。由于正弦函數(shù)幅度均勻，故與載波相乘后，幅度分布也較均勻。此時(shí)再對(duì)已調(diào)信號(hào)求取頻譜。結(jié)果圖形如圖所示，恰好與分析結(jié)果相吻合。證明了雙邊帶調(diào)制過(guò)程中有頻譜的搬移。（3）最后將已調(diào)信號(hào)通過(guò)乘以同頻同相的本地載波，即為相干解調(diào)。此時(shí)的波形沒(méi)有經(jīng)過(guò)低通濾波器，所以波形與原來(lái)有點(diǎn)不一致，最后通

15、過(guò)低通濾波器后，在設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整下，可以恢復(fù)原始的信號(hào)。 (4) 信號(hào)解調(diào)前后的比較: 本設(shè)計(jì)是采用雙邊帶調(diào)幅來(lái)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)調(diào)制，用相干波解調(diào)后，沒(méi)有直流分量，幅度減為原來(lái)的一半，頻率不變化。由頻譜圖可知解調(diào)是把已調(diào)信號(hào)的頻譜搬回到原來(lái)的位置，從而恢復(fù)出原始信號(hào)?；謴?fù)信號(hào)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。綜上所述，通過(guò)畫(huà)原始信號(hào)的波形，頻譜，并分析實(shí)現(xiàn)原始信號(hào)與載波信號(hào)相乘得出已調(diào)信號(hào)，并利用傅里葉變換找到其頻譜。可以看出雙邊帶調(diào)幅的實(shí)質(zhì)為頻譜的搬移。最后將已調(diào)信號(hào)與載波信號(hào)相乘經(jīng)過(guò)低通濾波器作相干解調(diào)，就可以恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)了。對(duì)濾波器的參數(shù)作調(diào)整，可以改變其回復(fù)信號(hào)的準(zhǔn)

16、確度。第五章 心得體會(huì)一周的課程設(shè)計(jì)又接近尾聲，經(jīng)過(guò)與同學(xué)的探討與分析，使得我順利的完成了利用MATLAB實(shí)現(xiàn)信號(hào)的幅度調(diào)制與解調(diào)的課程設(shè)計(jì)。在此次設(shè)計(jì)中我們將課本理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，按照書(shū)本上的知識(shí)和老師講授的方法，首先分析此次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，然后按照分析的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際編程操作，檢測(cè)和校正，再進(jìn)一步完善程序。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，還有一些出現(xiàn)的未知問(wèn)題。我們都認(rèn)真分析討論，然后對(duì)討論出的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)校正，對(duì)一些疑難問(wèn)題我們也認(rèn)真向老師詢問(wèn)請(qǐng)教和老師一起討論解決。原本課本里的知識(shí)只知道一點(diǎn)皮毛，根本就不理解更別說(shuō)運(yùn)用了，不過(guò)經(jīng)過(guò)一周的課程設(shè)計(jì)，不得不去認(rèn)真看書(shū)，分析各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。從中對(duì)課本內(nèi)容更加了解。通過(guò)此次的課程設(shè)計(jì)，我們加深了對(duì)課本知識(shí)的認(rèn)識(shí)理解，對(duì)電路設(shè)計(jì)方法和MATLAB語(yǔ)言也有了一定的初步認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題。首先，自己在書(shū)本知識(shí)的學(xué)習(xí)上還存在太多的問(wèn)題，有許多的知識(shí)根本沒(méi)有完全理解。其次，我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)設(shè)計(jì)的方向把我的不夠好，并因此浪費(fèi)了不少的時(shí)間，這些都是我以后要注意的地方?？傊诒敬卧O(shè)計(jì)中，通過(guò)自己的努力，認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)的函數(shù)。而在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)對(duì)錯(cuò)誤的改正，也加強(qiáng)了自己對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。同時(shí)有于