利用MATLAB實(shí)現(xiàn)AM調(diào)制與解調(diào)

1、題目 利用MATLAB實(shí)現(xiàn)信號(hào)的AM調(diào)制與解調(diào) 專業(yè)、班級(jí) 電子信息工程技術(shù) 學(xué)號(hào) 姓名 基本要求、主要參考資料等：基本要求：1、掌握利用MATLAB實(shí)現(xiàn)信號(hào)AM調(diào)制與解調(diào)的方法。2、學(xué)習(xí)MATLAB中信號(hào)表示的基本方法及繪圖函數(shù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)常用連續(xù)時(shí)間信號(hào)的可視化表示。3、加深理解調(diào)制信號(hào)的變化；驗(yàn)證信號(hào)調(diào)制的基本概念、基本理論，掌握信號(hào)與系統(tǒng)的分析方法。主要參考資料：1、王秉鈞等. 通信原理M.北京：清華大學(xué)出版社，2006.112、陳懷琛.數(shù)字信號(hào)處理教程-MATLAB釋義與實(shí)現(xiàn)M.北京：電子工業(yè)出版社,2004.1目 錄摘要11.matlab簡介21.1matlab基本功能21.2m

2、atlab應(yīng)用22.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案42.1調(diào)制信號(hào)42.1.1 matlab實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的波形42.1.2 matlab實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的頻譜42.1.3 matlab實(shí)現(xiàn)載波的仿真52.2信號(hào)的幅度調(diào)制62.2.1信號(hào)的調(diào)制62.2.2幅度調(diào)制原理62.2.3 matlab實(shí)現(xiàn)雙邊帶幅度調(diào)制82.2.4 matlab實(shí)現(xiàn)已調(diào)信號(hào)的頻譜圖82.2.5 幅度調(diào)制前后的比較92.3已調(diào)信號(hào)的解調(diào)92.3.1 AM信號(hào)的解調(diào)原理及方式92.3.2 matlab實(shí)現(xiàn)已調(diào)信號(hào)的解調(diào)112.3.3信號(hào)解調(diào)前后的比較11結(jié)論12參考文獻(xiàn)13II摘 要現(xiàn)在的社會(huì)越來越發(fā)達(dá)，科學(xué)技術(shù)不斷的在更新，在信號(hào)和模擬電路

3、里面經(jīng)常要用到調(diào)制與解調(diào)，而信號(hào)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)可以在電路里面實(shí)現(xiàn)很多功能，制造出很多有用又實(shí)惠的電子產(chǎn)品，為我們的生活帶來便利。在我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫氖找魴C(jī)也是采用了AM調(diào)制方式，而且在軍事和民用領(lǐng)域都有十分重要的研究課題。本設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容是利用MATLAB實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)行AM調(diào)制，載波信號(hào)頻率為1000Hz，調(diào)制深度為0.5。t0=0.2.在MATLAB中顯示調(diào)制信號(hào)的波形和頻譜，已調(diào)信號(hào)的波形和頻譜，比較信號(hào)調(diào)制前后的變化。并對(duì)已調(diào)信號(hào)解調(diào)，比較了解調(diào)后的信號(hào)與原信號(hào)的區(qū)別。信號(hào)幅度調(diào)制與解調(diào)及MATLAB中信號(hào)表示的基本方法及繪圖函數(shù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)連

4、續(xù)時(shí)間信號(hào)的可視化表示。關(guān)鍵詞：AM、 調(diào)制、 解調(diào)、 MAT LAB1.matlab簡介MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。1.1matlab基本功能 MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程

5、設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問

6、題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C+ ，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。1.2matlab應(yīng)用MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行以下各種工作：（1）數(shù)值分析；（2）數(shù)值和符號(hào)計(jì)算； （3）工程與科學(xué)繪圖；（4）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真；（5）數(shù)字圖像處理技術(shù)；（6）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)；（7）通訊系統(tǒng)

7、設(shè)計(jì)與仿真；（8）財(cái)務(wù)與金融工程。MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試和測量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴(kuò)展MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域的問題。2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)是原始信息變換而來的低頻信號(hào)。調(diào)制本身是一個(gè)電信號(hào)變換的過程。調(diào)制信號(hào)去改變載波信號(hào)的某些特征值（如振幅、頻率、相位等），導(dǎo)致載波信號(hào)的這個(gè)特征值發(fā)生有規(guī)律的變化，這個(gè)規(guī)律是調(diào)制信號(hào)本身的規(guī)律所決定的。2.1.1 matlab實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的波形本設(shè)計(jì)的調(diào)制信號(hào)為，通過matlab仿真顯示出其波

8、形圖如圖2-1所示圖2-1 調(diào)制信號(hào)2.1.2 matlab實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的頻譜連續(xù)傅里葉變換是一個(gè)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(gè)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(hào)f(t)的傅里葉變換被認(rèn)為是處在頻域中的信號(hào)。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(jì)算時(shí)間，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，減少離散傅里葉變換（DFT）的計(jì)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(jì)算量的算法設(shè)計(jì)思想和DFT各種快速算，為計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)節(jié)省了時(shí)間。對(duì)已知信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換其抽樣頻率為1000hz，matlab仿真頻譜

9、如圖2-2圖2-2已知信號(hào)的頻譜2.1.3 matlab實(shí)現(xiàn)載波的仿真載波是被調(diào)制以傳輸信號(hào)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(hào)的帶寬，否則會(huì)發(fā)生混疊，使傳輸信號(hào)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(hào)加載到載波的信號(hào)上，接收方按照載波的頻率來接收數(shù)據(jù)信號(hào)，有意義的信號(hào)波的波幅與無意義的信號(hào)的波幅是不同的，將這些信號(hào)提取出來就是我們需要的數(shù)據(jù)信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)的載波頻率為1000hz，起波形圖如圖2-3所示圖 2-3載波波形2.2信號(hào)的幅度調(diào)制2.2.1信號(hào)的調(diào)制調(diào)制，就是把信號(hào)轉(zhuǎn)化成適合

10、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(hào)區(qū)控制載波參數(shù)的過程，即使載波的某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)按照調(diào)制信號(hào)的虧率而變化。調(diào)制信號(hào)時(shí)指來自信源的消息信號(hào)。未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)稱為載波，載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)，它含有調(diào)制信號(hào)的全部特征。2.2.2幅度調(diào)制原理1 信號(hào)的幅度調(diào)制原理 幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的幅度，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化的過程。幅度調(diào)制器的一般模型如圖2-4所示，載波信號(hào)，其中A0為外加信號(hào)。圖2-4 （2.1） （2.2）由頻譜可以看出，AM信號(hào)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

11、信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。因此AM信號(hào)時(shí)帶有載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，它的帶寬是基帶信號(hào)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(hào)（DSBSC），簡稱雙邊帶信號(hào)DSB（如圖2-5）。其時(shí)域表達(dá)式為： （2.3）圖2-5 DSB信號(hào)的調(diào)制其頻域相應(yīng)為： (2.4)與先前幅度調(diào)節(jié)相比,只是少了直流分量，相應(yīng)的少了也就是在的處少了沖擊響應(yīng)，與AM信號(hào)比較，因?yàn)椴淮嬖谳d波分量，DSB信號(hào)的調(diào)制效率為100%。DSB信號(hào)解調(diào)時(shí)需要采用相干解調(diào)，也稱同步檢波。2.2.3 matlab實(shí)現(xiàn)雙邊帶幅度調(diào)制本節(jié)主要通過

12、matlab軟件把調(diào)制信號(hào)調(diào)制到載波信號(hào)上，使載波的幅度按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律進(jìn)行變化。其波形如圖2-6所示圖2-6已調(diào)信號(hào)2.2.4 matlab實(shí)現(xiàn)已調(diào)信號(hào)的頻譜圖與調(diào)制信號(hào)實(shí)現(xiàn)頻譜圖的原理一樣，用matlab對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，可以得到已調(diào)信號(hào)的頻譜圖，如圖2-7所示圖2-7 已調(diào)信號(hào)頻譜圖2.2.5 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(hào)去控制高頻載波的幅度，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化的過程。調(diào)制后的信號(hào)是把調(diào)制信號(hào)加載到載波上，使載波上呈現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)線。對(duì)于已調(diào)信號(hào)的頻譜，實(shí)質(zhì)就是把調(diào)制信號(hào)由低頻段搬遷到高頻段進(jìn)行通信。其波形比較如圖2-8所示 已知信號(hào) 已知信號(hào)頻譜

13、已調(diào)信號(hào) 已調(diào)信號(hào)頻譜圖2-8 調(diào)制前后時(shí)域和頻域的波形2.3已調(diào)信號(hào)的解調(diào)2.3.1 AM信號(hào)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(hào)頻譜再搬回來，并且不失真的恢復(fù)出原始基帶信號(hào)。對(duì)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(hào)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(hào)。1.AM信號(hào)的相干解調(diào)低通濾波器所謂相干解調(diào)是為了從接受的已調(diào)信號(hào)中，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圖3-1圖3-1AM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

14、相的載波，得(3.1) （3.2）由(3.1)、(3.2)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，無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào) （3.3）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)。2.AM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)來恢復(fù)原基帶信號(hào)。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?，將調(diào)幅高頻信號(hào)去掉一

15、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(hào)。圖3-2 AM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 （3.4）其中，。隔去直流后就得到原信號(hào)。2.3.2 matlab實(shí)現(xiàn)已調(diào)信號(hào)的解調(diào)解調(diào)過程是運(yùn)用相干解調(diào)，對(duì)已調(diào)信號(hào)乘上載波，再通過低通濾波器濾波就可以無失真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào)。其解調(diào)后的仿真波形如圖3-3所示。圖3-3解調(diào)后的調(diào)制信號(hào)2.3.3信號(hào)解調(diào)前后的比較本設(shè)計(jì)是采用雙邊帶調(diào)幅來實(shí)現(xiàn)的信號(hào)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(hào)

16、的頻譜搬回到原來的位置，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。已知信號(hào) 解調(diào)并濾波后的信號(hào)圖3-4已知信號(hào)與解調(diào)信號(hào)的比較 結(jié)論經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，在忙碌之余我也有很大的收獲。雖然我們的課節(jié)不是很多，但在這有限的時(shí)間里，老師盡其所能的將自己所知道的知識(shí)傳授給大家，讓大家真正的有所學(xué)、有所悟。作為一個(gè)本科生的結(jié)業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)是難以想象的?；厥鬃约哼@一學(xué)期的生活，不禁感慨萬千。豐富而緊張的校園生活，友好熱情的同學(xué)，嚴(yán)厲而不乏關(guān)心的老師，這段經(jīng)歷必將影響我的一

17、生，我也必將從這段經(jīng)歷中受益無窮。通過這一段時(shí)間的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，使我更加清楚的明白的信號(hào)調(diào)幅的調(diào)制與解調(diào)的具體過程及方法，使我對(duì)整個(gè)過程有了更加深刻的了解，同時(shí)也進(jìn)一步了解了MATLAB的基礎(chǔ)應(yīng)用知識(shí)，使我的知識(shí)有了更加深刻的理解。在課程設(shè)計(jì)的過程中我遇到了很多問題，使我明白了自己的知識(shí)到底有多欠缺。通過查資料及和同學(xué)們共同討論分析最終解決了問題，這也使我明白了團(tuán)隊(duì)的重要性，我們大家都是一個(gè)團(tuán)隊(duì)，我們個(gè)人的能力是很微小，很渺茫，我們只有和大家一起，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的力量，我們才可能更效率的解決問題，迎接各種考驗(yàn)，只有那些靠團(tuán)隊(duì)的集團(tuán)才才能解決各種困難，才可能真正取得成功。同時(shí)，我們?cè)诿鎸?duì)各種問題的時(shí)候，我們不能驚慌，只有通過查資料，來慢慢的查找解決問題的方法才可能真正的解決問題，因此我們學(xué)習(xí)學(xué)的不僅僅是書面上的知識(shí)，更是解決問題的方法與思路。不僅在這門學(xué)科中是這樣，在其他學(xué)科中也是一樣的。凡事都要經(jīng)歷從不會(huì)到會(huì)的過程，我曾經(jīng)以為自己做不了，但是最后自己還是做好了，因此我知道：有些事只要自己肯做并認(rèn)真的去做就一定可以實(shí)現(xiàn)！我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)和生活中更加努力的去提高自己，應(yīng)用自己所學(xué)的知識(shí)解決更多的問題！參考文獻(xiàn)1 劉衛(wèi)國.MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用（第二版）M.北京：高等教育出版社，2006.2陳后金. 信號(hào)與系統(tǒng)M.北京