基于Matlab調(diào)制及解調(diào)的實現(xiàn)

.PAGE.基于Matlab調(diào)制與解調(diào)的實現(xiàn)一．實驗?zāi)康?.熟悉Matlab的使用2.掌握幅度調(diào)制、角度調(diào)制及FSK調(diào)制的根本原理3.掌握解調(diào)的根本原理，并實現(xiàn)解調(diào)二．實驗原理，仿真及結(jié)果分析AM調(diào)制與解調(diào)1.標準AM波調(diào)制與解調(diào)的原理調(diào)制信號是只來來自信源的調(diào)制信號〔基帶信號〕，這些信號可以是模擬的，亦可以是數(shù)字的。為首調(diào)制的高頻振蕩信號可稱為載波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脈沖序列)。載波由高頻信號源直接產(chǎn)生即可，然后經(jīng)過高頻功率放大器進展放大，作為調(diào)幅波的載波，調(diào)制信號由低頻信號源直接產(chǎn)生，二者經(jīng)過乘法器后即可產(chǎn)生雙邊帶的調(diào)幅波。設(shè)載波信號的表達式為，調(diào)制信號的表達式為，那么調(diào)幅信號的表達式為標準調(diào)幅波示意圖從高頻已調(diào)信號中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)，又稱為檢波。對于振幅調(diào)制信號，解調(diào)就是從它的幅度變化上提取調(diào)制信號的過程。解調(diào)是調(diào)制的逆過程。可利用乘積型同步檢波器實現(xiàn)振幅的解調(diào)，讓已調(diào)信號與本地恢復(fù)載波信號相乘并通過低通濾波可獲得解調(diào)信號。2．matlab仿真%======================載波信號===========================t=-1:0.00001:1;A0=10;%載波信號振幅f=6000;%載波信號頻率w0=f*pi;Uc=A0*cos(w0*t);%載波信號figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,Uc);title('載頻信號波形');axis([0,0.01,-15,15]);subplot(2,1,2);Y1=fft(Uc);%對載波信號進展傅里葉變換plot(abs(Y1));title('載波信號頻譜');axis([5800,6200,0,1000000]);%======================調(diào)制信號==============================t=-1:0.00001:1;A1=5;%調(diào)制信號振幅f=6000;%載波信號頻率w0=f*pi;mes=A1*cos(0.001*w0*t);%調(diào)制信號subplot(2,1,1);plot(t,mes);xlabel('t'),title('調(diào)制信號');subplot(2,1,2);Y2=fft(mes);%對調(diào)制信號進展傅里葉變換plot(abs(Y2));title('調(diào)制信號頻譜');axis([198000,202000,0,1000000]);%=======================AM已調(diào)信號=========================t=-1:0.00001:1;A0=10;%載波信號振幅A1=5;%調(diào)制信號振幅A2=3;%已調(diào)信號振幅f=3000;%載波信號頻率w0=2*f*pi;m=0.15;%調(diào)制度mes=A1*cos(0.001*w0*t);%消調(diào)制信號Uam=A2*(1+m*mes).*cos((w0).*t);%AM已調(diào)信號subplot(2,1,1);plot(t,Uam);gridon;title('AM調(diào)制信號波形');subplot(2,1,2);Y3=fft(Uam);%對AM已調(diào)信號進展傅里葉變換plot(abs(Y3)),grid;title('AM調(diào)制信號頻譜');axis([5950,6050,0,500000]);%=========================FIR低通濾波器=======================Ft=2000;%采樣頻率fpts=[100120];%通帶邊界頻率fp=100Hz，阻帶截止頻率fs=120Hzmag=[10];dev=[0.010.05];%通帶波動1%，阻帶波動5%[n21,wn21,beta,ftype]=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);%kaiserord估計采用凱塞窗設(shè)計的FIR濾波器的參數(shù)b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta));%由fir1設(shè)計濾波器[h,w]=freqz(b21,1);%得到頻率響應(yīng)plot(w/pi,abs(h));gridontitle('FIR低通濾波器');%=========================AM信號解調(diào)=======================t=-1:0.00001:1;A0=10;%載波信號振幅A1=5;%調(diào)制信號振幅A2=3;%已調(diào)信號振幅f=3000;%載波信號頻率w0=2*f*pi;m=0.15;%調(diào)制度k=0.5;%DSB前面的系數(shù)mes=A1*cos(0.001*w0*t);%調(diào)制信號Uam=A2*(1+m*mes).*cos((w0).*t);%AM已調(diào)信號Dam=Uam.*cos(w0*t);%對AM調(diào)制信號進展解調(diào)subplot(4,2,1);plot(t,Dam);title('濾波前AM解調(diào)信號波形');subplot(4,2,2);axis([187960,188040,0,200000]);Y5=fft(Dam);%對AM解調(diào)信號進展傅里葉變換plot(abs(Y5)),grid;title('濾波前AM解調(diào)信號頻譜');subplot(4,2,3);plot(t,z21);title('濾波后的AM解調(diào)信號波形');T5=fft(z21);%求AM信號的頻譜subplot(4,2,4);plot(abs(T5));title('濾波后的AM解調(diào)信號頻譜');axis([198000,202000,0,100000]);角度調(diào)制與解調(diào)角度調(diào)制是頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱。角度調(diào)制是使正弦載波信號的角度隨著基帶調(diào)制信號的幅度變化而改變。調(diào)頻信號可以被看作調(diào)制信號在調(diào)制前先積分的調(diào)相信號。這意味著先對m(t)積分，再將結(jié)果作為調(diào)相器的輸入即可得到調(diào)頻信號。相反，先微分m(t)，再將結(jié)果作為調(diào)頻器的輸入也可得到調(diào)相信號。有兩種根本的方法來產(chǎn)生調(diào)頻信號：直接法和間接法。在直接法中，載波的頻率直接隨著輸入的調(diào)制信號的變化而改變。在間接法中，先用平衡調(diào)制器產(chǎn)生一個窄帶調(diào)頻信號，然后通過倍頻的方式把載波頻率提高到需要的水平。比擬FM和PM的表達式可知，將調(diào)頻波中的調(diào)制信號微分后鎖相環(huán)構(gòu)成的電路中即可得到調(diào)相波，其與調(diào)頻波相似。因此，此處我們以調(diào)頻波為例研究角度調(diào)制。1.FM調(diào)制與解調(diào)的原理調(diào)頻〔FM〕是用調(diào)制信號控制載波信號頻率變化的一種信號變化方式。當沒有調(diào)制時，載波信號c(t)中的角頻率w是常數(shù)，調(diào)頻時，高頻載波的角頻率不再是常數(shù)，而是隨調(diào)制信號變化的量。FM解調(diào)框圖如下：調(diào)頻信號的解調(diào)方框圖為使實驗更明確，將白噪聲與調(diào)頻波一起輸入，在觀看其對解調(diào)實驗的影響，其框圖2.5如下：調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析n(t)：均值為0，單邊功率譜密度為n0的高斯白噪聲。ni(t)：經(jīng)帶通后，變成帶限高斯白噪聲。限幅器輸入為調(diào)頻與噪聲的合成波，其幅度和相位均受到噪聲的影響，通過限幅器后，可消除幅度影響，因此只考慮噪聲對相位的影響。鑒頻器微分器輸出為調(diào)頻調(diào)幅波，包絡(luò)檢出后，通過低通濾波器取出調(diào)制信號[6]。2.Matlab仿真dt=0.001;%設(shè)定時間步長t=0:dt:1.5;%產(chǎn)生時間向量am=15;%設(shè)定調(diào)制信號幅度←可更改fm=5;%設(shè)定調(diào)制信號頻率←可更改mt=am*cos(2*pi*fm*t);%生成調(diào)制信號fc=50;%設(shè)定載波頻率←可更改ct=cos(2*pi*fc*t);%生成載波kf=10;%設(shè)定調(diào)頻指數(shù)vt=cos(2*pi*fc*t+10*15*sin(2*pi*fm*t)/(2*pi*fm));subplot(4,1,1);plot(t,mt);%繪制調(diào)制信號的時域圖title('調(diào)制信號的時域圖');subplot(4,1,2);plot(t,ct);%繪制已調(diào)信號的時域圖title('載波信號的時域圖');subplot(4,1,3);plot(t,vt);%繪制已調(diào)信號的時域圖title('已調(diào)信號的時域圖');vt1=vt;fori=1:length(t)-1%承受信號通過微分器處理diff_vt1(i)=(vt1(i+1)-vt1(i))/dt;enddiff_vt2=abs(hilbert(diff_vt1));%hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度〔包絡(luò)檢波〕zero=(max(diff_vt2)-min(diff_vt2))/2;diff_vt3=diff_vt2-zero;subplot(4,1,4);%繪制解調(diào)信號的時域圖plot((1:length(diff_vt3))/1000,diff_vt3/400);title('解調(diào)信號的時域圖');m=fft(mt);c=fft(ct);v=fft(vt);h=fft(ht);f=(0:length(v)-1)*fs/length(v)-fs/2;%頻率向量figure(1)subplot(3,1,1);plot(f,abs(fftshift(m)));%頻域基帶信號頻譜title('調(diào)制信號頻譜')subplot(3,1,2);plot(f,abs(fftshift(c)));%頻域載波信號頻譜title('載波信號頻譜')ylabel('幅度')%注釋橫縱軸名稱subplot(3,1,3);plot(f,abs(fftshift(v)));%頻域已調(diào)信號頻譜title('已調(diào)信號頻譜')FSK的調(diào)制解調(diào)1.原理FSK又稱作二進制移頻鍵控。2FSK信號是用載波頻率的變化來表征被傳信息的狀態(tài)，被調(diào)載波的頻率隨二進制序列1、0狀態(tài)而變化，當傳送"0〞碼時對應(yīng)于載波頻率，傳送"1〞碼時對應(yīng)于載波頻率[7]。顯然，2FSK信號完全可以看作分別以和為載頻，以和Dn為被傳二進制序列的兩種2ASK信號合成。Dn=1，出現(xiàn)概率為P，對應(yīng)于Dn=0，出現(xiàn)概率為1-P，對應(yīng)于其中，，為頻率為的載波初始相位，為頻率為的載波的初始相位。為Dn的反碼,即:(2-6)那么有:當Dn=1時，=0;當Dn=0時，=1。所以FSK信號可以表示為：(2-7)其中，我們在分析中假設(shè)g(t)為單個矩形脈沖序列，其表達式為：(2-8)2FSK信號波形可看作兩個2ASK信號波形的合成。圖2.6是相位連續(xù)的2FSK信號波形。FSK波形圖采用模擬調(diào)制框圖如圖2.7所示：模擬調(diào)制框圖當傳送"1〞碼時對應(yīng)于載波頻率，傳送"0〞碼時,將它求反,再對應(yīng)于載波頻率，分別相干調(diào)制后,在疊加得到已調(diào)信號。FSK相干解調(diào)原理：假設(shè)通過加性高斯白噪聲信道傳輸FSK信號。傳輸過程中存在延遲。因此輸入到解調(diào)器的接收信號為圖2.8，相干檢測的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如下圖。圖中兩個帶通濾波器的作用同于包絡(luò)檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應(yīng)的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號，抽樣判決器在抽樣脈沖到來時對兩個低頻信號的抽樣值進展比擬判決，即可復(fù)原出基帶數(shù)字信號。相干解調(diào)原理圖FSK信號的功率譜密度的特點：2FSK信號的功率譜密度由連續(xù)譜和離散譜組成。其中，連續(xù)譜由兩個雙邊帶譜疊加而成，而離散譜出現(xiàn)在和的兩個載頻位置上。假設(shè)兩個載頻之差較小，如小于，那么連續(xù)譜呈現(xiàn)單峰；如載頻之差增大，那么連續(xù)譜將出現(xiàn)雙峰。2.matlab仿真Fc=10;Fs=40;%系統(tǒng)采樣頻率Fd=1;%碼速率N=Fs/Fd;%數(shù)據(jù)長度df=10;%頻率間隙numSymb=25;%進展仿真的信息代碼個數(shù)M=2;%進制數(shù)SNRpBit=60;%信噪比SNR=SNRpBit/log2(M);%信噪比轉(zhuǎn)換seed=[1234554321];numPlot=25;%產(chǎn)生25個二進制隨機碼x=randsrc(numSymb,1,[0:M-1]);%產(chǎn)生25個二進制隨機碼y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df);%進展FSK調(diào)制numModPlot=numPlot*Fs;%時間軸顯示的長度t=[0:numModPlot-1]./Fs;%時間軸與數(shù)字序列軸對應(yīng)figure(1)stairs(x);%顯示二進制隨機序列axis([025-0.51.5]);%設(shè)置橫縱坐標圍title('二進制隨機序列')%將圖形命名xlabel('Time');%定義x軸為時間軸ylabel('Amplitude');%定義y軸表示幅度figure(2)plot(t,y(1:length(t)),'b-');%顯示第二個圖axis([min(t)max(t)-1.51.5]);%設(shè)置橫縱坐標圍title('調(diào)制后的信號')%將圖形命名figure(3)z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df);%相干解調(diào)stairs(z1);%顯示相干解調(diào)后的信號axis([min(t)max(t)-0.51.5]);%設(shè)置橫縱坐標圍title('相干解調(diào)后的信號')%將圖形命名xlabel(