基于MATLAB的調(diào)制與解調(diào)

1、西安航空學(xué)院基于MATLAB數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)院系：電子工程學(xué)院 專業(yè)：航空通信1709班 學(xué)號(hào)：1430303170924姓名：王哲日期：2016年7月7日本學(xué)期通過學(xué)習(xí)通信原理，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)研究，利用MATLAB仿真進(jìn)行研究信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)推薦精選課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 王哲 專業(yè)班級(jí)： 航空通信1709班 指導(dǎo)教師： 張世超 院系： 電子工程學(xué)院 題 目:基于MATLAB的信號(hào)調(diào)制與解調(diào)初始條件：（1）MATLAB軟件（2）數(shù)字信號(hào)處理與圖像處理基礎(chǔ)知識(shí)要求完成的主要任務(wù): （1）已知某消息信號(hào)以雙邊幅度調(diào)制（DSB-AM）方式調(diào)制載波，所得到的已調(diào)制信號(hào)記為，設(shè)，。試比較消息信號(hào)與已調(diào)信

2、號(hào)，并繪制它們的頻譜。（2）對(duì)（1）的DSB-AM調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，并繪出信號(hào)的時(shí)頻域曲線。（3）對(duì)（1）中的信號(hào)進(jìn)行單邊帶幅度調(diào)制（SSB-AM）繪制信號(hào)的時(shí)頻域曲線。（4）對(duì)（1）中的信號(hào)進(jìn)行常規(guī)幅度調(diào)制（AM），給定調(diào)制指數(shù)繪制信號(hào)的時(shí)頻域曲線。指導(dǎo)教師簽名： 系主任（或責(zé)任教師）簽名： 推薦精選目 錄摘 要IAbstractII1常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制（DSB-AM）與解調(diào)11.1DSB-AM調(diào)制原理與分析11.2 常規(guī)雙邊帶解調(diào)原理32單邊帶幅度調(diào)制（SSB-AM）原理53常規(guī)幅度調(diào)制（AM）原理63.1幅度調(diào)制的一般模型63.2 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）73.2.1 AM信號(hào)的表達(dá)式

3、、頻譜及帶寬73.2.2 AM信號(hào)的功率分配及調(diào)制效率94. 雙邊幅度調(diào)制（DSB-AM）與解調(diào)的MATLAB實(shí)現(xiàn)104.1 DSB-AM調(diào)制的MATLAB實(shí)現(xiàn)104.2 相干解調(diào)125單邊帶幅度調(diào)制（SSB-AM）的MATLAB實(shí)現(xiàn)146 常規(guī)幅度調(diào)制(AM)的MATLAB實(shí)現(xiàn)167 小結(jié)與收獲178 參考文獻(xiàn)18推薦精選摘 要MATLAB是集數(shù)值計(jì)算，符號(hào)運(yùn)算及圖形處理等強(qiáng)大功能于一體的科學(xué)計(jì)算語言。作為強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算平臺(tái)，它幾乎能夠滿足所有的計(jì)算需求。MATLAB 本身就是功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化工具，可以通過各種形式顯示分析數(shù)據(jù)，例如灰度直方圖、等高線、蒙太奇混合、像素分析、圖層變換以及材

4、質(zhì)貼圖等。利用可視化的圖形，不僅能夠評(píng)估圖形圖像的特性，還能夠分析圖像中的色彩分布等情況。本次練習(xí)介紹的就是MATLAB環(huán)境下的一些最基本的信號(hào)處理，如對(duì)信號(hào)進(jìn)行雙邊幅度調(diào)制與解調(diào)、單邊帶幅度調(diào)制、常規(guī)幅度調(diào)制、繪制信號(hào)的時(shí)域和頻域曲線等等；通過實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)用MATLAB對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)以及繪制其時(shí)頻域曲線的基本方法，加強(qiáng)對(duì)MATLAB的掌握。關(guān)鍵詞：MATLAB，信號(hào)處理，調(diào)制，解調(diào)，時(shí)域，頻域推薦精選AbstractMATLAB is a scientific computing language that adds the function of numerical computing

5、and graphics processing, symbols together. As a powerful scientific computing platforms, it can almost satisfy all the calculations that needs. MATLAB itself is a powerful tool of data visualization that can display data through various forms, such as graylevel histogram, contours, montage mixing, p

6、ixel analysis, the layer texture and transformation. With visual graphics, it can not only evaluate image characteristics, but also analyze the distribution of color image.The practice of introducing is MATLAB environment of some of the most basic signal processing, such as the signal is bilateral a

7、mplitude modulation and demodulation, single side band amplitude modulation amplitude modulation, drawing, conventional signal of time domain and frequency domain curves, etc. Through the experiment learn MATLAB modulates and demodulates signals and rendering time frequency domain curves, to strengt

8、hen the basic methods of MATLAB mastery.Key words: MATLAB , Signal processing , demodulation , time-domain , frequency , domain推薦精選基于MATLAB的信號(hào)調(diào)制與解調(diào)1常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制（DSB-AM）與解調(diào)1.1 DSB-AM調(diào)制原理與分析在DSB-AM系統(tǒng)中，已調(diào)信號(hào)的幅度正比與消息信號(hào)。這種調(diào)制通過使用乘法器完成，將消息信號(hào)嗎m(t)與載波Accos(2fct)，如圖1所示，表示為：圖1-1 DSB-AM調(diào)制原理結(jié)構(gòu)框圖其中是載波，而m(t)是消息信號(hào)。若以單頻

9、正弦信號(hào)調(diào)制為例，那么典型波形如圖1-3所示。推薦精選原始信號(hào)載波信號(hào)調(diào)制信號(hào)圖 1-2 DSB-AM典型信號(hào)現(xiàn)取u(t)的傅立葉變換，可以得到DSB-AM信號(hào)的頻域表示為：其中M(f)是m(t)的傅立葉變換。很明顯可以看出，這種調(diào)制方式將消息信號(hào)的頻譜進(jìn)行了搬移，并在幅度上乘以Ac/2，傳輸帶寬Br是消息信號(hào)帶寬的兩倍，也就是說：圖1-3顯示了一個(gè)典型的消息信號(hào)的頻譜及其相對(duì)應(yīng)的DSB-AM已調(diào)信號(hào)的頻譜。推薦精選圖1-3 消息信號(hào)與DSB-AM已調(diào)信號(hào)的頻譜已調(diào)信號(hào)的功率為其中Pm是消息信號(hào)的功率。在DSB-AM通信系統(tǒng)中，信噪比SNR等于基帶的SNR，也就是：其中PR是接收到的功率（在接

10、收端已調(diào)信號(hào)的功率），N0是噪聲功率譜密度（假定為白噪聲），W是信號(hào)噪聲的帶寬。1.2 常規(guī)雙邊帶解調(diào)原理調(diào)制過程的逆過程叫做解調(diào)。AM信號(hào)的解調(diào)是把接收到的已調(diào)信號(hào)還原為調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器輸出的信號(hào)中，通常含有頻率為的波紋，可由LPF濾除。推薦精選圖1-4串聯(lián)型包絡(luò)檢波器電路及其輸出波形由的波形可見，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故可以用包絡(luò)檢波的方法恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成。由圖1-2可見，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。 但為了保證包絡(luò)檢波時(shí)不發(fā)生失真，必須滿足，否則將出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而

11、帶來失真。包絡(luò)檢波屬于非相干解調(diào)，其特點(diǎn)是：解調(diào)效率高，解調(diào)器輸出近似為相干解調(diào)的2倍；解調(diào)電路簡單，特別是接收端不需要與發(fā)送端同頻同相位的載波信號(hào)，大大降低實(shí)現(xiàn)難度。故幾乎所有的調(diào)幅（AM）式接收機(jī)都采用這種電路。AM信號(hào)的頻譜是由載頻分量和上、下兩個(gè)邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息。故AM信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬為基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即式中，為調(diào)制信號(hào)的帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。采綜上所述，可以看出，采用常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制

12、傳輸信息的好處是解調(diào)電路簡單，可采用包絡(luò)檢波法。缺點(diǎn)是調(diào)制效率低，載波分量不攜帶信息，但卻占據(jù)了大部分功率，白白浪費(fèi)掉。如果抑制載波分量的傳送，則可演變出另一種調(diào)制方式，即抑制載波的雙邊帶調(diào)幅。推薦精選2單邊帶幅度調(diào)制（SSB-AM）原理與標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制相比，單邊帶調(diào)制（SSB）對(duì)于頻譜和輸出功率的利用率更高。盡管很少用于數(shù)據(jù)傳送，SSB仍廣泛地用于HF和VHF低端的語音通訊。雙邊帶調(diào)制信號(hào)包含有兩個(gè)完全相同的基帶信號(hào)，即上、下邊帶。由于兩個(gè)邊帶含的信息相同，因而從信息傳輸角度考慮，傳送一個(gè)邊帶同樣可以達(dá)到信息傳輸?shù)哪康?本設(shè)計(jì)只考慮上邊帶信號(hào)。單邊帶調(diào)制，就是通過某種辦法，只傳送一個(gè)邊帶的調(diào)制

13、方法。設(shè)調(diào)制信號(hào)為單頻信號(hào)f(t)=Amcosmt，載波為c(t)=cosct，則調(diào)制后的雙邊帶時(shí)域波形為：SDSB(t) Amcosmt cos t Amcos(c+m)t+ Amcos(c-m)t /2保留上邊帶，波形為：SUSB(t)Amcos(c+m)t/2Am (cosctcosmt-sinctsinmt) /2保留下邊帶，波形為：SLSB(t)Amcos(c-m)t/2Am (cosctcosmt+sinctsinmt) /2上兩式中的第一項(xiàng)與調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的乘積成正比，稱為同相分量；而第二項(xiàng)的乘積則是調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)分別移相90°后相乘的結(jié)果，稱為正交分量。SSB

14、調(diào)制框圖如下：圖2-1 SSB調(diào)制框圖推薦精選3常規(guī)幅度調(diào)制（AM）原理3.1幅度調(diào)制的一般模型幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻正弦載波的幅度，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3-1所示。圖3-1 幅度調(diào)制器的一般模型圖中，為調(diào)制信號(hào)，為已調(diào)信號(hào)，為濾波器的沖激響應(yīng)，則已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域一般表達(dá)式分別為 式中，為調(diào)制信號(hào)的頻譜，為載波角頻率。由以上表達(dá)式可見，對(duì)于幅度調(diào)制信號(hào)，在波形上，它的幅度隨基帶信號(hào)規(guī)律而變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移。由于這種搬移是線性的，因此幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制，相應(yīng)地，幅度調(diào)制系統(tǒng)也稱為線性調(diào)制系統(tǒng)。在

15、圖3-1的一般模型中，適當(dāng)選擇濾波器的特性，便可得到各種幅度調(diào)制信號(hào)，例如：常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）、抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）、單邊帶調(diào)制（SSB）和殘留邊帶調(diào)制（VSB）信號(hào)等。推薦精選3.2 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM） 3.2.1 AM信號(hào)的表達(dá)式、頻譜及帶寬 在圖3-1中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（1），調(diào)制信號(hào)疊加直流后再與載波相乘，則輸出的信號(hào)就是常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）信號(hào)。 AM調(diào)制器模型如圖3-2所示：圖3-2 AM調(diào)制器模型 AM信號(hào)的時(shí)域和頻域表示式分別為：式中，為外加的直流分量；可以是確知信號(hào)也可以是隨機(jī)信號(hào)，但通常認(rèn)為其平均值為0，即 AM信號(hào)的典型波形和頻譜分別如圖3

16、-3（a）、（b）所示，圖中假定調(diào)制信號(hào)的上限頻率為。顯然，調(diào)制信號(hào)的帶寬為。推薦精選圖3-3 AM信號(hào)的波形和頻譜 由圖3-3（a）可見，AM信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。 但為了保證包絡(luò)檢波時(shí)不發(fā)生失真，必須滿足 ，否則將出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而帶來失真。 由頻譜圖可知，AM信號(hào)的頻譜是由載頻分量和上、下兩個(gè)邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息。故AM信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬為基帶信號(hào)帶寬

17、的兩倍，即式中，為調(diào)制信號(hào)的帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。推薦精選3.2.2 AM信號(hào)的功率分配及調(diào)制效率 AM信號(hào)在1電阻上的平均功率應(yīng)等于的均方值。當(dāng)為確知信號(hào)時(shí)，的均方值即為其平方的時(shí)間平均，即因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)不含直流分量，即，且，所以 式中，為載波功率；為邊帶功率，它是調(diào)制信號(hào)功率的一半。由此可見，常規(guī)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的平均功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率分量與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，載波功率分量不攜帶信息。我們定義調(diào)制效率顯然，AM信號(hào)的調(diào)制效率總是小于1。推薦精選4. 雙邊幅度調(diào)制（DSB-AM）與解調(diào)的MATLAB實(shí)現(xiàn)4.1 DSB-AM調(diào)制的MATLAB實(shí)現(xiàn)%參數(shù)設(shè)置t0=0.15

18、;fc=250;t=-1:0.0001:1;f=-500:499/1000*fc;%函數(shù)m=ones(size(t);m(t<=0)=0;m(0<t&t<=t0/3)=1;m(t0/3<t&t<=2*t0/3)=-2;m(t>2*t0/3)=0;c=cos(2*pi*fc*t);u=m.*c;%繪制消息信號(hào)figuresubplot(2,2,1);plot(t,m);axis(-0.05 0.15 -3 3);title('1-1 消息信號(hào)m(t)');%繪制消息的頻譜b=fft(m);subplot(2,2,2);plot(

19、f,abs(b(1:1000);axis(-150 150 -1500 1500);title('1-2 消息信號(hào)m(t)的頻譜');%雙邊幅度調(diào)制(DSB-AM)推薦精選subplot(2,2,3);plot(t,u);axis(-0.05 0.15 -3 3);title('1-3 已調(diào)制信號(hào)u(t)');%繪制已調(diào)信號(hào)的頻譜d=fft(u);subplot(2,2,4);plot(f,abs(d(1:1000);axis(-150 150 -1500 1500);title('1-4 已調(diào)制信號(hào)u(t)的頻譜');圖4-1 DSB-AM調(diào)制

20、4.2 相干解調(diào)%DSB-AM相干解調(diào)信號(hào)figurey=u.*c;subplot(2,2,1);推薦精選plot(t,y);axis(-0.05 0.15 -3 3);title('2-1 相干解調(diào)信號(hào)');%DSB-AM相干解調(diào)信號(hào)的頻譜h=fft(y);subplot(2,2,2);plot(f,abs(h(1:1000);axis(-150 150 -600 600);title('2-2 解調(diào)信號(hào)的頻譜');圖4-2 相干解調(diào)%帶通濾波figurefs=10000;j=ademod(y,fc,fs,'amdsb-sc');subplot

21、(2,2,3);plot(t,j);axis(-0.05 0.15 -3 3);title('2-3 帶通濾波');%帶通濾波的頻譜v=fft(j);subplot(2,2,4);plot(f,abs(v(1:1000);推薦精選axis(-50 50 -500 4000);title('2-4 帶通濾波的頻譜');圖4-3 帶通濾波推薦精選5單邊帶幅度調(diào)制（SSB-AM）的MATLAB實(shí)現(xiàn)%上邊帶figureN=length(c);s=sin(2*pi*fc*t);mh=hilbert(m,N);sl=m.*c-mh.*s;subplot(2,2,1);plo

22、t(real(sl);axis(9500 11500 -4 4);title('3-1 LSB');%下邊帶su=m.*c+mh.*s;subplot(2,2,2);plot(real(su);axis(9500 11500 -4 4);title('3-2 USB');%上邊帶頻譜k=fft(sl);subplot(2,2,3);plot(f,abs(k(1:1000);axis(-100 100 -100 1400);title('3-3 LSB頻譜');%下邊帶頻譜e=fft(su);推薦精選subplot(2,2,4);plot(f,abs(e(1:1000);axis(-100 100 -100 1400);title('USB頻譜');圖5-1 SSB-AM的MATLAB實(shí)現(xiàn)推薦精