基于Matlab调制与解调的实现(DOC)

0基于Matlab调制与解调的实现一．实验目的1.熟悉Matlab的使用2.掌握幅度调制、角度调制及FSK调制的基本原理3.掌握解调的基本原理，并实现解调二．实验原理，仿真及结果分析AM调制与解调1.标准AM波调制与解调的原理调制信号是只来来自信源的调制信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，亦可以是数字的。为首调制的高频振荡信号可称为载波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脉冲序列)。载波由高频信号源直接产生即可，然后经过高频功率放大器进行放大，作为调幅波的载波，调制信号由低频信号源直接产生，二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波。设载波信号的表达式为tccos，调制信号的表达式为tAtmmmcos)(，则调幅信号的表达式为ttmAtscAMcos)]([)(0标准调幅波示意图从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调，又称为检波。对于振幅调制信号，解调就是从它的幅度变化上提取调制信号的过程。解调是调制的逆过程。可利用乘积型同步检波器实现振幅的解调，让已调信号与本地恢复载波信号相乘并通过低通滤波可获得解调信号。2．matlab仿真tccos)(tm)(tsAM0A1%======================载波信号===========================t=-1:0.00001:1;A0=10;%载波信号振幅f=6000;%载波信号频率w0=f*pi;Uc=A0*cos(w0*t);%载波信号figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,Uc);title('载频信号波形');axis([0,0.01,-15,15]);subplot(2,1,2);Y1=fft(Uc);%对载波信号进行傅里叶变换plot(abs(Y1));title('载波信号频谱');axis([5800,6200,0,1000000]);%======================调制信号==============================t=-1:0.00001:1;A1=5;%调制信号振幅f=6000;%载波信号频率w0=f*pi;mes=A1*cos(0.001*w0*t);%调制信号subplot(2,1,1);2plot(t,mes);xlabel('t'),title('调制信号');subplot(2,1,2);Y2=fft(mes);%对调制信号进行傅里叶变换plot(abs(Y2));title('调制信号频谱');axis([198000,202000,0,1000000]);%=======================AM已调信号=========================t=-1:0.00001:1;A0=10;%载波信号振幅A1=5;%调制信号振幅A2=3;%已调信号振幅f=3000;%载波信号频率w0=2*f*pi;m=0.15;%调制度mes=A1*cos(0.001*w0*t);%消调制信号Uam=A2*(1+m*mes).*cos((w0).*t);%AM已调信号subplot(2,1,1);plot(t,Uam);gridon;title('AM调制信号波形');3subplot(2,1,2);Y3=fft(Uam);%对AM已调信号进行傅里叶变换plot(abs(Y3)),grid;title('AM调制信号频谱');axis([5950,6050,0,500000]);%=========================FIR低通滤波器=======================Ft=2000;%采样频率fpts=[100120];%通带边界频率fp=100Hz，阻带截止频率fs=120Hzmag=[10];dev=[0.010.05];%通带波动1%，阻带波动5%[n21,wn21,beta,ftype]=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);%kaiserord估计采用凯塞窗设计的FIR滤波器的参数b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta));%由fir1设计滤波器[h,w]=freqz(b21,1);%得到频率响应plot(w/pi,abs(h));gridontitle('FIR低通滤波器');4%=========================AM信号解调=======================t=-1:0.00001:1;A0=10;%载波信号振幅A1=5;%调制信号振幅A2=3;%已调信号振幅f=3000;%载波信号频率w0=2*f*pi;m=0.15;%调制度k=0.5;%DSB前面的系数mes=A1*cos(0.001*w0*t);%调制信号Uam=A2*(1+m*mes).*cos((w0).*t);%AM已调信号Dam=Uam.*cos(w0*t);%对AM调制信号进行解调subplot(4,2,1);plot(t,Dam);title('滤波前AM解调信号波形');subplot(4,2,2);axis([187960,188040,0,200000]);Y5=fft(Dam);%对AM解调信号进行傅里叶变换plot(abs(Y5)),grid;title('滤波前AM解调信号频谱');subplot(4,2,3);plot(t,z21);5title('滤波后的AM解调信号波形');T5=fft(z21);%求AM信号的频谱subplot(4,2,4);plot(abs(T5));title('滤波后的AM解调信号频谱');axis([198000,202000,0,100000]);角度调制与解调角度调制是频率调制和相位调制的总称。角度调制是使正弦载波信号的角度随着基带调制信号的幅度变化而改变。调频信号可以被看作调制信号在调制前先积分的调相信号。这意味着先对m(t)积分，再将结果作为调相器的输入即可得到调频信号。相反，先微分m(t)，再将结果作为调频器的输入也可得到调相信号。有两种基本的方法来产生调频信号：直接法和间接法。在直接法中，载波的频率直接随着输入的调制信号的变化而改变。在间接法中，先用平衡调制器产生一个窄带调频信号，然后通过倍频的方式把载波频率提高到需要的水平。比较FM和PM的表达式可知，将调频波中的调制信号微分后锁相环构成的电路中即可得到调相波，其与调频波相似。因此，此处我们以调频波为例研究角度调制。61.FM调制与解调的原理调频（FM）是用调制信号控制载波信号频率变化的一种信号变化方式。当没有调制时，载波信号c(t)中的角频率w是常数，调频时，高频载波的角频率不再是常数，而是随调制信号变化的量。)cos()(tatcc设载波信号为：)cos()(ttmm调制信号为：))(cos()(_0dttcktatFMSftc调频波为：)sin(1)cos()(00tkataktckcfccftft式中：f2FM解调框图如下：带通限幅器低通滤波器鉴频调频信号的解调方框图为使实验更明确，将白噪声与调频波一起输入，在观看其对解调实验的影响，其框图2.5如下：带通限幅微分包络低通SFM(t)n(t)SFM(t)ni(t)FM-AM鉴频器S0(t)n0(t)FM调频系统抗噪声性能分析n(t)：均值为0，单边功率谱密度为n0的高斯白噪声。ni(t)：经带通后，变成带限高斯白噪声。7限幅器输入为调频与噪声的合成波，其幅度和相位均受到噪声的影响，通过限幅器后，可消除幅度影响，因此只考虑噪声对相位的影响。鉴频器微分器输出为调频调幅波，包络检出后，通过低通滤波器取出调制信号[6]。2.Matlab仿真dt=0.001;%设定时间步长t=0:dt:1.5;%产生时间向量am=15;%设定调制信号幅度←可更改fm=5;%设定调制信号频率←可更改mt=am*cos(2*pi*fm*t);%生成调制信号fc=50;%设定载波频率←可更改ct=cos(2*pi*fc*t);%生成载波kf=10;%设定调频指数vt=cos(2*pi*fc*t+10*15*sin(2*pi*fm*t)/(2*pi*fm));subplot(4,1,1);plot(t,mt);%绘制调制信号的时域图title('调制信号的时域图');subplot(4,1,2);plot(t,ct);%绘制已调信号的时域图title('载波信号的时域图');subplot(4,1,3);plot(t,vt);%绘制已调信号的时域图title('已调信号的时域图');vt1=vt;fori=1:length(t)-1%接受信号通过微分器处理diff_vt1(i)=(vt1(i+1)-vt1(i))/dt;enddiff_vt2=abs(hilbert(diff_vt1));%hilbert变换，求绝对值得到瞬时幅度（包络检波）zero=(max(diff_vt2)-min(diff_vt2))/2;diff_vt3=diff_vt2-zero;subplot(4,1,4);%绘制解调信号的时域图plot((1:length(diff_vt3))/1000,diff_vt3/400);title('解调信号的时域图');8m=fft(mt);c=fft(ct);v=fft(vt);h=fft(ht);f=(0:length(v)-1)*fs/length(v)-fs/2;%频率向量figure(1)subplot(3,1,1);plot(f,abs(fftshift(m)));%频域内基带信号频谱title('调制信号频谱')subplot(3,1,2);plot(f,abs(fftshift(c)));%频域内载波信号频谱title('载波信号频谱')ylabel('幅度')%注释横纵轴名称subplot(3,1,3);plot(f,abs(fftshift(v)));%频域内已调信号频谱title('已调信号频谱')9FSK的调制解调1.原理FSK又称作二进制移频键控。2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态，被调载波的频率随二进制序列1、0状态而变化，当传送“0”码时对应于载波频率0f，传送“1”码时对应于载波频率1f[7]。显然，2FSK信号完全可以看作分别以0f和1f为载频，以nD和Dn为被传二进制序列的两种2ASK信号合成。Dn=1，出现概率为P，对应于ntw1cosDn=0，出现概率为1-P，对应于ntw0cos其中112fw，002fw，n为频率为1f的载波初始相位，n为频率为0f的载波的初始相位。nD为Dn的反码,即:nnDD1(2-6)则有:当Dn=1时，nD=0;当Dn=0时，nD=1。所以FSK信号可以表示为：10)cos()]([)cos()]([)(0∞-1∞2∑∑nNsnnNsnFSKtwnTtgDtwnTtgDtS(2-7)其中，我们在分析中假设g(t)为单个矩形脉冲序列，其表达式为：{0,1,0)(Tttg其他(2-8)2FSK信号波形可看作两个2ASK信号波形的合成。图2.6是相位连续的2FSK信号波形。FSK波形图采用模拟调制框图如图2.7所示：模拟调制框图当传送“1”码时对应于载波频率2w，传送“0”码时,将它求反,再对应于载波频率1w，分别相干调制后,在叠加得到已调信号。FSK相干解调原理：假设通过加性高斯白噪声信道传输FSK信号。传输过程中存在延迟。因此输入到解调11器的接收信号为图2.8，相干检测的具体解调电路是同步检波器，原理方框图如图所示。图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值进行比较判决，即可还原出基带数字信号。相干解调原理图FSK信号的功率谱密度的特点：2FSK