利用matlab实现信号幅度的调制与解调 钟媛.doc

MATLAB语言课程论文利用MATLAB实现信号幅度的调制与解调 姓名: 钟媛学号:12010245219 专业：电子信息工程班级：2010级指导老师：汤全武 学院：物理电气信息学院完成日期：2011/12/25 利用MATLAB实现信号幅度的调制与解调 （钟媛 12010245219 2010级电子信息工程班）摘要现在的社会越来越发达，科学技术不断的在更新，在信号和模拟电路里面经常要用到调制与解调，而信号幅度调制与解调是最基本，也是经常用到的。用AM调制与解调可以在电路里面实现很多功能，制造出很多有用又实惠的电子产品，为我们的生活带来便利。在我们日常生活中用的收音机也是采用了AM调制方式，而且在军事和民用领域都有十分重要的研究课题。 本文主要研究内容是利用MATLAB实现信号幅度调制与解调及MATLAB中信号表示的基本方法及绘图函数的调用，实现对常用连续时间信号的可视化表示。掌握信号与系统的分析方法。关键词幅度，调制，解调， MATLAB一、 问题的提出模拟信号的载波调制电路里面经常要用到调制与解调，而AM的调制与解调是最基本的，也是经常用到的。 AM是调幅（Amplitude Modulation），用AM调制与解调可以在电路里面实现很多功能，制造出很多有用又实惠的电子产品，为我们的生活带来便利。在我们日常生活中用的收音机也是采用了AM调制方式，而且在军事和民用领域都有十分重要的研究课题。调制就是使一个信号（如光、高频电磁振荡等）的某些参数（如振幅、频率等）按照另一个欲传输的信号（如声音、图像等）的特点变化的过程。例如某中波广播电台的频率为 540kHz ，这个频率是指载波的频率，它是由高频电磁振荡产生的等幅正弦波频率。用所要传播的语言或音乐信号去改变高频振荡的幅度，使高频振荡的幅度随语言或音乐信号的变化而变化，这个控制过程就称为调制。其中语言或音乐信号叫做调制信号，调制后的载波就载有调制信号所包含的信息，称为已调波。幅度调制的特点是载波的频率始终保持不变，它的振幅却是变化的。其幅度变化曲线与要传递的低频信号是相似的。它的振幅变化曲线称之为包络线，代表了要传递的信息，见图1。 幅度调制在中、短波广播和通信中使用甚多。幅度调制的不足是抗干扰能力差，因为各种工业干扰和天电干扰都会以调幅的形式叠加在载波上，成为干扰和杂波。tt包络线音频信号调幅波载波图1 幅度调制原理二、AM信号的调制原理AM是指调制信号去控制高频载波的幅度，使其随调制信号呈线性变化的过程。AM信号的调制原理模型如图2： 图 2 AM信号的调制原理模型为基带信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号，但通常认为它的平均值为0.载波为 (1) (2)(1)、(2)式中，为载波振幅，为载波角频率为载波的初始相位。三、AM信号的波形和频谱特性虽然实际模拟基带信号是随机的，但我们还是从简单入手，先考虑是确知信号的傅氏频谱，然后在分析是随机信号时调幅信号的功率谱密度。可知 (3) 设m(t)的频谱为M(w），由傅氏变换的理论可得已调信号 (4)AM的波形和相应的频谱图如图3所示：1OOOOOttttO图3 AM信号的时域波形及其频谱可以看出，第一：AM的频谱与基带信号的频谱呈线性关系，只是将基带信号的频谱搬移，并没有产生新的频谱成分，因此AM调制属于线性调制；第二：AM信号波形的包络与基带信号成正比，所以AM信号的解调即可以采用相干解调，也可以采用非相干解调（包络检波）。第三：AM的频谱中含有载频和上，下两个边带，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息，股已调波形的带宽为原基带信号带宽的两倍，即 （5）其中为调制信号的最高频率 四、AM信号的解调原理及方式 解调是调制的逆过程，解调是将位于载波的信号频谱再搬回来，并且不失真的恢复出原始基带信号。对于幅度调制来说，解调是从它的幅度变化提取调制信号的过程。解调的方式有两种：相干解调与非相干解调。相干解调适用于各种线性调制系统，非相干解调一般适用幅度调制（AM）信号。AM信号的相干解调所谓相干解调是为了从接受的已调信号中，不失真地恢复原调制信号，要求本地载波和接收信号的载波保证同频同相。相干载波的一般模型如图4：低通滤波器图4 AM信号的相干解调原理框图将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得(6) （7）由(6)、(7)式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号 （8）相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。五、AM信号的非相干解调所谓非相干解调是在接收端解调信号时不需要本地载波，而是利用已调信号中的包络信号来恢复原基带信号。因此，非相干解调一般只适用幅度调制（AM）系统。忧郁包络解调器电路简单，效率高，所以几乎所有的幅度调制（AM）接收机都采用这种电路。如下为串联型包络检波器的具体电路。其利用二极管的单向导电特性，将调幅高频信号去掉一半，再利用电容器的充放电特性和低通滤波器滤去高频分量，就可以得到与包络线形状相同的音频信号。图 5 AM信号的非相干解调原理当RC满足条件时，包络检波器的输出基本与输入信号的包络变化呈线性关系，即 （9）其中，。隔去直流后就得到原信号。六、仿真结果及结论为了验证算法的有效性，本文进行了大量的仿真实验。信号载波频率为1kHz，采样频率为100kHz；调制信号为双音信号，表达式为： (10)调制仿真了3种情况下AM信号，即满调幅情况下的，欠调幅情况下的以及过调幅情况下的已调的AM信号。同时在满调幅情况下的AM信号进行了相干解调仿真，信号持续时间为0.1秒，即每次采集10000点进行处理。加入噪声为高斯白噪声，信噪比从-5dB到5dB，步进为1dB。图6，图7和图8分别给出了调制信号波形以及在满调幅情况下的，欠调幅情况下的以及过调幅情况下的已调的AM信号。图9给出了信噪比为-5dB时的过调幅情况下的AM信号的相干解调结果。图10，图11和图12分别给出了满调幅情况下的AM信号在信噪比为-5dB，0dB和5dB情况下的相干解调结果。图6满调幅情况下的调制信号及已调AM信号图7调制信号与欠调幅情况下的已调AM信号图8调制信号与过调幅情况下的已调AM信号图9信噪比为-5dB时过调幅AM信号的相干解调结果图10 信噪比为-5dB时满调幅AM信号相干解调结果图11 信噪比为0dB时满调幅AM信号的相干解调结果图12 信噪比为5dB时满调幅AM信号相干解调结果从图6到图8可以看到在满调幅与欠调幅情况下信号的包络没有发生失真，而在过调幅情况下信号的包络发生了失真，因此，对于过调幅AM信号来说，它并不适合用包络检波的方法进行解调。但是利用相干解调的方法可以将过调幅AM信号正确解调出来。图9给出了信噪比为-5dB时过调幅AM信号的相干解调结果。从结果可以看到，利用相干解调方法对过调幅AM信号进行解调，除了噪声引起的失真以外，可以正确解调。从图10到图12可以看到AM信号的解调结果随着信噪比的变化而变化。信噪比越大，解调信号越接近于原始的调制信号，也就是说，噪声越大对信号的解调结果的影响越大，噪声越小，对信号的解调结果影响越小。AM信号的调制解调MATLAB程序如下：clcclear allclose allFs=100000;%sample frequency采样频率Fc=1000;% carrier frequency载波频率Ts=0.1; % sample time 抽样时间Ns=Fs*Ts; %length of signal信号总长度t=0:1/Fs:(Ns-1)/Fs;A0=3; %A0=3,满调幅；A03，过调幅情况for snr=-5:5g1=2*cos(2*pi*50*t);% g1=3*cos(50*pi*t).*cos(50*pi*t);% g2=0;g2=cos(2*pi*20*t);% g2=3*sin(pi*100*(t-0.05)./(pi*100*(t-0.05);g=g1+g2; %原始调制信号figure(1)subplot(2,1,1)plot(g)x=ammod(g,Fc,Fs,0,A0); %已调AM信号subplot(2,1,2)plot(x)x1=hilbert(x);x1=awgn(x,snr); %按照信噪比加入高斯白噪声y = x1(:);t = (0 : 1/Fs :(size(y,1)-1)/Fs);t = t(:, ones(1, size(y, 2);z = y .* cos(2*pi * Fc * t );num,den = butter(5,Fc*2/Fs); %设计低通滤波器for i = 1 : size(y, 2)z(:, i) = filtfilt(num, den, z(:, i) * 2;endxx=z-A0;figure(2)plot(g)hold onplot(xx,g)hold offend运行结果如图13和图14所示。图13图14七、课程体会经过一学期的学习，在忙碌之余我也有很大的收获。虽然我们的课节不是很多，但在这有限的时间里，老师尽其所能的将自己所知道的知识传授给大家，让大家真正的有所学、有所悟。作为一个本科生的结业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个是难以想象的。回首自己这一学期的生活，不禁感慨万千。丰富而紧张的校园生活，友好热情的同学，严厉而不乏关心的老师，这段经历必将影响我的一生，我也必将从这段经历中受益无穷。在这里，我首先要感谢汤全武老师。是你以渊博的学识、严谨的治学态度、勤奋的学习精神、睿智的言行、敏锐的洞察力和追求卓越的精神，深深地感染着我，激励着我，才让我更好的完成结业论文。其实，任何一门学科都有其特有的功能和价值，对于我们电子专业来说，MATLAB语言是十分重要的，它是一门工具学科，在我们以后的学习和工作中有很多的应用。比如在力学的受力分析中，在平时实验的误差分析中，在数学公式的求导中等等。这一学科贯穿于我们各个学科中，起着至关重要的作用。通过这一段时间的学习和设计，使我更加清楚的明白的信号调幅的调制与解调的具体过程及方法，使我对整个过程有了更加深刻的了解，同时也进一步了解了MATLAB的基础应用知识，使我的知识有了更加深刻的理解。在课程设计的过程中我遇到了很多问题，使我明白了自己的知识到底有多欠缺。通过查资料及和同学们共同讨论分析最终解决了问题，这也使我明白了团队的重要性，我们大家都是一个团队，我们个人的能力是很微小，很渺茫，我们只有和大家一起，充分发挥团队的力量，我们才可能更效率的解决问题，迎接各种考验，只有那些靠团队的集团才才能解决各种困难，才可能真正取得成功。同时，我们在面对各种问题的时候，我们不能惊慌，只有通过查资料，来慢慢的查找解决问题的方法才可能真正的解决问题，因此我们学习学的不仅仅是书面上的知识，更是解决问题的方法与思路。不仅在这门学科中是这样，在其他学科中也是一样的。 由于自己的选题疏忽，有些东西自己没有学过，这样做起来就更困难了，不得不请教高年级的学长学姐以及不断地从网上查找相关的资料。我知道这就是自己学习的过程。虽然自己做的不是非常完美，但我想以自己现在的水平做到这样我还是很满意的。凡事都要经历从不会到会的过程，我曾经以为自己做不了，但是最后自己还是做好了，因此我知道：有些事只要自己肯做并认真的去做就一定可以实现！我会在以后的学习和生活中更加努力的去提高自己，应