基于Matlab调制与解调的实现

基于Matlab调制与解调实现一．试验目标1.熟悉Matlab使用2.掌握幅度调制、角度调制及FSK调制基本原理3.掌握解调基本原理，并实现解调二．试验原理，仿真及结果分析AM调制与解调1.标准AM波调制与解调原理调制信号是只来来自信源调制信号（基带信号），这些信号能够是模拟，亦能够是数字。为首调制高频振荡信号可称为载波，它能够是正弦波，亦能够是非正弦波(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调幅波。设载波信号表示式为，调制信号表示式为，则调幅信号表示式为标准调幅波示意图从高频已调信号中恢复出调制信号过程称为解调，又称为检波。对于振幅调制信号，解调就是从它幅度改变上提取调制信号过程。解调是调制逆过程。可利用乘积型同时检波器实现振幅解调，让已调信号与当地恢复载波信号相乘并经过低通滤波可取得解调信号。2．matlab仿真%======================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);plot(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([198000,20,0,1000000]);%=======================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');subplot(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=;%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估量采取凯塞窗设计FIR滤波器参数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');%=========================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([187960,188040,0,00]);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);title('滤波后AM解调信号波形');T5=fft(z21);%求AM信号频谱subplot(4,2,4);plot(abs(T5));title('滤波后AM解调信号频谱');axis([198000,20,0,100000]);角度调制与解调角度调制是频率调制和相位调制总称。角度调制是使正弦载波信号角度伴随基带调制信号幅度改变而改变。调频信号能够被看作调制信号在调制前先积分调相信号。这意味着先对m(t)积分，再将结果作为调相器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输入也可得到调相信号。有两种基本方法来产生调频信号：直接法和间接法。在直接法中，载波频率直接伴随输入调制信号改变而改变。在间接法中，先用平衡调制器产生一个窄带调频信号，然后经过倍频方式把载波频率提升到需要水平。比较FM和PM表示式可知，将调频波中调制信号微分后锁相环组成电路中即可得到调相波，其与调频波相同。所以，此处我们以调频波为例研究角度调制。1.FM调制与解调原理调频（FM）是用调制信号控制载波信号频率改变一个信号改变方式。当没有调制时，载波信号c(t)中角频率w是常数，调频时，高频载波角频率不再是常数，而是随调制信号改变量。FM解调框图以下：调频信号解调方框图为使试验更明确，将白噪声与调频波一起输入，在观看其对解调试验影响，其框图2.5以下：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高斯白噪声。ni(t)：经带通后，变成带限高斯白噪声。限幅器输入为调频与噪声合成波，其幅度和相位均受到噪声影响，经过限幅器后，可消除幅度影响，所以只考虑噪声对相位影响。鉴频器微分器输出为调频调幅波，包络检出后，经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);%绘制调制信号时域图title('调制信号时域图');subplot(4,1,2);plot(t,ct);%绘制已调信号时域图title('载波信号时域图');subplot(4,1,3);plot(t,vt);%绘制已调信号时域图title('已调信号时域图');vt1=vt;fori=1:length(t)-1%接收信号经过微分器处理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);%绘制解调信号时域图plot((1:length(diff_vt3))/1000,diff_vt3/400);title('解调信号时域图');m=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')FSK调制解调1.原理FSK又称作二进制移频键控。2FSK信号是用载波频率改变来表征被传信息状态，被调载波频率随二进制序列1、0状态而改变，当传送“0”码时对应于载波频率，传送“1”码时对应于载波频率[7]。显然，2FSK信号完全能够看作分别以和为载频，以和Dn为被传二进制序列两种2ASK信号合成。Dn=1，出现概率为P，对应于Dn=0，出现概率为1-P，对应于其中，，为频率为载波初始相位，为频率为载波初始相位。为Dn反码,即:(2-6)则有:当Dn=1时，=0;当Dn=0时，=1。所以FSK信号能够表示为：(2-7)其中，我们在分析中假设g(t)为单个矩形脉冲序列，其表示式为：(2-8)2FSK信号波形可看作两个2ASK信号波形合成。图2.6是相位连续2FSK信号波形。FSK波形图采取模拟调制框图如图2.7所表示：模拟调制框图当传送“1”码时对应于载波频率，传送“0”码时,将它求反,再对应于载波频率，分别相干调制后,在叠加得到已调信号。FSK相干解调原理：假设经过加性高斯白噪声信道传输FSK信号。传输过程中存在延迟。所以输入到解调器接收信号为图2.8，相干检测详细解调电路是同时检波器，原理方框图如图所表示。图中两个带通滤波器作用同于包络检波法，起分路作用。它们输出分别与对应同时相干载波相乘，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低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号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信号功率谱密度特点：2FSK信号功率谱密度由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个双边带谱叠加而成，而离散谱出现在和两个载频位置上。若两个载频之差较小，如小于，则连续谱展现单峰；如载频之差增大，则连续谱将出现双峰。2.matlab仿真Fc=10;Fs=40;%系统采样频率Fd=1;%码速率N=Fs/Fd;%数据长度df=10;%频率间隙numSymb=25;%进行仿真信息代码个数M=2;%进制数SNRpBit=60;%信噪比SNR=SNRpBit/log2(M);%信噪比转换seed=[1234554321];numPlot=25;%产生25个二进制随机码x=randsrc(numSymb,1,[0:M-1]);%产生25个二进制随机码y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df);%进行FSK调制numModPlot=numPlot*Fs;%时间轴显示长度t=[0:numModPlot-1]./Fs;%时间轴与数字序列轴对应figure(1)stairs(x);%显示二进制随机序列axis([025-0.51.5]);%设置横纵坐标范围title('二进制随机序列')%将图形命名xlabel('Time');%定义x轴为时间轴ylabel('Amplitude');%定义y轴表示幅度figure(2)plot(t,y(1:length(t)),'b-');%显示第二个图axis([min(t)max(t)-1.51.5]);%设置横纵坐标范围title('调制后信号')%将图形命名figure(3)z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df);%相干解调stairs(z1);%显示相干解调后信号axis([min(t)max(t)-0.51.5]);%设置横纵坐标范围ti