基于MATLAB的DSB和FM的解調(diào)與調(diào)制

1、目錄前言1工程概況1正文13.1設(shè)計的目的和意義 13.1.1 設(shè)計的目的13.1.2設(shè)計的意義13.2 DBS FM 與解調(diào)原理 23.2.DSB調(diào)制的原理 23.2.2抑制載波的雙邊帶調(diào)制與解調(diào)的原理 23.3 DSB和AM的解調(diào)與調(diào)制分析 33.3.1 DSB原始信號和已調(diào)信號的時域與頻域 33.3.2 FM 原始信號和已調(diào)信號的時域與頻域 63.4結(jié)論8致謝8參考文獻(xiàn)9、八 、亠刖言在當(dāng)今高度信息化的社會，信息和通信已成為現(xiàn)代社會的命脈。信息作為一種資源，只有通過廣泛的傳播和交流，才能產(chǎn)生利用價值，促進(jìn)社會成員的合作，推動社會生產(chǎn)力的發(fā) 展，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。而通信作為傳輸信息的手

2、段或方式，與傳感技術(shù)，計算機(jī)技術(shù) 相互融合，已成為 21世紀(jì)國際社會和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大推動力?？梢灶A(yù)見，未來的通信 對人們的生活方式和社會的發(fā)展將產(chǎn)生更加重大和意義深遠(yuǎn)的影響。信號的調(diào)制與解調(diào)在通信系統(tǒng)中具有重要的作用。調(diào)制過程是一個頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到載頻位置。解調(diào)是調(diào)制的逆過程， 即是將已調(diào)制的信號還原成原始基帶信號的過程。信號的接收端就是通過解調(diào)來還原已調(diào)制信號從而讀取發(fā)送端發(fā)送的信 息。因此信號的解調(diào)對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可靠性有著很大的影響。調(diào)制與解調(diào)方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。本課程設(shè)計主要論述了 FM和DSB基本原理以及如何在 MATALB境中實現(xiàn)

3、FM和DSB的 調(diào)制與解調(diào)，在這里使用m(t)=s in c(100*t) 作為基帶信號進(jìn)行調(diào)制，形式簡單，便于產(chǎn)生及接收。做此課程設(shè)計不僅加強(qiáng)了我們對原來的通信原理知識的鞏固和了解，更加對利用 MATLAB這個工具如何進(jìn)行通信仿真有了更進(jìn)一步的了解，為以后用MATLAB故諸如此類的學(xué)習(xí)與研究打下了基礎(chǔ)。工程概況本次課程設(shè)計的主題是采用 MATLAB仿真實現(xiàn)FMDSB的調(diào)制與解調(diào)。首先要求對MATLAB 軟件有著較為深入地了解和認(rèn)識，掌握一些MATLAB言的用法，對 MATLAB弋碼進(jìn)行仿真，例如：用MATLAB勺代碼實現(xiàn)電路的正弦波波形圖、頻譜分析圖等等。同時利用MATLAB件也能對書本上的

4、知識進(jìn)行驗證，在利用MATLAB代碼繪制相關(guān)原理電路圖，然后仿真電路，與書本上的電路仿真進(jìn)行對照分析和比較。本次課程設(shè)計要求的技術(shù)對我們通信的學(xué)習(xí)起著很大的作用。正文3.1設(shè)計的目的和意義3.1.1設(shè)計的目的1掌握利用MATLAB實現(xiàn)信號頻率調(diào)制與解調(diào)的方法。2. 掌握FM、DSB調(diào)制和解調(diào)原理。3. 學(xué)會MATLAB仿真軟件在振幅調(diào)制和解調(diào)中的應(yīng)用。4. 掌握參數(shù)設(shè)置方法和性能分析方法。5. 通過實驗中波形的變換，學(xué)會分析實驗現(xiàn)象。3.1.2設(shè)計的意義通過對模擬通信系統(tǒng)的仿真，學(xué)習(xí)通信系統(tǒng)的仿真方法，進(jìn)一步理解模擬通信系統(tǒng)的調(diào) 制解調(diào)方法，掌握各種模擬調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的性能，包括已調(diào)信號的時域表

5、示、頻域表示、已 調(diào)信號的帶寬、已調(diào)信號的功率含量， 解調(diào)信號的信噪比等。 學(xué)會用傅立葉變換方法分析信 號的頻域成分及相關(guān)的數(shù)字信號處理方法。3.2 DBS FM與解調(diào)原理被調(diào)信號 m（t）=sinc（100*t）t0=0.2，載波 c（t ） = cos 2二fct ，其中 fc=300hz，偏移常量 kf=1003.2.DSB調(diào)制的原理在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。AM調(diào)制模型中將直流分量去掉，即可得到一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式一一抑制載波雙 邊帶信號，即雙邊帶信號（DSB。DSB言號的時域表示式：Sdsb t =mt coswct式中，假設(shè) m（t）的平均值為0。

6、解調(diào)是調(diào)制的逆過程，其作用是從接受信號中恢復(fù)出原基帶信號。解調(diào)的方法分為兩類：相干解調(diào)和非相干解調(diào)（如包絡(luò)檢波）。相干解調(diào)也稱同步檢波，適用于所有線性調(diào)制信號的解調(diào)。其關(guān)鍵是必須在已調(diào)信號的接收端產(chǎn)生與信號載波同頻同相的本地載波。包絡(luò)檢波多用于廣播接收機(jī)中，也適用于AM信號中。3.2.2抑制載波的雙邊帶調(diào)制與解調(diào)的原理 頻率調(diào)制的一般表達(dá)式為：FM和PM非常相似，如果預(yù)先不知道調(diào)制信號的具體形式，則無法判斷已調(diào)信號是調(diào)頻信號 還是調(diào)相信號。圖2-1m (t) >PM 丨 T S fm (t )圖2-2圖（2-1）所示的產(chǎn)生調(diào)頻信號的方法稱為直接調(diào)頻法。圖（2-2）所示的產(chǎn)生調(diào)頻信號的方法

7、稱為間接調(diào)頻法。由于實際相位調(diào)制器的調(diào)節(jié)范圍不可能超出| 一門，因而間接調(diào)頻的方法僅適用于相位偏移和頻率偏移不大的窄帶調(diào)制情形，而直接調(diào)頻則適用于寬帶調(diào)制情形。角度調(diào)制信號的一般表達(dá)式為Sm（t ）二 A cOS J （t ）調(diào)制信號的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。相干解調(diào)僅僅適用于窄帶調(diào)頻信號， 且需同步信號，故應(yīng)用范圍受限；而非相干解調(diào)不需同步信號，且對于NBFM信號和WBFM信號均適用，因此是FM系統(tǒng)的主要解調(diào)方式。在本仿真的過程中我們選擇用非相干解調(diào)方 法進(jìn)行解調(diào)。第19頁共15頁非相干解調(diào)器由限幅器、鑒頻器和低通濾波器等組成，其方框圖如圖2-3所示。限幅器輸入為已調(diào)頻信號和噪聲，

8、限幅器是為了消除接收信號在幅度上可能出現(xiàn)的畸變；帶通濾波器的作用是用來限制帶外噪聲，使調(diào)頻信號順利通過。鑒頻器中的微分器把調(diào)頻信號變成調(diào)幅調(diào)頻波，然后由包絡(luò)檢波器檢出包絡(luò)，最后通過低通濾波器取出調(diào)制信號。設(shè)輸入調(diào)頻信號為tSt(t)二 Sfm (t)二 A cos( ，H Kf m ( )d ) oO微分器的作用是把調(diào)頻信號變成調(diào)幅調(diào)頻波。微分器輸出為：Sd (t)二dS qt)dtdS fm (t)dt-I- c K fm (t) Isin(t ctK f m ( . )d .)cO包絡(luò)檢波的作用是從輸出信號的幅度變化中檢出調(diào)制信號。包絡(luò)檢波器輸出為:So(t)二 Kd： c Kfm(t)

9、1 二 Kd c KdKfm(t)Kd稱為鑒頻靈敏度( VHz)，是已調(diào)信號單位頻偏對應(yīng)的調(diào)制信號的幅度，經(jīng)低通濾波器后加隔直流電容，隔除無用的直流，得mo(t) = KdKfm(t)3.3 DSB和AM的解調(diào)與調(diào)制分析3.3.1 DSB原始信號和已調(diào)信號的時域與頻域連續(xù)傅里葉變換是一個特殊的把一組函數(shù)映射為另一組函數(shù)的線性算子。傅里葉變換就是把一個函數(shù)分解為組成該函數(shù)的連續(xù)頻率譜。在數(shù)學(xué)分析中，信號f(t)的傅里葉變換被認(rèn)為是處在頻域中的信號。2.4原調(diào)制信號的時域圖被調(diào)信號 m(t)=sinc(100*t)t0=0.2，載波 c(t ) =. cos 2二 fct ，其中 fc=300hz

10、DSB頻譜分析：DSB的頻譜與AM的頻譜相近，只是沒有了在_ .c處的沖激函數(shù)，即其頻域表達(dá)式為：1Sdsb wM w Wc M W-Wc 12頻譜圖如下2.6 DSB混頻的效果如圖混頻信號，用來提取原調(diào)制信號的頻率，更好的還原出輸入信號信號經(jīng)過低通濾波器的波形如下：U.U1頻率【低通濾波器的頻譜闔2III rQ IIIIIIIII-500-400-300-200-1000100200300400500頻率f頻率【2.7混頻器輸出的波形的頻譜效果由圖可知混頻信號經(jīng)過低通濾波器后，濾除了低頻分量頻譜圖如3下可見，DSB信號的頻譜含有兩個邊帶，即上、下邊帶。兩個邊帶所含的信息相同。它的帶寬 是基帶

11、信號帶寬的兩倍為 BDSB = 2 fH。因為其頻譜中不含有載有無用信息的載波分量, 只含有載有無用信息的邊帶分量，因此其信號的功率利用率較大。DSB解調(diào)原理圖如下：通過MATLAB驗證的圖如下:原調(diào)制信號的時域圖O 5 111'1111110 1- 09-0 06-0 04-0.0200 020 040.060 060.1時同t解調(diào)啟佶號的時域圖rrrwt2.9原調(diào)制信號和解調(diào)器輸出信號對比DSB是AM調(diào)制的一種，AM信號通過信道后自然會疊加有燥聲，經(jīng)過接收天線進(jìn)入 帶通濾波器。BPF的作用有兩個，一是讓 AM信號直接通過，二是濾出帶外噪聲。AM信號通過BFP后與本地載波相乘后。進(jìn)入

12、LPF，LPF的截止頻率設(shè)定為一個定值，它不允許頻率大于截止頻率的成分通過，因此LPF的輸出僅為與要的信號。3.3.2 FM原始信號和已調(diào)信號的時域與頻域1）,根據(jù)表達(dá)式利用plot函數(shù)求出時域曲線，調(diào)用傅里葉變換模塊求出頻域表達(dá)式，利用plot函數(shù)求出頻域曲線。（2）已知調(diào)頻信號表達(dá)式為：x(t ) = A cos ctKf m )d 將被調(diào)信號mt）帶入，即可求得調(diào)頻信號的時域表達(dá)式X（t），然后求解即可求得調(diào)頻信號的時域=表達(dá)式:3.0原調(diào)制信號和已調(diào)信號的時域圖持續(xù)時間t0=0.2，抽樣間隔ts=0.001，偏差常數(shù)kf=100，頻率分辨率df=0.253.1原調(diào)制信號和已調(diào)信號的在頻

13、域內(nèi)的圖形解調(diào)信號的時域與頻域由于非相干解調(diào)對頻信號的一般表達(dá)式為：NBFM 信號及 WBFM 信號均適用，所以米用非相干的解調(diào)方法。調(diào)x( t ) = A cos - .ct - K f i m( . )d .則解調(diào)輸出應(yīng)為：y(t) = a mt)這就是說，調(diào)頻信號的解調(diào)是要產(chǎn)生一個與輸入調(diào)頻信號的頻率呈線性關(guān)系的輸出電壓。完成這種頻率-電壓轉(zhuǎn)化關(guān)系的器件是頻率檢波器，簡稱鑒頻器。將原始信號mt)帶入上式即可求得解調(diào)信號 y(t)的時域表達(dá)式，然后類似于第一問求解可畫出解調(diào)信號的時域及頻域曲線。結(jié)果如下：用MATLAB解調(diào)得：3.4結(jié)論（1）通過MATLAB對DSB調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的模擬仿真

14、，觀察各波形和頻譜，在波形上，已調(diào)信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律呈正比地變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移DSB優(yōu)點是功率利用率高，接收設(shè)備較復(fù)雜；還可以知道DSB調(diào)制是在AM調(diào)制模型的基礎(chǔ)上去掉直流分量以后所得到的一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式，它的全部功率都是用于信息的傳輸（2）FM屬于角度調(diào)制，已調(diào)信號頻譜不再是原調(diào)制信號頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分。FM信號是用載波頻率的變化表征被傳輸信息狀態(tài)的。1. FM調(diào)制的載波信號的頻率按調(diào)制信號規(guī)律變化；2. FM是相位偏移隨mt）的積分呈線性變化；3. FM調(diào)制有較高的抗噪聲性能

15、，但獲得這種優(yōu)勢的代價是增大帶寬；4. 調(diào)頻是幅度恒定的已調(diào)信號。5. 當(dāng)取fs> 2*fm時，可以無失真的恢復(fù)出原信號。致謝首先，我要感謝我的導(dǎo)師蔣霞，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，給了起到了指明燈的作用；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪， 讓我很快就感受到了設(shè)計的快樂并融入其中。其次我要感謝同組同學(xué)對我的幫助和指點，沒有他們的幫助和提供資料，沒有他們的鼓勵和加油，這次課程設(shè)計就不會如此的順利進(jìn)行。俗話說的好，“磨刀不誤砍柴工”，當(dāng)每次遇到不懂得問題時，我都會第一時間記在本子 上面，然后等答疑的時候問兩位老師，老師對于我提出來的問題都一一解答，

16、從來都不會因為我的問題稍過簡單加以責(zé)備，而是一再的告誡我做設(shè)計該注意的地方，從課題的選擇到項目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，他們真正起到了 “傳道授業(yè)解惑疑”的作用，讓人油然而生的敬佩。在論文即將完成之際， 我的心情無法平靜， 從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！參考文獻(xiàn)1 樊昌新，曹麗娜通信原理國防工業(yè)出版社， 20112 MATLAB程序設(shè)計教程第二版，劉衛(wèi)國主編，中國水利水電出版社3 羅軍輝.MATLAB7.0在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社。4 黃文梅，熊桂林，楊勇信號分析與處理國防科技大學(xué)

17、出版社，20006 黃文梅，熊桂林，楊勇信號分析與處理國防科技大學(xué)出版社，20007 韓利竹，王華.MATLAB電子仿真與應(yīng)用國防工業(yè)出版社，20038 謝沅清，鄧剛通信電子電路電子工業(yè)出版社，2005附錄%dsb.m%本例調(diào)制信號為m(t)=si nc(100*t)echo offclose allclct0=0.2;%信號的持續(xù)時間ts=0.001;%抽樣間隔fs=1/ts;%抽樣頻率Q%*fc=300;%載波頻率Q%*t=-t0/2:ts:t0/2;%時間向量df=0.25;%所需的頻率分辨率Q%*m=si nc(100*t);%調(diào)制信號Q%*c=cos(2*pi*fc.*t); % 載

18、波信號函數(shù)u=m.*c;%已調(diào)信號y=u.*c;%混頻信號，用來提取原調(diào)制信號的頻率M,m,df1=fftseq(m,ts,df); %對調(diào)制信號m(t)求傅里葉變換M=M/fs;%縮放，便于在頻譜圖上整體觀察U,u,df1=fftseq(u,ts,df);%對調(diào)制后的信號u求傅里葉變換U=U/fs;% 縮放Y,y,df1=fftseq(y,ts,df); %對混頻后的信號y求傅里葉變Y=Y/fs;% 縮放Q%*%以下這段程序構(gòu)建在頻譜上的濾波器的方法f_cutoff=150;%濾波器的截止頻率n _cutoff=floor(150/df1); %設(shè)計的濾波器的帶寬f=0:df1:df1*(l

19、e ngth(y)-1)-fs/2; % 頻率分量H=zeros(size(f); %構(gòu)建濾波器的步驟之一H(1:n_cutoff)=2*o nes(1,n_cutoff)； % 構(gòu)建濾波器的步驟之一H(le ngth(f)-n_cutoff+1:le ngth(f)=2*o nes(1,n_cutoff)；%濾波器的頻帶函數(shù)Q%*DEM=H.*Y;%經(jīng)過濾波器后輸出信號的頻譜dem=real(ifft(DEM)*fs; %ifft為傅里葉反變換函數(shù)，濾波器的輸出解調(diào)信號%乘以fs是為了恢復(fù)原信號，因為前面使用了縮放 disp('按任意鍵可看到混頻的效果')pausefigur

20、e(1)subplot(3,1,1)plot(f,fftshift(abs(M)%fftshift :將 FFT 中的 DC 分量移到頻譜中心 title('原調(diào)制信號的頻譜圖')xlabel('頻率 f)subplot(3,1,2)plot(f,fftshift(abs(U)title('已調(diào)信號的頻譜圖')xlabel('頻率 f)subplot(3,1,3)plot(f,fftshift(abs(Y)title('混頻信號的頻譜圖')xlabel('頻率 f)disp('按任意鍵可看到混頻器輸出的波形的頻譜效

21、果')pausefigure(2)subplot(3,1,1)plot(f,fftshift(abs(Y)title('混頻信號的頻譜圖')xlabel('頻率 f)subplot(3,1,2)plot(f,fftshift(abs(H)title('低通濾波器的頻譜圖')xlabel('頻率 f)subplot(3,1,3)plot(f,fftshift(abs(DEM)title('混頻信號通過濾波器后的信號的頻譜圖')xlabel('頻率 f)disp('按任意鍵可看到原調(diào)制信號和接受信號頻譜的比較&

22、#39;)pausefigure(3)subplot(2,1,1)plot(f,fftshift(abs(M)title('原調(diào)制信號的頻譜圖')xlabel('頻率 f)subplot(2,1,2)plot(f,fftshift(abs(DEM)title('混頻信號通過濾波器后的信號的頻譜圖')xlabel('頻率 f)disp('按任意鍵可看到原調(diào)制信號和解調(diào)器輸出信號對比')pausefigure(4)subplot(2,1,1)plot(t,m(1:le ngth(t)title('原調(diào)制信號的時域圖')

23、xlabel('時間 t')subplot(2,1,2)plot(t,dem(1:le ngth(t)title('解調(diào)后信號的時域圖')xlabel('時間 t')disp('按任意鍵可看到已調(diào)信號')pausefigure(5)plot(u(1:250)title('已調(diào)信號')%求傅里葉變換的子函數(shù) function M,m,df=fftseq(m,ts,df)fs=1/ts;if nargin=2 %nargin為輸入?yún)⒘康膫€數(shù)n仁0;elsen仁 fs/df;endn 2=le ngth(m);n=2A(

24、max(nextpow2(n1),nextpow2(n2);%nextpow2(n) 取 n 最接近的較大 2 次幕M=fft(m,n);%M 為信號m的傅里葉變換，n為快速傅里葉變換的點數(shù)，及為基n-FFT變換m=m,zeros(1,n-n2);% 構(gòu)建新的 m 信號df=fs/n;%重新定義頻率分辨率%fm.m%本例調(diào)制信號為m(t)=si nc(100*t)echo offclose allclct0=0.2;%信號的持續(xù)時間，用來定義時間向量ts=0.001;%抽樣間隔fs=1/ts;%抽樣頻率Q%*fc=300;%載波頻率Q%*t=-t0/2:ts:t0/2;%時間向量kf=100;

25、%偏差常數(shù)df=0.25;%所需的頻率分辨率，用在求傅里葉變換時，它表示 FFT的最小頻率間隔Q%*m=si nc(100*t);%調(diào)制信號Q%*°%*%求信號m(t)的積分，這是對離散信號求積分的好方法in t_m(1)=0;for i=1:le ngth(t)-1in t_m(i+1)=i nt_m(i)+m(i)*ts;end °%*M,m,df1=fftseq(m,ts,df); %對調(diào)制信號m(t)求傅里葉變換M=M/fs; %縮放，便于在頻譜圖上整體觀察f=0:df1:df1*(le ngth(m)-1)-fs/2; u=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*i nt_m); U,u,df1=fftseq(u,ts,df);U=U/fs;% 縮放%時間向量對應(yīng)的頻率向量%調(diào)制后的信號%對調(diào)制后的信號u求傅里葉變換°%* t1=0:ts:ts*(