基于Matlab調(diào)制與解調(diào)的實(shí)現(xiàn)

1、基于Matlab調(diào)制與解調(diào)的實(shí)現(xiàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.熟悉Matlab的使用 2.掌握幅度調(diào)制、角度調(diào)制及FSK調(diào)制的基本原理 3.掌握解調(diào)的基本原理，并實(shí)現(xiàn)解調(diào)二實(shí)驗(yàn)原理，仿真及結(jié)果分析 AM調(diào)制與解調(diào) 1.標(biāo)準(zhǔn)AM波調(diào)制與解調(diào)的原理 調(diào)制信號(hào)是只來(lái)來(lái)自信源的調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)），這些信號(hào)可以是模擬的，亦可以是數(shù)字的。為首調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)可稱為載波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脈沖序列)。載波由高頻信號(hào)源直接產(chǎn)生即可，然后經(jīng)過(guò)高頻功率放大器進(jìn)行放大，作為調(diào)幅波的載波，調(diào)制信號(hào)由低頻信號(hào)源直接產(chǎn)生，二者經(jīng)過(guò)乘法器后即可產(chǎn)生雙邊帶的調(diào)幅波。 設(shè)載波信號(hào)的表達(dá)式為，調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式為 ，

2、則調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波示意圖從高頻已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào)，又稱為檢波。對(duì)于振幅調(diào)制信號(hào)，解調(diào)就是從它的幅度變化上提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程。可利用乘積型同步檢波器實(shí)現(xiàn)振幅的解調(diào)，讓已調(diào)信號(hào)與本地恢復(fù)載波信號(hào)相乘并通過(guò)低通濾波可獲得解調(diào)信號(hào)。 2matlab仿真% =載波信號(hào)=t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅f=6000; %載波信號(hào)頻率w0=f*pi;Uc=A0*cos(w0*t); %載波信號(hào)figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,Uc);title(載頻信號(hào)波形);axis(0,0.01,-15,15

3、);subplot(2,1,2);Y1=fft(Uc); %對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y1);title(載波信號(hào)頻譜);axis(5800,6200,0,1000000);% =調(diào)制信號(hào)=t=-1:0.00001:1; A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅f=6000; %載波信號(hào)頻率w0=f*pi;mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號(hào)subplot(2,1,1);plot(t,mes);xlabel(t),title(調(diào)制信號(hào)); subplot(2,1,2);Y2=fft(mes); % 對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y2);title(調(diào)制信

4、號(hào)頻譜);axis(198000,202000,0,1000000);% =AM已調(diào)信號(hào)=t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅A2=3; %已調(diào)信號(hào)振幅f=3000; %載波信號(hào)頻率w0=2*f*pi;m=0.15; %調(diào)制度mes=A1*cos(0.001*w0*t); %消調(diào)制信號(hào)Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號(hào) subplot(2,1,1);plot(t,Uam);grid on;title(AM調(diào)制信號(hào)波形);subplot(2,1,2);Y3=fft(Uam); % 對(duì)AM已調(diào)信號(hào)進(jìn)行傅里

5、葉變換 plot(abs(Y3),grid;title(AM調(diào)制信號(hào)頻譜);axis(5950,6050,0,500000); %=FIR低通濾波器=Ft=2000; %采樣頻率fpts=100 120; %通帶邊界頻率fp=100Hz，阻帶截止頻率fs=120Hzmag=1 0; dev=0.01 0.05; %通帶波動(dòng)1%，阻帶波動(dòng)5%n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft);%kaiserord估計(jì)采用凱塞窗設(shè)計(jì)的FIR濾 波器的參數(shù)b21=fir1(n21,wn21,Kaiser(n21+1,beta); %由fir1設(shè)計(jì)濾波器h,w

6、=freqz(b21,1); %得到頻率響應(yīng)plot(w/pi,abs(h);grid ontitle(FIR低通濾波器); %=AM信號(hào)解調(diào)=t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅A2=3; %已調(diào)信號(hào)振幅f=3000; %載波信號(hào)頻率w0=2*f*pi;m=0.15; %調(diào)制度k=0.5 ; %DSB 前面的系數(shù)mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號(hào)Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號(hào)Dam=Uam.*cos(w0*t); %對(duì)AM調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)subplot(4,2,1);pl

7、ot(t,Dam);title(濾波前AM解調(diào)信號(hào)波形);subplot(4,2,2);axis(187960,188040,0,200000);Y5=fft(Dam); % 對(duì)AM解調(diào)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y5),grid;title(濾波前AM解調(diào)信號(hào)頻譜);subplot(4,2,3); plot(t,z21); title(濾波后的AM解調(diào)信號(hào)波形); T5=fft(z21); %求AM信號(hào)的頻譜 subplot(4,2,4);plot(abs(T5); title(濾波后的AM解調(diào)信號(hào)頻譜);axis(198000,202000,0,100000);角度調(diào)制與解調(diào)角度

8、調(diào)制是頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱。角度調(diào)制是使正弦載波信號(hào)的角度隨著基帶調(diào)制信號(hào)的幅度變化而改變。調(diào)頻信號(hào)可以被看作調(diào)制信號(hào)在調(diào)制前先積分的調(diào)相信號(hào)。這意味著先對(duì)m(t)積分，再將結(jié)果作為調(diào)相器的輸入即可得到調(diào)頻信號(hào)。相反，先微分m(t)，再將結(jié)果作為調(diào)頻器的輸入也可得到調(diào)相信號(hào)。有兩種基本的方法來(lái)產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)：直接法和間接法。在直接法中，載波的頻率直接隨著輸入的調(diào)制信號(hào)的變化而改變。在間接法中，先用平衡調(diào)制器產(chǎn)生一個(gè)窄帶調(diào)頻信號(hào)，然后通過(guò)倍頻的方式把載波頻率提高到需要的水平。比較FM和PM的表達(dá)式可知，將調(diào)頻波中的調(diào)制信號(hào)微分后鎖相環(huán)構(gòu)成的電路中即可得到調(diào)相波，其與調(diào)頻波相似。因此，此處我們以

9、調(diào)頻波為例研究角度調(diào)制。 1.FM調(diào)制與解調(diào)的原理 調(diào)頻（FM）是用調(diào)制信號(hào)控制載波信號(hào)頻率變化的一種信號(hào)變化方式。當(dāng)沒(méi)有調(diào)制時(shí)，載波信號(hào)c(t)中的角頻率w是常數(shù)，調(diào)頻時(shí)，高頻載波的角頻率不再是常數(shù)，而是隨調(diào)制信號(hào)變化的量。 FM解調(diào)框圖如下：調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)方框圖為使實(shí)驗(yàn)更明確，將白噪聲與調(diào)頻波一起輸入，在觀看其對(duì)解調(diào)實(shí)驗(yàn)的影響，其框圖2.5如下： 調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析n(t)：均值為0，單邊功率譜密度為n0的高斯白噪聲。ni(t)：經(jīng)帶通后，變成帶限高斯白噪聲。限幅器輸入為調(diào)頻與噪聲的合成波，其幅度和相位均受到噪聲的影響，通過(guò)限幅器后，可消除幅度影響，因此只考慮噪聲對(duì)相位的影響。鑒頻器微

10、分器輸出為調(diào)頻調(diào)幅波，包絡(luò)檢出后，通過(guò)低通濾波器取出調(diào)制信號(hào)6。2.Matlab仿真dt=0.001; %設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)t=0:dt:1.5; %產(chǎn)生時(shí)間向量 am=15; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)幅度可更改fm=5; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)頻率可更改mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成調(diào)制信號(hào) fc=50; %設(shè)定載波頻率可更改 ct=cos(2*pi*fc*t); %生成載波 kf=10; %設(shè)定調(diào)頻指數(shù) vt=cos(2*pi*fc*t+10*15*sin(2*pi*fm*t)/(2*pi*fm); subplot(4,1,1); plot(t,mt); %繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖title(調(diào)制

11、信號(hào)的時(shí)域圖);subplot(4,1,2); plot(t,ct); %繪制已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖title(載波信號(hào)的時(shí)域圖); subplot(4,1,3); plot(t,vt); %繪制已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖title(已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖); vt1=vt; for i=1:length(t)-1 %接受信號(hào)通過(guò)微分器處理 diff_vt1(i)=(vt1(i+1)-vt1(i)/dt;enddiff_vt2 = abs(hilbert(diff_vt1); %hilbert變換，求絕對(duì)值得到瞬時(shí)幅度（包絡(luò)檢波）zero=(max(diff_vt2)-min(diff_vt2)/2; diff_v

12、t3=diff_vt2-zero;subplot(4,1,4); %繪制解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖 plot(1:length(diff_vt3)/1000,diff_vt3/400); title(解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖); m=fft(mt);c=fft(ct);v=fft(vt);h=fft(ht);f = (0:length(v)-1)*fs/length(v)-fs/2; % 頻率向量figure(1)subplot(3,1,1); plot(f,abs(fftshift(m);% 頻域內(nèi)基帶信號(hào)頻譜title(調(diào)制信號(hào)頻譜)subplot(3,1,2); plot(f,abs(fftshift(c

13、);% 頻域內(nèi)載波信號(hào)頻譜title(載波信號(hào)頻譜)ylabel(幅度) %注釋橫縱軸名稱subplot(3,1,3); plot(f,abs(fftshift(v);% 頻域內(nèi)已調(diào)信號(hào)頻譜title(已調(diào)信號(hào)頻譜) FSK的調(diào)制解調(diào)1.原理FSK又稱作二進(jìn)制移頻鍵控。2FSK信號(hào)是用載波頻率的變化來(lái)表征被傳信息的狀態(tài)，被調(diào)載波的頻率隨二進(jìn)制序列1、0狀態(tài)而變化，當(dāng)傳送“0”碼時(shí)對(duì)應(yīng)于載波頻率，傳送“1”碼時(shí)對(duì)應(yīng)于載波頻率 7。顯然，2FSK信號(hào)完全可以看作分別以和為載頻，以和Dn為被傳二進(jìn)制序列的兩種2ASK信號(hào)合成。 Dn=1，出現(xiàn)概率為P，對(duì)應(yīng)于 Dn=0，出現(xiàn)概率為1-P，對(duì)應(yīng)于其中，

14、為頻率為的載波初始相位，為頻率為的載波的初始相位。為Dn的反碼,即: (2-6)則有:當(dāng)Dn=1時(shí)，=0;當(dāng)Dn=0時(shí)，=1。所以FSK信號(hào)可以表示為：(2-7)其中，我們?cè)诜治鲋屑僭O(shè)g(t)為單個(gè)矩形脈沖序列，其表達(dá)式為： (2-8)2FSK信號(hào)波形可看作兩個(gè)2ASK信號(hào)波形的合成。圖2.6是相位連續(xù)的2FSK信號(hào)波形。 FSK波形圖采用模擬調(diào)制框圖如圖2.7所示： 模擬調(diào)制框圖當(dāng)傳送“1”碼時(shí)對(duì)應(yīng)于載波頻率，傳送“0”碼時(shí),將它求反,再對(duì)應(yīng)于載波頻率，分別相干調(diào)制后,在疊加得到已調(diào)信號(hào)。FSK相干解調(diào)原理：假設(shè)通過(guò)加性高斯白噪聲信道傳輸FSK信號(hào)。傳輸過(guò)程中存在延遲。因此輸入到解調(diào)器的接收

15、信號(hào)為圖2.8，相干檢測(cè)的具體解調(diào)電路是同步檢波器，原理方框圖如圖所示。圖中兩個(gè)帶通濾波器的作用同于包絡(luò)檢波法，起分路作用。它們的輸出分別與相應(yīng)的同步相干載波相乘，再分別經(jīng)低通濾波器濾掉二倍頻信號(hào)，取出含基帶數(shù)字信息的低頻信號(hào)，抽樣判決器在抽樣脈沖到來(lái)時(shí)對(duì)兩個(gè)低頻信號(hào)的抽樣值進(jìn)行比較判決，即可還原出基帶數(shù)字信號(hào)。相干解調(diào)原理圖FSK信號(hào)的功率譜密度的特點(diǎn)：2FSK信號(hào)的功率譜密度由連續(xù)譜和離散譜組成。其中，連續(xù)譜由兩個(gè)雙邊帶譜疊加而成，而離散譜出現(xiàn)在和的兩個(gè)載頻位置上。 若兩個(gè)載頻之差較小，如小于，則連續(xù)譜呈現(xiàn)單峰；如載頻之差增大，則連續(xù)譜將出現(xiàn)雙峰。2.matlab仿真Fc=10; Fs=4

16、0; %系統(tǒng)采樣頻率Fd=1; %碼速率N=Fs/Fd; %數(shù)據(jù)長(zhǎng)度df=10; %頻率間隙numSymb=25; %進(jìn)行仿真的信息代碼個(gè)數(shù)M=2; %進(jìn)制數(shù)SNRpBit=60; %信噪比SNR=SNRpBit/log2(M); %信噪比轉(zhuǎn)換seed=12345 54321; numPlot=25; %產(chǎn)生25個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)碼x=randsrc(numSymb,1,0:M-1); %產(chǎn)生25個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)碼y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,fsk,M,df); %進(jìn)行FSK調(diào)制numModPlot=numPlot*Fs; %時(shí)間軸顯示的長(zhǎng)度t=0:numModPlot-1./Fs; %時(shí)間軸與

17、數(shù)字序列軸對(duì)應(yīng)figure(1)stairs(x); %顯示二進(jìn)制隨機(jī)序列axis(0 25 -0.5 1.5); %設(shè)置橫縱坐標(biāo)范圍title(二進(jìn)制隨機(jī)序列) %將圖形命名xlabel(Time); %定義x軸為時(shí)間軸ylabel(Amplitude); %定義y軸表示幅度f(wàn)igure(2)plot(t,y(1:length(t),b-); %顯示第二個(gè)圖axis(min(t) max(t) -1.5 1.5); %設(shè)置橫縱坐標(biāo)范圍title(調(diào)制后的信號(hào)) %將圖形命名figure(3)z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,fsk,M,df); %相干解調(diào)stairs(z1); %顯示相干解調(diào)后的信號(hào)axis(min(t) max(t) -0.5 1.5); %設(shè)置橫縱坐標(biāo)范圍title(相干解調(diào)后的信號(hào)) %將圖形命名xlabel(Time); %定義x軸為時(shí)間軸ylabel(Amplitude); %定義y軸表示幅度 L=length(z1); %相干解調(diào)后的信號(hào)長(zhǎng)度m=fft(z1,L); %對(duì)相干解調(diào)后進(jìn)行傅立葉變換f=(0:(L-1)*Fs/L-Fs/2; %頻率矢量figure(4); %顯示圖形5plot(f,abs(m);