利用MATLAB实现信号的AM调制与解调.doc

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1、郑州轻工业学院课程设计任务书题目利用MATLAB实现信号的 AM调制与解调专业、班级电子信息工程级 班学号姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：2Sa (100t)t a。m(t )=丿利用MATLAB寸信号卩，其他 进行AM调制，载波信号频率为1000Hz调制深度为0.5 o t0=0.2;首先在MATLAB显示调制信号的波形 和频谱，已调信号的波形和频谱，比较信号调制前后的变化。然后对已调信号解 调，并比较解调后的信号与原信号的区别。基本要求：1、掌握利用MATLAB实现信号AM调制与解调的方法。2、学习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

2、的可视化表示。3、加深理解调制信号的变化；验证信号调制的基本概念、基本理论，掌握信号与系统的分析方法。主要参考资料：1、王秉钧等.通信原理M.北京：清华大学出版社，2006.112、陈怀琛.数字信号处理教程-MATLAB释义与实现M.北京：电子工业出 版社,2004.完 成 期 限：201469 2014613指导教师签名：课程负责人签名：2014年6月5日利用MATLAB实现信号的AM调制与解调目录摘要11. matlab 简介21.1matlab 基本功能 21.2matlab 应用22. 系统总体设计方案42.1调制信号42.1.1 matlab实现调制信号的波形42.1.2 matla

3、b实现调制信号的频谱 42.1.3 matlab实现载波的仿真52.2信号的幅度调制62.2.1信号的调制62.2.2幅度调制原理62.2.3 matlab 实现双边带幅度调制 82.2.4 matlab 实现已调信号的频谱图 82.2.5幅度调制前后的比较92.3已调信号的解调 92.3.1 AM信号的解调原理及方式 92.3.2 matlab 实现已调信号的解调112.3.3信号解调前后的比较12结论与展望13参考文献14附录15I利用MATLAB实现信号的AM调制与解调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

4、，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。本设计主要研究内容是Sa 2/100 t Xt 兰t利用MATLA实现对叫尸0, 丿 其他 进行AM调制，载波信号频率为1000Hz, 调制深度为0.5。t0=0.2.在MATLAB显示调制信号的波形和频谱，已调信号的 波形和频谱，比较信号调制前后的变化。并对已调信号解调，比较了解调后的信 号与原信号的区别。信号幅度调制与解调及MATLAB信号表示的基本方法及绘图函数的调用，实现了对

5、连续时间信号的可视化表示。关键词：AM、调制、解调、MAT LAB1利用MATLAB实现信号的AM调制与解调l. matlab 简介MATLAI是矩阵实验室(MatrixLaboratory)的简称，是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值 计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLABS Simulink两大部分。1.1matlab 基本功能MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交 互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以 及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大

6、功能集成在一个易于使用的视窗环 境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了 一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、 Fortran )的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应 用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计 算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等 领域。MATLAB勺基本数据单位是矩阵，它的指令表

7、达式与数学、工程中常用的形 式十分相似，故用MATLAB解算问题要比用C, FORTRA等语言完成相同的事情 简捷得多，并且MATLA也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLA成为一个强 大的数学软件。在新的版本中也加入了对 C, FORTRANC+ , JAVA的支持。可以直接调用， 用户也可以将自己编写的实用程序导入到 MATLABS数库中方便自己以后调用， 此外许多的MATLA爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就 可以用。1.2matlab 应用MATLAB品族可以用来进行以下各种工作:(1) 数值分析；(2) 数值和符号计算；(3) 工程与科学绘图；(4) 控制系统

8、的设计与仿真；(5) 数字图像处理技术；(6) 数字信号处理技术；(7) 通讯系统设计与仿真；(8) 财务与金融工程。MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、 测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱(单 独提供的专用MATLAB函数集)扩展了 MATLAB环境，以解决这些应用领域内特 定类型的问题。3利用MATLAB实现信号的AM调制与解调2. 系统总体设计方案2.1调制信号调制信号是原始信息变换而来的低频信号。调制本身是一个电信号变 换的过程。调制信号去改变载波信号的某些特征值（如振幅、频率、相位 等），导致载波信号的这个特征值发生

9、有规律的变化，这个规律是调制信 号本身的规律所决定的。2.1.1 matlab 实现调制信号的波形本设计的调制信号为Sa2 m(t )= *0其他，通过matlab仿真显示4利用MATLAB实现信号的AM调制与解调#利用MATLAB实现信号的AM调制与解调出其波形图如图2-1所示图2-1调制信号#利用MATLAB实现信号的AM调制与解调#利用MATLAB实现信号的AM调制与解调2.1.2 matlab 实现调制信号的频谱连续傅里叶变换是一个特殊的把一组函数映射为另一组函数的线性算 子。傅里叶变换就是把一个函数分解为组成该函数的连续频率谱。在数学分 析中，信号f（t）的傅里叶变换被认为是处在频域

10、中的信号。离散傅里叶变换的一种快速算法，简称FFT。为了节省电脑的计算时间，实 现数字信号的实时处理，减少离散傅里叶变换（DFT的计算量。快速傅里叶变换（FFT）,并不是一种新的傅立叶分析理论，而是减少DFT计算量的算法设计思想和DFT各种快速算，为计算机处理数据节省了时间。对已 知信号进行快速傅里叶变换其抽样频率为 1000hz，matlab仿真频谱如图2-2图2-2已知信号的频谱2.1.3 matlab 实现载波的仿真载波是被调制以传输信号的波形，一般为正弦波。一般要求正弦载波的 频率远高于调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号失真。我们一般需要发送的数据的频率是低频的，如果按照本身的

11、数据的频率来传输，不利于接收和同步。使用载波传输，我们可以将数据的信号加载到 载波的信号上，接收方按照载波的频率来接收数据信号，有意义的信号波的 波幅与无意义的信号的波幅是不同的，将这些信号提取出来就是我们需要的数据信号。本实验的载波频率为 1000hz，起波形图如图2-3所示图2-3载波波形2.2信号的幅度调制2.2.1信号的调制调制，就是把信号转化成适合在信道中传输的形式的一种。广义的调制分为 基带调制和带通调制（也称载波调制）。载波调制，就是用调制信号区控制载波 参数的过程，即使载波的某一个或几个参数按照调制信号的亏率而变化。调制信号时指来自信源的消息信号。未受调制的周期性振荡信号称为载

12、波， 载波调制后 称为已调信号，它含有调制信号的全部特征。2.2.2幅度调制原理1.信号的幅度调制原理幅度调制是用调制信号去控制高频载波的幅度，使其按调制信号的规律变 化的过程。幅度调制器的一般模型如图2-4所示，载波信号c（t）二Acos（wct，-0）， 其中A0为外加信号。6利用MATLAB实现信号的AM调制与解调ASm(t)AOCOS W江图2-4(2.1 )Sm(t ) = A 0 m ( t ) COS w ctSam （）二叭6（ +%）+5佃-）+（1/2）M （ +%） + M 佃-c）（2 2 ）由频谱可以看出，AM信号的频谱由载波分量，上边带，下边带三部分组成。上边带的频

13、谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此AM信号时带有载波分量的双边带调制信号，它的带宽是基带信号带宽fH的2倍。2.双边带幅度调制在AM调制模型中将直流A0去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式-抑制载波双边带信号（ 式为：DSB-SC，简称双边带信号DSB（如图2-5）。其时域表达（2.3 ）SDSB(t)二 m(t)coswctS DSBCOS Wet7利用MATLAB实现信号的AM调制与解调#利用MATLAB实现信号的AM调制与解调图2-5 DSB信号的调制其频域相应为:Sam (w)4m(w wc) M (w - we)(2.4)#利用MATLAB实现信号的AM调

14、制与解调与先前幅度调节相比，只是少了直流分量，相应的少了二A0L（w we），（w - we）也就是在M（w）的- We处少了冲击响应，与 AM信号比较，因为不存在载波分量，DSB言号的调制效率为100% DSB言号解调时需要采用相干解调，也称同步检波223 matlab 实现双边带幅度调制Sa2(100t)twt0m(t )=本节主要通过matlab软件把调制信号0,其他调制到载波信号fs(t)二cos( 20007)上，使载波的幅度按照调制信号的规律进行变化 其波形如图2-6所示06-0.04-0.03-0.02-0.0100.010.020.030.040?0 5图2-6已调信号2.2.

15、4 matlab 实现已调信号的频谱图与调制信号实现频谱图的原理一样，用matlab对已调信号进行快速傅里叶变换，可以得到已调信号的频谱图，如图2-7所示图2-7已调信号频谱图225幅度调制前后的比较双边带幅度调制是用调制信号去控制高频载波的幅度，使其按调制信号的规 律变化的过程。调制后的信号是把调制信号加载到载波上，使载波上呈现调制信 号的包络线。对于已调信号的频谱，实质就是把调制信号由低频段搬迁到高频段 进行通信。其波形比较如图2-8所示已知信号已知信号频谱已调信号已调信号频谱图2-8调制前后时域和频域的波形2.3已调信号的解调2.3.1 AM信号的解调原理及方式解调是调制的逆过程，解调是

16、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。1.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3-1Smmo(t)COS ct :图3-1AM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1 1Sam (t)Lcos ct - A m(t) Icos c2 A0 m(t)l 2 A

17、m(t)lcos2 ct (3.1)Sam (t )Lcost 二 I Ao - m(t) Icos?，t = 1A m(t)丨 1A 丨(3.2)2 2由(3.1)、(3.2)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1M o(T)Ao M (T)(3.3)2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。2.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

18、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。T1oDSam (t)Orc*m)(t)J .AC1Q图3-2 AM信号的非相干解调原理当RC满足条件1 Wc乞RC乞1. Wh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m(t)二 A m(t)( 3.4)其中，Ag王m( t) max。隔去直流后就得到原信号 m(t)。2.3.2 matlab实现已调信号的解调解调过程是运

19、用相干解调，对已调信号乘上载波，再通过低通滤波器滤波就 可以无失真的恢复出原始的调制信号。其解调后的仿真波形如图3-3所示。图3-3解调后的调制信号233信号解调前后的比较本设计是采用双边带调幅来实现的信号调制， 用相干波解调后，没有直流分 量，幅度减为原来的一半，频率不变化。由频谱图可知解调是把已调信号的频谱 搬回到原来的位置，从而恢复出原始信号。恢复信号不失真的关键是低通滤波器 的设置，尽可能的减小失真度。: : ;H M1 4 H 1 4 H 14 1 14 111111H11411H1 if i 1 4 fa 1 d fa 1 hat,B, 1 1 r,j u11i11i11i1rii

20、ib1u11ip1 | 14B111” lm1B ，4.!11114!1!1,. 4 r . f. m iai1114111111411H1141d11lii1d1rihIrik11d11d11i11i11i | i njadKidbidiriiriiidirii i Li i i141541-0.050 O.OS 010 150.2已知信号解调并滤波后的信号图3-4已知信号与解调信号的比较13利用MATLAB实现信号的AM调制与解调结论与展望经过一学期的学习，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

21、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。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勺基础应用知识，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

22、。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。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

23、：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， 应用自己所学的知识解决更 多的问题！14利用MATLAB实现信号的AM调制与解调参考文献1 刘卫国.MATLA程序设计与应用(第二版)M.北京：高等教育出版社， 2006.2 陈后金.信号与系统M.北京：高等教育出版社，2007.07.3 张洁.双边带幅度调制及其 MATLAB仿真J.科技经济市场，2006.94 陈洁，焦振宇.基于MATLAB7.0的信号调制与解调分析J.山西电 子技术.2006(5).5 傅祖芸.信息论基础理论与应用M.北京：电子工业出版社，2001.6 胡广书.现代信号处理M

24、.北京：清华大学出版社,2004.7 张智星 MATLABS序设计与应用北京：清华大学出版社，20028 周开利、邓春晖MATLA基础及应用教程北京：北京大学出版社2007.4张智星 MATLA程序设计与应用北京：清华大学出版社，200215利用MATLAB实现信号的AM调制与解调附录源程序：t0=0.2t=(-tO:O.O1:tO)y1=si nc(100*t).*s in c(100*t)Plot(t,y1)grid on%已知信号的波形t=(-0.01:0.001:0.01)y2=cos(2000*pi*t)Plot(t,y2)grid on%载波信号的波形fs=10000t0=0.2t

25、=-t0:0.0001:t0m=si nc(100*t).*si nc(100*t)mk=fft(m,512)mw=2*pi/1000*abs(fftshift(mk) fw=-255:256/512*fsplot(fw,mw)grid on xlim(-500,500)%已知信号的频谱波形t0=0.05t=(-t0:0.0001:t0)y=0.5*cos(2000*pi*t).*si nc(100*t).*s in c(100*t) plot(t,y)grid on%已调信号的波形fs=1000t0=0.1t=-t0:0.0001:t0m=0.5*cos(2000*pi*t).*si nc(

26、200*t).*s in c(200*t)mk=fft(m,512);mw=2*pi/1000*abs(fftshift(mk) fw=-255:256/512*fsplot(fw,mw)grid onxlim(-250,250)%已调信号的频谱波形t0=0.2t=(-t0:0.001:t0)y2=0.5*cos(2000*pi*t).*si nc(100*t).*si nc(100*t)N=512wp=40/N*pi%低通滤波器参数的设定ws=60/N*piRp=1As=15T=1OmegaP=wp/TOmegaS=ws/Tn, Wn=buttord(OmegaP,OmegaS,Rp,As)b,a=butter( n, Wn,low)y=filter(b,a,y2)plot(t,y)grid on %解调信号17