基于MATLAB的模拟线性调制

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基于MATLAB 的模拟调制实验报告

一、实验目的

1.进一步学习调制的知识,掌握调频与调角两种模拟调制技术。

2.进一步学习MATLAB 的编程,熟练使用MATLAB 进行作图。

二、实验原理

1.调制的概念

调制(modulation )就是对信号源的信息进行处理加到载波上,使其变为适 合 于信道传输的形式的过程,是使载波随信号而改变的技术。

一般,用来传送消息的信号()t u c 叫作载波或受调信号,代表所欲传送消息的信

号叫作调制信号,调制后的信号()t u 叫作已调信号。用调制信号()t u Ω控制载波的某些参数,使之随()t u Ω而变化,就可实现调制。

2.调制的目的 频谱变换

当所要传送的信号的频率或者太低,或者频带很宽,对直接采用电磁波的形 式进行发送很不利,需要的天线尺寸很大,而且发射和接受短的天线与谐振回路的参数变化范围很大。为了信息有效与可靠传输,往往需要将低频信号的基带频谱搬移到适当的或指定的频段。这样可以提高传输性能,以较小的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。 实现信道复用

为了使多个用户的信号共同利用同一个有较大带宽的信道,可以采用各种复用技术。如模拟电话长途传输是通过利用不同频率的载波进行调制。将各用户话音每隔4 kHz 搬移到高频段进行传输。 提高抗干扰能力

不同的调制方式,在提高传输的有效性和可靠性方面各有优势。如调频广播系统,它采用的频率调制技术,付出多倍带宽的代价,由于抗干扰性能强,其音质比只占10 kHz 带宽的调幅广播要好得多。扩频通信就是以大大扩展信号传输带宽,以达到有效抗拒外部干扰和短波信道多径衰落的特殊调制方式。

3.调制的种类

根据()t u Ω和()t u c 的不同类型和完成调制功能的调制器传递函数不同,调制分为以下多种方式: (1).按调制信号()t u Ω的类型分为:

● 模拟调制:调制信号()t u Ω是连续变化的模拟量,如话音与图像信号。 ● 数字调制:调制信号是数字化编码符号或脉冲编码波形。

(2).按载波信号()t u c 的类型分:

● 连续波调制:载波信号为连续波形,通常以正弦波作为载波。

● 脉冲调制:载波信号是脉冲波形序列。

(3).按调制器的不同功能分:

● 幅度调制:以调制信号去控制载波的幅度变化,如模拟调幅,脉冲幅度调制

(PAM ),幅移键控(ASK )。

● 频率调制:以调制信号去控制载波信号的频率变化,如模拟调频(FM ),频

移键控(FSK ),脉宽调制(PDM )。

● 相位调制:以调制信号去控制载波信号的相位变化,如模拟调相(PM ),相

移键控(PSK ),脉位调制(PPM )。 (4).按调制器的传输函数分:

● 线性调制:已调信号的频谱与调制信号频谱是线性的频谱位移关系。如各种

幅度调制,幅移键控(ASK )。 ● 非线性调制:已调信号的频谱与调制信号频谱没有线性关系,即调制后派生出大量不同于调制信号的新的频率成份。如调频(FM ),调相(PM ),频移键控(FSK )。

三、实验过程

这次实验主要利用MATLAB 实现幅度调制与角度调制。 1.幅度调制原理 AM 调制

AM 是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度,使其按调制信号的规律变化的过程。如图1所示。

图1

调制信号()t m 叠加直流0A

后再与载波相乘,则输出的信号就是常规双边带(AM )调幅波。其时域表达式为:

0()[()]*cos AM c S t A m t t ω=+

AM 信号波形的包络与输入基带信号()t m 成正比,故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真,必须满足()m a x 0t m A ≥,否则将出现过调幅现象而带来失真。AM 信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同,下边带是上边带的镜像。AM 信号是带有载波的双边带信号,它的带宽信号带宽的两倍2AM H B f =。

下面利用matlab 实现AM 的调制。为方便观察,令输入信号为单一正弦波信号。

-----------------AM调制输出信号和频谱---------------------- dt=0.0001; %时间采样频率

fH=10; %调制信号最高频率

fc=1000; %载波中心频率

T=0.2; %信号时长

N=T/dt;

t=[0:N-1]*dt;

mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fH*t); %调制信号

A=2;

s_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t);

[f,Xf]=FFT_SHIFT(t,s_am); %已调信号频谱

subplot(211);

plot(t,s_am);hold on; %画出AM信号波形

plot(t,A+mt,'r--'); %表示AM上包络

plot(t,-(A+mt),'r--'); %表示AM下包络

title('AM调制信号及其包络');

xlabel('时间t');

subplot(212); %画出AM波频谱

plot(f,abs(Xf));

axis([700 1300 0 max(Xf)]);

title('AM信号功率谱');

xlabel('频率f');

图2 结果分析:

从图2中频谱图可以看出,调幅过程实际就是频谱搬移,是一个线性过程。经调制后,调制信号的频谱被搬移到载频附近,成为下边频(带)和下边频(带)。信号功率正比于频谱的平方,所以可以看出载波信号的功率占整个调幅波功率的绝大部分。

同样由公式计算可以得到

2

(1)

2a O OT m P P =+

其中,OT P 为载波功率。

所以在发送中,我们可以只发送上、下边带,此时为DSB 调制;只发送上边带或者下边带,此时为SSB 。

DSB 调制

在幅度调制的一般模型中,若假设滤波器为全通网络(=1),,调制信号m(t)中无直流分量,则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号,或称抑制载波双边带(DSB-SC )调制信号,简称双边带(DSB )信号。DSB 调制器模型如下图3所示。

t

c ωcos )

(t m )(t s DSB ×

图3-7 D SB 调制器模型

图3

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