综合性信号的幅度调制和解调

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1、本科学生综合性实验报告学号 114090315开斌学院 物理与电子信息学院专业、班级11 电子实验课程名称信号分析与处理教师及职称宏宁开课学期2013至2014学年下学期填报时间2014年6月18日师大学教务处编印一 实验设计方案及容实验序号13实验时间2014-6-181、设计要求实验名称 综合性 信号的幅度调制和解调实验室同析 3 栋 313 为了加深理解信号幅度调制与解调的基本原理； 认识从时域与频域分析信号幅度调制和解调过程； 掌握信号幅度调制和解调的实现方法，以及信号调制的应用； 应用 Matlab 软件实现信号的调制与解调。2、设计原理连续时间信号的幅度调制与解调是通信系统中常用的

2、调制方式，其利用信号傅里叶变换的移频特性实现信号的调制。2.1 抑制载波的幅度调制与解调 对消息信号 x(t)进行抑制载波的正弦幅度调制的数学模型为：y(t)=x(t)cos(wt)c式中：cos(w t)为载波信号；cWc 为载波角频率。 若信号 x(t)的频谱为 X(jw),根据傅里叶变换的频移特性，已调信号 y(t)的频谱 Y(jw)为：Y(jw)= X(j(w+w )+X(j(w-w )cc设调制信号 x(t)的频谱如图 a 所示，则已调信号 y(t)的频谱如图 b 所示。可见正弦幅度调制就是将消息信号 x(t)“搬移”到一个更合适的传输频带上去，这种方法中已调信号的频带宽度是调制信号

3、频带宽度的两倍，占用频带较宽。 然而在接收机端，通过同步解调的技术可以将消息信号 x(t)恢复，这可由：x (t)=y(t)cos(w t)= x(t)1+cos(2w t)0cc= x(t)+ x(t)cos(2w t)c图一 抑制载波的幅度调制 x (t)的频谱如图二所示，将 x (t)通过低通滤波器可以滤除 2w 为中心的00c频谱分量，便可恢复 x(t)。图二 抑制载波的幅度解调以上解调方式称为同步解调，其要求接收端与发送端的载波信号必须具有相同的载波频率和初始相角，这在实际应用中存在一定的难度，另一种解调方式可以不受此条件约束，称为非同步解调方法。2.2 含有载波的幅度调制与解调 为

4、实现信号的非同步解调，在信号幅度调制过程中，一个正的常数 A 需要叠加到信号 x(t)使得 x(t)+A0,若调制信号 x(t)满足|x(t)|K,则当 AK 时，就可以保证 x(t)+A0。一般称 m= 为调制指数。已调信号 y(t)的时域表示式为:y(t)=x(t)+Acos(w t)c已调信号 y(t)的频谱为:Y(jw)=X(j(w+w )+X(j(w-w )+A(w+w )+(w-w )cccc 设调制信号 x(t)的频谱如下图 a 所示，则已调信号 y(t)的频谱如图 b 所示。图三 含有载波的幅度调节 由于已调信号包含正弦载波分量，因此一个包络检波器就可以实现对已调信号 y(t)

5、的解调，非同步解调的时域分析如下图四所示，在信号非同步解调中，由于已调信号包含正弦波分量，因此发射端的发射功率中包含了正弦载波信号的功率，从而降低了发送效率。图四 非同步调制与解调 根据傅里叶变换的对称性，对于实调制信号 x(t),其频谱都对称地存在于正、负频率上。信号经过幅度调制后，已调信号的有效频宽为调制信号有效频宽的 2 倍，因此，以上两种调制方式都称为双边带幅度调制。 该实验需用到 Matlab 软件，然而 Matlab 软件提供该实验两个函数，即： modulate 和 demod 函数，实现了信号的调制与解调，化简了通信仿真和信号的调制与解调的分析过程。信号调制函数 modulat

6、e 使用格式为：y=modulate(x,F F ,method,opt)C, S其中：Fc 为载波信号的截频；Fs 为信号的抽样频率；method 为所需要的调制方式；opt 为选择项，只有某些调制方法才应用此项；y 为已调信号。信号的解调函数：demod 的使用格式为：x=demod(Y,Fc,Fs,method,opt)函数中定义的参数与解调函数的参数的定义一样。x 为解调函数，Y 为已调函数。除此解调与调节函数之外，还可以根据信号的调制与解调原理，直接使用Matlab的数学计算函数实现信号的调制与解调。即：抑制载波双边带幅度调制的Matlab计算表达式：y=x.*cos(2*pi*Fc

7、*t)含有载波双边带调制的Matlab计算表达式：y=(x-opt).*cos(2*pi*Fc*t)本实验主要研究抑制载波信号的调制与解调和含有载波的幅度调制与解调 。3实验设备计算机一台 Matlab软件4. 注意事项：（1）在使用 MATLAB 时应注意中英输入法的切换，在中文输入法输入程序时得到的程序是错误的；（2）Matlab 中两个信号相乘表示为 x.*y,中间有个.即点乘，同样两个信号相除也有个点除 x./y；（3）使用 MATLAB编写程序时，应新建一个 m 文件，而不是直接在Comandante(命令窗口)下编写程序；（4）在使用atlab编程时，应该养成良好的编写习惯和技 巧

8、；（5）该实验中，抑制载波幅度的调节为同步调节，求要接收端与发送端必须具有相同的载波频率和初始相角。而非同步调节则不需要受此条件的约束。5实验数据处理方法图像法、比较法、观察法6参考文献1后金，等.数字信号处理.2 版M.：高等教育，20102 wenku.baidu./view/fdcf64ea81c758f5f61f671f.html 3朱柱,边缘检测技术研究D,：大学，2010 年4何东健，耿楠，义宽等.数字图像处理M.：电子科技大学.2003.5 王娜，霞一种新的改进 Canny 边缘检测算法大学学报，20056 Coskun B, SankurB,Memon N. Spatio-te

9、mporal transform based video hashing J. IEEE Transactions on Multimedia, 2006, 8 (6): 1190-1208.二实验报告1实验现象与结果 若载波信号的频率为 100Hz,对频率为 10Hz 的正弦信号进行抑制载波的双边带幅度调制。解：该实验的程序如下： Fm=10;Fc=100; Fs=500;%抽样频率500Hz k=0:199;%待分析长度 t=k/Fs; x=sin(2*pi*Fm*t); y=x.*cos(2*pi*Fc*t); Y=fft(y,256); subplot(2,1,1); plot(y);

10、%时域波形title(时域波形); subplot(2,1,2);plot(-128:127,fftshift(abs(Y);%幅频特性title(幅频特性); 采用Matlab自带的调制函数：y=modulate(x,F F ,method,opt)也可实现该实C, S验的结果；程序如下所示：Fm=10;Fc=100;Fs=500;x=sin(2*pi*Fm*t);subplot(2,1,1);y= modulate(x,Fc,Fs);plot(y);title(时域波形);subplot(2,1,2);Y=fft(y,256);plot(-128:127,fftshift(abs(Y);t

11、itle(幅频特性);实验现象如图五所示：图五 已调信号时域波形与幅频特性实验结果：、实现抑制载波的幅度调制，已调信号 y(t)=x(t)cos(w t),式中：x(t)为调制c信号，cos(w t)为载波信号。此处可以取x(t)=cos(w t),wc=80 rad/s,w =10cmmrad/s。 分析调制信号 x(t)的频谱，绘出其时域波形和频谱。解：用 Matlab 实现该实验，程序如下：Wm=10*pi;x=cos(Wm*pi*t);subplot(2,1,1);plot(x);title(时域波形);subplot(2,1,2);X=fft(x,256);plot(-128:127

12、,fftshift(abs(X);title(幅频特性);实验现象如图六所示：图六 时域波形与幅频特性 分析已调信号 y(t)的频谱，绘出其时域波形和频谱。解：该实验 Matlab 程序如下：Wm=10*pi;Wc=80*pi;Fc=Wc/(2*pi);Fm=Wm/(2*pi);k=0:199;Fs=500;t=k/Fs;x=cos(Wm*pi*t)subplot(2,1,1);y= modulate(x,Fc,Fs);plot(y);title(时域波形);subplot(2,1,2);Y=fft(y,256);plot(-128:127,fftshift(abs(Y);title(幅频特性

13、);实验现象如图七所示：图七 时域波形与幅频特性2实验总结利用 MATLAB 实现信号的幅度调制与解调。 在此次设计中我将课本理论知识与实际应用联系起来，按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析此次课程设计的任务和要求，然后按照分析的结果进行实际编程操作，检测和校正，再进一步完善程序。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有一些出现的未知问题。我都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我也认真在网上查资料解决。原本我对课本里的知识只知道一点皮毛，根本就不理解更别说运用了，不过经过一周的设计，不得不去认真看书，分析各个知识点。从中对课本容更加了解。通过此次的设计，我加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和 MATLAB 语言也有了深入的认识。在设计过程中，我发现了不少问题。首先，自己在书本知识的学习上还存在太多的问题，有许多的知识根本没有完全理解。其次，我发现自己对设计的方向把握得不够好，并因此浪费了不少的时间，这些都是我以后要注意的地方。总之，在本次设计中，通过自己的努力，认真学习相关的函数。而在设计过程过对错误的改正，也加强了自己对相关知识的理解。同时由于本次设计运用了不同的知识，这样我就可以更好的将不同科目的知识进行联系学习，对牢靠的学习有着巨大的支持！不仅锻炼了实际运用的能力，也加强了我独立解决问题的能力。教师评语及评分：签名：年月日