用MATLAB建模实现信号的调制解调(DOC)

1.    实验要求

用MATLAB的调制解调建模实现信号的调制解调过程，需要文字报告、波形图。

（本文选用AM、FM调制进行仿真分析）

2.    实验原理

2.1    AM调制解调的原理

2.1.1    AM调制信号的产生

标准调幅（AM）是指用信号m(t)去控制载波c(t)的振幅，是已调信号的包络按照m(t)的规律线性变化的过程，u(t)=(A0+a*m(t))*c(t)。调制过程如图2.1所示。

图2.1 AM调制模型

2.1.2    AM的解调

调制的逆过程叫解调，调制是一个频谱搬移过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。解调就是从已调信号的频谱中，将位于载频的信号频谱搬移回来。调制和解调都完成频谱搬移，各种调幅都是利用乘法器实现的，因此可以设想，在收端也可以利用乘法器进行解调[1]。已调信号u(t)乘以本地载波c(t),再通过低通滤波器得到解调信号dem(t)=u(t)*c(t)。如图所示，解调后dem(t)=A0/2+m(t)/2，所以在解调后要重新缩放。另一种解调方法，包络解调由于包络检波器电路简单，检波效率高，几乎所有调幅（AM）式接收机都采用这种电路，如图2.3所示为包络检波模型。在MATLAB中我们使用hilbert()函数找出已调信号包络dem(t) A0+m(t)。找出包络后也要重新缩放，最终解调出基带信号m(t)。

相干解调模型

2.2    FM调制解调的原理

2.2.1    FM调制信号的产生

角度调制是频率调制和相位调制的总称。角度调制是使正弦载波信号的角度随着基带调制信号的幅度变化而改变。

调频信号可以被看作调制信号在调制前先积分的调相信号。这意味着先对m(t)积分，再将结果作为调相器的输入即可得到调频信号。相反，先微分m(t)，再将结果作为调频器的输入也可得到调相信号。在模拟蜂窝移动通信中，调频是更为普遍应用的角度调制，这是因为FM不管信号的幅度如何，抗干扰能力都很强，而在调幅中，正如前面所说的那样，抗干扰能力要弱得多[10]。

有两种基本的方法来产生调频信号：直接法和间接法。在直接法中，载波的频率直接随着输入的调制信号的变化而改变。在间接法中，先用平衡调制器产生一个窄带调频信号，然后通过倍频的方式把载波频率提高到需要的水平。

非线形调制要完成频谱的搬移但是他所形成的信号频谱不再保持原来基带频谱的结构，也就是说已调信号频谱与基带信号频谱存在着非线形关系，而解调正是从已调波中不失真地检出调制信号的过程。频率调频制：是瞬时频率偏移随基带信号成比例变化的调制[5]。

                                                             (2-1)

                                                                   (2-2)

FM公式：

                                              (2-3)

也可以表示成：                       (2-4)

调频指数：                            (2-5)

，。

， 

2.2.2    AM的解调

FM解调框图如下：

调频信号的解调方框图

为使实验更明确，将白噪声与调频波一起输入，在观看其对解调实验的影响，其框图如下：

调频系统抗噪声性能分析

n(t)：均值为0，单边功率谱密度为n0的高斯白噪声。

ni(t)：经带通后，变成带限高斯白噪声。

限幅器输入为调频与噪声的合成波，其幅度和相位均受到噪声的影响，通过限幅器后，可消除幅度影响，因此只考虑噪声对相位的影响。鉴频器微分器输出为调频调幅波，包络检出后，通过低通滤波器取出调制信号。

3.    MATLAB仿真过程

3.1    AM调制的调制解调仿真

1.    调制信号

（1）Matlab代码

t=0:0.00001:1;

A0=1;   %调制信号振幅

m=A0*sin(2*pi*20*t);  %调制信号

subplot(2,1,1);

plot(t,m);

xlabel('t');

ylabel('m');

title('调制信号');

subplot(2,1,2);

Y1=fft(m);   %对调制信号进行傅里叶变换

plot(abs(Y1));

xlabel('f');

ylabel('Y1');

title('调制信号频谱');

axis([0,200,0,15000]);

hold on;grid on;

（2）仿真图像

2.载波信号

（1）Matlab代码

t=-1:0.00001:1;  

f=300;  %载波信号频率

w0=f*pi;

U=cos(w0*t);     %载波信号

figure(1);

subplot(2,1,1);

plot(t,U);

xlabel('t');

ylabel('U');

title('载频信号波形');

axis([0,0.01,-1,1]);

subplot(2,1,2);

Y2=fft(Uc);         %对载波信号进行傅里叶变换 

plot(abs(Y2));

xlabel('f');

ylabel('Y2');

title('载波信号频谱');

axis([0,700,0,1000000]);

（2）仿真图像

3.进行AM调制

（1）Matlab代码

Fs = 6000; % 取样频率为 6000 Hz

Fc = 300; % 载波频率为300

t=[0:.1*Fs]'/Fs; 

m = sin(2*20*pi*t); % 调制信号

y = ammod(m,Fc,Fs); % 对调制信号进行调幅得到y

figure;

subplot(2,1,1); plot(t,m);

xlabel('t');ylabel('m');title('调制信号');

subplot(2,1,2); plot(t,y);

xlabel('t');ylabel('y');title('已调信号');

（2）仿真图像

4.AM的解调

（1）Matlab代码

Fs = 6000; 

Fc = 300;  % 载波频率为300

t=[0:.1*Fs]'/Fs; 

m = sin(2*20*pi*t);  % 调制信号

y = ammod(m,Fc,Fs);  % 对调制信号进行调幅得到y

m1= amdemod(y,Fc,Fs); % 对y1进行解调恢复出m1

figure;

subplot(3,1,1); plot(t,m);

xlabel('t');ylabel('m');title('调制信号');

subplot(3,1,2); plot(t,y);

xlabel('t');ylabel('y');title('已调信号');

subplot(3,1,3); plot(t,m1);

xlabel('t');ylabel('m1');title('解调信号');

（2）仿真图像

3.2    FM调制的调制解调仿真

1.调制信号

取同3.1中AM调制信号

2.    载波信号

取同3.1中AM载波信号

3.FM的调制

（1）Matlab代码

Fs = 6000; 

Fc = 300;   % 载波频率为300

t=[0:.1*Fs]'/Fs; 

m = sin(2*20*pi*t);  % 调制信号

fredev=100;

y = fmmod(m,Fc,Fs,fredev);   % 对调制信号进行调频得到y

subplot(2,1,1);plot(t,m);

xlabel('t');ylabel('m');title('调制信号');

subplot(2,1,2);plot(t,y);

xlabel('t');ylabel('y');title('FM已调信号');

（2）仿真波形

4.FM的解调

（1）Matlab代码

Fs = 6000; 

Fc = 300;   % 载波频率为300

t=[0:.1*Fs]'/Fs; 

m = sin(2*20*pi*t);  % 调制信号

fredev=100;

y = fmmod(m,Fc,Fs,fredev);   % 对调制信号进行调频得到y

z = fmdemod(y,Fc,Fs,fredev);  % 对y1进行解调恢复出m1

subplot(3,1,1);plot(t,m);

xlabel('t');ylabel('m');title('调制信号');

subplot(3,1,2);plot(t,y);

xlabel('t');ylabel('y');title('FM已调信号');

subplot(3,1,3);plot(t,z);

xlabel('t');ylabel('z');title('解调信号');

axis([0,0.1,-1,1]);

（2）仿真波形