基于matlab的am調(diào)制仿真課程設(shè)計

1、<p><b>　　xx 學(xué) 院 </b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　課程設(shè)計項目研究報告</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第 1 章 項目簡介1</p><p&

2、gt;　　1.1 項目名稱1</p><p>　　1.2 開發(fā)人員1</p><p>　　1.3 指導(dǎo)教師1</p><p>　　第 2 章 項目研究意義1</p><p>　　2.1 課程設(shè)計概述1</p><p>　　2.2 研究意義2</p><p>　　第 3 章 采用的

3、技術(shù)2</p><p>　　3.1 課程設(shè)計的方案設(shè)計原理2</p><p>　　第 4 章 課程設(shè)計項目進(jìn)度表4</p><p>　　第 5 章 課程設(shè)計任務(wù)分配表4</p><p>　　第 6 章 達(dá)到的效果4</p><p>　　6.1 程序設(shè)計思想4</p><p>　

4、　6.2 程序最終實現(xiàn)結(jié)果5</p><p>　　第 7 章 源程序11</p><p>　　7.1 當(dāng)調(diào)制信號是單一頻率時11</p><p>　　7.2 當(dāng)調(diào)制信號不是單一頻率時13</p><p>　　第 9 章 設(shè)計心得15</p><p>　　第 10 章 參考文獻(xiàn)16</p>

5、<p>　　第 1 章 項目簡介</p><p><b>　　1.1 項目名稱</b></p><p>　　基于matlab的AM調(diào)制仿真</p><p><b>　　1.2 開發(fā)人員</b></p><p><b>　　阮文添、劉清海</b></p>

6、<p><b>　　1.3 指導(dǎo)教師</b></p><p><b>　　王小文</b></p><p>　　第 2 章 項目研究意義</p><p>　　2.1 課程設(shè)計概述</p><p>　　正弦載波幅度隨調(diào)制信號而變化的調(diào)制，簡稱調(diào)幅（AM）。調(diào)幅的技術(shù)和設(shè)備比較簡單，頻譜較

7、窄，但抗干擾性能差，廣泛應(yīng)用于長中短波廣播、小型無線電話、電報等電子設(shè)備中。早期的無線電報機(jī)采用火花式放電器產(chǎn)生高頻振蕩。傳號時火花式發(fā)報機(jī)發(fā)射高頻振蕩波，空號時發(fā)報機(jī)沒有輸出。這種電報信號的載波不是純正弦波，它含有很多諧波分量，會對其他信號產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。理想的模擬正弦波調(diào)幅是：載波幅度與調(diào)制信號瞬時值成線性關(guān)系。</p><p>　　MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)

8、可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境.MATLAB是matrix&laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室）。是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境[1]。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一

9、種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進(jìn)水平。</p><p><b>　　2.2 研究意義</b></p><p>　　現(xiàn)在的社會越來越發(fā)達(dá)，科學(xué)技術(shù)不斷地更新，在信號和模擬電路里面經(jīng)常要用到調(diào)制與解調(diào)，而AM的調(diào)制與解調(diào)是最基礎(chǔ)的，也是經(jīng)常用到的。用AM調(diào)制與解調(diào)可以在電路里

10、面實現(xiàn)很多功能，制造出很多有用又實惠的電子產(chǎn)品，為我們的生活帶來便利。</p><p>　　造我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫氖找魴C(jī)也是采用了AM調(diào)制方式，而且在軍事和民用領(lǐng)域都有十分重要的研究課題。</p><p>　　第 3 章 采用的技術(shù)</p><p>　　3.1 課程設(shè)計的方案設(shè)計原理</p><p>　　信號通過一定的傳輸介質(zhì)在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)

11、之間進(jìn)行傳送時，信號的原始形式一般不適合傳輸。因此，必須轉(zhuǎn)化他們的形式。將低頻信號加到高頻載波的過程，或者說把信息加載到信息載體上以便闡述的處理過程，陳偉調(diào)制。所謂“加載”，其實質(zhì)是使高頻載波信號（信息載體）的某個特性參數(shù)隨信息信號的大小呈現(xiàn)性變化的過程。通常稱代表信息的信號為調(diào)制信號，稱信息載體信號為載波信號，稱調(diào)制后的頻帶信號為已調(diào)波信號。在多種調(diào)制中，最先應(yīng)用的一種就是標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制（AM）。標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制是一種相對便宜的，質(zhì)量不高的

12、調(diào)制形式。在頻域中已調(diào)波頻譜是基帶調(diào)制信號頻譜的線性位移；在時域中，已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號波形呈線性關(guān)系[2]。</p><p>　　對于單頻信號的調(diào)制情況，如果設(shè)單品調(diào)制信號為u0=Umcos(w0t),載波為uc=Uccos(wct),那么調(diào)幅信號（已調(diào)波）可表示為：uam=Uam(t)cos(wct),式中，Uam(t)為已調(diào)波的瞬時振幅值（也稱為調(diào)幅波的包絡(luò)函數(shù)）。由于調(diào)幅信號的瞬時振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系

13、，既有：</p><p>　　Uam(t)=Ucm+KaUamcos(w0t)</p><p>　　=Ucm(1+(KaU0m/Ucm)cos(w0t))</p><p>　　=Ucm(1+macos(w0t))</p><p>　　式子中，Ka為比例常數(shù)，一般由調(diào)制電路的參數(shù)決定；ma=kaU0m/Ucm為調(diào)制系數(shù)（無單位），ma反映了調(diào)幅

14、波振幅的改變量，常用百分?jǐn)?shù)表示。把上述兩式可以得出單頻信號調(diào)幅波的表達(dá)式為：</p><p>　　uam=Ucm(1+macos(w0t))cos(wct);</p><p>　　以上分析是在單一正弦信號作為調(diào)制信號的情況下進(jìn)行的。實際傳送的調(diào)制信號往往并非單一頻率的信號，而是一個具有連續(xù)頻譜的限帶信號。如果將某一連續(xù)信號的限帶信號U0(t)=f(t)作為調(diào)制信號，那么調(diào)幅波可表示為：&l

15、t;/p><p>　　Uam=[Ucm+kaf(t)]cos(wct)</p><p>　　將其f(t)利用傅立葉級數(shù)展開為：</p><p>　　F(t)=∑ U0ncos(0nt)</p><p>　　將上面兩式聯(lián)合，則調(diào)幅波的表達(dá)式為：</p><p>　　Uam=Ucm[1+∑mncos(w0nt)]cos(wct

16、)</p><p>　　式子中：mn=kaU0n/Ucm</p><p>　　則我們可以根據(jù)上述Uam式子，來進(jìn)行調(diào)制的數(shù)學(xué)表達(dá)，讓Matlab來實現(xiàn)計算和繪圖。</p><p>　　另外，上式中的ma為調(diào)制系數(shù)，它反映了信號調(diào)制的強(qiáng)弱程度，一般ma的值越大調(diào)幅度越深。</p><p>　　在調(diào)幅波信號的分析中常用貧與分析法（即采用頻譜圖）來

17、表達(dá)振幅調(diào)制的特。在上述單頻調(diào)幅信號的頻譜中，對最后的uam表達(dá)式利用三角函數(shù)的公式展開為：</p><p>　　uam=Ucm(1+macos(w0t))cos(wct)</p><p>　　=Ucm[cos(wct)+1/2macos(wc+w0)t+1/2macos(wc-w0)t]</p><p>　　可見，單頻調(diào)幅波并不是一個簡單的正弦波，其中包含有三個頻

18、率分量，即載波分量wc,上邊頻（USF）分量wu=wc+w0和下邊頻（LSF）分量w1=wc-w0,上下邊頻分量相當(dāng)于載波是對稱的，每個邊頻分量的振幅是調(diào)幅波包絡(luò)振幅的一半。對于限帶調(diào)幅信號的頻譜，將Uam的表達(dá)式展開：</p><p>　　Uam=Ucm[1+∑mncosw0t]cos(wct)</p><p>　　=Ucm{cos(wct)+∑[1/2mncos(wc-w0)t+1/2

19、mncos(wc+w0)]}</p><p>　　可見，經(jīng)調(diào)制后限帶信號的各個頻率都會產(chǎn)生各自的上變頻和下邊頻，疊加后就形成了所謂的上邊頻帶和下邊頻帶。因為上、下邊頻幅度相等且成對出現(xiàn)，所以上下邊頻帶的頻譜分布相對于載波是鏡像對稱的。</p><p>　　第 4 章 課程設(shè)計項目進(jìn)度表</p><p>　　第 5 章 課程設(shè)計任務(wù)分配表</p>&

20、lt;p>　　第 6 章 達(dá)到的效果</p><p>　　6.1 程序設(shè)計思想</p><p>　　首先驗證了標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅調(diào)制的設(shè)計原理，另外可以得出AM調(diào)幅波的特點：</p><p>　　調(diào)幅波大振幅（包絡(luò)）隨調(diào)制信號變化，而且包絡(luò)的變化規(guī)律與調(diào)制信號波形一致，表明調(diào)制信號（信息）記載在調(diào)幅波的包絡(luò)中。</p><p>　　由上面的UA

21、M(t)的表達(dá)式: uam=Ucm(1+macos(w0t))cos(wct);得出調(diào)幅波的包絡(luò)函數(shù)為：Uam(t)=Ucm(1+macos(w0t)),則得出了調(diào)幅波包絡(luò)</p><p>　　波峰值為：Uam|max=Uam(1+ma) </p><p>　　波谷值為：Uam|min=Uam(1-ma)</p><p>　?。?）分析時域圖和頻譜圖可見：載波分量

22、并不包含調(diào)制信息，調(diào)制信息只包含在上，下邊頻分量內(nèi)，邊頻的振幅反映了調(diào)制信號幅度的大小。并且單頻調(diào)幅波的頻譜實質(zhì)上是把低頻調(diào)制信號的頻譜線性搬移到載波的上下邊頻，調(diào)幅過程實質(zhì)上就是一個頻譜的線性搬移過程。</p><p>　?。?）由五種不同的調(diào)制系數(shù)ma得到的不同的調(diào)至結(jié)果圖可以看出，調(diào)制系數(shù)ma反映了調(diào)幅的強(qiáng)弱程度，一般ma的值越大調(diào)幅越深（圖a,b,c）。當(dāng)ma=0時，表示未調(diào)幅，即無調(diào)幅作用；當(dāng)ma=1時

23、，調(diào)制系數(shù)的百分比達(dá)到100%，Um=Ucm,此時的包絡(luò)振幅的最小值Uam|min=0;當(dāng)ma>1時（圖e），已調(diào)波的包絡(luò)形狀與調(diào)制信號不一樣，產(chǎn)生了嚴(yán)重的包絡(luò)失真。這種情況稱之為過量調(diào)幅[3]。實際應(yīng)用中必須盡力避免。因此，在振幅調(diào)制過程中為了避免產(chǎn)生過量調(diào)幅失真，保證已調(diào)波的包絡(luò)真實的反映出調(diào)制信號的變化規(guī)律，要求調(diào)制系數(shù)ma必須滿足：0<ma<1.</p><p>　　（5）對于多頻率的調(diào)

24、制信號進(jìn)行調(diào)幅時，由于各頻率信號的幅度不同，因而調(diào)制系數(shù)mn也不相同。長引用合成調(diào)制系數(shù)</p><p>　　m’=√( )。一般在調(diào)制過程中，要保證所有的頻率信號的調(diào)制都不會引起過量調(diào)幅失真。</p><p>　　6.2 程序最終實現(xiàn)結(jié)果</p><p>　　當(dāng)調(diào)制信號是單一頻率時：</p><p><b>　　載波信號的分析：&

25、lt;/b></p><p><b>　　圖6.1</b></p><p><b>　　調(diào)制信號的分析：</b></p><p><b>　　圖6.2</b></p><p><b>　　已調(diào)波信號的分析</b></p><p&g

26、t;<b>　　圖6.3</b></p><p><b>　　放大x軸 圖6.4</b></p><p>　　改變調(diào)制深度m（上例中m=0.5）</p><p><b>　　當(dāng)m=0.3時：</b></p><p><b>　　圖6.5</b></p

27、><p><b>　　當(dāng)m=0.8時：</b></p><p><b>　　圖6.6</b></p><p><b>　　當(dāng)m=1時：</b></p><p><b>　　6.7</b></p><p>　　當(dāng)m=1.5時（即m>

28、1）:</p><p><b>　　圖6.8</b></p><p>　　當(dāng)調(diào)制信號不是單一頻率時：</p><p><b>　　調(diào)制信號：</b></p><p><b>　　圖6.9</b></p><p><b>　　已調(diào)波信號：<

29、/b></p><p><b>　　圖6.10</b></p><p>　　當(dāng)K=5時，此時的m都大于1（上面的k=1.5時，m<1）:</p><p><b>　　圖6.11</b></p><p>　　第 7 章 源程序</p><p>　　7.1 當(dāng)調(diào)制信

30、號是單一頻率時</p><p><b>　　1. 載波信號：</b></p><p>　　t=-1:0.000001:1;%定義時域t的范圍和步進(jìn)</p><p>　　A0=10; %載波信號的振幅A0</p><p>　　f1=3000; %載波信號的頻率</p><

31、p>　　w0=f1*pi*2;</p><p>　　Uc=A0*cos(w0*t); %載波信號</p><p>　　figure(1); %繪圖</p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(t,Uc);title('高頻載波');</p>

32、<p>　　axis([0,0.01,-15,15]);%定義圖像顯示的橫縱坐標(biāo)范圍</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　Y1=fft(Uc); %對載波信號進(jìn)行快速傅立葉變換</p><p>　　plot(abs(Y1));title('高頻載波頻譜');</p>&

33、lt;p>　　axis([5000,7000,0,20000000]);</p><p><b>　　2. 調(diào)制信號：</b></p><p>　　t=-1:0.000001:1;%定義時域t的范圍和步進(jìn)</p><p>　　A1=5;%調(diào)制信號的振幅A1</p><p>　　f2=30;

34、%調(diào)制信號的頻率</p><p>　　w1=f2*pi*2;</p><p>　　U0=A1*cos(w1*t);%調(diào)制信號</p><p>　　figure(1);%繪圖</p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(t,U0);title('

35、調(diào)制信號');</p><p>　　axis([0,1,-15,15]);%定義圖像顯示的橫縱坐標(biāo)范圍</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　Y2=fft(U0); %對調(diào)制信號進(jìn)行快速傅立葉變換</p><p>　　plot(abs(Y2));title('調(diào)制信號

36、頻譜');</p><p>　　axis([0,1000,0,10000000]);</p><p><b>　　3. 已調(diào)波信號：</b></p><p>　　t=-1:0.00001:1;</p><p>　　A0=10;A1=5;%給定調(diào)制信號和載波的振幅</p><p>

37、　　f0=3000;f1=30;%給定調(diào)制信號和載波的頻率</p><p>　　w0=2*f0*pi;%頻率向角頻率的轉(zhuǎn)換</p><p>　　w1=2*f1*pi;</p><p>　　m=0.5;%調(diào)制系數(shù)</p><p>　　Uam=A1*(1+m*cos(w1*t)).*cos((w0).*t);%已調(diào)

38、波信號</p><p>　　subplot(2,1,1);%繪圖</p><p>　　plot(t,Uam);</p><p>　　axis([0,0.25,-10,10]);</p><p><b>　　grid on;</b></p><p>　　title('AM調(diào)制信號波形

39、');</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　Y3=fft(Uam);%對已調(diào)波進(jìn)行快速傅里葉變換</p><p>　　plot(abs(Y3)),grid;</p><p>　　title('AM調(diào)制信號頻譜');</p><p>　　axis([5

40、000,7000,0,1000000]);</p><p>　　7.2 當(dāng)調(diào)制信號不是單一頻率時</p><p><b>　　1. 調(diào)制信號：</b></p><p>　　t=-1:0.00001:1;</p><p>　　A1=5;%三種不同頻率調(diào)幅波的幅值</p><p>

41、;<b>　　A2=4;</b></p><p><b>　　A3=3;</b></p><p>　　f1=100;%三種不同頻率調(diào)幅波的頻率</p><p><b>　　f2=200;</b></p><p><b>　　f3=300;</b>

42、;</p><p>　　w1=2*f1*pi;%頻率向角速度的轉(zhuǎn)換</p><p>　　w2=2*f2*pi;</p><p>　　w3=2*f3*pi;</p><p>　　U1=A1*cos(w1*t)+A2*cos(w2*t)+A3*cos(w3*t)</p><p><b>　　%合成的調(diào)幅

43、波形式</b></p><p>　　subplot(2,1,1);%繪圖</p><p>　　plot(t,U1);</p><p>　　axis([0,0.03,-30,30]);</p><p><b>　　grid on;</b></p><p>　　title(

44、9;調(diào)制信號波形');</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　Y3=fft(U1);%對調(diào)幅波進(jìn)行快速傅立葉變換</p><p>　　plot(abs(Y3)),grid;</p><p>　　title('調(diào)制信號頻譜');</p><p>　　axi

45、s([0,1000,0,1000000]);</p><p><b>　　2. 已調(diào)波信號：</b></p><p>　　t=-1:0.00001:1;</p><p>　　A0=10;%載波的幅值</p><p>　　A1=5;%三種不同頻率調(diào)幅波的幅值</p><p&g

46、t;<b>　　A2=4;</b></p><p><b>　　A3=3;</b></p><p>　　f0=3000;%載波頻率</p><p>　　f1=100;%三種不同頻率調(diào)幅波的頻率</p><p><b>　　f2=200;</b><

47、/p><p><b>　　f3=300;</b></p><p>　　w0=2*f0*pi;%頻率向角速度的轉(zhuǎn)換</p><p>　　w1=2*f1*pi;</p><p>　　w2=2*f2*pi;</p><p>　　w3=2*f3*pi;</p><p>　　

48、k=1.5;%設(shè)定比例常數(shù)K的值</p><p>　　m1=k*A1/A0;%分別計算m值</p><p>　　m2=k*A2/A0;</p><p>　　m3=k*A3/A0;</p><p>　　U1=A1*cos(w1*t)+A2*cos(w2*t)+A3*cos(w3*t);</p><p&

49、gt;<b>　　%合成的調(diào)幅波形式</b></p><p>　　Uam=A0*(1+m1*cos(w1*t)+m2*cos(w2*t)+m3*cos(w3*t)).*cos((w0).*t);%已調(diào)波</p><p>　　subplot(2,1,1);%繪圖</p><p>　　plot(t,Uam);</p&

50、gt;<p>　　axis([0,0.03,-30,30]);</p><p><b>　　grid on;</b></p><p>　　title('AM已調(diào)波信號波形');</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　Y3=fft(Uam);%對已

51、調(diào)波作快速傅里葉變換</p><p>　　plot(abs(Y3)),grid;</p><p>　　title('AM已調(diào)波信號頻譜');</p><p>　　第 9 章 設(shè)計心得</p><p>　　本設(shè)計完成了標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制的模擬，以及對調(diào)制系數(shù)影響的設(shè)計實現(xiàn)。Matlab方面相對于以前對它的了解，學(xué)會了使用快速傅里葉變

52、換，并對其實現(xiàn)繪圖分析，實驗中暫時沒有用到自己編寫的M函數(shù)文件[1]，直接用到了一個內(nèi)置的fft變換，得出了信號的頻譜圖；采用控制變量法，進(jìn)行對調(diào)制系數(shù)m的影響的設(shè)計探究。在試驗中，繪圖的坐標(biāo)范圍影響了圖形顯示的細(xì)節(jié)與否，將范圍調(diào)小，可以看到其實際波形變化，大范圍時可以輕易分析其輪廓，即外部特征。</p><p>　　調(diào)制技術(shù)是通信電子線路中很基礎(chǔ)，很重要的一個環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)通信必不可少的一項技術(shù)。這里選取調(diào)制中最

53、簡單最基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)振幅調(diào)制進(jìn)行設(shè)計，因為其他的振幅調(diào)制方式如：雙邊帶調(diào)幅（DSB），單邊帶（SSB），AM殘邊帶等形式，這些調(diào)制的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，即函數(shù)表達(dá)式基本類似。實驗中運(yùn)用Matlab這一強(qiáng)大的數(shù)學(xué)處理軟件，很容易就能得到要想的傅里葉變換和精準(zhǔn)的繪圖，然后根據(jù)輸出結(jié)果進(jìn)行理論分析，對于學(xué)習(xí)Matlab軟件非常有利。</p><p>　　第 10 章 參考文獻(xiàn)</p><p>　　[1]

54、 張建平，戴永夏，潘玲玲，王睿韜.，數(shù)字信號處理實驗教程——基于MATLB，DSP</p><p>　　和SOPC實現(xiàn)[M]， 清華大學(xué)出版社，2010年</p><p>　　[2] 王衛(wèi)東、高頻電子線路、電子工業(yè)出版社，2009年</p><p>　　[3] 王華 李有軍，matlab電子仿真與應(yīng)用教程，國防工業(yè)出版社，2010年</p>