基于matlab的am調制仿真課程設計

1、<p><b>　　xx 學 院 </b></p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　課程設計項目研究報告</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 指導教師1</p><p>　　第 2 章 項目研究意義1</p><p>　　2.1 課程設計概述1</p><p>　　2.2 研究意義2</p><p>　　第 3 章 采用的

3、技術2</p><p>　　3.1 課程設計的方案設計原理2</p><p>　　第 4 章 課程設計項目進度表4</p><p>　　第 5 章 課程設計任務分配表4</p><p>　　第 6 章 達到的效果4</p><p>　　6.1 程序設計思想4</p><p>　

4、　6.2 程序最終實現結果5</p><p>　　第 7 章 源程序11</p><p>　　7.1 當調制信號是單一頻率時11</p><p>　　7.2 當調制信號不是單一頻率時13</p><p>　　第 9 章 設計心得15</p><p>　　第 10 章 參考文獻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 課程設計概述</p><p>　　正弦載波幅度隨調制信號而變化的調制，簡稱調幅（AM）。調幅的技術和設備比較簡單，頻譜較

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

8、可視化、數據分析以及數值計算的高級技術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)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境[1]。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一

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

10、面實現很多功能，制造出很多有用又實惠的電子產品，為我們的生活帶來便利。</p><p>　　造我們日常生活中用的收音機也是采用了AM調制方式，而且在軍事和民用領域都有十分重要的研究課題。</p><p>　　第 3 章 采用的技術</p><p>　　3.1 課程設計的方案設計原理</p><p>　　信號通過一定的傳輸介質在發(fā)射機和接收機

11、之間進行傳送時，信號的原始形式一般不適合傳輸。因此，必須轉化他們的形式。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，陳偉調制。所謂“加載”，其實質是使高頻載波信號（信息載體）的某個特性參數隨信息信號的大小呈現性變化的過程。通常稱代表信息的信號為調制信號，稱信息載體信號為載波信號，稱調制后的頻帶信號為已調波信號。在多種調制中，最先應用的一種就是標準振幅調制（AM）。標準振幅調制是一種相對便宜的，質量不高的

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

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，一般由調制電路的參數決定；ma=kaU0m/Ucm為調制系數（無單位），ma反映了調幅

14、波振幅的改變量，常用百分數表示。把上述兩式可以得出單頻信號調幅波的表達式為：</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制信號的情況下進行的。實際傳送的調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)作為調制信號，那么調幅波可表示為：&l

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

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

17、表達振幅調制的特。在上述單頻調幅信號的頻譜中，對最后的uam表達式利用三角函數的公式展開為：</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,上下邊頻分量相當于載波是對稱的，每個邊頻分量的振幅是調幅波包絡振幅的一半。對于限帶調幅信號的頻譜，將Uam的表達式展開：</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，經調制后限帶信號的各個頻率都會產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，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 課程設計項目進度表</p><p>　　第 5 章 課程設計任務分配表</p>&

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

21、M(t)的表達式: uam=Ucm(1+macos(w0t))cos(wct);得出調幅波的包絡函數為：Uam(t)=Ucm(1+macos(w0t)),則得出了調幅波包絡</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、并不包含調制信息，調制信息只包含在上，下邊頻分量內，邊頻的振幅反映了調制信號幅度的大小。并且單頻調幅波的頻譜實質上是把低頻調制信號的頻譜線性搬移到載波的上下邊頻，調幅過程實質上就是一個頻譜的線性搬移過程。</p><p>　?。?）由五種不同的調制系數ma得到的不同的調至結果圖可以看出，調制系數ma反映了調幅的強弱程度，一般ma的值越大調幅越深（圖a,b,c）。當ma=0時，表示未調幅，即無調幅作用；當ma=1時

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

24、制信號進行調幅時，由于各頻率信號的幅度不同，因而調制系數mn也不相同。長引用合成調制系數</p><p>　　m’=√( )。一般在調制過程中，要保證所有的頻率信號的調制都不會引起過量調幅失真。</p><p>　　6.2 程序最終實現結果</p><p>　　當調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>　　調制信號的分析：</b></p><p><b>　　圖6.2</b></p><p><b>　　已調波信號的分析</b></p><p&g

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

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

28、1）:</p><p><b>　　圖6.8</b></p><p>　　當調制信號不是單一頻率時：</p><p><b>　　調制信號：</b></p><p><b>　　圖6.9</b></p><p><b>　　已調波信號：<

29、/b></p><p><b>　　圖6.10</b></p><p>　　當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 當調制信

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</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范圍</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　Y1=fft(Uc); %對載波信號進行快速傅立葉變換</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. 調制信號：</b></p><p>　　t=-1:0.000001:1;%定義時域t的范圍和步進</p><p>　　A1=5;%調制信號的振幅A1</p><p>　　f2=30;

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

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

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

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

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調制信號波形

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

40、000,7000,0,1000000]);</p><p>　　7.2 當調制信號不是單一頻率時</p><p><b>　　1. 調制信號：</b></p><p>　　t=-1:0.00001:1;</p><p>　　A1=5;%三種不同頻率調幅波的幅值</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;調制信號波形');</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　Y3=fft(U1);%對調幅波進行快速傅立葉變換</p><p>　　plot(abs(Y3)),grid;</p><p>　　title('調制信號頻譜');</p><p>　　axi

45、s([0,1000,0,1000000]);</p><p><b>　　2. 已調波信號：</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;%設定比例常數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已調波信號波形');</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　Y3=fft(Uam);%對已

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

52、換，并對其實現繪圖分析，實驗中暫時沒有用到自己編寫的M函數文件[1]，直接用到了一個內置的fft變換，得出了信號的頻譜圖；采用控制變量法，進行對調制系數m的影響的設計探究。在試驗中，繪圖的坐標范圍影響了圖形顯示的細節(jié)與否，將范圍調小，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>　　調制技術是通信電子線路中很基礎，很重要的一個環(huán)節(jié)，是實現通信必不可少的一項技術。這里選取調制中最

53、簡單最基礎的標準振幅調制進行設計，因為其他的振幅調制方式如：雙邊帶調幅（DSB），單邊帶（SSB），AM殘邊帶等形式，這些調制的數學基礎，即函數表達式基本類似。實驗中運用Matlab這一強大的數學處理軟件，很容易就能得到要想的傅里葉變換和精準的繪圖，然后根據輸出結果進行理論分析，對于學習Matlab軟件非常有利。</p><p>　　第 10 章 參考文獻</p><p>　　[1]

54、 張建平，戴永夏，潘玲玲，王睿韜.，數字信號處理實驗教程——基于MATLB，DSP</p><p>　　和SOPC實現[M]， 清華大學出版社，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電子仿真與應用教程，國防工業(yè)出版社，2010年</p>