内蒙古工业大学通信系统仿真MATLAB仿真.docx
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内蒙古工业大学通信系统仿真MATLAB仿真
实验二振幅调制与解调制电路的MATLAB仿真
一、实验目的:
1、深入理解各种振幅调制与解调制电路的工作原理;
2、掌握振幅调制与解调制电路的MATLAB仿真方法。
二、实验要求:
1、熟悉振幅调制与解调制电路的工作原理及主要性能;
2、掌握振幅调制与解调制电路MATLAB仿真的建模过程。
三、实验内容及步骤:
1、编写matlab程序实现AM振幅调制与解调制的设计与仿真;
1)设计AM振幅调制与解调制仿真电路,要求调制信号的幅度A和频率F可变;载波信号的幅度A和频率F可变,调制度ma可变;
2)绘制调制信号u11、载波信号uc1和已调波信号uam1的时域波形图和频谱图(要求谱线清晰);
3)要求调制信号为三个以上正弦波信号的合成,幅度和频率均可变,绘制调制信号u12、载波信号uc1和已调波信号uam2的时域波形图和频谱图(要求谱线清晰);
4)用同步检波对已调波信号uam1进行解调制,在同一幅图中绘制原调制信号u11和解调后的信号y11,并绘制这两个信号的频谱图;
5)用同步检波对已调波信号uam2进行解调制,在同一幅图中绘制原调制信号u12和解调后的信号y12,并绘制这两个信号的频谱图。
2、编写matlab程序实现DSB振幅调制与解调制的设计与仿真;
1)设计DSB振幅调制与解调制仿真电路,要求调制信号的幅度A和频率F可变;载波信号的幅度A和频率F可变;
2)绘制调制信号u21、载波信号uc2和已调波信号udsb1的时域波形图和频谱图(要求谱线清晰);
3)要求调制信号为三个以上正弦波信号的合成,幅度和频率均可变,绘制调制信号u22、载波信号uc2和已调波信号udsb2的时域波形图和频谱图(要求谱线清晰);观察相位突变点处的波形;
4)用同步检波对已调波信号udsb1进行解调制,在同一幅图中绘制原调制信号u21和解调后的信号y21,并绘制这两个信号的频谱图;5)用同步检波对已调波信号udsb2进行解调制,在同一幅图中绘制原调制信号u22和解调后的信号y22,并绘制这两个信号的频谱图。
四、实验报告:
1、给出AM、DSB振幅调制与解调制仿真电路的设计思路;
通过将低频的调制信号搭载在高频的载波信号上实现信号的传递,在已调波中,载波的信号在已调波的包络中控制着载波幅度的变化,再通过借条实现信息的恢复,公式如下所示:
V=Ucm(1+ma*cost)*coswct
=Ucm*coswct+Ucm*ma*cost*coswct
单输入AM波的调制:
1)、通过实验要求Matlab编写程序如下所示:
function[u11,uc1,uam1]=AM(A1,F1,A2,F2,ma)
fs=20*max(F1,F2);
t=[0:
1/fs:
2/min(F1,F2)];
u11=A1*cos(2*pi*F1*t);%调制
uc1=A2*cos(2*pi*F2*t);%载波
uam1=(1+ma*(u11/A1)).*(uc1/A2);%AM振幅
subplot(3,1,1);plot(t,u11);gridon
subplot(3,1,2);plot(t,uc1);gridon
subplot(3,1,3);plot(t,uam1);gridon
X=fftshift(fft(u11));
Y=fftshift(fft(uc1));
Z=fftshift(fft(uam1));
figure;
F=linspace(-fs/2,fs/2,length(t));%元素的分割命令
subplot(3,1,2);plot(F,abs(Y));gridon
subplot(3,1,3);plot(F,abs(Z));gridon
subplot(3,1,1);plot(F,abs(X));gridon
figure;
F=linspace(-fs/2,fs/2,length(t));
subplot(3,1,1);plot(F(1.5*2/min(F1,F2)*fs/4:
2.5*2/min(F1,F2)*fs/4),abs(X(1.5*2/min(F1,F2)*fs/4:
2.5*2/min(F1,F2)*fs/4)));gridon
subplot(3,1,2);plot(F(1.5*2/min(F1,F2)*fs/4:
2.5*2/min(F1,F2)*fs/4),abs(Y(1.5*2/min(F1,F2)*fs/4:
2.5*2/min(F1,F2)*fs/4)));gridon
subplot(3,1,3);plot(F(1.5*2/min(F1,F2)*fs/4:
2.5*2/min(F1,F2)*fs/4),abs(Z(1.5*2/min(F1,F2)*fs/4:
2.5*2/min(F1,F2)*fs/4)));gridon
程序的程序名为“AM.m”,当在matlab命令窗口输入:
AM(1,200,1,3200,0.5)时如下所示各种波形。
2)、单输入的AM调制波、载波和已调波的图如下图2-1所示:
图2-1AM调制波、载波和已调波
通过编程实现了单输入AM波的调制调制信号u11、载波信号uc1和已调波信号uam1的图形清晰,如上所示。
3)、绘制调制信号u11、载波信号uc1和已调波信号uam1的时域波形图如下图2-2所示:
图2-2时域波形图
4)、绘制调制信号u12、载波信号uc1和已调波信号uam2的频谱图,如下图2-3所示:
图2-3频谱图
AM单输入的解调
1)、调制程序如上所述,解调程序设计如下所示:
s=uam1.*uc1;
Rp=3;%信号衰减幅度
Rs=60;%信号衰减幅度
Wp=40/500;%通带截止频率
Ws=150/500;%阻带截止频率
[n,Wn]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);%阶数n
[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,Wn);%传递函数分子分母b,a
X1=5*filter(b,a,s);
figure;
subplot(2,1,1);plot(t,u11);gridon
subplot(2,1,2);plot(t,X1);gridon
2)、同步检波的解调图如下图2-4所示:
图2-4同步检波的解调图
多输入的AM波的调制与解调;
1)、输入三个调制信号的叠加与一个载波分别是u12和uc2,根据公式:
V=Ucm(1+
ma*cos
t)*coswct以及实验要求编写matlab程序如下所示:
functiony=AM2(Ac,Fc,ka,A1,F1,A2,F2,A3,F3)
F=min(F1,F2);
f=max(F1,max(F2,F3));
T=0:
1/(10*Fc):
6/min(F,F3);%抽样
ul2=A1*cos(2*pi*F1*T)+A2*cos(2*pi*F2*T)+A3*cos(2*pi*F3*T);%调制信号
uc2=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%载波信号
u=(ka*A1/Ac)*cos(2*pi*F1*T)+(ka*A2/Ac)*cos(2*pi*F2*T)+(ka*A3/Ac)*cos(2*pi*F3*T);
uam2=Ac*(1+u).*cos(2*pi*Fc*T);%AM已调波信号
subplot(3,1,1);plot(T,ul2,'r');grid;ylabel('ul2');xlabel('t');
subplot(3,1,2);plot(T,uc2,'r');grid;ylabel('uc2');xlabel('t');
subplot(3,1,3);plot(T,uam2,'r');grid;ylabel('uam2');xlabel('t');
X=fftshift(fft(ul2));%快速dft变换
Y=fftshift(fft(uc2));
Z=fftshift(fft(uam2));
figure;%保持时域波形图不变
F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T));%元素的分割命令
m=fix(length(T)*3/8);
n=fix(length(T)*5/8);%取频谱图画图范围
subplot(3,1,1);plot(F(m:
n),abs(X(m:
n)));gridon
subplot(3,1,2);plot(F(m:
n),abs(Y(m:
n)));gridon
subplot(3,1,3);plot(F(m:
n),abs(Z(m:
n)));gridon
%检波信号
figure;
s=uam2.*uc2;%同步检波生成信号
Rp=3;%通带最大波纹
Rs=60;%阻带最小衰减
Wp=f/Fc;%通带截止频率(数字滤波器时为频率与抽样频率的比值)
Ws=f/Fc+f/Fc*3;%阻带截止频率(数字滤波器时为频率与抽样频率的比值)
[n,Wn]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);%确定椭圆滤波器最小阶数和截止频率
[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,Wn);%确定传递函数分子分母b,a
X1=5*filter(b,a,s);%滤除高频信号
subplot(2,1,2);plot(T,ul2);gridon
subplot(2,1,1);plot(T,X1);gridon
编写程序命名为AM2.m,实验结论如下所示。
2)、当在matlab命令窗口键入:
AM2(1,3200,0.5,1,200,1.2,250,0.8,150)时所得其输入图2-5和调制波2-6如下所示:
图2-5调制波、载波以及已调波
图2-6时域波形图
3)、同步检波的解调如下图2-7所示:
图2-7同步检波的解调
通过以上实验输入波形以及解调波图形比较,能够实现调制解调,只是在幅度上出现差异,但是在频率上基本上保持一致。
单输入的DSB的调制与解调
1)、根据实验要求以及公式:
V=k*u
(t)*uc(t),编写单输入的DSB程序如下所示:
function[u11,uc1,udsb1]=DSB1(Ac,Fc,ka,A1,F1)
T=0:
1/(10*Fc):
6/F1;%抽样
ul1=A1*cos(2*pi*F1*T);%调制信号
uc1=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%载波信号
udsb1=ka*Ac*ul1.*cos(2*pi*Fc*T);%DSB已调波信号
subplot(3,1,1);plot(T,ul1,'r');grid;ylabel('ul1');xlabel('t');
subplot(3,1,2);plot(T,uc1,'r');grid;ylabel('uc1');xlabel('t');
subplot(3,1,3);plot(T,udsb1,'r');grid;ylabel('uam1');xlabel('t');
X=fftshift(fft(ul1));%快速dft变换
Y=fftshift(fft(uc1));
Z=fftshift(fft(udsb1));
figure;%保持时域波形图不变
F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T));%取变换范围和点数
m=fix(length(T)*3/8);
n=fix(length(T)*5/8);%取频谱图画图范围
subplot(3,1,1);plot(F(m:
n),abs(X(m:
n)));gridon
subplot(3,1,2);plot(F(m:
n),abs(Y(m:
n)));gridon
subplot(3,1,3);plot(F(m:
n),abs(Z(m:
n)));gridon
figure;
s=udsb1.*uc1;%同步检波生成信号
Rp=3;%通带最大波纹
Rs=60;%阻带最小衰减
Wp=F1/Fc;%通带截止频率(数字滤波器时为频率与抽样频率的比值)
Ws=F1/Fc+F1/Fc*3;%阻带截止频率
[n,Wn]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);%确定椭圆滤波器最小阶数和截止频率
[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,Wn);%确定传递函数分子分母b,a
X1=5*filter(b,a,s);%滤除高频信号
subplot(2,1,2);plot(T,ul1);gridon
subplot(2,1,1);plot(T,X1);gridon
文件储存名为DSB1.m,当在matlab命令窗口键入:
DSB1(1,3200,0.7,1,200),所得结果如下所示:
2)、已知调制波、载波以及已调波的图形如下图2-8,频域图2-9以及同步检波的解调图2-10所示。
图2-8制波、载波以及已调波
图2-9频域图
图2-10同步检波的解调图
通过以上实验输入波形以及解调波图形比较,能够实现调制解调,只是在幅度上出现差异,但是在频率上基本上保持一致。
多输入的DSB的调制与解调
1)、根据实验要求编写多输入的DSB调制与解调程序如下所示:
functiony=DSB2(Ac,Fc,ka,A1,F1,A2,F2,A3,F3)
F=min(F1,F2);
f=max(F1,max(F2,F3));%求频率最大值
T=0:
1/(10*Fc):
6/min(F,F3);%抽样
ul2=A1*cos(2*pi*F1*T)+A2*cos(2*pi*F2*T)+A3*cos(2*pi*F3*T);%生成调制信号
uc2=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%载波信号
uam2=ka*Ac*ul2.*cos(2*pi*Fc*T);%DSB已调波信号
subplot(3,1,1);plot(T,ul2,'r');grid;ylabel('ul2');xlabel('t');
subplot(3,1,2);plot(T,uc2,'r');grid;ylabel('uc2');xlabel('t');
subplot(3,1,3);plot(T,uam2,'r');grid;ylabel('uam2');xlabel('t');
X=fftshift(fft(ul2));%做快速dft变换并移位
Y=fftshift(fft(uc2));
Z=fftshift(fft(uam2));
figure;%保持时域波形图不变
F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T));%取变换范围和点数
m=fix(length(T)*3/8);
n=fix(length(T)*5/8);%取频谱图画图范围
subplot(3,1,1);plot(F(m:
n),abs(X(m:
n)));gridon
subplot(3,1,2);plot(F(m:
n),abs(Y(m:
n)));gridon
subplot(3,1,3);plot(F(m:
n),abs(Z(m:
n)));gridon
figure;
s=uam2.*uc2;%同步检波生成信号
Rp=3;%通带最大波纹
Rs=60;%阻带最小衰减
Wp=f/Fc;%通带截止频率(数字滤波器时为频率与抽样频率的比值)
Ws=f/Fc+f/Fc*3;%阻带截止频率(数字滤波器时为频率与抽样频率的比值)
[n,Wn]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);%确定椭圆滤波器最小阶数和截止频率
[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,Wn);%确定传递函数分子分母b,a
X1=5*filter(b,a,s);%滤除高频信号
subplot(2,1,2);plot(T,ul2);gridon
subplot(2,1,1);plot(T,X1);gridon
已知将文件名存储为DSB.m在matlab命令窗口键入如下所示:
DSB2(1,3200,0.5,1,200,1.2,250,0.8,150)
所得结果如下所示:
2)、多输入的DSB调制波、载波以及已调波如下图2-11所示,还有频域图2-12以及同步检波的解调图2-13如下所示:
图2-11多输入的DSB调制波、载波以及已调波
图2-12频域图
图2-13同步检波的解调图
通过以上实验输入波形,已调波以及解调波图形比较,大体上能够实现调制解调,只是在幅度上出现差异,但是在频率上基本上保持一致。
五、实验总结
通过对单输入和多输入的AM以及DSB波进行调制和解调,结合Matlab知识进行仿真实验,将低频信号和高频信号进行叠加,通过电路的传输,所形成的的带有包络的信号就是所需要的调制信号。
调制信号改变了已调波的幅度,但是没有改变它的频率,它的频率受载波信号控制。
DSB波也是如此,它们两者只是在形成已调波时有所差异。
六、体会心得
通过此次实验的仿真,让我们首先对于AM和DSB波的调制以及解调有了更加系统的理解和掌握,知道和掌握了Matlab进行仿真的方法和过程。
这是最大的收获。
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