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1、基于MATLAB的模拟调制实验报告1、 实验目的 1.进一步学习调制的知识，掌握调频与调角两种模拟调制技术。 2.进一步学习MATLAB的编程，熟练使用MATLAB进行作图。2、 实验原理1.调制的概念 调制（modulation）就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适 合 于信道传输的形式的过程，是使载波随信号而改变的技术。一般，用来传送消息的信号叫作载波或受调信号，代表所欲传送消息的信号叫作调制信号，调制后的信号叫作已调信号。用调制信号控制载波的某些参数，使之随而变化，就可实现调制。2.调制的目的 频谱变换 当所要传送的信号的频率或者太低，或者频带很宽，对直接采用电磁波的形 式进
2、行发送很不利，需要的天线尺寸很大，而且发射和接受短的天线与谐振回路的参数变化范围很大。为了信息有效与可靠传输，往往需要将低频信号的基带频谱搬移到适当的或指定的频段。这样可以提高传输性能，以较小的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。 实现信道复用 为了使多个用户的信号共同利用同一个有较大带宽的信道，可以采用各种复用技术。如模拟电话长途传输是通过利用不同频率的载波进行调制。将各用户话音每隔4 kHz搬移到高频段进行传输。 提高抗干扰能力不同的调制方式，在提高传输的有效性和可靠性方面各有优势。如调频广播系统，它采用的频率调制技术，付出多倍带宽的代价，由于抗干扰性能强，其音质比只占10 kHz带宽的调幅
3、广播要好得多。扩频通信就是以大大扩展信号传输带宽，以达到有效抗拒外部干扰和短波信道多径衰落的特殊调制方式。3.调制的种类 根据和的不同类型和完成调制功能的调制器传递函数不同，调制分为以下多种方式：（1）按调制信号的类型分为：l 模拟调制：调制信号是连续变化的模拟量，如话音与图像信号。l 数字调制：调制信号是数字化编码符号或脉冲编码波形。（2）按载波信号的类型分：l 连续波调制：载波信号为连续波形，通常以正弦波作为载波。l 脉冲调制：载波信号是脉冲波形序列。（3）按调制器的不同功能分：l 幅度调制：以调制信号去控制载波的幅度变化，如模拟调幅，脉冲幅度调制（PAM），幅移键控（ASK）。l 频率调
4、制：以调制信号去控制载波信号的频率变化，如模拟调频（FM），频移键控（FSK），脉宽调制（PDM）。l 相位调制：以调制信号去控制载波信号的相位变化，如模拟调相（PM），相移键控（PSK），脉位调制（PPM）。（4）按调制器的传输函数分：l 线性调制：已调信号的频谱与调制信号频谱是线性的频谱位移关系。如各种幅度调制，幅移键控（ASK）。l 非线性调制：已调信号的频谱与调制信号频谱没有线性关系，即调制后派生出大量不同于调制信号的新的频率成份。如调频（FM），调相（PM），频移键控（FSK）。3、 实验过程 这次实验主要利用MATLAB实现幅度调制与角度调制。 1.幅度调制原理 AM调制 AM是用
5、调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。如图1所示。 图1 调制信号叠加直流后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带（AM）调幅波。其时域表达式为： AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足，否则将出现过调幅现象而带来失真。AM信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽信号带宽的两倍。下面利用matlab实现AM的调制。为方便观察，令输入信号为单一正弦波信号。 -AM调制输出信号和频
6、谱- dt=0.0001; %时间采样频率 fH=10; %调制信号最高频率 fc=1000; %载波中心频率 T=0.2; %信号时长 N=T/dt; t=0:N-1*dt; mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fH*t); %调制信号 A=2; s_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t); f,Xf=FFT_SHIFT(t,s_am); %已调信号频谱 subplot(211); plot(t,s_am);hold on; %画出AM信号波形 plot(t,A+mt,r-); %表示AM上包络 plot(t,-(A+mt),r-); %表示AM下包络 title(AM调制信
7、号及其包络); xlabel(时间t); subplot(212); %画出AM波频谱 plot(f,abs(Xf); axis(700 1300 0 max(Xf); title(AM信号功率谱); xlabel(频率f); 图2结果分析：从图2中频谱图可以看出，调幅过程实际就是频谱搬移，是一个线性过程。经调制后，调制信号的频谱被搬移到载频附近，成为下边频（带）和下边频（带）。信号功率正比于频谱的平方，所以可以看出载波信号的功率占整个调幅波功率的绝大部分。同样由公式计算可以得到 其中，为载波功率。所以在发送中，我们可以只发送上、下边带，此时为DSB调制；只发送上边带或者下边带，此时为SSB。
8、 DSB调制 在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（1），调制信号m(t)中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB-SC）调制信号，简称双边带（DSB）信号。DSB调制器模型如下图3所示。 图3下面利用matlab实现DSB的调制。为方便观察，令输入信号为单一正弦波信号。 -DSB调制信号输出和频谱- dt=0.0001; %时间采样频率 fH=10; %调制信号最高频率 fc=1000; %载波中心频率 T=0.1; %信号时长 N=T/dt; t=0:N-1*dt; mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fH*t); %调制信号
9、s_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t); f,sf=FFT_SHIFT(t,s_dsb); %已调信号频谱 subplot(211) plot(t,s_dsb);hold on; %画出DSB信号波形 plot(t,mt,r-); %标示mt波形 plot(t,-mt,r-); title(DSB调制信号及其包络); xlabel(时间t); subplot(212) plot(f,PSD); axis(750, 1250, 0 ,0.015); title(DSB信号频谱); xlabel(频率f); 图4结果分析：从图4可以看出，DSB信号时域图与频谱中不含有载波分量，仅有上下边
10、带，发射功率大大降低。 SSB由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了。用滤波法实现单边带调制的原理图如下图5所示 图5 下面利用matlab实现SSB的调制。为方便观察，令输入信号为单一正弦波信号。 -SSB调制信号输出和频谱- dt=0.0001; %时间采样频率 fH=10; %调制信号最高频率 fc=1000; %载波中心频率 T=0.1; N=T/dt; t=0:N-1*dt; mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fH*t); %调制信号 s_ssb=real(hilbert(mt).*exp(
11、j*2*pi*fc*t); f,sf=FFT_SHIFT(t,s_ssb); %单边带信号频谱 subplot(211) plot(t,s_ssb);hold on; %画出SSB信号波形 plot(t,mt,r-); %标示mt 的包络 plot(t,-mt,r-); %标示mt 的包络 title(SSB调制信号); xlabel(时间t); subplot(212) plot(f,abs(sf); axis(750 1250 0 max(abs(sf); title(SSB信号频谱); xlabel(频率f); 图6结果分析： 从图6的调制信号频谱可以看出，输出信号只有上（或者下）边带，
12、大大减小了发射功率。而且SSB信号频带可节约一半，这对于日益拥挤的短波波段（330MHz）来说有重大意义，因为这样就能在同一波段中，使所容纳的频道数目增加一倍，大大提高了短波波段的利用率。总结： 在以上模拟线性调制中，AM波发送信号的上下边带和载波，带宽为调信号的最大频率的两倍，发射功率较大；DSB波只发送信号的上下边带，发射功率大大减小，但带宽仍然为调信号的最大频率的两倍；SSB波只发送信号上边带或者下边带，带宽是AM与DSB波的一半。但是，在解调过程中，AM波采用非相干解调（包络检波），电路十分简单，采用二极管检波电路就可以恢复出调制信号。DSB、SSB需采用相干解调，电路较复杂。所以在广播通信中广泛采用AM调制。2.角度调制 在调制时，若载波的频率随调制信号变化，称为频率调制，简称调频；若载波的相位随调制信号变化，称为相位调制，简称调相。在这两种调制中，载波的幅度保持恒定不变，而频率和相位的变化都表现为载波的瞬时相位变化，故把调频和调相统称为角度调制或调角。调角的一般表达式为
