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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