1、本科學生綜合性實驗報告學號 114090315 姓名 李開斌 學院 物理與電子信息學院 專業、班級 11電子實驗課程名稱 信號分析與處理 教師及職稱 李宏寧 開課學期 2013 至 2014 學年 下 學期 填報時間 2014 年 6 月 18 日云南師范大學教務處編印一 實驗設計方案及內容實驗序號13實驗名稱綜合性 信號的幅度調制和解調實驗時間2014-6-18實驗室同析3棟3131、設計要求 為了加深理解信號幅度調制與解調的基本原理； 認識從時域與頻域分析信號幅度調制和解調過程； 掌握信號幅度調制和解調的實現方法，以及信號調制的應用； 應用Matlab軟件實現信號的調制與解調。2、設計原理

2、連續時間信號的幅度調制與解調是通信系統中常用的調制方式，其利用信號傅里葉變換的移頻特性實現信號的調制。2.1 抑制載波的幅度調制與解調 對消息信號x(t)進行抑制載波的正弦幅度調制的數學模型為： y(t)=x(t)cos(wct)式中：cos(wct)為載波信號； Wc為載波角頻率。 若信號x(t)的頻譜為X(jw),根據傅里葉變換的頻移特性，已調信號y(t)的頻譜Y(jw)為： Y(jw)=12X(j(w+wc)+X(j(w-wc) 設調制信號x(t)的頻譜如圖a所示，則已調信號y(t)的頻譜如圖b所示。可見正弦幅度調制就是將消息信號x(t)“搬移”到一個更合適的傳輸頻帶上去，這種方法中已調

3、信號的頻帶寬度是調制信號頻帶寬度的兩倍，占用頻帶較寬。 然而在接收機端，通過同步解調的技術可以將消息信號x(t)恢復，這可由： x0(t)=y(t)cos(wct)=12x(t)1+cos(2wct) =12x(t)+ 12x(t)cos(2wct)圖一 抑制載波的幅度調制 x0(t)的頻譜如圖二所示，將x0(t)通過低通濾波器可以濾除2wc為中心的頻譜分量，便可恢復x(t)。圖二 抑制載波的幅度解調以上解調方式稱為同步解調，其要求接收端與發送端的載波信號必須具有相同的載波頻率和初始相角，這在實際應用中存在一定的難度，另一種解調方式可以不受此條件約束，稱為非同步解調方法。2.2 含有載波的幅度

4、調制與解調 為實現信號的非同步解調，在信號幅度調制過程中，一個正的常數A需要疊加到信號x(t)使得x(t)+A>0,若調制信號x(t)滿足|x(t)|K,則當A>K時，就可以保證x(t)+A>0。一般稱m=KA為調制指數。 已調信號y(t)的時域表示式為:y(t)=x(t)+Acos(wct)已調信號y(t)的頻譜為:Y(jw)=12X(j(w+wc)+X(j(w-wc)+A(w+wc)+(w-wc) 設調制信號x(t)的頻譜如下圖a所示，則已調信號y(t)的頻譜如圖b所示。圖三 含有載波的幅度調節 由于已調信號包含正弦載波分量，因此一個包絡檢波器就可以實現對已調信號y(t)

5、的解調，非同步解調的時域分析如下圖四所示，在信號非同步解調中，由于已調信號包含正弦波分量，因此發射端的發射功率中包含了正弦載波信號的功率，從而降低了發送效率。圖四 非同步調制與解調 根據傅里葉變換的對稱性，對于實調制信號x(t),其頻譜都對稱地存在于正、負頻率上。信號經過幅度調制后，已調信號的有效頻寬為調制信號有效頻寬的2倍，因此，以上兩種調制方式都稱為雙邊帶幅度調制。 該實驗需用到Matlab軟件，然而Matlab軟件提供該實驗兩個函數，即：modulate和demod函數，實現了信號的調制與解調，化簡了通信仿真和信號的調制與解調的分析過程。信號調制函數modulate使用格式為：y=mod

6、ulate(x,FC,FS,method,opt)其中：Fc為載波信號的截頻； Fs為信號的抽樣頻率； method為所需要的調制方式； opt為選擇項，只有某些調制方法才應用此項； y為已調信號。信號的解調函數：demod的使用格式為：x=demod(Y,Fc,Fs,method,opt)函數中定義的參數與解調函數的參數的定義一樣。x為解調函數，Y為已調函數。除此解調與調節函數之外，還可以根據信號的調制與解調原理，直接使用Matlab的數學計算函數實現信號的調制與解調。即：抑制載波雙邊帶幅度調制的Matlab計算表達式：y=x.*cos(2*pi*Fc*t)含有載波雙邊帶調制的Matlab計

7、算表達式：y=(x-opt).*cos(2*pi*Fc*t)本實驗主要研究抑制載波信號的調制與解調和含有載波的幅度調制與解調。3實驗設備計算機一臺 Matlab軟件4. 注意事項：（1）在使用MATLAB時應注意中英輸入法的切換，在中文輸入法輸入程序時得到的程序是錯誤的；（2）Matlab中兩個信號相乘表示為x.*y,中間有個.即點乘，同樣兩個信號相除也有個點除x./y；（3）使用MATLAB編寫程序時，應新建一個m文件，而不是直接在Comandante(命令窗口)下編寫程序；（4）在使用atlab編程時，應該養成良好的編寫習慣和技巧；（5）該實驗中，抑制載波幅度的調節為同步調節，求要接收端與

8、發送端必須具有相同的載波頻率和初始相角。而非同步調節則不需要受此條件的約束。5實驗數據處理方法圖像法、比較法、觀察法6參考文獻1陳后金，等.數字信號處理.2版M.北京：高等教育出版社，20102 3朱柱,邊緣檢測技術研究D,蘇州：蘇州大學，2010 年4何東健，耿楠，張義寬等.數字圖像處理M.西安：西安電子科技大學出版社.2003.5 王娜，李霞一種新的改進Canny邊緣檢測算法深圳大學學報，20056 Coskun B, SankurB,Memon N. Spatio-temporal transform based video hashing J. IEEE Transactions on

9、 Multimedia, 2006, 8 (6): 1190-1208.二實驗報告1實驗現象與結果 若載波信號的頻率為100Hz,對頻率為10Hz的正弦信號進行抑制載波的雙邊帶幅度調制。解：該實驗的程序如下：Fm=10;Fc=100;Fs=500;%抽樣頻率500Hzk=0:199;%待分析長度t=k/Fs;x=sin(2*pi*Fm*t);y=x.*cos(2*pi*Fc*t);Y=fft(y,256);subplot(2,1,1);plot(y);%時域波形title(時域波形);subplot(2,1,2);plot(-128:127,fftshift(abs(Y);%幅頻特性title

10、(幅頻特性); 采用Matlab自帶的調制函數：y=modulate(x,FC,FS,method,opt)也可實現該實驗的結果；程序如下所示：Fm=10;Fc=100;Fs=500;x=sin(2*pi*Fm*t);subplot(2,1,1);y= modulate(x,Fc,Fs);plot(y);title('時域波形');subplot(2,1,2);Y=fft(y,256);plot(-128:127,fftshift(abs(Y);title('幅頻特性');實驗現象如圖五所示：圖五 已調信號時域波形與幅頻特性實驗結果：、實現抑制載波的幅度調制，已

11、調信號y(t)=x(t)cos(wct),式中：x(t)為調制信號，cos(wct)為載波信號。此處可以取x(t)=cos(wmt),wc=80 rad/s,wm=10 rad/s。 分析調制信號x(t)的頻譜，繪出其時域波形和頻譜。解：用Matlab實現該實驗，程序如下：Wm=10*pi;x=cos(Wm*pi*t);subplot(2,1,1);plot(x);title('時域波形');subplot(2,1,2);X=fft(x,256);plot(-128:127,fftshift(abs(X);title('幅頻特性');實驗現象如圖六所示：圖六 時

12、域波形與幅頻特性 分析已調信號y(t)的頻譜，繪出其時域波形和頻譜。解：該實驗Matlab程序如下：Wm=10*pi;Wc=80*pi;Fc=Wc/(2*pi);Fm=Wm/(2*pi);k=0:199;Fs=500;t=k/Fs;x=cos(Wm*pi*t)subplot(2,1,1);y= modulate(x,Fc,Fs);plot(y);title('時域波形');subplot(2,1,2);Y=fft(y,256);plot(-128:127,fftshift(abs(Y);title('幅頻特性');實驗現象如圖七所示：圖七 時域波形與幅頻特性2實

13、驗總結利用 MATLAB 實現信號的幅度調制與解調。 在此次設計中我將課本理論知識與實際應用聯系起來，按照書本上的知識和老師講授的方法，首先分析此次課程設計的任務和要求，然后按照分析的結果進行實際編程操作，檢測和校正，再進一步完善程序。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，還有一些出現的未知問題。我都認真分析討論，然后對討論出的結果進行實際檢測校正，對一些疑難問題我也認真在網上查資料解決。原本我對課本里的知識只知道一點皮毛，根本就不理解更別說運用了，不過經過一周的設計，不得不去認真看書，分析各個知識點。從中對課本內容更加了解。通過此次的設計，我加深了對課本知識的認識理解，對電路設計方法和 MATLAB 語言也有了深入的認識。在設計過程中，我發現了不少問題。首先，自己在書本知識的學習上還存在太多的問題，有許多的知識根本沒有完全理