实验二角度调制实验.docx
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实验二角度调制实验
实验二角度调制实验
20110614215无线112崔亚敏
一、实验目的
1、掌握调频与调相以及解调的基本原理。
2、理解模拟通信系统以及模拟调制在通信系统中的作用。
3、进一步掌握傅立叶变换的原理。
二、实验原理：
1、角度调制
（1）角度调制
角度调制信号的表达式为：
式中，A－载波的恒定振幅；
－信号的瞬时相位；
－瞬时相位偏移；
－称为瞬时角频率；
－称为瞬时频偏。
（1）频率调制（FM）：
FM信号表达式
瞬时频率偏移随调制信号成比例变化，即
，式中
－调频灵敏度，单位是
。
这时相位偏移为
（2）相位调制（PM）
瞬时相位偏移随调制信号作线性变化，即
，式中
－调相灵敏度，含义是单位调制信号幅度引起PM信号的相位偏移量，单位是
。
（3）单音调制FM与PM
设调制信号为单一频率的正弦波，即
用它对载波进行相位调制时，将上式代入后得到：
式中，
－调相指数，表示最大的相位偏移。
用它对载波进行频率调制时，将
代入
得到FM信号的表达式：
式中，
－调频指数，表示最大的相位偏移；
－最大角频偏；
－最大频偏。
（4）非相干解调
调频信号的一般表达式为
解调器的输出应为
完成这种频率-电压转换关系的器件是频率检波器，下面以振幅鉴频器为例介绍：
图中，微分电路和包络检波器构成了具有近似理想鉴频特性的鉴频器。
限幅器的作用是消除信道中噪声等引起的调频波的幅度起伏。
微分器的作用是把幅度恒定的调频波
变成幅度和频率都随调制信号
变化的调幅调频波
，即
包络检波器则将其幅度变化检出并滤去直流，再经低通滤波后即得解调输出
，式中
为鉴频器灵敏度，单位为
。
带通信号的包络可以通过求该信号的低通等效信号的幅度求得。
2、角度调制的仿真
例1、设载波频率为10Hz，幅度为1；当调频信号为频率为1，幅度为1的正弦波，当调频灵敏度为5时，分析并绘制调频信号的时频域波形，计算带宽，分析并绘制该调频信号的解调波形，并与原波形比较；
（1）基本参数的设置
clearall
kf=5;%调频灵敏度
fc=10;%载波频率
T=5;%终止时间
dt=0.001;%采样间隔
t=0:
dt:
T;%时间
fm=1;%单频调制信号频率
Am=1;%单频调制信号幅度
mt=Am*cos（2*pi*fm*t）;%单频调制信号
A=1;%载波信号幅度
%mt的积分
mt1
（1）=0;
fori=1:
length（t）-1
mt1（i+1）=mt（i）+mt（i）*dt;
end
%FM
sfm=A*cos（2*pi*fc*t+kf*mt1）;
figure
（1）
subplot（3,1,1）;
plot（t,sfm）;
holdon
plot（t,mt,'r--'）;
%调制和已调信号的频谱
N=length（t）;
df=1/T;%频率间隔
FMT=fft（sfm）;
FMT=T/N*fftshift（FMT）;
f=（-N/2:
N/2-1）*df;
subplot（3,1,2）
plot（f,abs（FMT））;
axis（[-252502]）
%FM非相干解调
N=length（sfm）;
sdt=zeros（1,N）;
fori=1:
N-1
sdt（i）=（sfm（i+1）-sfm（i））/dt;%微分
end
jmt=abs（hilbert（sdt））;
subplot（3,1,3）
plot（t,sdt）;
axis（[05-100100]）
holdon
plot（t,jmt,'r'）
（2）仿真结果
三、实验步骤
1、当调相信号为频率为1，幅度为1的正弦波，当调相灵敏度为10时，分析并绘制调相信号的时频域波形，计算带宽；分析并绘制该调相信号的解调波形，并与原波形比较；
2、当调频灵敏度为0.1，其余条件不变，重复步骤2；
3、当调相灵敏度为0.1，其余条件不变，重复步骤3；
四、实验结果
1、写出完成实验步骤的程序。
2、绘制实验步骤中要求的图形
3、对仿真结果进行分析。
1、实验程序
clearall
kp=10;
fc=10;
T=5;
dt=0.001;
t=0:
dt:
T;
fm=1;
Am=1;
mt=Am*cos（2*pi*fm*t）;
A=1;
spm=A*cos（2*pi*fc*t+kp*mt）;
figure
（1）
subplot（3,1,1）;
plot（t,spm）;
holdon
plot（t,mt,'r--'）;
N=length（t）;
df=1/T;
PMT=fft（spm）;
PMT=T/N*fftshift（PMT）;
f=（-N/2:
N/2-1）*df;
subplot（3,1,2）
plot（f,abs（PMT））;
axis（[-252502]）
N=length（spm）;
sdt=zeros（1,N）;
fori=1:
N-1
sdt（i）=（spm（i+1）-spm（i））/dt;
end
jmt=abs（hilbert（sdt））;
subplot（3,1,3）
plot（t,sdt）;
axis（[05-150150]）
holdon
plot（t,jmt,'r'）
2、clearall
kf=0.1;%调频灵敏度
fc=10;%载波频率
T=5;%终止时间
dt=0.001;%采样间隔
t=0:
dt:
T;%时间
fm=1;%单频调制信号频率
Am=1;%单频调制信号幅度
mt=Am*cos（2*pi*fm*t）;%单频调制信号
A=1;%载波信号幅度
%mt的积分
mt1
（1）=0;
fori=1:
length（t）-1
mt1（i+1）=mt（i）+mt（i）*dt;
end
%FM
sfm=A*cos（2*pi*fc*t+kf*mt1）;
figure
（1）
subplot（3,1,1）;
plot（t,sfm）;
holdon
plot（t,mt,'r--'）;
%调制和已调信号的频谱
N=length（t）;
df=1/T;%频率间隔
FMT=fft（sfm）;
FMT=T/N*fftshift（FMT）;
f=（-N/2:
N/2-1）*df;
subplot（3,1,2）
plot（f,abs（FMT））;
axis（[-252502]）
%FM非相干解调
N=length（sfm）;
sdt=zeros（1,N）;
fori=1:
N-1
sdt（i）=（sfm（i+1）-sfm（i））/dt;%微分
end
jmt=abs（hilbert（sdt））;
subplot（3,1,3）
plot（t,sdt）;
axis（[05-150150]）
holdon
plot（t,jmt,'r'）
3、clearall
kp=0.1;
fc=10;
T=5;
dt=0.001;
t=0:
dt:
T;
fm=1;
Am=1;
mt=Am*cos（2*pi*fm*t）;
A=1;
spm=A*cos（2*pi*fc*t+kp*mt）;
figure
（1）
subplot（3,1,1）;
plot（t,spm）;
holdon
plot（t,mt,'r--'）;
N=length（t）;
df=1/T;
PMT=fft（spm）;
PMT=T/N*fftshift（PMT）;
f=（-N/2:
N/2-1）*df;
subplot（3,1,2）
plot（f,abs（PMT））;
axis（[-252502]）
N=length（spm）;
sdt=zeros（1,N）;
fori=1:
N-1
sdt（i）=（spm（i+1）-spm（i））/dt;
end
jmt=abs（hilbert（sdt））;
subplot（3,1,3）
plot（t,sdt）;
axis（[05-150150]）
holdon
plot（t,jmt,'r'）
实验心得：
通过本次实验对角度调制的理解更加深刻，掌握调频与调相以及解调的基本原理，调频指数对于调制信号的影响，观察波形可以更清楚的理解角度调制与解调。
进一步掌握傅立叶变换的原理。
附程序：
kf=10;%调频灵敏度
fc=10;%载波频率
T=5;%终止时间
dt=0.001;%采样间隔
t=0:
dt:
T;%时间
F=1/dt;%仿真频宽
df=1/T;%频率间隔
f=-F/2:
df:
F/2%频率
N=length（f）;%采样点数
fm=1;%单频调制信号频率
Am=1;%单频调制信号幅度
mt=Am*cos（2*pi*fm*t）;%单频调制信号
A=1;%载波信号幅度
mf=kf*Am/（2*pi*fm）;%调频指数
B=1.5*fm;%低通带宽
kp=5;%调相灵敏度
spm=A*cos（2*pi*fc*t+kp*mt）;%PM
sfm=A*cos（2*pi*fc*t+mf*sin（2*pi*fm*t））;%FM
ss=sfm;
figure
（1）
subplot（5,1,1）
plot（t,ss）;holdon;
plot（t,mt,'r--'）;
ylabel（'调频信号'）;
xlabel（'时间（s）'）;
axis（[05min（ss）max（ss）]）;
subplot（5,1,2）;
ffm=fft（ss）/F;
plot（f,fftshift（abs（ffm）））;
xlabel（'频率（Hz）'）;
ylabel（'调频信号幅度谱'）;
axis（[-2020min（abs（ffm））max（abs（ffm））]）;
fork=1:
length（ss）-1
sdt（k）=（ss（k+1）-ss（k））/dt;
end
sdt（length（ss））=0;
subplot（5,1,3）;
plot（t,sdt）;
xlabel（'时间（s）'）;
ylabel（'调频信号微分'）;
lsdt=sdt.*exp（-1*j*2*pi*fc*t）;
fdt=fft（lsdt）/F;
subplot（5,1,4）;
plot（f,fftshift（abs（fdt）））;
xlabel（'频率（Hz）'）;
ylabel（'调频信号幅度谱'）;
axis（[-3030min（abs（fdt））max（abs（fdt））]）;
lpf=zeros（1,N）;
lpf（1:
round（B/df））=1;
lpf（N-round（B/df）+1:
N）=1;
fdfm=fdt.*lpf;
dfm=ifft（fdfm）*F;
subplot（5,1,5）;
plot（t,real（dfm））;holdon;
plot（t,A*2*pi*kf*mt,'r--'）;
xlabel（'时间（s）'）;
ylabel（'调频信号微分'）;
Smm=ss.*cos（2*pi*fc*t）;
Smm=sdt/100;
figure
（2）;%包络检波
env=abs（hilbert（Smm））;
dem1=2*（env-1）/a;
plot（t,dem1）;holdon;
plot（t,（mt）/2,'r--'）;
title（'解调前后的波形比较'）;
xlabel（'时间（s）'）;
gridon;
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