高频大作业解剖.docx
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高频大作业解剖
基于MATLAB的振幅调制系统
(AM,DSB,SSB,VSB)
摘要
设计主要利用MATLAB集成环境下仿真研究AM调制系统的理论设计和软件仿真方法。
从而实现单音调制的普通调幅方式(AM)、抑制载波的双边带调制(DSB-SC)和单边带调制(SSB)以及AM残留边带调幅(VSB)的系统设计及仿真,并显示仿真结果,根据仿真显示结果分析所设计的系统性能。
在课程设计中,幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅,使其按调制信号的规律变化,其它参数不变。
同时也是使高频载波的振幅载有传输信息的调制方式。
ThiscourseisdesignedtostudythetheoreticaldesignsimulationAMmodulationanddemodulationsimulationsystemsandsoftwaresimulationusingMATLABnextmajorintegratedenvironment.Inordertoachieveacommontonemodulationamplitudemodulationmode(AM),inhibitionofdouble-sidebandmodulatedcarrier(DSB-SC)andsingle-sidebandmodulation(SSB)andAMvestigialsidebandamplitudemodulation(VSB)systemdesignandsimulation,anddisplaysimulationasaresult,accordingtotheresultsofsimulationshowsthedesignofthesystemperformanceanalysis.Inthecoursedesign,theamplitudemodulationisusedtocontroltheamplitudemodulatedhigh-frequencycarriersignal,anditchangesaccordingtothelawofthemodulationsignal,theotherparametersconstant.Butalsotheamplitudeofthehighfrequencycarriercontaininginformationtransmissionmodulation.
关键词:
振幅调制仿真
1引言
信号通过一定的传输介质在发射机和接收机之间进行传送时,信号的原始波形一般不适合传输,因此必须要改变它们的形式。
将低频信号加载到高频载波的过程,或者说把信息加载到信息载体上一边传输的处理过程,称为调制。
。
这里高频振荡波就是携带信号的运载工具,也叫载波。
振幅调制,就是由调制信号去控制高频载波的振幅,直至随调制信号做线性变化。
在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移;在时域中,已调波包络与调制信号波形呈线性关系。
调制的种类很多,分类方法各不相同,在振幅调制中,根据所输出已调波信号频谱分量的不同,分为普通调幅(标准调幅,用AM表示),已知载波的双边带调幅(用DSB表示),抑制载波的单边带调幅(用SSB表示)等。
他们的主要区别是产生的方法和频谱的结构不同。
2原理说明
2.1AM的调制
2.1.1标准调幅波(AM)产生原理
在线性调制系列中,最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅,简称为调幅(AM)。
调制信号是只来来自信源的调制信号(基带信号),这些信号可以是模拟的,亦可以是数字的。
为首调制的高频振荡信号可称为载波,它可以是正弦波,亦可以是非正弦波(如周期性脉冲序列)。
载波由高频信号源直接产生即可,然后经过高频功率放大器进行放大,作为调幅波的载波,调制信号由低频信号源直接产生,二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波。
设载波信号的表达式为
,调制信号的表达式为
,则调幅信号的表达式为
2.1.2Matlab仿真
图1.1示出了AM振幅调制中各种信号的波形图。
其中图(a)为单频调制信号的波形及频谱,图(b)为多频调制信号波形及频谱,图(c)为载波的波形及频谱,图(d1)为调制系数ma<1时单频已调波的波形及频谱,图(d2)为调制系数ma<1(m1=0.1,m2=0.08)时多频已调波的波形及频谱,图(e1)为调制系数ma=1时单频已调波波形及频谱,图(e2)为调制系数ma=1时多频已调波波形及频谱,图(f1)为调制系数ma>1(m1=2,m2=1.6)时单频已调波的波形及频谱,图(f2)为调制系数ma>1时多频已调波的波形及频谱。
单频信号调制波形及频谱多频调制信号波形及频谱
载波的波形及频谱
图(d)调制系数ma<1
图(e)调制系数ma=1
图
图(f)调制系数ma>1
2.1.3分析与结论
AM的波形:
已知调幅波的包络函数为
由此函数看出,调制系数ma反映了调幅的强弱程度,一般ma的值越大调幅度越深。
由图知,单频信号与多频信号在调制的过程中AM波的包络均正比于
。
通过对比图(d)至图(f)当0
因此在调制过程中为了避免过量调幅,保证已调波的包络真实地反映出调制信号的变化规律,要求调制系数ma必须满足:
0 AM的频谱: 已知调幅波的频谱函数为 由图可知,单频以及多频的调幅波并非一个简单的正弦波,其中包含多个频率分量,即载波分量 ,上变频分量 (多频为 )和下变频 (多频为 ),上下边频相对于载波是对称的,每个边频分量的振幅反映了调制信号幅度的大小。 调幅的过程实质上是一个频谱的线性搬移过程。 2.2DSB的调制 2.2.1DSB产生原理 AM信号中,载波分量并不携带信息,信息完全由边带传送。 如果将载波抑制,只需在将直流AO去掉,即可输出抑制载波双边带信号,简称双边带信号(DSB)。 DSB调制器模型如图1所示。 图1DSB调制器模型 如果调制信号为单频信号 ,载波 ,则调制信号为 可化为 当调制信号为多频信号 , 调制过程是一个频谱搬移的过程,它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。 2.2.2Matlab仿真 DSB波形如下图所示。 其中图2(a)为单频调制信号的波形及频谱,图2(b)为多频调制信号波形及频谱,图2(c)为载波的波形及频谱,图2(d1)为单频已调波的波形及频谱,图2(d2)为多频已调波的波形及频谱。 图2(a)图2(b) 图2(c) 图2(d1)图2(d2) 2.2.3分析与结论: DSB波形: 已知DSB的包络函数为 。 AM波的包络正比于 ,而由图(a2)与图(c2)对比可知,DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致,在调制信号U1的过零点处,高频载波相位有180°的突变。 由此表明DSB的信号相位反映了调制信号的极性。 此时DSB信号已非单纯的振幅调制信号而是既调幅又调相的信号。 DSB的频谱: 已知DSB频谱函数 由图2可知在频谱中除了不再含有载频分量离散谱外,DSB信号的频谱与AM信号的频谱完全相同,仍由上下对称的两个边带组成。 所以DSB信号的带宽与AM信号的带宽相同,也为基带信号带宽的两倍,即 式中,fh为调制信号的最高频率。 从频域中看同样实现了频谱的线性搬移功能。 2.3SSB的调制 2.3.1SSB原理 单边带(SSB)调制也可看作是调幅(AM)的一种特殊形式。 调幅信号频谱由载频fc和上、下边带组成,被传输的消息包含在两个边带中,而且每一边带包含有完整的被传输的消息。 因此,只要发送单边带信号,就能不失真地传输消息。 显然,把调幅信号频谱中的载频和其中一个边带抑制掉后,余下的就是单边带信号的频谱。 移相法是利用移相网络,对载波和调制信号进行适当的相移,以便在相加过程中将其中的一个边带抵消而获得SSB信号。 移相法的优点是省去了边带滤波器,但要把无用边带完全抑制掉,必须满足下列两个条件: (1)两个调制器输出的振幅应完全相同 (2)移相网络必须对载频及调制信号均保证精确的π/2相移。 单边带调幅信号可以表示为: 2.3.2Matlab仿真 SSB波形如下图所示。 其中图3(a)为单音调制信号的波形及频谱,图3(b)为多音调制信号波形及频谱,图(c1)为标准SSB已调波单音信号,图(c2)为移动相位角度不等于90度时已调波单音信号,图(d1)为标准SSB已调波混频信号,图(d2)为移动相位角度不等于90度时已调波混频信号。 图(a3) 图(b3) 图(c1)图(c2) 图(d1)图(d2) 2.3.3分析与结论 SSB波形: 单音信号的单边带的调制过程中,已调制信号的上下边带的情况除了和载波的频率的大小不相同外,其余的波形的幅值大小和载波的情况基本上是相同的。 但是在混频信号的调制过程中,单边带已调波信号的幅值基本和载波比较发生了较大的变化。 SSB频谱: 实现单边带调制的实现方法移相法要求的两个信号都要完全移动相位90度,当移动的角度不等于90度且不相等的时候有两种情况: 图(c1,c2)上边带调制信号正常,下边带的信号出现两个频率信号;图(d1,d2)下边带调制信号正常,上边带的信号出现两个频率信号。 在实际的情况中,混频信号实现移相器精确移相其实还是有一定的困难。 2.4VSB的调制: 2.4.1VSB的原理 AM残留边带调幅(VSB)的调制过程中,载波和一个完整边带被发送,但另一个边带只发送一部分,效果类似于单边带调制。 2.4.2Matlab仿真 图(a4)为带宽为2.0F时的图像,图(a4)为带宽为1.2F时的图像,图(c4)为带宽为0.8F时的图像 图(a4) 图(b4) 图(c4) 2.4.3分析与讨论 经过分析比较会发现: 在带宽比较大的情况下,VSB残留边带调制和双边带的结果相近,均不含有载波,同时又包含了所有需要调制的信号的频率分量。 在带宽比较小的情况下,即小于1后,可能会有信号的失真,将有用的频率分量也给滤除了。 在B>F时,应该来说是稍大于的情况来实现单边带的调制,即只需将单边带的信息完全传送,又不需要传送不需要的多余的频率分量。 3总结 从课题的中心来看,课题“基于Matlab的调制系统仿真”是希望将调制技术应用于某一实际领域,这里就是指对信号进行调制。 作为存储于计算机中的调制信号,其本身就是离散化了的向量,我们只需将这些离散的量提取出来,就可以对其进行处理了。 这一过程的实现,用到了处理数字信号的强有力工具MATLAB。 通过MATLAB里几个命令函数的调用,很轻易的在调制信号与载波信号的理论之间搭了一座桥。 课题的特色在于它将调制信号看作一个向量,于是就把调制信号数字化了。 那么,就可以完全利用高频电子电路的知识来解决调制问题。 我们可以像给一般信号做频谱分析一样,来对调制信号做频谱分析。 为了完成此次的设计,我上网查找了Matlab的相关教程以及信号处理电子书,查阅了相关资料文献。 通过学习我对信号调制解调的应用情况有了一个初步的认识,它和通信工程是紧密联系的,所以我决定要掌握它的基本处理方法,以便将来更加深入的学习。 对于信号频谱变换的练习,我边查相关文献边在Matlab中运行程序很快就掌握了基本的操作方法,没有感觉特别的吃力。 当然在学习的过程中我也遇到了一些小困难,比如如何绘制出信号的波形、Matlab的语言编写和调制解调知识的理解问题,不过通过查阅相关的文献很快地解决这些问题。 通过此次的设计,我较全面了解信号调制与解调的处理原理及方法,能够运用Matlab进行基本的模拟分析,掌握了文献检索和文献阅读的基本方法,同时也提高正确地撰写论文的基本能力。 总之,在学习的过程中我受益匪浅,这段时间感到十分的充实,这种边实践边学习是真正能体现一个人水平的学习方式,我真心希望以后能有更多的机会进行这样的学习和训练。 4参考文献 (1)王卫东编著,高频电子电路,电子工业出版社。 2009年3月 (2)JohnG.proakis等著,刘树棠译.现代通信系统(Matlab版)(第1版[M],西安交通大学出版社 (3)唐向宏等著.MATLAB及在电子信息类课程中的应用,电子工业出版社,2008年6月
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- 高频 作业 解剖