光電技術(shù)實(shí)驗(yàn)學(xué)號(hào):1228402046姓名：劉秦華蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2015年6月28日星期日二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夂瓦\(yùn)用Matlab進(jìn)行光信號(hào)的調(diào)制三、實(shí)驗(yàn)原理： 1、Matlab1簡介：MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是matrix&laboratory兩個(gè)詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實(shí)驗(yàn)室）。是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持。2、光電信息處理2簡介光電信息處理是基于對(duì)函數(shù)的數(shù)學(xué)描述與建模，運(yùn)用光學(xué)元器件完成光學(xué)信息的模擬分析和處理，或在計(jì)算機(jī)中完成對(duì)信息的各種數(shù)字處理和分析。通過光電信息處理，可以大大提高數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)的能力。近代光電信息處理技術(shù)上的飛躍是光通信、光網(wǎng)絡(luò)、光存儲(chǔ)、光顯示和多媒體技術(shù)的出現(xiàn)。其主要關(guān)鍵技術(shù)是微電子、光電子、光纖、計(jì)算機(jī)、通信與網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模存儲(chǔ)、大面積高分辨顯示、多媒體等技術(shù)。3、調(diào)頻3簡介使載波頻率按照調(diào)制信號(hào)改變的調(diào)制方式叫調(diào)頻。已調(diào)波頻率變化的大小由調(diào)制信號(hào)的大小決定，變化的周期由調(diào)制信號(hào)的頻率決定。已調(diào)波的振幅保持不變。調(diào)頻波的波形，就像是個(gè)被壓縮得不均勻的彈簧，調(diào)頻波用英文字母FM表示。載波的瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號(hào)的變化而變，但振幅不變的調(diào)制方式。載波經(jīng)調(diào)頻后成為調(diào)頻波。用調(diào)頻波傳送信號(hào)可避免幅度干擾的影響而提高通信質(zhì)量。廣泛應(yīng)用在通信、調(diào)頻立體聲廣播和電視中。一般干擾信號(hào)總是疊加在信號(hào)上，改變其幅值。所以調(diào)頻波雖然受到干擾后幅度上也會(huì)有變化，但在接收端可以用限幅器將信號(hào)幅度上的變化削去，所以調(diào)頻波的抗干擾性極好。例如，用收音機(jī)接收調(diào)頻廣播，基本上聽不到雜音。4、調(diào)幅4簡介調(diào)幅（AmplitudeModulation，AM）。調(diào)幅也就是通常說的中波，范圍在530---1600KHz。調(diào)幅是用聲音的高低變?yōu)榉鹊淖兓碾娦盘?hào)。傳輸距離較遠(yuǎn)，但受天氣因素影響較大，適合省際電臺(tái)的廣播。早期VHF頻段的移動(dòng)通信電臺(tái)大都采用調(diào)幅方式，由于信道衰落會(huì)使模擬調(diào)幅產(chǎn)生附加調(diào)幅，造成失真，在傳輸?shù)倪^程中也很容易被竊聽，目前已很少采用。目前在簡單通信設(shè)備中還有采用，如收音機(jī)中的AM波段就是調(diào)幅波，音質(zhì)和FM波段調(diào)頻波相比較差。調(diào)頻和調(diào)幅的區(qū)別（1）調(diào)頻比調(diào)幅抗干擾能力強(qiáng)：外來的各種干擾、加工業(yè)和天電干擾等，對(duì)已調(diào)波的影響主要表現(xiàn)為產(chǎn)生寄生調(diào)幅，形成噪聲。調(diào)頻制可以用限幅的方法，消除干擾所引起的寄生調(diào)幅。而調(diào)幅制中已調(diào)幅信號(hào)的幅度是變化的，因而不能采用限幅，也就很難消除外來的干擾。另外，信號(hào)的信噪比愈大，抗干擾能力就愈強(qiáng)。而解調(diào)后獲得的信號(hào)的信噪比與調(diào)制系數(shù)有關(guān)，調(diào)制系數(shù)越大，信噪比越大。由于調(diào)頻系數(shù)遠(yuǎn)大于調(diào)幅系數(shù)，因此，調(diào)頻波信噪比高，調(diào)頻廣播中干擾噪聲小。（2）調(diào)頻波比調(diào)幅波頻帶寬：頻帶寬度與調(diào)制系數(shù)有關(guān)，即：調(diào)制系數(shù)大，頻帶寬。調(diào)頻中常取調(diào)頻系數(shù)大于1，而調(diào)幅系數(shù)是小于1的，所以，調(diào)頻波的頻帶寬度比調(diào)幅波的頻帶寬度大得多。（3）調(diào)頻制功率利用率大于調(diào)幅制：發(fā)射總功率中，邊頻功率為傳送調(diào)制信號(hào)的有效功率，而邊頻功率與調(diào)制系數(shù)有關(guān)，調(diào)制系數(shù)大，邊頻功率大。由于調(diào)頻系數(shù)mf大于調(diào)幅系數(shù)ma，所以，調(diào)頻制的功率利用率比調(diào)幅制高。由于從消息變換過來的原始信號(hào)具有頻率較低的頻譜分量，這種信號(hào)在許多信道中不適宜傳輸。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端通常需要有調(diào)制過程，而在接收端則需要有反調(diào)制過程——解調(diào)過程。所謂調(diào)制，就是按調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律去改變某些參數(shù)的過程。調(diào)制的載波可以分為兩類：用正弦信號(hào)作載波；用脈沖串或一組數(shù)字信號(hào)作為載波。最常用和最重要的模擬調(diào)制方式是用正弦波作為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制。本實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)討論幅度調(diào)制。幅度調(diào)制是正弦型載波的幅度隨調(diào)制信號(hào)變化的過程。設(shè)正弦載波為式中——載波角頻率——載波的初相位A——載波的幅度那么，幅度調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）一般可表示為式中，m(t)為基帶調(diào)制信號(hào)。在MATLAB中，用函數(shù)y=modulate(x,fc,fs,’s’)來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制。其中fc為載波頻率，fs為抽樣頻率，’s’省略或?yàn)椤痑m-dsb-sc’時(shí)為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，’am-dsb-tc’為不抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，’am-ssb’為單邊帶調(diào)幅，’pm’為調(diào)相，’fm’為調(diào)頻。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、寫出Matlab調(diào)制程序2、展示波形五、Matlab實(shí)驗(yàn)程序clc;closeall;clear;%Fm=10;Fs=1000;Fc=100;N=1000;k=0:N-1;%t=k/Fs;n=[0:256];Fc=100000;Fs=1000000;N=1000;xn=abs(sin(2*pi*n/256));%x=abs(sin(2.0*pi*Fm*t));xf=abs(fft(x,N));xf=abs(fft(xn,N));y2=modulate(xn,Fc,Fs,'am');subplot(3,4,1);plot(n(1:200),y2(1:200));xlabel('時(shí)間(s)');ylabel('幅值');title('調(diào)幅信號(hào)');yf=abs(fft(y2,N));subplot(3,4,2);stem(yf(1:200));xlabel('頻率(H)');ylabel('幅值');xo=demod(y2,Fc,Fs,'am');subplot(3,4,3)plot(n(1:200),xn(1:200));title('原信號(hào)');subplot(3,4,4)plot(n(1:200),2*xo(1:200));title('解調(diào)信號(hào)');axis([120001]);y2=modulate(xn,Fc,Fs,'fm');subplot(3,4,5);plot(n(1:200),y2(1:200));xlabel('時(shí)間(s)');ylabel('幅值');title('調(diào)頻信號(hào)');yf=abs(fft(y2,N));subplot(3,4,6);stem(yf(1:200));xlabel('頻率(H)');ylabel('幅值');xo=demod(y2,Fc,Fs,'fm');subplot(3,4,7)plot(n(1:200),xn(1:200));title('原信號(hào)');subplot(3,4,8)plot(n(1:200),1.6*xo(1:200));title('解調(diào)信號(hào)');axis([120001]);y2=modulate(xn,Fc,Fs,'pm');subplot(3,4,9);plot(n(1:200),y2(1:200));xlabel('時(shí)間(s)');ylabel('幅值');title('調(diào)相信號(hào)');yf=abs(fft(y2,N));subplot(3,4,10);stem(yf(1:200));xlabel('頻率(H)');ylabel('幅值');xo=demod(y2,Fc,Fs,'pm');subplot(3,4,11)plot(n(1:200),xn(1:200));title('原信號(hào)');subplot(3,4,12)xo=xo/3.15;plot(n(1:200),xo(1:200));title('解調(diào)信號(hào)');axis([120001]);或者實(shí)驗(yàn)程序可以如下clear;clearall;%調(diào)制信號(hào)fs=100000;fm=1000;dt=1/fs;t=0:dt:0.01;mt=cos(2*pi*fm*t);subplot(2,1,1);plot(t,mt);gridon;title('調(diào)制信號(hào)mt=cos(pi*t)的波形');%載波信號(hào)fc=10000;Ct=cos(2*pi*fc*t);subplot(2,1,2);plot(t,Ct);title('載波信號(hào)波形');figure;%AM調(diào)制A=1;SAM=(A+mt).*Ct;subplot(3,1,1);plot(t,SAM);gridon;holdon;plot(t,A+mt,'r');axis([00.01-22]);title('AM調(diào)制后的波形');%DSB調(diào)制DSB=mt.*Ct;subplot(3,1,2);plot(t,DSB,'b');gridon;axis([00.01-22]);title('dsb調(diào)制后的波形');subplot(3,1,3);plot(t,mt);axis([00.01-22]);title('調(diào)制信號(hào)');figure;%SSB相移法SSB1=(1/2)*mt.*Ct+(1/2)*sin(2*pi*fm*t).*sin(2*pi*fc*t);%下邊帶SSB2=(1/2)*mt.*Ct-(1/2)*sin(2*pi*fm*t).*sin(2*pi*fc*t);%上邊帶%對(duì)各信號(hào)求頻譜做fft變換N=2048;%采樣頻率和數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)n=0:N-1;t=n/fs;%時(shí)間序列y=fft(mt,N);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速Fourier變換mag=abs(y);y1=fft(Ct,N);mag1=(abs(y1));y2=fft(DSB,N);mag2=(abs(y2));y3=fft(SAM,N);mag3=(abs(y3));y4=fft(SSB1,N);mag4=(abs(y4));y5=fft(SSB2,N);mag5=(abs(y5));f=n*fs/(1000*N);%頻率序列subplot(321);plot(f,mag);%繪出隨頻率變化的振幅axis([0200400]);title('調(diào)制信號(hào)頻譜');xlabel('頻率/kHz');ylabel('振幅');gridon;subplot(322);plot(f,mag1);axis([0200400]);title('載波信號(hào)頻譜');xlabel('頻率/kHz');ylabel('振幅');gridon;subplot(323);plot(f,mag2);axis([0200400]);title('DSB已調(diào)信號(hào)頻譜');xlabel('頻率/kHz');ylabel('振幅');gridon;subplot(324);plot(f,mag3);axis([0200400]);title('AM已調(diào)信號(hào)頻譜');xlabel('頻率/kHz');ylabel('振幅');gridon;subplot(325);plot(f,mag4);axis([0200400]);title('SSB已調(diào)下邊帶信號(hào)頻譜');xlabel('頻率/kHz');ylabel('振幅');gridon;subplot(326);plot(f,mag5);axis([0200400]);title('SSB上邊帶已調(diào)信號(hào)頻譜');xlabel('頻率/kHz');ylabel('振幅');gridon;figure;%繪制低通濾波器頻率響應(yīng)wc=1.5*2*pi*fm/fs;N=1000;B=fir1(16,wc/pi);[h,w]=freqz(B,1,N);x=w*fs/(2*pi)/1000;y=20*log10(abs(h));B;plot(x,y);gridon;axis([040-1000]);xlabel('k/hz');title('低通濾波器的頻率相應(yīng)');figure;%對(duì)DSB乘法器輸出和解調(diào)器輸出做頻譜分析并得到輸出信號(hào)h=DSB.*Ct;N=2048;%采樣頻率和數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)n=0:N-1;t=n/fs;%時(shí)間序列h1=fft(h,N);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速Fourier變換mag=abs(h1);f=n*fs/(1000*N);%頻率序列subplot(311);plot(f,mag);axis([0220200]);title('解調(diào)乘法器輸出信號(hào)頻譜');xlabel('頻率/kHz');ylabel('振幅');gridon;%crossthelpffs=100000;dt=1/fs;t=0:dt:0.01;h2=filter(B,1,h);subplot(312);plot(t,h2);gridon;title('DSB解調(diào)信號(hào)');%對(duì)解調(diào)器輸出做fft變換N=2048;%采樣頻率和數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)n=0:N-1;t=n/fs;%時(shí)間序列y=fft(h2,N);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速Fourier變換mag=abs(y);%求得Fourier變換后的振f=n*fs/(1000*N);%頻率序列subplot(313);plot(f,mag);%繪出隨頻率變化的振幅axis([0220200]);title('解調(diào)器輸出信號(hào)頻譜');xlabel('頻率/kHz');ylabel('振幅');gridon;figure;%同頻但不同相時(shí)輸出信號(hào)fs=100000;dt=1/fs;t=0:dt:0.01;Ct1=cos(2*pi*fc*t+pi/8);h=DSB.*Ct1;%crossthelpfh2=filter(B,1,h);subplot(221);plot(t,h2);gridon;axis([00.01-0.50.5]);title('DSB解調(diào)相位差pi/8信號(hào)');Ct1=cos(2*pi*fc*t+pi/4);h=DSB.*Ct1;h2=filter(B,1,h);subplot(222);plot(t,h2);gridon;axis([00.01-0.50.