%--------------------------------------------------------------------------
%           Výuková podpora přemětu Modulované signály
%--------------------------------------------------------------------------
%                       Program FILTRACE   
%--------------------------------------------------------------------------
% 
% Výpočet a grafické vykreslení filtrovaného modulovaného signálu 
% Použitá modulace pro ukázku je AM modulace (Amplitude Modulation)
%
% Modulovaný signál je filtrován navrženým pásmovým filtrem 
% 
% VŠB - Technická univerzita Ostrava
% Fakulta elektrotechniky a informatiky
% Katedra měřicí a řídicí techniky
% 17.listopadu 15
% Ostrava - Poruba
% 708 33
%
% Vypracoval Zdeněk Macháček 2010
%--------------------------------------------------------------------------

%--------------------------------------------------------------------------
% Vyčištění všech proměnných paměti a uzavření všech grafických oken
clear all;
close all;

%--------------------------------------------------------------------------
% Specifikace vzorkování - časového průběhu t_vz[s] a nosné frekvence fc[Hz]RF signálu
f_c = 400; % nosná frekvence vysokofrekvenčního RF signálu
cas = 0.2; % čas průběhu simulace 
pocet_bodu = 40; %počet bodů 
T_1 = 1/(f_c*pocet_bodu); % vzorkovací perioda
t = 0:T_1:cas-T_1; % časový průběh

%--------------------------------------------------------------------------
% Definování a výpočet modulačního signálu m(t)
% m_t resp. Wmax musí být menší než 1, jinak je signál v(t) přemodulovaný
Wmax = 0.75;  % amplituda modulačního signálu m(t)
f_m = 10;    % frekvence modulačního signálu m(t)
faze = pi/4; % fáze modulačního signálu m(t)
m_t=Wmax*cos(2*pi*f_m*t+faze); % informační (modulační) signál m(t)
BT=2*f_m; % frekvenční šířka pásmového signálu
%--------------------------------------------------------------------------
% AM modulace - definování a výpočet vzorkovaného pásmového signálu v(t)
% amplitudova modulacni slozka R_t = |1+m_t|
% fazova modulacni slozka Theta_t=0 pro m(t)>-1, Theta_t=pi pro m(t)<-1;
% m(t)nesmi byt premodulovany >1

R_t=abs(1+m_t); % amplitudova modulacni slozka 
if (m_t>-1)     % fázová modulační složka
    Theta_t = 0;
else 
    Theta_t = pi;
end
vin_t=R_t.*cos(2*pi*f_c*t+Theta_t)+cos(2*pi*(f_c+500)*t)+cos(2*pi*(f_c+2000)*t)+cos(2*pi*(f_c+5000)*t); % vzorkovaný pásmový (modulovaný) signál v(t)+dalsí vf signály

%--------------------------------------------------------------------------
%Výpočet frekvenčního spektra pásmového signálu pomocí funkce algoritmu FFT
N=length(vin_t); % počet hodnot pásmového signálu v(t) 
V_f = (fftshift(fft(vin_t)))./N; % komplexní vektor frekvenčního spektra v(t) 
k=-N/2:N/2-1; % pomocný výpočet symetrického pole osy x
f = k.*pocet_bodu.*f_c./N; % výpočet x-ové osy - frekvence f[Hz]

V_amp = abs(V_f);           %amplitudové frekvenční spektrum v(t)
V_vykon = V_amp.^2;         %výkonové frekvenční spektrum v(t)

% Je-li nulová hodnota amplitudy na dané frekvenci je také fáze = 0
for q=1:N
    if ((abs(real(V_f(q))) < 1e-3) && (abs(imag(V_f(q))) < 1e-3)) 
        V_f(q)=0;   
    end;
end;
V_faze = angle(V_f);        %fázové frekvenční spektrum v(t)

%--------------------------------------------------------------------------
% Výpočet a zobrazení přenosu H(w) ekvivalentního dolnopropustného filtru
i1=1;
for i=1:length(f);
    if (f(i)>=0)
        f1(i1) = i1.*pocet_bodu.*f_c./N;
        i1=i1+1;
    end;
end;
w=2*pi*f1;    % kmitočet
Hw = 1j*w*(1*10^-3)./((1j*w).^2*5*10^-7+1j*w*(1*10^-3)+3); % kmitočtový přenos filtru 
Hw_Amplituda=abs(Hw); % amplituda kmitočtového přenosu filtru 
Hw_Faze=atan(imag(Hw)./real(Hw)); % fáze kmitočtového přenosu filtru 

V_out1=V_f((length(V_f)/2+1):length(V_f)).*Hw;
V_out=[conj(V_out1(length(V_out1):-1:1)),V_out1(1:length(V_out1))]; % Výpočet frekvenčního spektra signálu v_out(t)
V_amp_out = abs(V_out);           % amplitudové frekvenční spektrum v_out(t)
V_vykon_out = V_amp_out.^2;         % výkonové frekvenční spektrum v_out(t)
V_faze_out = angle(V_out);        % fázové frekvenční spektrum v_out(t)
v_out_t=real(fftshift(ifft(V_out1))*N); % vypočtený signál v_out(t) - zpětná Fourierova transformace 
%--------------------------------------------------------------------------
% GRAFY - ZOBRAZENÍ SIGNÁLŮ V ČASOVÉ OBLASTI
%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu modulačního signálu
figure;
subplot(5,1,1);
plot(t,m_t);
title('Vstupní modulacní signál m(t)');
ylabel('m(t)');
xlabel('t[s]');
 
%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu pásmového (modulovaného) signálu
subplot(5,1,2);
plot(t,vin_t);
title('Vstupní AM modulovaný signál v(t)+rusivé signály v_r(t) na frekvencích f_c+500Hz,f_c+2000Hz,f_c+5000Hz');
ylabel('v(t)');
xlabel('t[s]');

%--------------------------------------------------------------------------
% GRAFY - ZOBRAZENÍ SIGNÁLŮ VE FREKVENČNÍ OBLASTI
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni amplitudového frekvenčního spektra 
subplot(5,1,3);
stem(f,V_amp)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('^F^R|W_m|')
grid on;
title('Amplitudové frekvencni spektrum AM modulovaneho signalu v(t)+v_r(t)')
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni fázového frekvenčního spektra
subplot(5,1,4);
stem(f,V_faze)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('\Theta_m')
grid on
title('Fazove frekvencni spektrum AM modulovaneho signalu v(t)+v_r(t)')
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni výkonového frekvenčního spektra
subplot(5,1,5);
stem(f,V_vykon)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('^F^R|P_m|') 
grid on
title('Vykonove frekvencni spektrum AM modulovaneho signalu v(t)+v_r(t)')

%--------------------------------------------------------------------------
% GRAFY - ZOBRAZENÍ FREKVENČNÍCH CHARAKTERISTIK PÁSMOVÉHO FILTRU
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni amplitudového frekvenčního spektra 
figure;
subplot(2,1,1);
semilogx(w./(2*pi),20*log10(Hw_Amplituda)) % vykreslení grafu
hold on;
title('Amplitudova frekvencni charakteristika')
ylabel('20log|H(f)| [dB]')
xlabel('f [Hz]')
grid on;

subplot(2,1,2);
semilogx(w./(2*pi),180/pi*Hw_Faze) % vykreslení grafu
hold on;
title('Fazova frekvencni charakteristika')
ylabel('arctg Im(H(f)/Re(H(w)')
xlabel('f [Hz]')
grid on;

%--------------------------------------------------------------------------
% GRAFY - ZOBRAZENÍ VÝSTUPNÍHO FILTROVANÉHO SIGNÁLU 
%--------------------------------------------------------------------------

%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu pásmového (modulovaného) signálu
figure;
subplot(4,1,1);
plot(t(1:2:length(t)),v_out_t);
title('Výstupní filtrovaný modulovaný signál v_o_u_t(t) s potlacením rusivých signálu v_r(t)');
ylabel('v_o_u_t(t)');
xlabel('t[s]');
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni amplitudového frekvenčního spektra 
subplot(4,1,2);
stem(f,V_amp_out)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('^F^R|W_m|')
grid on;
title('Amplitudové frekvencni spektrum filtrovaného modulovaneho signalu v_o_u_t(t)')
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni fázového frekvenčního spektra
subplot(4,1,3);
stem(f,V_faze_out)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('\Theta_m')
grid on
title('Fazove frekvencni spektrum filtrovaného modulovaneho signalu v_o_u_t(t)')
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni výkonového frekvenčního spektra
subplot(4,1,4);
stem(f,V_vykon_out)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('^F^R|P_m|') 
grid on
title('Vykonove frekvencni spektrum filtrovaného modulovaneho signalu v_o_u_t(t)')