%--------------------------------------------------------------------------
%           Výuková podpora přemětu Modulované signály
%--------------------------------------------------------------------------
%                       Program NÁSOBIČ FREKVENCE 
%--------------------------------------------------------------------------
% 
% Výpočet a grafické vykreslení modulovaného vysokofrekvenčního signálu 
% pomocí analogové úhlové PM modulace (Phase Modulation)
%
% Volitelný modulační (informační) signál a vysokofrekvenční nosná
% 
% Uprava pásmového signálu násobičem frekvence s pásmovým filtrem daného
% řádu, který odpovídá násobku frekvence původního pásmového signálu
%
% 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 časového průběhu-čas t[s] a nosné frekvence fc[Hz]RF signálu
f_c=200; % nosná frekvence vysokofrekvenčního RF signálu
cas = 0.4; % čas průběhu simulace 
pocet_bodu=10; %počet bodů v čase během jedné periody fc
deltat=1/(f_c*pocet_bodu); % zanedbatelný časový okamžik
t=0:deltat:cas-deltat; % časový průběh

%--------------------------------------------------------------------------
% Definování a výpočet modulačního signálu m(t)
% m_t je harmonický signál

% Hamonický signál m(t)
Wmax = 1.5;  % amplituda modulačního signálu m(t)
f_m = 10;    % frekvence modulačního signálu m(t)
faze = pi/2; % fáze modulačního signálu m(t)
m_t=Wmax*cos(2*pi*f_m*t+faze); % informační (modulační) signál m(t)

%--------------------------------------------------------------------------
% PM modulace - definování a výpočet pásmového signálu v(t)
% amplitudova modulacni slozka R_t = 1
% fazova modulacni slozka Theta_t=Dp.m(t)

A_c = 2;            % zesílení amplitudy modulovaného signálu v(t)
R_t=1;              % amplitudova modulacni slozka 
Dp = 2;             % Index fázové modulace
Theta_t = Dp*m_t;   % Fázová modulační složka
omega_c = 2*pi*f_c; % uhlový kmitočet nosného signálu
v_t = A_c*R_t*cos(omega_c*t+Theta_t); % pásmový (modulovaný) signál v(t)

%--------------------------------------------------------------------------
%Výpočet frekvenčního spektra pásmového signálu pomocí funkce algoritmu FFT
N=length(v_t); % počet hodnot pásmového signálu v(t) 
v_f = (fftshift(fft(v_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-2) && (abs(imag(v_f(q))) < 1e-2)) 
        v_f(q)=0;   
    end;
end;
V_faze = angle(v_f);        %fázové frekvenční spektrum v(t)

%--------------------------------------------------------------------------
% násobič frekvence - filtrováný pásmovým filtrem pro daný řád násobiče
% frekvence
n = 3; % řád násobiče frekvence - násobek pásmového signálu
C = 1; % zesílení násobiče frekvence
vo_t = C*A_c*R_t.^n*cos(n*omega_c*t+n*Theta_t); % výstupní filtrovaný pásmový signál v(t) z násobiče frekvence

%--------------------------------------------------------------------------
%Výpočet frekvenčního spektra pásmového signálu pomocí funkce algoritmu FFT
N1=length(vo_t); % počet hodnot pásmového signálu v(t) 
v_f1 = (fftshift(fft(vo_t)))./N1; % komplexní vektor frekvenčního spektra v(t) 
k1=-N1/2:N1/2-1; % pomocný výpočet symetrického pole osy x
f1 = k1.*pocet_bodu*f_c./N1; % výpočet x-ové osy - frekvence f[Hz]

V_amp1 = abs(v_f1);           %amplitudové frekvenční spektrum v(t)
V_vykon1 = V_amp1.^2;         %výkonové frekvenční spektrum v(t)

% Je-li nulová hodnota amplitudy na dané frekvenci je také fáze = 0
for q1=1:N
    if ((abs(real(v_f1(q1))) < 1e-2) && (abs(imag(v_f1(q1))) < 1e-2)) 
        v_f1(q1)=0;   
    end;
end;
V_faze1 = angle(v_f1);        %fázové frekvenční spektrum v(t)

%--------------------------------------------------------------------------
% GRAFY - ZOBRAZENÍ SIGNÁLŮ V ČASOVÉ OBLASTI
%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu modulačního signálu
figure;
subplot(3,1,1);
plot(t,m_t);
title('Modulacní signál m(t)');
ylabel('m(t)');
xlabel('t[s]');
 
%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu pásmového (modulovaného) signálu
subplot(3,1,2);
plot(t,v_t);
title('PM modulace - Pásmový signál v(t)');
ylabel('v(t)');
xlabel('t[s]');

%--------------------------------------------------------------------------
% Vykreslení grafického časového průběhu výstupního filtrovaného pásmového
% (modulovaného) signálu z násobiče frekvence
subplot(3,1,3);
plot(t,vo_t);
title('PM modulace - Výstupní pásmový signál v_o(t) z násobice frekvence');
ylabel('v_o(t)');
xlabel('t[s]');
%--------------------------------------------------------------------------
% GRAFY - ZOBRAZENÍ SIGNÁLŮ VE FREKVENČNÍ OBLASTI -pásmový signál v(t)
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni amplitudového frekvenčního spektra 
figure;
subplot(3,1,1);
stem(f,V_amp)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('^F^R|W_m|')
grid on;
title('PM modulace - Amplitudové frekvencni spektrum pasmoveho (modulovaneho)signalu v(t)')
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni fázového frekvenčního spektra
subplot(3,1,2);
stem(f,V_faze)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('\Theta_m')
grid on
title('PM modulace - Fazove frekvencni spektrum pasmoveho (modulovaneho)signalu v(t)')
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni výkonového frekvenčního spektra
subplot(3,1,3);
stem(f,V_vykon)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('^F^R|P_m|') 
grid on
title('PM modulace - Vykonove frekvencni spektrum pasmoveho (modulovaneho)signalu v(t)')
%--------------------------------------------------------------------------
% GRAFY - ZOBRAZENÍ SIGNÁLŮ VE FREKVENČNÍ OBLASTI - výstupní filtrovaný
% pásmový signál vo(t) z násobiče frekvence
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni amplitudového frekvenčního spektra 
figure;
subplot(3,1,1);
stem(f1,V_amp1)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('^F^R|W_m|')
grid on;
title('PM modulace - Amplitudové frekvencni spektrum filtrovaného výstupního pasmoveho signalu v_o(t)')
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni fázového frekvenčního spektra
subplot(3,1,2);
stem(f1,V_faze1)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('\Theta_m')
grid on
title('PM modulace - Fazove frekvencni spektrum filtrovaného výstupního pasmoveho signalu v_o(t)')
%--------------------------------------------------------------------------
%vykresleni výkonového frekvenčního spektra
subplot(3,1,3);
stem(f1,V_vykon1)
xlabel('f[Hz]')
ylabel('^F^R|P_m|') 
grid on
title('PM modulace - Vykonove frekvencni spektrum filtrovaného výstupního pasmoveho signalu v_o(t)')