《MATLAB》课程设计说明书-基于MATLAB的信号调制与解调.doc
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1、课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名:学生姓名: 专业班级:专业班级: 指导教师:指导教师: 工作单位:工作单位: 题题 目目: : 基于基于 MATLABMATLAB 的信号调制与解调的信号调制与解调 初始条件:初始条件: 1.MATLAB 软件 2.信号处理的相关知识 3.希尔伯特变换 4.信号的常规幅度调制、单边带幅度调制以及双边带调制 要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体 要求) (1)已知某消息信号以双边幅度调制(DSB-AM)方式调制载 else ttt tt tm 0 3/23/2 3/01 )( 00 0 波,所得
2、到的已调制信号记为,设,。试比较消息)2cos()(tftc c )(tust15 . 0 0 Hzfc250 信号与已调信号,并绘制它们的频谱。 (2)对(1)的 DSB-AM 调制信号进行相干解调,并绘出信号的时频域曲线。 (3)对(1)中的信号进行单边带幅度调制(SSB-AM)绘制信号的时频域曲线。 (4)对(1)中的信号进行常规幅度调制(AM),给定调制指数绘制信号的时频域曲线。8 . 0a 时间安排:时间安排: 第 12 周:安排任务,分组 第 13-14 周:设计仿真,撰写报告 第 15 周:完成设计,提交报告,答辩 指导教师签名:指导教师签名: 年年 月月 日日 系主任(或责任教
3、师)签名:系主任(或责任教师)签名: 年年 月月 日日 目 录 摘 要.I Abstract II 1 常规双边带调制与解调1 1.1 常规双边带调制1 1.2 常规双边带的解调.2 2 抑制载波的双边带调幅与解调.4 2.1 双边带幅度调制的基本原理.4 2.2 DSB 信号的解调.5 2.2.1 相干解调的原理.5 2.2.2 DSB 信号解调.5 3 单边带调制与解调.7 3.1.1 滤波法7 3.2 用相移法形成 SSB 信号 .8 3.3 SSB 信号的解调 .8 4 基于 MATLAB 的信号调制与解调10 4.1 双边幅度调制(DSB-AM)10 4.1.1 消息信号频谱.10
4、4.1.2 调制及已调信号频谱.11 4.2 已调信号的相干解调.12 4.3 单边带幅度调制(SSB) .14 4.4 常规幅度调制(AM).16 5 小结与体会.18 6 参考文献.19 武汉理工大学MATLAB课程设计说明书 I 摘 要 MATLAB 的含义是矩阵实验室(MATRIX LABORATORY) ,其进行数值计算的基本单位 是复数数组(或称阵列) ,由于它不需定义数组的维数,并给出矩阵函数、特殊矩阵专 门的库函数,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题 时,显得大为简捷、高效、方便。MATLAB 已经发展成为多学科、多种工作平台的功能 强大的大型软件。
5、 Matlab 是一个交互式的系统,它的基本运算单元是不需指定维数的矩阵,按照 IEEE 的数值计算标准(能正确处理无穷数 Inf(Infinity)、无定义数 NaN(not-a- number)及其运算)进行计算系统提供了大量的矩阵及其它运算函数,可以方便地进 行一些很复杂的计算,而且运算效率极高Matlab 命令和数学中的符号、公式非常接 近,可读性强,容易掌握,还可利用它所提供的编程语言进行编程完成特定的工作 武汉理工大学MATLAB课程设计说明书 II Abstract MATLAB is the meaning of MATRIX lab (MATRIX LABORATORY),
6、the numerical calculation of basic unit is a plural array (or weigh array), because it does not need definition of an array dimension, and gives MATRIX function, special MATRIX specialized library function, make in solving such as signal processing, modeling, system identification, control and optim
7、ization in the fields of the problem, appear greatly forthright, efficient and convenient. MATLAB has become much discipline, a variety of work platforms powerful large-scale software. Matlab is an interactive system, its basic computing unit that no need to specify dimension of matrix, according to
8、 an IEEE numerical calculation standard (to correctly handle the infinite number of Infinity.inf (), have no NaN (not defined number - a - by) and its operations to calculate. System provides a great deal of matrix and other operation function, can be convenient to some very complicated calculation,
9、 and operation efficiency is extremely high. Matlab orders and in mathematics symbols, formula very close, readable, easy to master, still can use its offer of programming programming language to perform a specific job. 武汉理工大学MATLAB课程设计说明书 1 基于 MATLAB 的信号调制与解调 1 常规双边带调制与解调 1.1 常规双边带调制 幅度调制是用调制信号去控制高
10、频正弦载波的幅度,使其按调制信号的规律变化 的过程。常规双边带调制信号简称调幅(AM) 。 若假设滤波器为全通网络(1) ,调制信号叠加直流后再与载波相乘, 则输出的信号就是常规双边带调幅(AM), AM 调制器模型如图 1 所示。 图 1 幅度调制器的一般模型 AM 信号的时域和频域表达式为 (1) 式中为外加的直流分量, 可以是确知信号也可以是随机信号,但通常认为 其平均值为 0,即 AM 信号的典型波形和频谱分别如图 2(a) (b)所示,图中假定调制信号的上 限频率为。显然,调制信号的带宽为。 武汉理工大学MATLAB课程设计说明书 2 图 2 AM 信号的波形和频谱 1.21.2 常
11、规双边带的解调 调制过程的逆过程叫做解调。AM 信号的解调是把接收到的已调信号还原为 调制信号。 包络检波器输出的信号中,通常含有频率为的波纹,可由 LPF 滤除。 图 3 串联型包络检波器电路及其输出波形 由的波形可见,AM 信号波形的包络与输入基带信号成正比,故可以用包 络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器 组成,如图 3-5 所示 由图 2 可见,AM 信号波形的包络与输入基带信号成正比,故用包络检波的方 法很容易恢复原始调制信号。 但为了保证包络检波时不发生失真,必须满足 ,否则将出现过调幅现象而带来失真。 包络检波属于非相干解调,其特点是:解调效
12、率高,解调器输出近似为相干解调 的 2 倍;解调电路简单,特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号,大大 武汉理工大学MATLAB课程设计说明书 3 降低实现难度。故几乎所有的调幅(AM)式接收机都采用这种电路。 AM 信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成(通常称频谱中画斜线 的部分为上边带,不画斜线的部分为下边带) 。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构 相同,下边带是上边带的镜像。显然,无论是上边带还是下边带,都含有原调制信号 的完整信息。故 AM 信号是带有载波的双边带信号,它的带宽为基带信号带宽的两倍, 即 式中,为调制信号的带宽,为调制信号的最高频率。 采综上所述,可以看出
13、,采用常规双边带幅度调制传输信息的好处是解调电路简 单,可采用包络检波法。缺点是调制效率低,载波分量不携带信息,但却占据了大部 分功率,白白浪费掉。如果抑制载波分量的传送,则可演变出另一种调制方式,即抑 制载波的双边带调幅 武汉理工大学MATLAB课程设计说明书 4 2 2 抑制载波的双边带调幅与解调 2.1 双边带幅度调制的基本原理 在幅度调制的一般模型中,若假设滤波器为全通网络(1) ,调制信号 中无直流分量,则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号或称抑制载波 双边带(DSB-SC)调制信号,简称双边带(DSB)信号。 DSB 调制器模型如图 4 所示。 图 4 DSB 调制器模型
14、 可见 DSB 信号实质上就是基带信号与载波直接相乘,其时域和频域表示式分别为 由图 2 可见,AM 信号波形的包络与输入基带信号成正比,故用包络检波的方 法很容易恢复原始调制信号。 但为了保证包络检波时不发生失真,必须满足 ,否则将出现过调幅现象而带来失真。 AM 信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成(通常称频谱中画斜线 的部分为上边带,不画斜线的部分为下边带) 。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构 相同,下边带是上边带的镜像。显然,无论是上边带还是下边带,都含有原调制信号 的完整信息。故 AM 信号是带有载波的双边带信号,它的带宽为基带信号带宽的 2 倍, 即 式中,为调制信号的带宽
15、,为调制信号的最高频率。 武汉理工大学MATLAB课程设计说明书 5 2.22.2 DSB 信号的解调 2.2.1 相干解调的原理 由 AM 信号的频谱可知,如果将已调信号的频谱搬回到原点位置,即可得到原始 的调制信号频谱,从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运 算来实现。相干解调的原理框图如图 5 所示。 图 5 相干解调的模型框图 将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波,得 由上式可知,只要用一个低通滤波器,就可以将第 1 项与第 2 项分离,无失真的 恢复出原始的调制信号 相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的 条件得不到满足,则会破
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