通信原理课程设计论文资料Word下载.docx
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四、课程设计题目仿真6
4.1、验证周期信号的合成6
4.1.1、Matlab编程：
6
4.1.2、Matlab建模：
8
4.2、FM与PM调制12
五、课程设计总结14
一、课程设计目的
通过课程设计，加深对吉伯斯效应，FM、PM的了解，巩固课堂所学知识。
同时在熟悉MATLAB基础上应用simulink仿真，通过反复调试和理解，基本掌握该仿真软件的使用。
二、课程设计题目
设一周期为4，幅度高度为1的周期矩阵脉冲信号，用编程和建模两种方法来验证该周期信号可由单频正余弦信号叠加而成，并在合成波形中说明吉布斯效应。
并采用一次谐波与二次谐波的和成波作为调制信号，编程实现FM、PM。
调相、调频可采用函数pmmodfmmod
三、课程设计原理
MATLAB仿真简介：
利用MATLAB提供的可视化工具Simulink可以建立了扩频通信系统仿真模型。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成环境，广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
它包括一个复杂的由接受器、信号源、线性和非线性组件以及连接件组成的模块库，用户也可以根据需要定制或者创建自己的模块。
Simulink的主要特点在于使用户可以通过简单的鼠标操作和拷贝等命令建立起直观的系统框图模型，用户可以很随意地改变模型中的参数，并可以马上看到改变参数后的结果，从而达到方便、快捷地建模和仿真的目的。
3.1、吉布斯效应的定义
将具有不连续点的周期函数（如矩形脉冲）进行傅立叶级数展开后，选取有限项进行合成。
当选取的项数越多，在所合成的波形中出现的峰起越靠近原信号的不连续点。
当选取的项数很大时，该峰起值趋于一个常数，大约等于总跳变值的9%。
这种现象称为吉布斯现象。
我们可以傅里叶级数表达一个理想方波，这个傅里叶级数有无限个项，如下式：
以傅里叶级数来表达方波会出现吉布斯现象。
非理想方波中的振铃现象被证明与此现象有关。
振铃效应是影响复原图像质量的众多因素之一，其典型表现是在图像灰度剧烈变化的邻域出现类吉布斯分布。
吉布斯现象是当用信号的谐波分量的和来表述具有间断点的波形时出现，并能够观察。
3.2、PM与FM调制
相位调制（PM）指瞬时相位偏移随调制信号作相位变化，相位调制与频率调制存在积分与微分关系，调制信号先积分后调相，得到调频波；
调制信号先微分后调频，得到调相波。
频率调制（FM）的一般表达式为：
（2-1）
FM和PM非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调信号是调频信号还是调相信号。
图2.1直接调频法
图2.2间接调频法
图（2-1）所示的产生调频信号的方法称为直接调频法，图（2-2）所示的产生调频信号的方法称为间接调频法[4]。
由于实际相位调制器的调节范围不可能超出，因而间接调频的方法仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情形，而直接调频则适用于宽带调制情形。
根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可将频率调制分为宽带调频（WBFM）与窄带调频（NBFM）。
宽带与窄带调制的区分并无严格的界限，但通常认为由调频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30°
时，
（2-2）
称为窄带调频。
否则，称为宽带调频。
为方便起见，无妨假设正弦载波的振幅A＝1，则由式（2-1）调频信号的一般表达式，得
=（2-3）
通过化解，利用傅立叶变化公式可得NBFM信号的频域表达式：
（2-4）
在NBFM中，由于下边频为负，因而合成矢量不与载波同相，而是存在相位偏移，当最大相位偏移满足式（2-2）时，合成矢量的幅度基本不变，这样就形成了FM信号。
图2.3NBFM信号频谱
四、课程设计题目仿真
4.1、验证周期信号的合成
周期信号可由单频正余弦信号叠加而成，并在合成波形中说明吉布斯效应
clear,clc,closeall
t=-2:
0.001:
2;
T=1;
ft=rectpuls（t,T）;
plot（t,ft）;
holdon;
N=input（'
请输入叠加个数N:
'
）;
c0=0.5;
xN=c0*ones（1,length（t））;
%直流分量
forn=1:
N
xN=xN+cos（pi*n*t）*sinc（n/2）;
%正弦分量为零
end
plot（t,xN）;
当所选谐波叠加个数不同时：
N=10时：
N=25时：
N=50时：
N=100时：
由仿真结果：
1）信号中频率较低的谐波分量的幅值较大，占主体地位，吉布斯现象越突出。
（2）当截取傅里叶级数项数越多，跳变峰越向间断点靠近，但跳变峰值并未明显减小，跳变峰所包围的面积减小。
可通过matlab使这种吉布斯现象得到清晰的表现。
吉布斯效应建模验证如下图：
4.2、FM与PM调制
Matlab编程：
closeall;
clearall;
Fc=10;
%载波频率为10Hz
Fs=100;
%设定采样速率为100Hz
t=0:
0.02:
5
%输入调制信号
x1=sin（2*pi*t）;
x2=sin（4*pi*t）;
x=x1+x2;
figure
（1）;
plot（t,x）;
title（'
一次谐波于二次谐波合成波'
%FM调制
Kf=3;
%调频灵敏度
yfm=fmmod（x,Fc,Fs,kf）;
%FM调制
figure
（2）;
subplot（2,1,1）;
plot（t,x）;
FM调制信号'
subplot（2,1,2）;
plot（t,yfm）;
FM已调信号'
%PM调制
Kp=pi/2;
%调相灵敏度
y=pmmod（x,Fc,Fs,kp）;
%PM调制
figure（3）;
PM调制信号'
plot（t,y）;
PM已调信号'
gridon;
波形仿真：
仿真结果分析，得出以下结论：
①调频信号的频谱同未调信号的频谱几乎没有相似性，这是调频与调幅的最大的不同；
②调频信号不改变总功率，而只改变功率在各分量之间的分配关系，如抑制载波上的功率，使某一边频的功率占的比例较大；
③调频系统的抗干扰能力强。
④PM和FM非常相似，将调制信号先微分而后进行调频，则得到的即是调相信号。
五、课程设计总结
本次课程设计中，主要问题是MATLAB的Simulink仿真平台的应用，周期信号的合成，验证吉布斯效应，以及信号的FM和PM调制。
本次课程设计，加深了对信号调制的理解，巩固了理论课上所学习的有关知识的基本概念、基本理论和基本方法，而且锻炼了分析和解决问题的能力，使得对通信原理这门课程更好地理解。
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