信号与系统课设报告.docx
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信号与系统课设报告
目录
1技术指标1
2基本原理1
2.1通信系统中的调制1
2.2AM调制2
2.3AM解调2
2.3.1相干解调3
2.3.2包络检波3
3建立模型描述3
4仿真结果及分析4
4.1用simulink软件仿真分析4
4.2用SystemView软件仿真分析5
5调试过程及结论6
6心得体会12
7参考文献12
AM调制与解调的设计与实现
1技术指标
设计一个AM调制与解调系统，要求：
（1）设计出规定的AM调制与解调系统的结构；
（2）根据信号与线性系统及通信原理相关知识，设计出各个模块的参数（例如滤波器的截止频率等）；
（3）用Matlab或SystemView实现该系统，观察仿真并进行波形分析；
（4）系统的性能评价。
2基本原理
2.1通信系统中的调制
调制在通信系统中的作用至关重要。
所谓调制，就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。
广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。
在无线通信中和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。
载波调制，就是用调制信号去控制载波的参数的过程，即使载波的某一个或几个参数按照调制信号的规律而变化。
调制信号是指来自信源的消息信号（基带信号），这些信号是可以模拟的，也可以是数字的。
未调制的周期性振荡信号称为载波，它可以是正弦波也可以是非正弦波。
载波调制后称为已调信号，它含有调制信号的全部特征。
解调则是调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。
最常用和最重要的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。
常用的有调幅（AM）、双边带（DSB）、单边带（SSB）和残留边带（VSB）等就是幅度调制的几个实例。
2.2AM调制
标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅（AM）。
假设调制信号的平均值为0，将其叠加一个直流分量A0后与载波相乘，即可形成调幅信号。
其时域表达式为
式中:
m（t）为基带调制信号。
设调制信号m（t）的频谱为M（w），则有上式不难得到已调信号sm（t）的频谱Sm（w）：
由以上表达式可见，在波形上，幅度已调信号，它的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。
由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常也称线性调制。
标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅（AM）。
假设调制信号m（t）的平均值为0，将其叠加一个直流偏量A0后与载波相乘，即可形成调制信号。
其实域表达式为
式中：
A0为外加的直流分量；m（t）可以是确知信号，也可以是随机信号。
若m（t）为确知信号，则AM信号的频谱为
当满足条件：
时，AM波的包络于调制信号
的形状完全一样，因此，用包络检波的方法很容易恢复出原始调制信号；如果上述条件没有满足，就会出现“过调幅”现象，这时用包络检波将会发生失真。
但是，可以采用其他的解调方法，如同步检波。
2.3AM解调
解调是调制的逆过程，其作用是从接受的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。
解调的方法可以分为两类：
相干解调和非相干解调（包络检波）。
2.3.1相干解调
相干解调也叫同步检波。
解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。
调制是把基带信号的频谱搬移到了载频位置，这一过程可以通过一个相乘器来实现。
解调则是调制的反过程，即把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置，因此同样可以用相乘器与载波相乘来实现。
相干解调时，为了无失真地恢复出原基带信号，接收端必须提供一个与接受的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可以得到原始的基带调制信号。
2.3.2包络检波
AM信号在满足
的条件下，其包络与调制信号
的形状完全一样。
因此，AM信号除了可以采用相干解调外，一般都采用简单的包络检波法来恢复信号。
包络检波器通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。
它属于非相干解调，因此不需要相干载波，广播接受机多采用此法。
3建立模型描述
本课设的基本流程如下图所示：
A0
Sm（t）m0（t）
ni（t）n0（t）
coswct
图3.1设计流程图
上述模型即为AM调制—相干解调的模型，首先将调制信号m（t）与一个直流分量A0叠加，然后乘以载波
。
得到的信号在信道中传输受噪声干扰，n（t）为信道加性高斯白噪声，带通滤波器的作用是滤除已调信号频带以外的噪声，因此，经过带通滤波器以后的到达解调器输入端的信号仍可认为
而噪声为
。
解调后输出的有用信号为
噪声为
。
4仿真结果及分析
4.1用simulink软件仿真分析
用simulink软件仿真流程如下图所示：
图4.1用simulink仿真的原理图
上图中调制信号去频率为5Hz，幅度为1的正弦波，调制与解调的载波是幅度为1，频率为50Hz的余弦波.噪声是均值为0，方差为0.05的高斯白噪声。
带通滤波器的频率范围是40～60Hz，低通滤波器的频率范围是0～10Hz。
用simulink仿真结果如下图所示：
图4.2用simulink软件仿真的结果
对仿真结果分析可得，由与基带信号为m（t）=sin（10πt）,直流分量
=1,在调制和解调是都乘以载波cos（100πt）,用低通滤波器滤除高频成分后得到的输出波形符合要求。
4.2用SystemView软件仿真分析
用SystemView软件仿真的原理如下图所示：
图4.3用SystemView软件仿真的原理图
用SystemView软件仿真的调制信号与载波信号取值与simulink软件中的一样，带通滤波器，低通滤波器的系数也与simulink中的一样。
用SystemView软件仿真的结果如下图所示：
图4.4用SystemView软件仿真的结果
对结果图分析，可以得出与上一种软件仿真一样的结论，这也进一步验证了相干解调的合理性，与有效性。
5调试过程及结论
程序源代码如下：
clearall;closeall;
fs=1000;Ts=1/fs;L=1024;n=Ts*[1:
L];
%*************************原始基带信号*******************************
%**
mt=4*sin（20*pi*n）;
figure（）;
plot（n,mt）;%check
title（'原始信号波形'）;
xlabel（‘时间'）;
ylabel（'幅值'）;
axis（[00.4-55]）
MT=fft（mt,L）;
magMT=abs（MT）;
zt=cos（200*pi*n）;%载波信号
%*************************调制***********************************
smt=mt.*zt;
SMT=fft（smt,L）;
magSMT=abs（SMT）;
sit=smt+0.1*randn（1,length（n））;
SIT=fft（sit,L）;
magSIT=abs（SIT）;
%******************调制信号经过带通滤波器*****************************
wp=[90110];ws=[80120];rp=3;rs=40;Fs=1000;%带通滤波器÷
[n0,wn]=buttord（wp/（Fs/2）,ws/（Fs/2）,rp,rs）;
[b0a0]=butter（n0,wn,'bandpass'）;
b=fir1（n0,wn）;
figure
freqz（b,1）;
title（'fir1带通滤波器特性'）
mot=filter（b,1,sit）;
figure（）;
plot（n,mot）;
title（'经带通滤波器后的波形'）;
xlabel（'时间'）;
ylabel（'幅值'）;
axis（[00.4-55]）
%****************************解调**************************************
xt=mot.*zt;
%**************************解调信号经过低通滤波器************************
wp1=12;ws1=18;rp1=3;rs1=40;%低通滤波器
[n1,wn1]=buttord（wp1/（Fs/2）,ws1/（Fs/2）,rp1,rs1）;
b1=fir1（n1,wn1）;
figure
freqz（b1,1）;
title（'fir低通滤波器特性'）
mmt=filter（b1,1,xt）;
figure（）;
plot（n,mmt）;
title（'经过低通滤波器后的波形'）;
xlabel（'时间'）;
ylabel（'幅值'）;
axis（[00.4-55]）
%*****************************解调信号扩大两倍*****************************
mmt1=2*mmt;
figure（）;
plot（n,mmt1）;
title（'最后输出波形'）;
xlabel（'时间'）;
ylabel（'幅值'）;
axis（[00.4-55]）
MMT=fft（mmt1,L）;
magMMT=abs（MMT）;
figure（）
subplot（421）;
plot（mt）;
title（'调制信号'）;
subplot（422）;
plot（magMT）;
title（'调制信号频谱'）
subplot（423）;
plot（smt）;
title（'已调信号'）;
subplot（424）;
plot（magSMT）;
title（'已调信号频谱'）;
subplot（425）;
plot（sit）;
title（'加gause白噪声后的调制信号'）;
subplot（426）;
plot（magSIT）;
title（'加噪信号频谱'）
subplot（427）;
plot（2*mmt）;
title（'最后输出信号波形'）;
subplot（428）;
plot（magMMT）;
title（'最后输出信号频谱'）;
程序运行后得到的波形图如下：
图5.1相关信号的波形
调试程序得到的信号频谱如下图所示：
图5.2相关信号波形的频谱
由图5.1可以看出，最后输出信号与原始信号的幅度大致相等，但是相位却发生了失真，这时由于在通过滤波器的延迟造成的。
由图5.2可以看出调制信号与最后输出信号的频谱基本一致，这也验证了设计原理的合理性，同时也可以看出已调信号是调制信号的频谱搬移，解调后又将频谱搬移回来，这里清晰展示了相干解调的原理与特性。
6心得体会
通过这次课程设计，我对调制的原理有了进一步的了解，以前不理解信号为什么要调制，觉得对一个信号调制后又解调很费时，而且得到的信号与原始信号还有一定的误差。
但是在学了通信原理以后，知道信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间，为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸必须与发射信号波长相比拟。
基带信号频率低，波长长，致使天线过长而难以实现。
做了这次课设，通过观察调制与解调各个时期的波形，我对调制与解调的原理的理解更加深入。
同时我对学会了使用SystemView软件来进行模拟仿真，对Matlab软件的使用也更加娴熟。
实验的过程中我碰到不会使用matlab语言来使用滤波器的问题，通过查看相关书籍，最后解决了这个问题。
同时也发现滤波器的通带范围如果与理论值一样则得到的波形图并不是很理想，拓宽通带范围后可以得到较好的结果，这也说明理论与实际是有区别的。
我们不能过于死板，死记硬背理论知识，还要善于发现与解决实际中碰到的问题。
但是，由于觉得这个实验的原理很简单，虽然知道相干解调的工作原理及其特点，却没能回答出老师的问题，即相干性体现在什么地方。
这也是我在这次课设中体现出的不足的地方。
后来才知道是调制的载波和解调的载波同频同相，其实这个原理我是知道的，但是平时过于在意它的线性，没怎么在意它的相干性，以及为什么叫相干解调。
这也说明，我们在学习的时候要多问为什么，不能满足于自己已经知道的知识。
7参考文献
[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理.国防工业出版社，2006
[2]郑君里，应启珩，杨为理.信号与系统.高等教育出版社，2000
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