《MATLAB》课程设计说明书基于MATLAB的信号调制与解调模板.docx
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《MATLAB》课程设计说明书基于MATLAB的信号调制与解调模板
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
工作单位：
题目:
基于MATLAB的信号调制与解调
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:
（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）方式调制载波
，所得到的已调制信号记为
，设
，
。
试比较消息信号与已调信号，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。
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：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
目录
摘要I
AbstractII
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
2.2DSB信号的解调5
2.2.1相干解调的原理5
2.2.2DSB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
3.3SSB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
4.1.2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
摘要
MATLAB的含义是矩阵实验室（MATRIXLABORATORY），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。
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．
Abstract
MATLABisthemeaningofMATRIXlab（MATRIXLABORATORY）,thenumericalcalculationofbasicunitisapluralarray（orweigharray）,becauseitdoesnotneeddefinitionofanarraydimension,andgivesMATRIXfunction,specialMATRIXspecializedlibraryfunction,makeinsolvingsuchassignalprocessing,modeling,systemidentification,controlandoptimizationinthefieldsoftheproblem,appeargreatlyforthright,efficientandconvenient.MATLABhasbecomemuchdiscipline,avarietyofworkplatform'spowerfullarge-scalesoftware.
Matlabisaninteractivesystem,itsbasiccomputingunitthatnoneedtospecifydimensionofmatrix,accordingtoanIEEEnumericalcalculationstandard（tocorrectlyhandletheinfinitenumberofInfinity.inf（）,havenoNaN（notdefinednumber-a-by）anditsoperationstocalculate.Systemprovidesagreatdealofmatrixandotheroperationfunction,canbeconvenienttosomeverycomplicatedcalculation,andoperationefficiencyisextremelyhigh.Matlabordersandinmathematicssymbols,formulaveryclose,readable,easytomaster,stillcanuseitsofferofprogrammingprogramminglanguagetoperformaspecificjob.
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
。
图2AM信号的波形和频谱
1.2常规双边带的解调
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，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
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4DSB调制器模型
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，
为调制信号的最高频率。
2.2DSB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，则会破坏原始信号的恢复。
2.2.2DSB信号解调
DSB信号只能采用相干解调，其模型与AM信号相干解调时完全相同，如图4所示。
此时，乘法器输出
经低通滤波器滤除高次项，得
即无失真地恢复出原始电信号。
抑制载波的双边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高；调制电路简单，仅用一个乘法器就可实现。
缺点是占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍。
3单边带调制与解调
由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了。
这就又演变出另一种新的调制方式――单边带调制（SSB）。
3.1SSB信号的产生
产生SSB信号的方法很多，其中最基本的方法有滤波法和相移法。
3.1.1滤波法
用滤波法实现单边带调制的原理图如图6所示，图中的
为单边带滤波器。
产生SSB信号最直观方法的是，将
设计成具有理想高通特性
或理想低通特性
的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。
产生上边带信号时
即为
，产生下边带信号时
即为
。
图6SSB信号的滤波法产生
显然，SSB信号的频谱可表示为
用滤波法形成SSB信号，原理框图简洁、直观，但存在的一个重要问题是单边带滤波器不易制作。
这是因为，理想特性的滤波器是不可能做到的，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带。
滤波器的实现难度与过渡带相对于载频的归一化值有关，过渡带的归一化值愈小，分割上、下边带就愈难实现。
而一般调制信号都具有丰富的低频成分，经过调制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄，要想通过一个边带而滤
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