信号和系统课程设计基于Matlab的AM调制系统仿真ppt课件.ppt

计算机科学系 信号与系统课程设计 1 目录 2 设计性实验 1 掌握振幅调制和解调原理 2 学会Matlab仿真软件在振幅调制和解调中的应用 3 掌握参数设置方法和性能分析方法 4 通过实验中波形的变换 学会分析实验现象 3 三 实验内容1 设计AM信号实现的Matlab程序 输出调制信号 载波信号以及已调号波形以及频谱图 并改变参数观察信号变化情况 进行实验分析 2 设计AM信号解调实现的Matlab程序 输出并观察解调信号波形 分析实验现象 4 利用Matlab软件进行振幅调制和解调程序设计 输出显示调制信号 载波信号以及已调信号波形 并输出显示三种信号频谱图 对产生波形进行分析 并通过参数的改变 观察波形变化 分析实验现象 5 五 振幅调制原理5 1振幅调制产生原理所谓调制 就是在传送信号的一方将所要传送的信号附加在高频振荡上 再由天线发射出去 这里高频振荡波就是携带信号的运载工具 也叫载波 振幅调制 就是由调制信号去控制高频载波的振幅 直至随调制信号做线性变化 在线性调制系列中 最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅 简称为调幅 AM 在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移 在时域中 已调波包络与调制信号波形呈线性关系 设正弦载波为 式中 A为载波幅度 为载波角频率 为载波初始相位 假设 0 调制信号 基带信号 为 根据调制的定义 振幅调制信号 已调信号 一般可以表示为 设调制信号的频谱为 则已调信号的频谱 6 五 振幅调制原理5 2调幅电路方案分析标准调幅波 AM 产生原理调制信号是只来来自信源的调制信号 基带信号 这些信号可以是模拟的 亦可以是数字的 为首调制的高频振荡信号可称为载波 它可以是正弦波 亦可以是非正弦波 如周期性脉冲序列 载波由高频信号源直接产生即可 然后经过高频功率放大器进行放大 作为调幅波的载波 调制信号由低频信号源直接产生 二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波 设载波信号的表达式为 调制信号的表达式为 则调幅信号的表达式为图5 1标准调幅波示意图 7 五 振幅调制原理5 3信号解调思路从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调 demodulation 又称为检波 detection 对于振幅调制信号 解调 demodulation 就是从它的幅度变化上提取调制信号的过程 解调 demodulation 是调制的逆过程 可利用乘积型同步检波器实现振幅的解调 让已调信号与本地恢复载波信号相乘并通过低通滤波可获得解调信号 8 六 AM基于matlab的调制与解调6 1载波信号与调制信号分析 载波信号 t 1 0 00001 1 A0 10 载波信号振幅f 6000 载波信号频率w0 f pi Uc A0 cos w0 t 载波信号figure 1 subplot 2 1 1 plot t Uc title 载频信号波形 axis 0 0 01 15 15 subplot 2 1 2 Y1 fft Uc 对载波信号进行傅里叶变换plot abs Y1 title 载波信号频谱 axis 5800 6200 0 1000000 9 六 AM基于matlab的调制与解调6 1载波信号与调制信号分析 载波信号 10 六 AM基于matlab的调制与解调6 1载波信号与调制信号分析 调制信号 t 1 0 00001 1 A1 5 调制信号振幅f 6000 载波信号频率w0 f pi mes A1 cos 0 001 w0 t 调制信号subplot 2 1 1 plot t mes xlabel t title 调制信号 subplot 2 1 2 Y2 fft mes 对调制信号进行傅里叶变换plot abs Y2 title 调制信号频谱 axis 198000 202000 0 1000000 11 六 AM基于matlab的调制与解调6 1载波信号与调制信号分析 调制信号 12 六 AM基于matlab的调制与解调6 1载波信号与调制信号分析 AM已调信号 t 1 0 00001 1 A0 10 载波信号振幅A1 5 调制信号振幅A2 3 已调信号振幅f 3000 载波信号频率w0 2 f pi m 0 15 调制度mes A1 cos 0 001 w0 t 消调制信号Uam A2 1 m mes cos w0 t AM已调信号subplot 2 1 1 plot t Uam gridon title AM调制信号波形 subplot 2 1 2 Y3 fft Uam 对AM已调信号进行傅里叶变换plot abs Y3 grid title AM调制信号频谱 axis 5950 6050 0 500000 13 六 AM基于matlab的调制与解调6 1载波信号与调制信号分析 AM已调信号 14 六 AM基于matlab的调制与解调6 2设计FIR数字低通滤波器FIR滤波器比鞥采用间接法 常用的方法有窗函数法 频率采样法和切比雪夫等波纹逼近法 对于线性相位滤波器 经常采用FIR滤波器 对于数字高通 带通滤波器的设计 通用方法为双线性变换法 可以借助于模拟滤波器的频率转换设计一个所需类型的过渡模拟滤波器 再经过双线性变换将其转换策划那个所需的数字滤波器 具体设计步骤如下 1 确定所需类型数字滤波器的技术指标 2 将所需类型数字滤波器的边界频率转换成相应的模拟滤波器的边界频率 转换公式为 2 Ttan 0 5 3 将相应类型的模拟滤波器技术指标转换成模拟低通滤波器技术指标 4 设计模拟低通滤波器 5 通过频率变换将模拟低通转换成相应类型的过渡模拟滤波器 6 采用双线性变换法将相应类型的过渡模拟滤波器转换成所需类型的数字滤波器 15 六 AM基于matlab的调制与解调6 2设计FIR数字低通滤波器我们知道 脉冲响应不变法的主要缺点是会产生频谱混叠现象 使数字滤波器的频响偏离模拟滤波器的频响特性 为了克服之一缺点 可以采用双线性变换法 下面我们介绍用窗函数法设计FIR滤波器的步骤 如下 1 根据对阻带衰减及过渡带的指标要求 选择串窗数类型 矩形窗 三角窗 汉宁窗 哈明窗 凯塞窗等 并估计窗口长度N 先按照阻带衰减选择窗函数类型 原则是在保证阻带衰减满足要求的情况下 尽量选择主瓣的窗函数 2 构造希望逼近的频率响应函数 3 计算h n 4 加窗得到设计结果 16 六 AM基于matlab的调制与解调6 2设计FIR数字低通滤波器接下来 我们根据语音信号的特点给出有关滤波器的技术指标 低通滤波器的性能指标 通带边界频率fp 300Hz 阻带截止频率fc 320Hz 阻带最小衰减As 100db 通带最大衰减Ap 1dB在Matlab中 可以利用函数fir1设计FIR滤波器 利用函数butter cheby1和ellip设计IIR滤波器 利用Matlab中的函数freqz画出各步步器的频率响应 hn fir1 M wc window 可以指定窗函数向量window 如果缺省window参数 则fir1默认为哈明窗 其中可选的窗函数有RectangularBarlrttHammingHannBlackman窗 其相应的都有实现函数 MATLAB信号处理工具箱函数buttpbuttorbutter是巴特沃斯滤波器设计函数 其有5种调用格式 本课程设计中用到的是 N wc butter N wc Rp As s 该格式用于计算巴特沃斯模拟滤波器的阶数N和3dB截止频率wc MATLAB信号处理工具箱函数cheblap cheblord和cheeby1是切比雪夫I型滤波器设计函数 我们用到的是cheeby1函数 其调用格式如下 B A cheby1 N Rp wpo ftypr B A cheby1 N Rp wpo ftypr s 函数butter cheby1和ellip设计IIR滤波器时都是默认的双线性变换法 所以在设计滤波器时只需要代入相应的实现函数即可 下面我们将给出FIR数字滤波器的主要程序 17 六 AM基于matlab的调制与解调6 2设计FIR数字低通滤波器 FIR低通滤波器 Ft 2000 采样频率fpts 100120 通带边界频率fp 100Hz 阻带截止频率fs 120Hzmag 10 dev 0 010 05 通带波动1 阻带波动5 n21 wn21 beta ftype kaiserord fpts mag dev Ft kaiserord估计采用凯塞窗设计的FIR滤波器的参数b21 fir1 n21 wn21 Kaiser n21 1 beta 由fir1设计滤波器 h w freqz b21 1 得到频率响应plot w pi abs h gridontitle FIR低通滤波器 18 六 AM基于matlab的调制与解调6 2设计FIR数字低通滤波器 FIR低通滤波器 19 六 AM基于matlab的调制与解调6 3AM解调 AM信号解调 t 1 0 00001 1 A0 10 载波信号振幅A1 5 调制信号振幅A2 3 已调信号振幅f 3000 载波信号频率w0 2 f pi m 0 15 调制度mes A1 cos 0 001 w0 t 调制信号Uam A2 1 m mes cos w0 t AM已调信号Dam Uam cos w0 t 对AM调制信号进行解调subplot 2 1 1 plot t Dam gridon title 滤波前AM解调信号波形 subplot 2 1 2 Y5 fft Dam plot abs Y5 grid title 滤波前AM解调信号频谱 axis 187960 188040 0 200000 20 六 AM基于matlab的调制与解调6 3AM解调 AM解调信号 21 六 AM基于matlab的调制与解调6 3AM解调 AM解调信号FIR滤波 t 1 0 00001 1 A0 10 载波信号振幅A1 5 调制信号振幅A2 3 已调信号振幅 f 6000 载波信号频率w0 f pi m 0 15 调制度 Uc A0 cos w0 t 载波信号subplot 5 2 1 plot t Uc title 载波信号 axis 0 0 01 15 15 T1 fft Uc 傅里叶变换subplot 5 2 2 plot abs T1 title 载波信号频谱 axis 5800 6200 0 1000000 22 六 AM基于matlab的调制与解调6 3AM解调mes A1 cos 0 001 w0 t 调制信号subplot 5 2 3 plot t mes title 调制信号 T2 fft mes subplot 5 2 4 plot abs T2 title 调制信号频谱 axis 198000 202000 0 2000000 Uam A2 1 m mes cos w0 t AM已调信号 subplot 5 2 5 plot t Uam title 已调信号 T3 fft Uam subplot 5 2 6 plot abs T3 title 已调信号频谱 axis 5950 6050 0 500000 23 六 AM基于matlab的调制与解调6 3AM解调Dam Uam cos w0 t 对AM已调信号进行解调subplot 5 2 7 plot t Dam title 滤波前的AM解调信号波形 T4 fft Dam 求AM信号的频谱subplot 5 2 8 plot abs T4 title 滤波前的AM解调信号频谱 axis 187960 188040 0 200000 z21 fftfilt b21 Dam FIR低通滤波subplot 5 2 9 plot t z21 r title 滤波后的AM解调信号波形 T5 fft z21 求AM信号的频谱subplot 5 2 10 plot abs T5 r title 滤波后的AM解调信号频谱 axis 198000 202000 0 200000 24 AM解调信号FIR低通滤波 25 AM解调信号FIR低通滤波 26 六 AM基于matlab的调制与解调6 3AM解调 AM解调信号FIR滤波 加噪 t 1 0 00001 1 A0 10 A1 5 A2 3 f 6000 w0 f pi m 0 15 Uc A0 cos w0 t subplot 5 2 1 plot t Uc title 载波信号 axis 0 0 01 15 15 T1 fft Uc 傅里叶变换subplot 5 2 2 plot abs T1 title 载波信号频谱 axis 5800 6200 0 1000000 mes A1 cos 0 001 w0 t subplot 5 2 3 plot t mes title 调制信号 T2 fft mes subplot 5 2 4 plot abs T2 title 调制信号频谱 axis 198000 202000 0 2000000 Uam1 A2 1 m mes cos w0 t AM已调信号subplot 5 2 5 plot t Uam1 title 已调信号 T3 fft Uam1 subplot 5 2 6 plot abs T3 title 已调信号频谱 axis 5950 6050 0 500000 27 六 AM基于matlab的调制与解调6 3AM解调 AM解调信号FIR滤波 加噪 续 sn1 20 信噪比db1 A1 2 2 10 sn1 10 计算对应噪声方差n1 sqrt db1 randn size t 生成高斯白噪声Uam n1 Uam1 Dam Uam cos w0 t 对AM已调信号进行解调subplot 5 2 7 plot t Dam title 滤波前的AM解调信号波形 T4 fft Dam 求AM信号的频谱subplot 5 2 8 plot abs T4 title 滤波前的AM解调信号频谱 axis 187960 188040