信号分析处理matlab

1、武汉理工大学信号分析与处理课程设计说明书目录摘要1Abstract21 模拟通信系统简介31.1模拟通信系统概念31.2相位调制与解调31.3 SIMULINK32 调制与解调原理分析42.1调相信号42.2 调制原理52.3 解调原理53 函数实现的仿真73.1M文件源代码73.1.1傅里叶变换的子函数73.1.2求信号相角的子函数73.1.3产生调制信号的正交分量的子函数73.2主程序文件源代码83.3程序运行结果94 SIMULINK实现的仿真104.1所用模块及参数104.2 仿真结果135 心得体会156 参考资料17附录：本科生课程设计成绩评定表18 摘要 模拟信号是指信息参数在给

2、定范围内表现为连续的信号，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。模拟通信是一种以模拟信号传输信息的通信方式。非电的信号（如声、光等）输入到变换器（如送话器、光电管），使其输出连续的电信号，使电信号的频率或振幅等随输入的非电信号而变化。利用信号的调变技术，可以将信号转换成所需要的不同性质的模拟信号。例如，可以对正弦载波进行调幅、调频来达到特殊的工作目的，本文主要描述模拟信号的相位调制与解调方法。关键词：模拟信号 模拟通信 相位调制 解调 Abstract Analog signal refers to information within the giv

3、en range of parameters showed a continuous signal, or over a period of successive time intervals, which represents the amount of information can be presented as a signal feature of any value at any moment. Analog communication signal is an analog transmission communication method information. Non-el

4、ectric signals (such as sound, light, etc.) is input to the inverter (such as a microphone, optical tube), so that a continuous electrical output, frequency or amplitude of the electrical signal and other non-electrical signal that varies with the input. Using the signal modulation technology, the s

5、ignal is converted into an analog signal different nature required. For example, a sinusoidal carrier amplitude modulation, frequency modulation to achieve specific work purposes, phase modulation and demodulation method described in this paper, the analog signal.Keywords: analog signals for analog

6、communication phase modulation and demodulation1武汉理工大学课程设计说明书1 模拟通信系统简介1.1模拟通信系统概念通信系统是为了有效可靠的传输信息，信息由信源发出，以语言、图像、数据为媒体,通过电(光)信号将信息传输，由信宿接收。通信系统又可分为数字通信与模拟通信。基于课程设计的要求，下面简要介绍模拟通信系统。信源是模拟信号，信道中传输的也是模拟信号的系统为模拟通信，模拟通信系统的模型如图1所示。图1 模拟通信系统的模型1.2相位调制与解调相位调制简称调相，用PM表示，它是使高频振荡信号的相位按调制信号的规律变化，其振幅也保持不变。调相信号的解

7、调，称为鉴相或相位检波。角度调制属于频谱的非线性变换，即已调信号的频谱结构不再保持原调制信号频谱的内部结构，且调制后的信号带宽比原调制信号的贷款要大得多。虽然角度调制信号的频带利用率不高，但其抗干扰和噪声的能力较强。1.3 SIMULINKSIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。而所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块

8、的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。2 调制与解调原理分析 2.1调相信号在模拟调制中，一个连续波有三个参数可以用来携带信息而构成已调信号。当幅度和频率保持不变时，改变载波的相位使之随未调信号的大小而改变，这就是调相的概念。角度调制信号的一般表示形式为： （2.1.1）式中，A是载波的恒定振幅；ct+(t)是信号的瞬时相位，而(t)称为瞬时相位偏移；dct+(t)/dt为信号的瞬时频率，而d(t)/dt称为瞬时频率偏移，即相对于C的瞬时频率偏移 设高频载波为Uc=UcmCOSct，调制信号为U(t)，

9、则调相信号的瞬时相位(t)=ct+KpU(t)瞬时角频率 (2.1.2)调相信号: (2.1.3)将信号的信息加在载波的相位上则形成调相信号，调相的表达式为： (2.1.4)这里KPM称为相移指数，这种调制方式，载波的幅度和角频率不变，而瞬时相位偏移是调制信号f(t)的线性函数，称为相位调制。调相与调频有着相当密切的关系，我们知道相位与频率有如下关系式： （2.1.5） （2.1.6） 所以在调相时可以先将调制信号进行微分后在进行频率调制，这样等效于调相，此方法称为间接调相，与此相对应，上述方法称为直接调相。调相信号的产生如图所示： 图2.1.1 直接调相 图2.1.2 间接调相2.2 调制原

10、理实现相位调制的基本原理是使角频率为c的高频载波Uc(t)通过一个可控相移网络,此网络产生的相移受调制电压U(t)控制,满足关系 =K p U (t)所以网络输出就是调相信号，可控相移网络调相原理图如图所示： 图 2.2 控相移网络调相原理2.3 解调原理 已调波的解调电路称为检波器，调相波的解调电路称为相位检波器或鉴相器。采用乘积鉴相是最常用的方法。若调相信号为： (2.3.1)其中 (t)=K pm (t)同步信号与载波信号相差pi/2 (2.3.2) 式中k为乘法器增益,低通滤波器增益为1,可以看到乘积鉴相的线性鉴相范围较小，只能解调Mp6的调相信号。乘积鉴相器的原理图如图所示，由于相乘

11、的两个信号有pi/2的固定相位差，故这种方法又称为正交乘积鉴相。原理如下图： 图2.3 正交乘积鉴相3 函数实现的仿真3.1M文件源代码3.1.1下述傅里叶变换的子函数m文件以“fftseq.m”保存functionM,m,df=fftseq(m,ts,df)fs=1/ts;ifnargin=2,n1=0; %nargin为输入参量的个数else n1=fs/df;endn2=length(m);n=2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2); %nextpow2(n)取n最接近的较大2次幂M=fft(m,n); %M为信号m的傅里叶变换，n为快速傅里叶变换的点数m=m,z

12、eros(1,n-n2); %构建新的m信号df=fs/n; %重新定义频率分辨率3.1.2下述求信号相角的子函数的m文件以“env_phas.m”保存 function v,phi=env_phas(x,ts,f0)if nargout=2 %nargout为输出变数的个数z=loweq(x,ts,f0); %产生调制信号的正交分量phi=angle(z); %angle是对一个复数求相角的函数 end v=abs(hilbert(x); %abs用来求复数hilbert(x)的模3.1.3下述产生调制信号的正交分量的m文件以“loweq.m”保存functionx1=loweq(x,ts,

13、f0)t=0:ts:ts*(length(x)-1);z=hilbert(x); %希尔伯特变换对的利用-通过实部来求虚部 x1=z.*exp(-j*2*pi*f0*t); %产生信号z的正交分量并将z信号与它的正交分量加在一起3.2主程序文件源代码t0=0.2; %信号的持续时间,用来定义时间向量ts=0.001; %抽样间隔fs=1/ts; %抽样频率fc=300; %载波频率,fc可以任意改变t=-t0/2:ts:t0/2; %时间向量kf=100; %偏差常数df=0.25; %所需的频率分辨率，用在求傅里叶变换时，它表示FFT的最小频率间隔m=sin(100*t); %调制信号，m(

14、t)可以任意更改int_m(1)=0; %求信号m(t)的积分for i=1:length(t)-1int_m(i+1)=int_m(i)+m(i)*ts;endM,m,df1=fftseq(m,ts,df); %对调制信号m(t)求傅里叶变换M=M/fs; %缩放，便于在频谱图上整体观察f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2; %时间向量对应的频率向量u=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_m); %调制后的信号U,u,df1=fftseq(u,ts,df); %对调制后的信号u求傅里叶变换U=U/fs; %缩放%通过调用子程序env_phas和lowe

15、q来实现解调功能v,phase=env_phas(u,ts,fc); %解调，求出u的相位 phi=unwrap(phase); %校正相位角，使相位在整体上连续，便于后面 对该相位角求导dem=(1/(2*pi*kf)*(diff(phi)*fs); %对校正后的相位求导再经一些线性变换来恢复原调制信号乘以fs是为了恢复原信号，因为前面使用了缩放subplot(3,2,1) ,plot(t,m(1:length(t) ,axis(-0.1 0.1 -1 1) ,xlabel('时间t'),title('原调制信号的时域图 /')subplot(3,2,2) ,

16、plot(t,u(1:length(t),axis(-0.1 0.1 -1 1),xlabel('时间t'),title('已调信号的时域图 /')subplot(3,2,3),plot(f,abs(fftshift(M),axis(-600 600 0 0.04),xlabel('频率f'),title('原调制信号的频谱图 /')subplot(3,2,4),plot(f,abs(fftshift(U),axis(-600 600 0 0.04),xlabel('频率f'),title('已调信号的频谱

17、图 /')subplot(3,2,5),plot(t,m(1:length(t),axis(-0.1 0.1 -1 1),xlabel('时间t'),title('原调制信号的时域图 /')subplot(3,2,6),plot(t,dem(1:length(t),axis(-0.1 0.1 -1 1),xlabel('时间t'),title('解调后信号的时域波形 /')4 SIMULINK实现的仿真 4.1所用模块及参数 MATLAB的功能性工具箱主要用来扩充MATLAB的数值分析、矩阵运算、数字信号处理、符号计算功能

18、、图形建模仿真功能、文字处理功能、与硬件实时交互功能。本设计主要用到通信工具箱(Communication Toolbox)的函数是调制与解调：ademod( )模拟带通信号解调，ademodce( ) 模拟基带信号解调，amod( ) 模拟带通信号调制，amodce( ) 模拟基带信号调制。（1）仿真电路如图所示： 图4.1.1 仿真电路 （2）假定基频信号为m(t)=cos(20*t)，载波频率fc=100Hz，相位偏差Kp=/2，如下图：图4.1.2 基带信号设置 （3）调制模块：载波频率(Carrier&#

19、160;frequency)设定为100(Hz)，调制增益设定为1。如下图 图 4.1.3 调制模块参数（4）解调模块：载波频率(Carrier frequency)设定为100(Hz)，调制增益设定为1， 图4.1.4 解调模块参数 （5）示波器：Number of axes这边设定为3，Time range为想要显示的时间终点，设定为auto时， Time range与环境模拟设定时间一样。 图4.1.5 示波器参数 （6）频域讯号的零阶保持：设定为1/1000。 图 4.1.6 零阶保持参数（7）频域讯号的频谱分析器设定：Buffer size设定为1024，Buffer overlap设定为100，FFT length设定为1024；Frequenc