信號(hào)處理matlab

1、武漢理工大學(xué)信號(hào)分析與處理課程設(shè)計(jì)說明書目錄摘要1Abstract21 模擬通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介31.1模擬通信系統(tǒng)概念31.2相位調(diào)制與解調(diào)31.3 SIMULINK32 調(diào)制與解調(diào)原理分析42.1調(diào)相信號(hào)42.2 調(diào)制原理52.3 解調(diào)原理53 函數(shù)實(shí)現(xiàn)的仿真73.1M文件源代碼73.1.1傅里葉變換的子函數(shù)73.1.2求信號(hào)相角的子函數(shù)73.1.3產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)的正交分量的子函數(shù)73.2主程序文件源代碼83.3程序運(yùn)行結(jié)果94 SIMULINK實(shí)現(xiàn)的仿真104.1所用模塊及參數(shù)104.2 仿真結(jié)果135 心得體會(huì)156 參考資料17附錄：本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表18 摘要 模擬信號(hào)是指信息參數(shù)在給

2、定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)，或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)。模擬通信是一種以模擬信號(hào)傳輸信息的通信方式。非電的信號(hào)（如聲、光等）輸入到變換器（如送話器、光電管），使其輸出連續(xù)的電信號(hào)，使電信號(hào)的頻率或振幅等隨輸入的非電信號(hào)而變化。利用信號(hào)的調(diào)變技術(shù)，可以將信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需要的不同性質(zhì)的模擬信號(hào)。例如，可以對(duì)正弦載波進(jìn)行調(diào)幅、調(diào)頻來達(dá)到特殊的工作目的，本文主要描述模擬信號(hào)的相位調(diào)制與解調(diào)方法。關(guān)鍵詞：模擬信號(hào) 模擬通信 相位調(diào)制 解調(diào) 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武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書1 模擬通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1模擬通信系統(tǒng)概念通信系統(tǒng)是為了有效可靠的傳輸信息，信息由信源發(fā)出，以語言、圖像、數(shù)據(jù)為媒體,通過電(光)信號(hào)將信息傳輸，由信宿接收。通信系統(tǒng)又可分為數(shù)字通信與模擬通信?；谡n程設(shè)計(jì)的要求，下面簡(jiǎn)要介紹模擬通信系統(tǒng)。信源是模擬信號(hào)，信道中傳輸?shù)囊彩悄M信號(hào)的系統(tǒng)為模擬通信，模擬通信系統(tǒng)的模型如圖1所示。圖1 模擬通信系統(tǒng)的模型1.2相位調(diào)制與解調(diào)相位調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)相，用PM表示，它是使高頻振蕩信號(hào)的相位按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，其振幅也保持不變。調(diào)相信號(hào)的解

7、調(diào)，稱為鑒相或相位檢波。角度調(diào)制屬于頻譜的非線性變換，即已調(diào)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不再保持原調(diào)制信號(hào)頻譜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，且調(diào)制后的信號(hào)帶寬比原調(diào)制信號(hào)的貸款要大得多。雖然角度調(diào)制信號(hào)的頻帶利用率不高，但其抗干擾和噪聲的能力較強(qiáng)。1.3 SIMULINKSIMULINK是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。而所謂模型化圖形輸入是指SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊

8、的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型，進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。2 調(diào)制與解調(diào)原理分析 2.1調(diào)相信號(hào)在模擬調(diào)制中，一個(gè)連續(xù)波有三個(gè)參數(shù)可以用來攜帶信息而構(gòu)成已調(diào)信號(hào)。當(dāng)幅度和頻率保持不變時(shí)，改變載波的相位使之隨未調(diào)信號(hào)的大小而改變，這就是調(diào)相的概念。角度調(diào)制信號(hào)的一般表示形式為： （2.1.1）式中，A是載波的恒定振幅；ct+(t)是信號(hào)的瞬時(shí)相位，而(t)稱為瞬時(shí)相位偏移；dct+(t)/dt為信號(hào)的瞬時(shí)頻率，而d(t)/dt稱為瞬時(shí)頻率偏移，即相對(duì)于C的瞬時(shí)頻率偏移 設(shè)高頻載波為Uc=UcmCOSct，調(diào)制信號(hào)為U(t)，

9、則調(diào)相信號(hào)的瞬時(shí)相位(t)=ct+KpU(t)瞬時(shí)角頻率 (2.1.2)調(diào)相信號(hào): (2.1.3)將信號(hào)的信息加在載波的相位上則形成調(diào)相信號(hào)，調(diào)相的表達(dá)式為： (2.1.4)這里KPM稱為相移指數(shù)，這種調(diào)制方式，載波的幅度和角頻率不變，而瞬時(shí)相位偏移是調(diào)制信號(hào)f(t)的線性函數(shù)，稱為相位調(diào)制。調(diào)相與調(diào)頻有著相當(dāng)密切的關(guān)系，我們知道相位與頻率有如下關(guān)系式： （2.1.5） （2.1.6） 所以在調(diào)相時(shí)可以先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行微分后在進(jìn)行頻率調(diào)制，這樣等效于調(diào)相，此方法稱為間接調(diào)相，與此相對(duì)應(yīng)，上述方法稱為直接調(diào)相。調(diào)相信號(hào)的產(chǎn)生如圖所示： 圖2.1.1 直接調(diào)相 圖2.1.2 間接調(diào)相2.2 調(diào)制原

10、理實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的基本原理是使角頻率為c的高頻載波Uc(t)通過一個(gè)可控相移網(wǎng)絡(luò),此網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的相移受調(diào)制電壓U(t)控制,滿足關(guān)系 =K p U (t)所以網(wǎng)絡(luò)輸出就是調(diào)相信號(hào)，可控相移網(wǎng)絡(luò)調(diào)相原理圖如圖所示： 圖 2.2 控相移網(wǎng)絡(luò)調(diào)相原理2.3 解調(diào)原理 已調(diào)波的解調(diào)電路稱為檢波器，調(diào)相波的解調(diào)電路稱為相位檢波器或鑒相器。采用乘積鑒相是最常用的方法。若調(diào)相信號(hào)為： (2.3.1)其中 (t)=K pm (t)同步信號(hào)與載波信號(hào)相差pi/2 (2.3.2) 式中k為乘法器增益,低通濾波器增益為1,可以看到乘積鑒相的線性鑒相范圍較小，只能解調(diào)Mp6的調(diào)相信號(hào)。乘積鑒相器的原理圖如圖所示，由于相乘

11、的兩個(gè)信號(hào)有pi/2的固定相位差，故這種方法又稱為正交乘積鑒相。原理如下圖： 圖2.3 正交乘積鑒相3 函數(shù)實(shí)現(xiàn)的仿真3.1M文件源代碼3.1.1下述傅里葉變換的子函數(shù)m文件以“fftseq.m”保存functionM,m,df=fftseq(m,ts,df)fs=1/ts;ifnargin=2,n1=0; %nargin為輸入?yún)⒘康膫€(gè)數(shù)else n1=fs/df;endn2=length(m);n=2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2); %nextpow2(n)取n最接近的較大2次冪M=fft(m,n); %M為信號(hào)m的傅里葉變換，n為快速傅里葉變換的點(diǎn)數(shù)m=m,z

12、eros(1,n-n2); %構(gòu)建新的m信號(hào)df=fs/n; %重新定義頻率分辨率3.1.2下述求信號(hào)相角的子函數(shù)的m文件以“env_phas.m”保存 function v,phi=env_phas(x,ts,f0)if nargout=2 %nargout為輸出變數(shù)的個(gè)數(shù)z=loweq(x,ts,f0); %產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)的正交分量phi=angle(z); %angle是對(duì)一個(gè)復(fù)數(shù)求相角的函數(shù) end v=abs(hilbert(x); %abs用來求復(fù)數(shù)hilbert(x)的模3.1.3下述產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)的正交分量的m文件以“l(fā)oweq.m”保存functionx1=loweq(x,ts,

13、f0)t=0:ts:ts*(length(x)-1);z=hilbert(x); %希爾伯特變換對(duì)的利用-通過實(shí)部來求虛部 x1=z.*exp(-j*2*pi*f0*t); %產(chǎn)生信號(hào)z的正交分量并將z信號(hào)與它的正交分量加在一起3.2主程序文件源代碼t0=0.2; %信號(hào)的持續(xù)時(shí)間,用來定義時(shí)間向量ts=0.001; %抽樣間隔fs=1/ts; %抽樣頻率fc=300; %載波頻率,fc可以任意改變t=-t0/2:ts:t0/2; %時(shí)間向量kf=100; %偏差常數(shù)df=0.25; %所需的頻率分辨率，用在求傅里葉變換時(shí)，它表示FFT的最小頻率間隔m=sin(100*t); %調(diào)制信號(hào)，m(

14、t)可以任意更改int_m(1)=0; %求信號(hào)m(t)的積分for i=1:length(t)-1int_m(i+1)=int_m(i)+m(i)*ts;endM,m,df1=fftseq(m,ts,df); %對(duì)調(diào)制信號(hào)m(t)求傅里葉變換M=M/fs; %縮放，便于在頻譜圖上整體觀察f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2; %時(shí)間向量對(duì)應(yīng)的頻率向量u=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_m); %調(diào)制后的信號(hào)U,u,df1=fftseq(u,ts,df); %對(duì)調(diào)制后的信號(hào)u求傅里葉變換U=U/fs; %縮放%通過調(diào)用子程序env_phas和lowe

15、q來實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能v,phase=env_phas(u,ts,fc); %解調(diào)，求出u的相位 phi=unwrap(phase); %校正相位角，使相位在整體上連續(xù)，便于后面 對(duì)該相位角求導(dǎo)dem=(1/(2*pi*kf)*(diff(phi)*fs); %對(duì)校正后的相位求導(dǎo)再經(jīng)一些線性變換來恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)乘以fs是為了恢復(fù)原信號(hào)，因?yàn)榍懊媸褂昧丝s放subplot(3,2,1) ,plot(t,m(1:length(t) ,axis(-0.1 0.1 -1 1) ,xlabel('時(shí)間t'),title('原調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖 /')subplot(3,2,2) ,

16、plot(t,u(1:length(t),axis(-0.1 0.1 -1 1),xlabel('時(shí)間t'),title('已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖 /')subplot(3,2,3),plot(f,abs(fftshift(M),axis(-600 600 0 0.04),xlabel('頻率f'),title('原調(diào)制信號(hào)的頻譜圖 /')subplot(3,2,4),plot(f,abs(fftshift(U),axis(-600 600 0 0.04),xlabel('頻率f'),title('已調(diào)信號(hào)的頻譜

17、圖 /')subplot(3,2,5),plot(t,m(1:length(t),axis(-0.1 0.1 -1 1),xlabel('時(shí)間t'),title('原調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖 /')subplot(3,2,6),plot(t,dem(1:length(t),axis(-0.1 0.1 -1 1),xlabel('時(shí)間t'),title('解調(diào)后信號(hào)的時(shí)域波形 /')4 SIMULINK實(shí)現(xiàn)的仿真 4.1所用模塊及參數(shù) MATLAB的功能性工具箱主要用來擴(kuò)充MATLAB的數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號(hào)處理、符號(hào)計(jì)算功能

18、、圖形建模仿真功能、文字處理功能、與硬件實(shí)時(shí)交互功能。本設(shè)計(jì)主要用到通信工具箱(Communication Toolbox)的函數(shù)是調(diào)制與解調(diào)：ademod( )模擬帶通信號(hào)解調(diào)，ademodce( ) 模擬基帶信號(hào)解調(diào)，amod( ) 模擬帶通信號(hào)調(diào)制，amodce( ) 模擬基帶信號(hào)調(diào)制。（1）仿真電路如圖所示： 圖4.1.1 仿真電路 （2）假定基頻信號(hào)為m(t)=cos(20*t)，載波頻率fc=100Hz，相位偏差Kp=/2，如下圖：圖4.1.2 基帶信號(hào)設(shè)置 （3）調(diào)制模塊：載波頻率(Carrier&#

19、160;frequency)設(shè)定為100(Hz)，調(diào)制增益設(shè)定為1。如下圖 圖 4.1.3 調(diào)制模塊參數(shù)（4）解調(diào)模塊：載波頻率(Carrier frequency)設(shè)定為100(Hz)，調(diào)制增益設(shè)定為1， 圖4.1.4 解調(diào)模塊參數(shù) （5）示波器：Number of axes這邊設(shè)定為3，Time range為想要顯示的時(shí)間終點(diǎn)，設(shè)定為auto時(shí)， Time range與環(huán)境模擬設(shè)定時(shí)間一樣。 圖4.1.5 示波器參數(shù) （6）頻域訊號(hào)的零階保持：設(shè)定為1/1000。 圖 4.1.6 零階保持參數(shù)（7）頻域訊號(hào)的頻譜分析器設(shè)定：Buffer size設(shè)定為1024，Buffer overlap設(shè)定為100，F(xiàn)FT length設(shè)定為1024；Frequenc