信號(hào)發(fā)生器課程設(shè)計(jì)論文

1、吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 20 頁(yè)目錄 摘 要.2ABSTRACT.3第一章 緒論.4第二章 信號(hào)發(fā)生器的理論部分.72.1 信號(hào)發(fā)生器分類簡(jiǎn)介.72.2 ASK 信號(hào).82.3 FSK 信號(hào).92.4 PSK 信號(hào).102.5 帶限白噪聲.11第三章 MATLAB 的三種仿真辦法 .133.1 仿真基礎(chǔ)原理.133.2 基于 MATLAB的系統(tǒng)仿真.15第四章信號(hào)發(fā)生器的 MATLAB 仿真實(shí)現(xiàn).164.1 線性調(diào)制信號(hào)的 MATLAB 仿真實(shí)現(xiàn).16結(jié)束語(yǔ).18致 謝.19參考文獻(xiàn).20吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 共 2

2、0 頁(yè) 摘 要Matlab 語(yǔ)言是一種數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，它可以將聲音文件變換為離散的數(shù)據(jù)文件，然后利用其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力處理數(shù)據(jù)。本次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行基于 MATLAB 的信號(hào)處理仿真設(shè)計(jì)。研究調(diào)制信號(hào)的 MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)，以線性模擬調(diào)制中的線性調(diào)制 AM、DSB、SSB 調(diào)制為例，通過 MATLAB 程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真和性能分析，完成軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，使系統(tǒng)達(dá)到指標(biāo)需求。 關(guān)鍵詞： mstlab ;信號(hào)發(fā)生器；信號(hào)處理 吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 20 頁(yè)AbstractMatlab language

3、computer application software is a powerful data analysis and processing functions, it can sound files will be converted into discrete data file, then use their powerful matrix calculation ability of data processing. Learn to use the content of the design of signal processing simulation based on MAT

4、LAB design of the curriculum. The simulation of MATLAB modulation signal, the linear simulation modulation linear modulation in AM, DSB, SSB modulation as an example, through the MATLAB program design, implementation and analysis of system simulation and performance, to realize the software design,

5、debug the system, allowing the system to achieve the target requirements.Keyword: matlab; Signal generating device; Signal processing 第一章 緒論MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 共 20 頁(yè)力外，它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué),工程中常用的形式十

6、分相似,故用 MATLAB 來解算問題要比用 C,FORTRAN 等語(yǔ)言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多。 當(dāng)前流行的 MATLAB 7.0/Simulink 3.0 包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(Toolbox)。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能工具包用來擴(kuò)充 MATLAB 的符號(hào)計(jì)算,可視化建模仿真，文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包，控制工具包，信號(hào)處理工具包，通信工具包等都屬于此類。 在 70 年代中期,Cleve Moler 博士和其同事在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金的資助下開發(fā)了調(diào)用 EISPACK 和 LINPACK 的 FORTRAN 子程序庫(kù).E

7、ISPACK 是特征值求解的FOETRAN 程序庫(kù),LINPACK 是解線性方程的程序庫(kù).在當(dāng)時(shí),這兩個(gè)程序庫(kù)代表矩陣運(yùn)算的最高水平. 到 70 年代后期美國(guó) New Mexico 大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主任的 Cleve Moler 利用業(yè)余時(shí)間為學(xué)生編寫 EISPACK 和 LINPACK 的接口程序.在以后的數(shù)年里,MATLAB在多所大學(xué)里作為教學(xué)輔助軟件使用,并作為面向大眾的免費(fèi)軟件廣為流傳。 1983 年春天,Cleve Moler 和 Cleve Moler,Steve Bangert 一起,用 C 語(yǔ)言開發(fā)了第二代專業(yè)版.這一代的 MATLAB 語(yǔ)言同時(shí)具備了數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)圖示化的功能.

8、 1984 年,Cleve Moler 和 John Little 成立了 Math Works 公司,正式把 MATLAB 推向市場(chǎng),并繼續(xù)進(jìn)行 MATLAB 的研究和開發(fā). 在當(dāng)今 30 多個(gè)數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中,就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言,可分為兩大類.一類是數(shù)值計(jì)算型軟件,如 MATLAB,Xmath,Gauss 等,這類軟件長(zhǎng)于數(shù)值計(jì)算,對(duì)處理大批數(shù)據(jù)效率高;另一類是數(shù)學(xué)分析型軟件,Mathematica,Maple 等,這類軟件以符號(hào)計(jì)算見長(zhǎng),能給出解析解和任意精確解,其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時(shí)效率較低.MathWorks 公司順應(yīng)多功能需求之潮流,在其卓越數(shù)值計(jì)算和圖示能力的基礎(chǔ)上

9、,又率先在專業(yè)水平上開拓了其符號(hào)計(jì)算,文字處理,可視化建模和實(shí)時(shí)控制能力,開發(fā)了適合多學(xué)科,多部門要求的新一代科技應(yīng)用軟件 MATLAB.經(jīng)過多年的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng),MATLAB 以經(jīng)占據(jù)了數(shù)值軟件市場(chǎng)的主導(dǎo)地位.時(shí)至今日，經(jīng)過 MathWorks 公司的不斷完善，MATLAB 已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科，多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大大大型軟件。在國(guó)外，MATLAB 已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校，MATLAB 已經(jīng)成為線性代數(shù)，自動(dòng)控制理論，數(shù)理統(tǒng)計(jì)，數(shù)字信號(hào)處理，時(shí)間序列分析，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具。 一種語(yǔ)言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語(yǔ)言的特點(diǎn)，

10、正如同 FORTRAN 和 C 等高級(jí)語(yǔ)言使人們擺脫了需要直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱作為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的 MATLAB，利用其豐富的吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 20 頁(yè)函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。MATLAB 最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。MATLAB 用更直觀的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了 C 和FORTRAN 語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。MATLAB 給用戶帶來的是最直觀，最簡(jiǎn)潔的程序開發(fā)環(huán)境。以下簡(jiǎn)單介紹一下 MATLAB 的主要特點(diǎn)。 語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富,運(yùn)算符豐富。MATLAB 既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如 fo

11、r 循環(huán)，while 循環(huán)，break 語(yǔ)句和 if 語(yǔ)句） ，又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。程序限制不?yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。MATLAB 的圖形功能強(qiáng)大。MATLAB 的缺點(diǎn)是，它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。功能強(qiáng)大的工具箱。源程序的開放性。在七十年代前，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波等幾種常用標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其它波形時(shí)，需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方法。這個(gè)時(shí)期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形，則電路

12、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。同時(shí)，主要表現(xiàn)為兩個(gè)突出問題，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一固定值;二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。在七十年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器 A/D 和 D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。這時(shí)期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì) DAC 的程序控制，就可以得到各種簡(jiǎn)單的波形。信號(hào)發(fā)生的主要實(shí)現(xiàn)方法根據(jù)實(shí)現(xiàn)思路可以分為模擬式和數(shù)字式，根據(jù)實(shí)現(xiàn)方法可以分為直接法、鎖相法、直接數(shù)字法和混合法四種。直接法是優(yōu)點(diǎn)是速度快，相位噪聲底，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜散多。鎖相法所采用的鎖相頻率合成技術(shù)在近年發(fā)展較快，應(yīng)用也較廣泛，但其頻

13、率轉(zhuǎn)換速度不快，電路控制復(fù)雜，這使得該技術(shù)的應(yīng)用受到了一定的限制。直接數(shù)字法是采用直接數(shù)字合成(DDS)的方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生。該技術(shù)具有頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率分辨率高、易于控制的突出特點(diǎn)。在信號(hào)發(fā)生的幾種技術(shù)當(dāng)中，直接數(shù)字合成技術(shù)出現(xiàn)得最晚，但近年來發(fā)展得最快。隨著大規(guī)模集成技術(shù)和數(shù)?；旌闲盘?hào)集成技術(shù)的發(fā)展，單片集成的 DDS 芯片紛紛出現(xiàn)，在應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)大有后來居上的勢(shì)頭?；旌戏▌t是指采用以上方法中的兩種及兩種以上的方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生。隨著現(xiàn)代信息事業(yè)的發(fā)展，測(cè)試對(duì)象不斷豐富，現(xiàn)代通信系統(tǒng)和電子系統(tǒng)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)提出了越來越高的要求，進(jìn)而對(duì)信號(hào)發(fā)生器也提出了更高的要求。我們將當(dāng)前業(yè)內(nèi)對(duì)信號(hào)發(fā)生部件的要求

14、大致歸納為以下四點(diǎn):(1)高頻譜純度、寬頻帶。 (2 ) 快速和多點(diǎn)頻率捷變。(3 )系列化、模塊化。(4 )小型化和工程化。隨著現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理等技術(shù)的發(fā)展，極大促進(jìn)了數(shù)字化技術(shù)在電子測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用，使原有的模擬信號(hào)處理逐步被數(shù)字信號(hào)處理所代替，從而擴(kuò)充了吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 共 20 頁(yè)儀器信號(hào)的處理能力，提高了信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度、精度和變換速度，克服了模擬信號(hào)處理的諸多缺點(diǎn)，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器隨之發(fā)展起來。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 20 頁(yè)第二章 信號(hào)發(fā)生器的理論部分2.1 信號(hào)發(fā)生器分類簡(jiǎn)介信號(hào)發(fā)生器按輸

15、出波形可分為正弦波信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和任意波形發(fā)生器等。按其產(chǎn)生頻率的方法又可分為調(diào)諧信號(hào)發(fā)生器、鎖相信號(hào)發(fā)生器和合成信號(hào)發(fā)生器。調(diào)諧信號(hào)發(fā)生器是由調(diào)諧振蕩器構(gòu)成，傳統(tǒng)調(diào)諧信號(hào)發(fā)生器都是由調(diào)諧振蕩器和統(tǒng)調(diào)的調(diào)幅放大器(輸出放大器)加上一些指示電路構(gòu)成。這種信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、頻率范圍窄，而且可靠性、穩(wěn)定性較差，波形失真比較大。隨著集成電路的迅速發(fā)展，高性能的集成電路越來越多，這類信號(hào)發(fā)生器的性能有所改善。一般這種信號(hào)發(fā)生器只能手動(dòng)來轉(zhuǎn)換量程，不僅體積大，而且可靠性和準(zhǔn)確度很難進(jìn)一步提高，頻率準(zhǔn)確度一般在 0.5%以下?，F(xiàn)代電子測(cè)量對(duì)信號(hào)發(fā)生器的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度要求越來越高

16、，要求在較寬的頻率范圍內(nèi)獲得高穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的輸出信號(hào)。因此調(diào)諧信號(hào)發(fā)生器己經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代電子測(cè)量的需要。另外，這類信號(hào)發(fā)生器只能產(chǎn)生規(guī)則波形，如方波、三角波、TTL 信號(hào)和正弦波。進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)則對(duì)信號(hào)發(fā)生器的輸出波形提出了各種各樣的要求，采用純模擬的方法很難滿足實(shí)驗(yàn)的要求。鎖相信號(hào)發(fā)生器是由調(diào)諧振蕩器通過鎖相的方法獲得輸出信號(hào)的信號(hào)源。這類信號(hào)發(fā)生器頻率的精度和穩(wěn)定度很高，但要實(shí)現(xiàn)快速和數(shù)控比較困難，同時(shí)輸出信號(hào)的頻率分辨率較差。實(shí)現(xiàn)高分辨率的信號(hào)發(fā)生器，采用鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)有一定的難度，尤其是覆蓋低頻和高頻的信號(hào)發(fā)生器采用鎖相實(shí)現(xiàn)比較困難。合成信號(hào)發(fā)生器是采用頻率合成方法構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生器

17、。合成信號(hào)發(fā)生器中使用一個(gè)晶體參考頻率源，所需的各種頻率都由它經(jīng)過分頻、混頻和倍頻后得到的，因而合成器輸出頻率的穩(wěn)定性和精度與參考源一樣，現(xiàn)在絕大多數(shù)頻率合成技術(shù)都使用這種合成方法。這類信號(hào)發(fā)生器具有頻率穩(wěn)定度高、分辨率高、輸出信號(hào)頻率范圍寬、頻率易于實(shí)現(xiàn)程序控制、可以實(shí)現(xiàn)多種波形輸出及頻率顯示方便等優(yōu)點(diǎn)。近 10 年間，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，它以有別于其它頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點(diǎn)，成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。具體體現(xiàn)在頻率范圍寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產(chǎn)生寬帶正交信號(hào)及其他多種調(diào)制信號(hào)、可編程和全數(shù)字化、控制靈活方便等方面，并具有極高的性價(jià)比。傳統(tǒng)的模擬信

18、號(hào)發(fā)生器存在可靠性差、體積大、不能實(shí)現(xiàn)數(shù)控等缺點(diǎn)。模擬信號(hào)發(fā)生器與模擬信號(hào)發(fā)生器相比，具有很大的優(yōu)勢(shì)。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) 共 20 頁(yè)2.2 ASK 信號(hào)在幅度鍵控中載波幅度是隨著調(diào)制信號(hào)而變化的。最簡(jiǎn)單的形式是載波在二進(jìn)制基帶信號(hào) 1 或 0 的控制下通或斷，這種二進(jìn)制幅度鍵控方式稱為通一斷鍵控(00K)。 （2-1）tAatScnookcos其中，A 為載波幅度，為載波頻率，為二進(jìn)制數(shù)字，cna （2-2）P10P1概率概率na當(dāng)二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)為 1 時(shí)，調(diào)制后信號(hào)為正弦波;當(dāng)二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)為 0 時(shí)，調(diào)制后信號(hào)幅度為 0。在一般情況下，調(diào)制信號(hào)

19、可以是具有一定波形形狀的二進(jìn)制序列(二元基帶信號(hào))，即 （2-snnTtgatB3）其中，為信號(hào)間隔，為調(diào)制信號(hào)的時(shí)間波形，同上。二進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)sTtgna的一般時(shí)域表達(dá)式為 （2-4）tnTtgatScsnASKcos2若二進(jìn)制序列的功率譜密度為，二進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)的功率譜密度為，則有BASK (2-5) cBcBASK41由此可知二進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)的頻譜寬度是二進(jìn)制基帶信號(hào)的兩倍。 二進(jìn)制幅度鍵控的調(diào)制器可以用一個(gè)相乘器來實(shí)現(xiàn)，如圖 2.1 所示，對(duì)基帶信號(hào)和載進(jìn)行乘法運(yùn)算即可得到 ZASK 信號(hào)。對(duì)于通斷鍵控信號(hào)來說，相乘器則可以用一個(gè) 關(guān)電路來代替，調(diào)制信號(hào)為 1 時(shí)開關(guān)電路導(dǎo)通，

20、為 0 時(shí)開關(guān)電路切斷。圖 2-1 2ASK 調(diào)制原理圖吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 20 頁(yè)2.3 FSK 信號(hào)在二進(jìn)制頻移鍵控中載波頻率隨著調(diào)制信號(hào) 1 或 0 而變，1 對(duì)應(yīng)于載波頻率，1f0 對(duì)應(yīng)于載波頻率。二進(jìn)制頻移鍵控己調(diào)信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為0f （2-tnTtgatntgatSnsnnsnFSK212coscos6）其中 ,，是的反碼，有112 f222 fnana （2-P10P1概率概率naP11P0概率概率na7）在最簡(jiǎn)單也是最常用的情況下，為單個(gè)矩形脈沖。由式(2-6)可知，二進(jìn)制頻tg移鍵控已調(diào)信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的幅度鍵控已調(diào)信號(hào)之和

21、，因此它的頻帶寬度是兩倍基帶信號(hào)帶寬 B 與之和，即12ff （2-122ffBf8）二進(jìn)制頻移鍵控的調(diào)制器可以采用模擬信號(hào)調(diào)制電路來實(shí)現(xiàn)，但更容易的實(shí)現(xiàn)方法是鍵控法，兩個(gè)獨(dú)立的載波發(fā)生器的輸出受控于輸入的二進(jìn)制信號(hào)，按照 1 或 O 分別選擇一個(gè)載波作為輸出。FSK 方式實(shí)現(xiàn)起來比較容易，抗噪聲和抗衰減性能好，穩(wěn)定可靠，是中低速數(shù)據(jù)傳輸最佳選擇。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 共 20頁(yè) 圖 2-2 2FSK 調(diào)制原理圖2.4 PSK 信號(hào)在 PSK 調(diào)制時(shí)，載波的相位隨調(diào)制信號(hào)狀態(tài)不同而改變。如果兩個(gè)頻率相同的載波同時(shí)開始振蕩，這兩個(gè)頻率同時(shí)達(dá)到正最大值，

22、同時(shí)達(dá)到零值，同時(shí)達(dá)到負(fù)最大值，此時(shí)它們就處于“同相”狀態(tài);如果一個(gè)達(dá)到正最大值時(shí)，另一個(gè)達(dá)到負(fù)最大值，則稱為“反相”。一般把信號(hào)振蕩一次(一周)作為 360 度。如果相差半個(gè)周期，我們說兩個(gè)波的相位差 180 度，也就是反相。二進(jìn)制相移鍵控中，載波的相位隨調(diào)制信號(hào) 1 或 0 而改變，通常用相位 0。和來分別表示 1 或 0。二進(jìn)制相移鍵控已調(diào)信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式180為 （2-tnTtgatScnsnBPSKcos9） （2-Pan11P1概率概率10）若為單個(gè)矩形脈沖，則有tg （2-iccBPSKttScoscost11）其中，=0 或。當(dāng)碼變化的時(shí)候，信號(hào)的相位有的翻轉(zhuǎn)。i180式(2-

23、9)所示 BPSK 信號(hào)與式(2-1)所示 OOK 信號(hào)相對(duì)比可知，BPSK 信號(hào)是雙極性非歸零碼的雙邊帶調(diào)制，而 OOK 信號(hào)則是單極性非歸零碼的雙邊帶調(diào)制。BPSK 調(diào)制信號(hào)沒有直流分量，因而是抑制載波的雙邊帶調(diào)制。由此可見，BPS 信號(hào)的功率譜與 OOK信號(hào)的相同，只是少了一個(gè)離散的載頻分量。這一結(jié)論也同樣適用于基帶信號(hào)為其他形式的 BPSK信號(hào)。BPSK 調(diào)制器可以采用相乘器，如圖 2-3 所示。將二進(jìn)制信息由單記性變?yōu)殡p極性后與載波相乘，即可得到已調(diào)信號(hào)。另外，也可以用相位選擇器來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)二進(jìn)制信息選擇載波的相位，也可得到已調(diào)信號(hào)。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì) 第 1

24、1 頁(yè) 共 20頁(yè)圖 2-3 BPSK 調(diào)制原理圖PSK 相移鍵控調(diào)制技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸中，尤其是在中速和中高速的數(shù)傳機(jī) 2400bit/s-4800bit/s 中得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用較多的是二相和四相調(diào)相，即 QPSK(Quadrature Phaseshift Keying)，在衛(wèi)星信道中傳送數(shù)字電視信號(hào)時(shí)采用的就是 QPSK 調(diào)制方式，它可以看成是由兩個(gè) ZPSK 調(diào)制器構(gòu)成的。輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)串一并變換后分成兩路速率減半的序列，由電平轉(zhuǎn)換器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號(hào) I(t)和 Q(t)，然后對(duì)載波 Acos2fct 和 Asin2fct 進(jìn)行調(diào)制，相加后即可得到 QPSK 信號(hào)

25、。四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數(shù)字信息，是四進(jìn)制移相鍵控。QPSK是在 M=4 時(shí)的調(diào)相技術(shù)，它規(guī)定了四種載波相位，分別為 45 度，135 度，225 度，275 度。調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制數(shù)字序列，為了能和四進(jìn)制的載波相位配合起來，則需要把二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換為四進(jìn)制數(shù)據(jù)，這就是說需要把二進(jìn)制數(shù)字序列中每?jī)杀忍胤殖梢唤M，共有四種組合，即 00，01，10，l1。QPSK 中每次調(diào)制可傳輸 2 個(gè)信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。2.5 帶限白噪聲白噪聲是指功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的噪聲。嚴(yán)格地說，白噪聲只是一種理想化模型，因?yàn)閷?shí)際噪聲的功率譜密度不

26、可能具有無限寬的帶寬，否則它的平均功率將是無限大，是物理上不可實(shí)現(xiàn)的，如圖 2-4。然而，白噪聲在數(shù)學(xué)處理上比較方便，因此它是系統(tǒng)分析的有力工具。一般，只要一個(gè)噪聲過程所具有的頻譜寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它所作用系統(tǒng)的帶寬，并且在該帶寬中其頻譜密度基本上可以作為常數(shù)來考慮，就可以把它作為白噪聲來處理。白噪聲具有頻帶寬、能量分布均衡、對(duì)被測(cè)系統(tǒng)干擾小的特點(diǎn)，在工程實(shí)際中，是一種使用十分廣泛的信號(hào)。當(dāng)然用任何方法都無法產(chǎn)生理想的無限帶寬的白噪聲，實(shí)際應(yīng)用中是要求信號(hào)的頻率特性在一定帶寬內(nèi)具有白噪聲的頻率特性，即帶寬內(nèi)各頻率分量能量近似相等。工程應(yīng)用和試驗(yàn)研究中，經(jīng)常需要信號(hào)的帶寬可調(diào)，并具有較好的低通特性，一

27、般還要求產(chǎn)生的白噪聲信號(hào)具有一定的輸出功率。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 共 20頁(yè)圖 2-4 理想白噪聲的功率譜密度和自相關(guān)函數(shù)白噪聲的實(shí)現(xiàn)可以通過單一的 Logist 方程進(jìn)行，Logist 方程見式(2-11)。Logist 所產(chǎn)生的迭代混沌序列是平穩(wěn)的隨機(jī)過程，并且當(dāng)參數(shù) K=4 時(shí)，所產(chǎn)生的信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性和時(shí)頻特性與白噪聲一致，因此用 Logist 方程可以產(chǎn)生白噪聲的理論成立。而且同時(shí)應(yīng)用兩個(gè) Logist 方程可以改善白噪聲的性能。 (2-12) 1 , 5 . 05 . 0 , 011xXXXnnn吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)

28、第 13 頁(yè) 共 20頁(yè)第三章第三章 MATLABMATLAB 的三種仿真辦法的三種仿真辦法3.1 仿真基礎(chǔ)原理3.1.1 三種仿真方法簡(jiǎn)介目前，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為解決工程實(shí)際問題的重要手段，Matlab軟件是其中功能最為強(qiáng)大的仿真軟件之一。目前利用Matlab進(jìn)行系統(tǒng)性能仿真，主要有三種方法：其一是通過腳本程序的編寫，實(shí)現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)仿真和性能分析；其二是利用Simulink模塊庫(kù)，通過鼠標(biāo)拖拉的方式建立相關(guān)系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，以達(dá)到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真和性能分析的目的；其三是利用圖形用戶界面GUI，創(chuàng)建各種菜單、按鈕等可視化界面，通過函數(shù)回調(diào)等手段，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的系統(tǒng)仿真及其性能分

29、析。Matlab語(yǔ)言比較簡(jiǎn)單，腳本程序的編寫也比較簡(jiǎn)單，很多語(yǔ)言結(jié)構(gòu)和風(fēng)格與常用的C語(yǔ)言非常相似，因此，對(duì)于初學(xué)者而言，是很容易上手的。Simulink軟件具有豐富的模塊庫(kù)，其中公共模塊庫(kù)共包含9個(gè)模塊庫(kù)：連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)、離散系統(tǒng)模塊庫(kù)、函數(shù)與表庫(kù)、數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)、非線性系統(tǒng)模塊庫(kù)、信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(kù)、系統(tǒng)輸出模塊庫(kù)、系統(tǒng)輸人模塊庫(kù)、子系統(tǒng)模塊庫(kù)。除了公共模塊庫(kù)之外，Simulink中還集成了許多面向不同專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)模塊庫(kù)，如面向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析的Control System Toolbox模塊庫(kù)、面向數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析的DSP Blockset模塊庫(kù)、專用于通信系統(tǒng)仿真的通訊模塊庫(kù)等。

30、Simulink不但功能非常強(qiáng)大，而且還是一個(gè)開放性體系，可以支持用戶開發(fā)模塊來增強(qiáng)其自身的功能。圖形用戶界面GUI(Graphics User Interface)是由各種圖形對(duì)象，如圖形窗口、圖軸、菜單、按鈕、文本框等構(gòu)建的用戶界面，是人機(jī)交流信息的T具和方法。在該界面內(nèi)，吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 共 20頁(yè)用戶可以根據(jù)界面提示完成整個(gè)工程，不必去了解工程內(nèi)部是如何工作的。GUI設(shè)計(jì)可以以基本的Matlab程序設(shè)計(jì)為主，也可以鼠標(biāo)為主利用GUIDE(Graphics User Interface Design Environment)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)。利

31、用GUIDE設(shè)計(jì)圖形用戶界面時(shí)，可通過GUI應(yīng)用屬性設(shè)置編輯器來設(shè)置對(duì)句柄操作的響應(yīng)，findobj命令可以獲得所需對(duì)象的旬柄。GUIDE是個(gè)專用于GUI程序設(shè)計(jì)的快速開發(fā)環(huán)境，使用者通過鼠標(biāo)就能迅速地產(chǎn)生各種CUI控件，并隨心所欲地改變它們的外形、大小及顏色等，從而幫助用戶方便地設(shè)計(jì)出各種符合要求的圖形用戶界面。本章將以線性模擬調(diào)制為例，來闡述基于Natlab70的三種系統(tǒng)仿真方法，本次設(shè)計(jì)主要是用Matlab的系統(tǒng)仿真。3.1.2 線性模擬調(diào)制原理線性模擬調(diào)制主要有調(diào)幅(AM)、雙邊帶(DSB)、單邊帶(SSB)和殘留邊帶(VSB)等調(diào)制方式。其中VSB調(diào)制是介于SSB與DSB之間的一種折

32、中方式。由于基于Matlab 70的三種系統(tǒng)仿真，都需要了解系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，所以下面就對(duì)AM、DSB和SSB調(diào)制的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。AM調(diào)制的時(shí)域表示式： （3-ttmtttmtScccAMcoscoscos00AA1）DSB調(diào)制的時(shí)域表示式： （3-ttmSDSB0cos2）SSB調(diào)制的時(shí)域表示式： （3-thttmtSSSB0cos3）式中,為基帶調(diào)制信號(hào)，均值為0；為常數(shù)，表示疊加的直流分量；為載波tm0Ac角頻率；為濾波器的時(shí)域傳輸函數(shù)。顯然，DSB調(diào)制與AM調(diào)制相比，少了直流分th量。SSB調(diào)制只是DSB調(diào)制通過一個(gè)濾波器得到的，不同的濾波器得到不同的SSB0A信號(hào)。若是低通濾波器，則

33、得到的是下邊帶信號(hào)LSB；若是高通濾波器，則得到的是上邊帶信號(hào)USB。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 20頁(yè)3.2基于Matlab的系統(tǒng)仿真本文以線性模擬調(diào)制中的線性調(diào)制AM調(diào)制為例，通過腳本程序的編寫，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真和性能分析。首先，編寫Matlab腳本程序如下：clear;clf;t=0:pi/10:40*pi;Carrier=sin(t);Mod_Sig=sin(t/20);Dsb_am=Carrier.*(1+Mod_Sig);plot(t,Carrier,t,Mod_Sig,t,Dsb_am);title(Plot of carrier modulated

34、 by sinewave (dsb-am);xlabel(time);ylabel(voltage);grid on;legend(carrier,baseband,modulated signal)020406080100120140-2-1.5-1-0.500.511.52Plot of carrier modulated by sinewave (dsb-am)timevoltagecarrierbasebandmodulated signal吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) 共 20頁(yè)圖3-1 基于腳本程序仿真的仿真結(jié)果第四章 信號(hào)發(fā)生器的 MATLAB

35、 仿真實(shí)現(xiàn)4.1 線性調(diào)制信號(hào)的 MATLAB 仿真實(shí)現(xiàn)Matlab語(yǔ)言比較簡(jiǎn)單，腳本程序的編寫也比較簡(jiǎn)單，很多語(yǔ)言結(jié)構(gòu)和風(fēng)格與常用的C語(yǔ)言非常相似，因此，對(duì)于初學(xué)者而言，是很容易上手的。本文以線性模擬調(diào)制中的線性調(diào)制AM、DSB、SSB調(diào)制為例，通過腳本程序的編寫，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真和性能分析。理論介紹參考第三章。close all;clear all;dt=0.001;fm=1;fc=10;t=0:dt:5;mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fm*t);%AM信號(hào)吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 20頁(yè)A=2;s_am=(A+mt).*cos(2*pi*fc*t

36、);figure;subplot(311);plot(t,s_am);hold on;plot(t,A+mt,r);title(AM);xlabel(t);%DSB信號(hào)s_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t); subplot(312);plot(t,s_dsb);hold on;plot(t,mt,r);title(DSB);xlabel(t);%SSB信號(hào)s_ssb=real(hilbert(mt).*exp(j*2*pi*fc*t);subplot(313);plot(t,s_ssb);title(SSB);xlabel(t);吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)（論文）

37、第 18 頁(yè) 共 20頁(yè)00.511.522.533.544.55-4-2024AMt00.511.522.533.544.55-2-1012DSBt00.511.522.533.544.55-2-1012SSBt圖 4-1 AM、DSB、SSB 信號(hào)的仿真實(shí)現(xiàn)圖 結(jié)束語(yǔ)計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為解決工程實(shí)際問題的重要手段，Matlab軟件是其中功能最為吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 20頁(yè)強(qiáng)大的仿真軟件之一。目前利用Matlab進(jìn)行系統(tǒng)性能仿真，主要有三種方法：其一是通過腳本程序的編寫，實(shí)現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)仿真和性能分析；其二是利用Simulink模塊庫(kù)，通過鼠標(biāo)拖拉的方式建立相關(guān)系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，以達(dá)到動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真和性能分析的目的；其三是利用圖形用戶界面GUI，創(chuàng)建各種菜單、按鈕等可視化界面，通過函數(shù)回調(diào)等手段，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的系統(tǒng)仿真及其性能分析。Matlab語(yǔ)言比較簡(jiǎn)單，腳本程序的編寫也比較簡(jiǎn)單，很多語(yǔ)言結(jié)構(gòu)和風(fēng)格與常用的C語(yǔ)言非常相似，因此，對(duì)于初學(xué)者而言，是很容易上手的。利用 MATLAB 豐富的數(shù)據(jù)處理函數(shù)和強(qiáng)大的圖形可視化功能，用它來實(shí)