1、 目录摘要-4第 1 章 课程设计内容及要求-41、课程设计的内容-42、课程设计的要求-4第 2 章 通信系统的调制与解调-51、通信系统的概念-52、调制和解调的概念-6第 3 章 MATLAB 软件及功能介绍-71、MATLAB 软件简介-72、GUI 功能简介-73、基于 MATLAB 相关函数介绍-8第 4 章 四种模拟信号的调制解调-101、AM 的调制与解调-102、DSB 的调制与解调-133、SSB 的调制与解调-164、FM 的调制与解调-195、GUI 界面的设计-23第 5 章 总结与结束语-251、各调制解调方式性能分析总结-252、结束语-26参考文献-26摘要：通
2、信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称，作用是将信息从信源发送到一个或多个目的地。调制与解调在信息的传输过程中占据着重要的地位，是不可或缺的，因此研究系统的调制和解调过程就极为重要。 MATLAB 是 集数 值 计 算 、 图 形 绘 制 、 图 像 处 理 及 系 统 仿 真 等 强 大 功 能 于 一 体 的 科 学 计 算 语言 ， 它 强 大 的 矩 阵 运 算 和 图 形 可 视 化 的 功 能 以 及 丰 富 的 工 具 箱 ， 为 通 信 系统 的 调 制 和 解 调 过 程 的 分 析 提 供 了 极 大 的 方 便 。本 次 课 程 设 计 首 先 介 绍 了 通 信
3、系 统 的 概 念 ， 进 而 引 出 调 制 和 解 调 ， 然 后介 绍 了 我 们 常 用 的 几 种 调 制 和 解 调 的 方 法 。 由 于 MATLAB 具 有 的 强 大 功 能 所以 详 细 介 绍 了 MATLAB 通信系统工具箱， 并给 出 了 基于 MATLAB 的 通 信 系 统 的调 制 与 解 调 的 实 现 ， 运用 MATLAB 仿真软件进行仿真。第一章 课程设计内容及要求1、课程设计的内容1）.编写 MATLAB 程序实现 AM 的调制与解调； 2）.编写 MATLAB 程序实现 DSB 的调制与解调； 3）.编写 MATLAB 程序实现 SSB 的调制与解
4、调；4）.编写 MATLAB 程序实现 FM 的调制与解调；5）.调用 GUI 实现以上相应的波形。2、课程设计的要求1）.掌握线性幅度(AM、DSB、SSB）的调制和解调原理，以及非线性角度（FM）的调制与解调原理。2）.学会 Matlab 仿真软件在幅度调制与解调和角度调制与解调中的应用。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。5）.学习掌握如何生成 GUI 界面以及如何使用它来显示相应的波形。第二章 通信系统的调制与解调1、通信系统的概念通信是为了传输信息，通信系统就是将信息从信源发送到一个或多个目的地，对于电通信来说，首先要把消息转变成电信号
5、，然后经过发送设备，将信号送入信道，在接收端利用接受设备对接收信号作相应的处理后，送给信宿再转换为原来的消息，这一过程可利用图 1 所示的通信系统一般模型来概括。（发送端） （接收端） 图 1 通信系统的一般模型通信(Communication)传输的消息是多种多样的，可以分成两大类：一类称为连续消息；另一类称为离散消息。消息的传递是通过它的物理载体电信号来实现的，按信号参量的取值不同，可以把信号分为两类：模拟信号和数字信号。通常按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应的可以把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。1）.模拟通信系统模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统，其模型如
6、图 2 所示，其中包含两种重要变换。第一种变换是，在发送端把连续消息变换成原始电信号，在接收端进行相反的变换，这种变换由信源和信宿来完成，通常称为原始电信号为基带信号，基带的意思是指信号的频谱从零频附近开始。有些信道可以直接传输基带信号，而以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传输这些信号。因此，模拟通信系统中常常需要进行第二种变换：把基带信号变换成适合在信道中传输的信号，并在接收端进行反变换。完成这种变换和反变换的通常是调制器和解调器 1。图 2 模拟通信系统模型型信息源发送设备 信道 接收设备噪声源 受信者受信者模拟信息源解调器调制器 噪声源信道2.调制和解调的概念 调制：把信号转换成适
7、合在信道中传输的形式的一种过程，广义的调制分为基带调制和带通调制（也称为载波调制） 。在无线通信中和其他大多数场合，调制均指载波调制。载波调制，就是用调制信号去控制载波的参数的过程，使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的消息信号（基带信号） ，这些信号可以是模拟的，也可以是数字的。未受调制的周期性振荡信号称为载波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波（如周期性脉冲序列） 。载波调制后称为已调信号，它含有调制信号的全部特征。解调：将已调信号中的调制信号恢复出来，是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。解调可以分为正弦波解调（有时也称为连续波解调） 。正弦波
8、解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调，此外还有一些变种如单边带信号解调、残留边带信号解调等。同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。调制方式有很多，根据调制信号是模拟信号还是数字信号，载波是连续波（通常是正弦波）还是脉冲序列，相应的调制方式有模拟连续波调制（简称模拟调制） 、数字连续波调制（简称数字调制） 、模拟脉冲调制和数字脉冲调制等。最重要和最常用的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。常见的调幅、双边带、单边带和残留边带等调制就是幅度调制的几个典型实例。解调的方法可以分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波） 。解调过程与采用
9、何种解调方式有关，对于常规幅度调制，一般用包络检波进行解调，由于在这种解调方式中，接收机对载波频率和相应精度的了解是无关紧要的，所以解调过程相对简单。对于 DSB 调制和 SSB 调制，用相干解调的方法，它要求在接收机中有一个与载波同频同相的信号，接收机中产生所需要的正弦波振荡器，为本地振荡器。数字通信系统中，采用键控调制方式，这里不一一介绍。第三章 MATLAB 软件及功能介绍1、MATLAB 软件简介MATLAB 是 matrix是用来求函数 x 的行数和列数。8）.randn 函数只用来产生随机数，在本次课设中，该函数可用来产生随机数作为在信道中加入的随机噪声。如 ni=randn(m,
10、n)为产生一个随机矩阵作为噪声加入到信道中。9）.int 函数是求积分的函数，如 y=int_x，即 x 的积分是 y。10）.diff 函数是求导的函数，如 y=diff_x,即 x 的倒数是 y。11）.str2num 函数是将我们所输入的数正常显示出来，因为在 MATLAB 中，函数所显示的数是 ASC 码值，因此，必须用此函数才能正常显示我们所想使用的阿拉伯数字。12）.hilbert 函数，是用来提取包络的，在包络检波中可以运用到。其调用格式为：s=abs(hilbert(s0);第四章 四种模拟信号的调制解调1、AM 的调制解调1）.AM 调制原理基带信号中含有直流分量，已调信号表
11、达式： twtmAtScMos)()(0A0：调制信号中的直流成分；m(t)：需传送的原始信号。由上式可以看出，载波信号的表达式为 tcos ，调制信号的表达式为 tts)( 。在本次课设中，令 Am 为 5，并且在 m(t)前设有调制系数 m 来控制调制程度。原理框图如下所示：2）.AM 的解调原理AM 的解调为调制的逆过程，AM 解调可以分为相干解调和包络（非相干解调）两种，在本次课设中，两种方法我都运用到，在下面的内容中将会做一系列的对比。在相干解调中，要注意的是我们要加入一个与原先调制信号运用到的载波信号一样的载波信号与已调信号相乘。本次课设用到的是相关解调。（1）相干解调相干解调也叫
12、同步检波。解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。调制是把基带信号的谱搬到了载频的位置，这一过程可以通过一个相乘器与载波相乘来实现。解调则是调制的逆过程，即把在载频位置上的已调信号的谱搬回到原始基带位置，因此同样可以用相乘器与载波相乘来实现。相干解调时，为了无失真的恢复出原始基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波） ，它与接收的已调信号相乘后，经过低通滤波器取出低通分量，即可得到原始的基带调制信号。相干解调适用于所有的线性调制信号的解调，即对 AM、DSB、SSB。在下面的有关对 DSB、SSB 等的相干解调将不再做解释。从下面的原理图我们可以看出
13、来。Sam(t) Sp(t) Sd(t)c(t)=coswct相干解调的一般模型（2）.包络检波AM 信号在满足|m(t)|max1)()( cUSBH若具有以下理想低通特性，则可滤除上边带； )(,01)()( cLSB实现 SSB 的调制需要设计一个滤波器，本次课设我设计的是低通滤波器，查 阅资料，用 matlab 设计生成滤波器的系数。3）.SSB 调制与解调的结果实现与分析（1）.SSB 调制解调程序代码cla resetfm=1;fc=10;am=sqrt(2);Fs=300;wc=2*pi*fc;wm=fm*2*pi; t=0:1/Fs:1; sm=am*cos(wm*t); %原
14、信号 subplot(421)plot(t,sm); %原信号时域波形 title(SSB 调制信号的时域波形);xlabel(t);grid on; s=modulate(sm,fc,Fs,amssb); %已调制信号S=abs(fft(sm); %傅里叶变换 subplot(422)plot(S); %已调制信号频域波形 title(SSB 原始信号的功率谱);xlabel(w);grid on;subplot(423)plot(t,s); %已调制信号时域波形 title(SSB 已调信号时域波形);xlabel(t);grid on; subplot(424)S=abs(fft(s);
15、plot(S); %已调制信号频域波形 title(SSB 已调信号的功率谱);xlabel(w);grid on; sp=s.*cos(wc*t); %乘相干载波 fp=3;fs=15; %设计低通滤波器 wp=(2*pi*fp)/Fs;ws=(2*pi*fs)/Fs;alphap=0.5;alphas=40; delta1=(10(alphap/20)-1)/(10(alphap/20)+1);delta2=10(-alphas/20); delta=delta1,delta2;f=fp,fs;m=1,0; L,fpts,mag,wt=remezord(f,m,delta,Fs); hn=
16、remez(L,fpts,mag,wt); %设计低通滤波器结束sd=conv(sp,hn); %过低通滤波器 SD=abs(fft(sd); subplot(425)plot(sd); %解调后的时域波形 title(相干解调后的 SSB 信号时域波形); xlabel(t);grid on;subplot(426)plot(SD); %解调后的频域波形title(相干解调后的 SSB 信号频域波形); xlabel(w);grid on; k=s+awgn(s,10,-10); %已调信号加噪声 sdk=conv(k,hn); %加噪声后解调 subplot(427)plot(sdk);
17、%加噪声后解调得到时域波形 title(加噪声后解调得到时域波形); xlabel(t);grid on;SDK=abs(fft(sdk); subplot(428)plot(SDK); %加噪声后得到信号频域波形 title(加噪声后得到信号频域波形); xlabel(w);grid on;（2）.实验截图(3).实验结果分析本次课设 SSB 调制的最大困难在于设计设计低通滤波器，只要将滤波器设计好了，其他步骤与 DSB 的相似。从图中可以看出，得到的结果还是比较理想的，原因是我的本次试验都在理想状态下进行的，并未加任何噪声。4、FM 的调制与解调原理1）.FM 的调制原理FM 调制是一种非
18、线性的调制，频率调制的一般表达式为： ()cos()tFMcFstAtKmd角度调制信号的一般表达式为()os()mctAtt式中：A 为载波的恒定振幅； 为信号的瞬时相位，记为 ；()ct ()t为相对于载波相位 的瞬时相位偏移； 是信号的瞬时角()ttd()/dtct频率，记为 ；而 称为相对于载频 的瞬时频偏。所谓频率调制(t)d()/（FM） ，是指瞬时频率偏移随调制信号 成比例变化，即()mt()dtfKt式中： 为调频灵敏度。fK这时相位偏移为： ，代入角度调制信号的一般表达式，()()ftm可得调频信号为： ()cos()FMcfstAtKd2）.FM 的解调原理FM 的解调也可
19、以分为相干解调和非相干解调两种。并且有窄带和宽带两种。在本次课设中，我选择的是窄带。窄带的相干解调原理框图如下所示：fm(t) Si(t)C（t） 窄带信号的相干解调这种解调方法与线性调制中的相干解调一样，要求本地载波与调制载波同步，否则将使解调信号失真。 下面介绍非相干解调的方法与原理，其框图如下所示： BPF LPF 微分FM 的非相干解调模型非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器等组成，其方框图如上图所示。限幅器输入为已调频信号和噪声，限幅器是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变；带通滤波器的作用是用来限制带外噪声，使调频信号顺利通过。鉴频器中的微分器把调频信号变成调幅调频波，然后由
20、包络检波器检出包络，最后通过低通滤波器取出调制信号。本次 FM 解调采用非相关解调。3）.FM 的调制与解调的结果实现与分析（1）.FM 调制解调程序代码cla resett0=2; tz=0.0001; %时间向量精度 fs=1/tz; %设定抽样频率t=-t0:tz:t0; %产生时间向量 kf=5; %设定压控振荡器系数 fc=10; %设定载波频率 kd=0.8; %设定鉴频增益/鉴频器灵敏度m_fun=cos(2*pi*t); int_m(1)=0; %对 m_fun 积分 for i=1:length(t)-1 int_m(i+1)=int_m(i)+m_fun(i)*tz; en
21、dx=sqrt(2)*cos(2*pi*fc*t+kf*int_m); %调制信号 y=m_fun.*kd*kf; %解调信号 z=-sqrt(2)*(2*pi*fc+kf*m_fun).*sin(2*pi*fc*t+kf*int_m);Nf=4096*32; M=fft(m_fun,Nf); %对原始信号快速傅里叶变换 f=0:1:Nf-1./Nf.*fs; X=fft(x,Nf); %对已调信号快速傅里叶变换Y=fft(y,Nf); %对解调信号快速傅里叶变换 Z=fft(z,Nf);subplot(421) %生成原始信号的时域图形plot(t,m_fun(1:length(t),lin
22、ewidth,2); title(原始信号的时域图形);xlabel(时间/s); legend(m(t) subplot(422) %生成原始信号的频域图形h1=plot(f,abs(fftshift(M)/max(abs(M),linewidth,1);title(原始信号的频域图形); xlabel(频率/Hz); legend(M(f); subplot(423) %生成已调信号的时域图形plot(t,x(1:length(t),linewidth,2);title(已调信号的时域图形); xlabel(时间/s);legend(x(t); subplot(424); %生成已调信号的
23、频域图形plot(f,abs(fftshift(X)/max(abs(X),linewidth,1);title(已调信号的频域图形); xlabel(频率/Hz); legend(X(f); subplot(425) %鉴频微分电路输出plot(t,z(1:length(t),linewidth,2); title(鉴频微分电路输出的时域图形);xlabel(时间/s);legend(z(t); subplot(426)plot(f,abs(fftshift(Z)/max(abs(Z),linewidth,1); title(鉴频微分电路输出频域图形);xlabel(频率/Hz); lege
24、nd(Z(f);subplot(427) %生成解调信号的时域图形 plot(t,y(1:length(t),linewidth,2);title(解调信号的时域图形);xlabel(时间/s);legend(y(t); subplot(428) %生成解调信号的频域图形 plot(f,abs(fftshift(Y)/max(abs(Y),linewidth,1); title(解调信号的频域图形);xlabel(频率/Hz); legend(Y(f);（2）.结果截图（3）.实验结果分析该结果图为 FM 的调制以及在非相干解调下的解调波。在实验过程中，我发现解调出来的波的平滑度与滤波器的结束
25、有关，与滤波器系数有关，误差总是存在的，所以在选择滤波器的时候很重要。5、 GUI 设计的过程1）.设计过程GUI 创建包括界面设计和控件编程两部分，主要步骤如下。第一步：通过设置 GUIDE 应用程序的选项来运行 GUIDE；第二步：使用界面设计编辑器进行面设计；第三步：编写控件行为响应控制（即回调函数）代码。这是进入 GUI 界面的第一步，根据相应的规则，在控制面板上编辑出下列的界面，在编辑时应该注意如何使用控件，在本次课设中用到的控件有：（1）坐标轴：默认的标签（Tag）属性值为“横坐标参数设置” ，字号大小可以自己设定，我设置的是 12；（2）面板：设置面板是为了标记某个区域代表的是什
26、么，这样使人看了一目了然；（3）静态文本框：在面板内部添加，添加之后，他自己本身不会改变，当然也不会改变界面上的其它属性功能；（4）动态文本框：动态文本框是可以改变，并且其属性是要用到回调函数中去的，他会改变最终结果的性能，在本次课设中，它是用来设置我们所需用到的参数；（5）按钮：按钮是用来控制谁会起控制作用，通过按钮可以来控制结果的发生，在本次课设中，按钮就是用来控制 AM、DSB、SSB、FM 的调制与解调的。2）.GUI 设计结果第五章 总结与结束语1、各调制解调方式性能分析总结在大信噪比下，AM 信号包络检波的性能几乎与相干解调法相同。但当输入信噪比低于门限值时，将会出现门限效应，这时
27、解调器的输出信噪比将急剧恶化，系统无法正常工作。AM 调制的优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。AM调制方式主要在中波和短波的调幅广播中。DSB 调制的优点是功率利用率高，且带宽与 AM 相同，但接收要求同步解调，设备复杂。应用较少，一般只用于点对点的专用通信中。SSB 调制的有点是功率利用率和频带利用率都高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于 AM,而带宽只有 AM 的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。鉴于这些因素，SSB 常用于频分多路复用系统中。FM 波的幅度恒定不变，这使它对非线性器件不甚敏感，给 FM 带来抗快衰落能力。快带 FM 的抗干扰能力强，可以实现带宽与信噪
28、比的互换，因而宽带 FM广泛应用于长距离高质量的通信系统中。2、结束语通过本次课设，我明白了调制在通信系统中的重要性。所谓调制，就是把信号转换成适合在通信系统中传输的形式的一种过程。广义的调制分为基带调制和帯通调制（也称载波调制） 。在无线通信中和其他大多数场合，调制均成为载波调制。调制的目的在于将基带调制信号变换成适合在信道中传输的已调信号，且有效地利用频带，实现信道的多路复用传输，最终提高通信系统抗噪声/干扰性能。在调制中出现了两种信号，基带信号和载波信号。基带信号（调制信号）包含信息、需要被传输的原始信号，具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不适宜直接进行传输。载波信号（被调制的
29、信号）是在信道中传输、其某些参数受调制信号控制的特定信号。载波信号可以分为两类：用正弦型信号作为载波；用脉冲串或一组数字信号作为载波。模拟调制通常采用正弦波作为载波，调制方式有：线性幅度调制与非线性角度调制两种。线性幅度调制是指载波的幅度随基带调制信号成比例变化；从频谱来看，已调信号的频谱与基带信号频谱呈线性搬移的关系。如调幅 AM，双边带 DSB，单边带 SSB 等。非线性角度调制是指载波的频率或相位随基带调制信号成比例变化。已调信号的频谱不再保持原来基带调制信号频谱的结构，而产生新的频谱分量。刚开始的时候不知道如何去设计模拟信号的调制与解调。接着慢慢查阅书本和网上找资料，熟悉掌握了模拟信号
30、的几种调制解调方式。由于平时用MATLAB 的次数比较少，所以对 MATLAB 的使用并不是非常熟练，特别是 GUI 界面的设定，可以说是现学的新内容。通过不断的努力，在同学的帮助下基本完成。通过此次课程设计，更加深刻巩固的对模拟信号调制解调的理论知识，也体会到了用 MATLAB 仿真实现各功能非常方便，体会到它功能的强大性。开阔了我的知识范围，通过不断的查找资料，使我对所学的知识有了很好的消化，同时懂得怎样使自己所学的知识与实际相结合，提高了自己的动手能力以及独立思考问题和解决问题的能力。特别是在编写程序的时候经常因为一个小小的标点符号而导致程序的错误而要经过反复的检查才能纠正，使我在以后遇到问题是更加的仔细和认真。参考文献：MATLAB 程序设计与应用刘卫国 高等教育出版社MATLAB GUI 设计王正林 电子工业出版社现代通信原理樊昌信 国防工业出版社信号与系统郑君里 高等教育出版社
