信号调制与解调(基于matlab仿真设计)

信号与系统

课程设计

题目：信号的调制与解调

学生姓名：

院（系、部）：机电工程学院

指导教师：

2013年12月9日至2013年12月13日

摘要

信号的调制解调技术直接决定着通信系统质量的好坏, 是通信系统中的一个重要研究方向。从语音，图像的原始信息变过来的原始信号频谱分量频率较低，不适宜在信道中长距离传输。因此，在通信系统的发送通端常需要有调制过程将其转换为适合传输的信号，在接收端则需要有调节过程，将信号还原成原来的信息，以便更准确的利用信息。

Matlab是集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一体，是当今国际上公认的最优秀的科技应用软件之一。它编写简单，具有强大的科学计算能力、可视化功能和开放式可扩展环境，因此在图像处理领域得到了广泛的应用。

关键词：matlab，调制，解调，信号

1设计原理与分析

1.1 matlab简介

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

1.1.1 matlab基本功能

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB 也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。

在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

1.1.2matlab应用

MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作：

（1）数值分析；

（2）数值和符号计算；

（3）工程与科学绘图；

（4）控制系统的设计与仿真；

MATLAB 的应用围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域特定类型的问题。

1.2信号的调制与解调

1.2.1信号的调制

所谓调制，就是把信号转化成适合在信道中传输的形式的一种。广义的调制分为基

带调制和带通调制（也称载波调制）

载波调制，就实用调制信号区控制载波参数的过程，即使载波的某一个或几个参数按照调制信号的亏率而变化。调制信号时指来自信源的消息信号。未受调制的周期性振荡信号称为载波，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（也称检波）则是调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。

1.2.2幅度调制的原理

幅度调制是由调制信号区控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性的变

化的过程。

标准调幅就是常规双边带调制（（AM ）调幅）的原理下图所示：

载波信号

)cos()(0Φ+=t w A t c c

t w t m A t S c m cos )]([)(0+=，其中A0为外加信号

)]()()[2/1()]()([)(0C C C C AM M M A S ωωωωωωδωωδπω-+++-++=

1.3信号的解调与检波

1.3.1相干解调

相干解调也叫同步检波。解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。调制时把基带信号的谱搬到了频载位置，这一过程可以通过一个相乘器与载波相乘实现。解调则是调制的反过程，即把在频载位置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。相干解调器的一搬模型如图2.1.4所示

图 2.5 相干解调的原理图 送入解调器的信号一般表达式为

t w t s t s t s c Q I m sin )()()(+=

与同频同相得载波t w c cos 相乘后得 t w t s t w t s t s t w t s t s c Q c c m p 2sin )(21cos )(21)(21cos )()(++==

经低通滤波器后得 )(21)(t s t s I d =

2信号的仿真

2.1 matlab 程序设计

Matlab 设计程序为：

clear; %清除已存在变量

t=0:0.0001:10; %自变量

A1=input('输入调制信号振幅1：');

A2=input('输入调制信号振幅2：');

f1=input('输入调制信号频率1：');

f2=input('输入调制信号频率2：');

A0=input('输入载波信号振幅：');

f0=input('输入载波信号角频率：');

e=A1*sin(f1*pi*t)+A2*cos(f2*pi*t); %调制信号

s=A0*cos(f0*t); % 载波信号

a=e.*s; % 调制

b=a.*s; % 解调

[nb,na]=butter(4,400,'s'); % 低通滤波

sys=tf(nb,na); % 构建sys 对象

c=lsim(sys,b,t); %低通滤波

subplot(2,2,1) % 图形输出

plot(t,e);

title('调制信号'); %图形标题

xlabel('t'),ylabel('e(t)'); %横纵坐标变量grid on %坐标网格

subplot(2,2,2) % 图形输出

plot(t,a);

title('调幅信号'); %图形标题

xlabel('t'),ylabel('a(n)'); %横纵坐标变量grid on %坐标网格

subplot(2,2,3) % 图形输出

plot(t,b);

title('解调波形'); %图形标题

xlabel('t'),ylabel('b(t)'); %横纵坐标变量grid on %坐标网格

subplot(2,2,4) % 图形输出语句

plot(t,c);

title('滤波后的波形') %图形标题

xlabel('t'),ylabel('e(t)'); %横纵坐标变量 grid on %坐标网格

2.2仿真结果

调制信号为sinπt，载波为cos1000000t时的波形如下：