基于matlab的频移键控的调制解调系统设计.doc

基于matlab的频移键控的调制解调系统设计(完整资料）
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摘要
移频键控（ＦＳK)是数据通信中最常用的一种调制方式。FSK方法简单易于实现，并且解调不需要恢复本地载波,可以异步传输,抗噪声和抗衰落性能较强。缺点是占用频带较宽,频带利用不够经济。FSK主要应用于低中速数据传输，以及衰落信道和频带较宽的信道中。ＭATLAB 中的通信工具箱可以用来进行通信领域的研究、开发、系统设计和仿真。阐述了计算机仿真的发展概况，及其重要意义，介绍了几种仿真软件,着重介绍了MATLAB和其通信工具箱。利用MATLAB建立了FSK仿真模型，并对仿真模型进行了测试,结果表明,仿真结果与理论基本一致,在研究FSK调制解调原理的基础上设计了调制解调电路.
关键词 ：　FSK MAＴLAB 仿真 调制解调

第一章 设计任务及要求
１。1课程设计依据
在掌握频移键控调制解调原理的基础上,，利用MATＬAB/Sｉｍｕｌink软件进行系统的设计。
1。２课程设计内容
设计一个频移键控系统，具体要求如下：
1、 信源参数：0码概率 0。５　采样时间1ｓ
2、 载波１参数:幅度１ 频率1０0rａd／s
3、 载波２参数：幅度１　频率２0raｄ/ｓ
4、 ＢPF1参数:下限频率95ｒad/ｓ 上限频率１05ｒad/ｓ
5、 ＢPＦ2参数：下限频率15rａｄ/s 上限频率25ｒad/ｓ
6、 ＬPＦ参数：截止频率10raｄ/ｓ
7、 判决器参数:门限０．25

1。3课程设计要求
1. 要求独立完成设计任务。
2. 课程设计说明书封面格式要求见《天津城市建设学院课程设计教学工作规范》附表1
3. 课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范.
4. 测试要求：根据题目的特点,在MATLＡＢ仿真并上观察调制解调各个部分波形图。
5. 课设说明书要求：
1) 说明题目的设计原理和思路、采用方法及设计流程.
2) 系统框图、MＡTLＡB程序清单或Ｓｉｍuliｎk框图。
3) 对各部分的功能以及各部分之间的关系作较详细的描述.
说明仿真结果：调制解调各个部分波形图。并对其进行说明和分析

第二章 2ＦSK调制与解调原理
２。１调制原理
二进制频移键控信号码元的“1”和“0"分别用两个不同频率的正弦波形来传送,而其振幅和初始相位不变.故其表达式为：

由图可见，2ＦSK信号的波形（a）可以分解为波形（b）和波形(c),也就是说，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的２ASK信号的叠加.
2FSＫ信号的产生方法有两种:
（1） 模拟法,即用数字基带信号作为调制信号进行调频。如图1—1（a)所示.
（2） 键控法，用数字基带信号及其反相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通.如图1－1(b）所示。

这两种方法产生的2FＳK信号的波形基本相同,只有一点差异,即由调频器产生的2FSＫ信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的２FSK信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号,故相邻码元的相位不一定是连续的。

　 　 　　 （ａ) 　 　 　 　 　 　　 　 (b)

图2。1　　2FＳK信号产生原理图 　

由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK信号之和，即

其中是脉宽为的矩形脉冲表示的ＮRZ数字基带信号.

其中,为的反码，即若，则；若，则。

2。2解调原理
２FSK信号的解调也分为2ＦＳK信号的接收也分为相干解调和非相干解调接收两类。
2．2。1相干解调
相干解调根据已调信号由两个载波f１、f2调制而成,则先用两个分别对ｆ1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可.原理图如下:

图2.2。1相干解调原理框图

2.２.2非相干解调带通滤波器
F1

非相干解调接收经过调制后的２FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器ｆ1、f2滤出不需要的信号,然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波,最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。其原理图如下图所示：

图2。2.2非相干解调原理框图

第三章　MUTLAＢ与Simuｌｉnk介绍
３。1MUTLAB
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。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。
３.2 Simuｌiｎｋ
Simuｌink是MATLＡB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于ＭATＬAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。 对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simｕｌｉnk提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试.。
　 构架在Siｍulink基础之上的其他产品扩展了Ｓｉmulｉnk多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Ｓimuｌiｎk与MＡTLAB紧密集成,可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。其特点为：
１、丰富的可扩充的预定义模块库.
2、交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图。
3、以设计功能的层次性来分割模型,实现对复杂设计的管理。
4、通过Ｍｏdel Exｐｌoｒｅr 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码。
５、提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成
6、使用Emｂeddeｄ　MＡTLAＢ™　模块在Simulinｋ和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法。
7、使用定步长或变步长运行仿真,根据仿真模式(Normal，Ａcceleｒatoｒ,Raｐid　Accｅlerａtor）来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型.
８、图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为。
９、可访问MＡＴLＡB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误。
第四章 设计思路
４。1设计调制模块思路
根据二进制频移键控调制的原理，了解ＭＡTＬＡB软件中的仿真工具Ｓｍｕlｉnｋ中各个模块的功能后,根据调制的原理框图，使用puｌse gｅneratｏr产生信号,用幅度为1 ,频率为100rａd/s载波表示“1”,用幅度为1 ,频率为２0rad／s载波表示“0”。采用键控法，在Ｓmulink文件中调用相关模块，连线后对信号进行调制产生2FSＫ信号。

４。2设计解调模块思路
利用FSK相干解调方法对调制的FSK信号进行解调。根据相干解调的原理框图，经调制后的２FＳK信号经信道中加高斯白噪声后信号进行相干解调。在Ｓmulｉnk中调用相应的模块，连接各个模块,设置各个模块的参数，并用scoｐｅ显示仿真波形。

第五章　软件仿真
５．１设计的仿真模型图

用Pｕｌse　Ｇｅneratｏr产生二进制０1信号，调用俩个Sine Wave模块产生频率分别为10０和２0的两个载波正弦信号,将此三个信号输入到Switch模块中,从而通过键控输出调制后的FSK波形。输出的波形经两路经过带通滤波器，再分别与先前定义的俩个不同频率的正弦载波信号相乘，经过低通滤波器后抽样判决完成对FSK信号的解调。

simuliｎk仿真模型图如下所示：

5．2各模块功能及其参数设置：
用于产生正弦波信号，两个正弦载波信号参数设置如下：

图5．2．1　载波1参数设置

图5。2.2 载波2参数设置

脉冲信号发生器模块,用于产生固定间隔的脉冲,在本课程设计中用来产生二进制信号

图５。2．3脉冲信号发生器模块参数设置

在两个输入此模块的载波信号之间切换。对于此次课程设计,当输入方波信号的幅值大于1时，切换到高频率的载波信号上，小于１时,切换到低频率的载波信号上,从而完成ＦSK调制。

滤波器，通过设置其参数，可以设置为低通、高通、带通、带阻滤波器,提取出某频率范围内的信号

图5.２。４ 两个带通滤波器参数的设置

图5.2.５两个低通滤波器参数的设置
比较运算模块，可设置为〈=（小于等于）、＞=(大于等于）、＜(小于)、>（大于）等运算关系.此课程设计中用来行使抽样判决,解调出FSK信号。

示波器模块,用来显示仿真过程中信号的波形,可通过修改属性中Number of　ａxｅs的值设置输入信号的个数。

5．3仿真波形
５。3。1 ＦSK调制过程仿真波形

图５．3.１.1信源信号

图5.3．1.2 载波1波形

图5。3.1。3 载波2波形

图5.3.1．4调制产生的ＦSK信号

5。3.2解调过程波形

图５．3．2.1信道中传输的FSＫ信号

图５。3。2.2经带通滤波器１后的波形

图5。3。2.3经带通滤波器２后的波形

图５．3．2．4 图5．３.1。3的波形与载波1相乘得到的波形

图5.3。2。5 图5.3．1。4的波形与载波２相乘得到的波形

图5.３。2.6 判决过程波形图

5.3.2未调制信号波形与解调后波形比较

图５。３．2。1未调制信号波形

图5。３.2。2　ＦSK信号解调后的信号波形

5．3仿真结果分析
从实验仿真波形上来看,实验结果是正确的，二进制数字信号“1”对应载波频率10０rａd／s, 二进制数字信号“０"对应载波频率20raｄ／s，实现了对数字信号的频移键控调制.解调出的数字基带信号也是正确的，知识相对于原本输入的基带信号在时域上有延时。
第六章心得体会
此次课程设计要求用ＭATＬAＢ软件仿真,因为之前没有学过这个软件,因此做之前，我先去图书馆借了几本关于MAＴＬAB的书籍,上网搜集了此次课程设计的相关资料，做好课程设计的前期准备工作,好的开端就相当于成功了一半。通过上面的过程,已经积累了不少资料，认识了通信原理和 MAＴＬB 的相关知识与运用，主要有基带信号的调制原理及方法、低通和带通滤波器等等，加深了对上述相关知识的了解,使我更深刻理解了调制与解调的原理和实现方法,以及基本掌握了 MATLAB 的基本应用。在这样的基础上,我才开始着手分析题目,进行设计。
通过本次课程设计，我又掌握了一个可用于我们专业的强大的软件——MATLＡB。课程设计中重新复习了一下ＦSK的解调与调制原理。以前我对FSK的理解仅限于表面，会画经调制后的波形，经过这次课程设计，利用siｍuliｎk进行画图仿真,我又深入了解到了FSK的调制与解调过程，加深了我的理解。与此同时，我感到matlab这个软件对于我们信息科学相关专业的重要性,学好这个软件对我们今后深入研究学习这个专业会有非常大的帮助.
每次课程设计对我们来说都是一个很好的锻炼自己动手动脑的机会，通过实际电路或者软件仿真不仅将课本中的知识应用到实际中,加深我们对知识的巩固理解，更重要的是锻炼了我们的思维能力，活跃了我们的大脑。课程设计中必定会遇到很多问题,通过自己思考,查阅资料等方法想出解决问题的方法,帮助我们提高了分析问题、处理问题的能力。

第七章 参考文献
[1] 刘 敏 魏 玲 编著,《ＭＡＴＬAB通信仿真与技术应用》，国防工业出版社，2001[２］ 孙 屹 吴 磊 编著,《Simulink通信仿真开发手册》，国防工业出版社，20０4[3] 王兴亮 编著， 《数字通信原理与技术》(第二版），西安电子科技大学出版社，２000[4］ 沈保锁 侯春萍 编著， 《现代通信原理》,国防工业出版社，2０11

西安航空学院
基于MATLAB数字信号的调制与解调

院系：电子工程学院

专业：航空通信1709班

姓名：王哲

日期：2016年7月7日
［本学期通过学习通信原理,进行课程设计研究，利用MATLAB仿真进行研究信号的调制与解调]

课程设计

学生姓名：王哲 专业班级:航空通信1709班
指导教师：张世超院系：电子工程学院

题 目：基于MATLAB的信号调制与解调

初始条件：
(1)MATLAB软件
（2）数字信号处理与图像处理基础知识
要求完成的主要任务：
(1）已知某消息信号以双边幅度调制(DSB-AM）方式调制载波，所得到的已调制信号记为，设，。试比较消息信号与已调信号，并绘制它们的频谱.
（2）对（1）的DSB—AM调制信号进行相干解调，并绘出信号的时频域曲线。
（3)对（1）中的信号进行单边带幅度调制（SSB—AM）绘制信号的时频域曲线。
（4）对（1）中的信号进行常规幅度调制（AM)，给定调制指数绘制信号的时频域曲线。

指导教师签名：

系主任(或责任教师)签名：
目 录
摘 要I
ABSTRACTII
1．常规双边带幅度调制（DSB—AM）与解调1
1.1DSB-AM调制原理与分析1
1。2 常规双边带解调原理3
2单边带幅度调制（SSB—AM）原理5
3常规幅度调制（AM）原理6
3.1幅度调制的一般模型6
3.2 常规双边带调幅（AM）7
3。2。1 AM信号的表达式、频谱及带宽7
3.2。2 AM信号的功率分配及调制效率9
4。 双边幅度调制（DSB-AM）与解调的MATLAB实现10
4。1 DSB-AM调制的MATLAB实现10
4。2 相干解调12
5单边带幅度调制（SSB-AM）的MATLAB实现14
6 常规幅度调制（AM）的MATLAB实现16
7 小结与收获17
8 参考文献18

摘 要
MATLAB是集数值计算,符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语言。作为强大的科学计算平台，它几乎能够满足所有的计算需求。MATLAB 本身就是功能强大的数据可视化工具，可以通过各种形式显示分析数据，例如灰度直方图、等高线、蒙太奇混合、像素分析、图层变换以及材质贴图等。利用可视化的图形,不仅能够评估图形图像的特性,还能够分析图像中的色彩分布等情况。
本次练习介绍的就是MATLAB环境下的一些最基本的信号处理，如对信号进行双边幅度调制与解调、单边带幅度调制、常规幅度调制、绘制信号的时域和频域曲线等等；通过实验学会用MATLAB对信号进行调制与解调以及绘制其时频域曲线的基本方法,加强对MATLAB的掌握.

关键词：MATLAB,信号处理，调制，解调，时域，频域

Abstract
MATLAB is a scientific computing language that adds the function ofnumerical computing and graphics processing， symbols together。As a powerful scientific computing platforms, it can almost satisfy all the calculations that needs.MATLAB itself is a powerful tool of data visualization that can display data through various forms,such as graylevel histogram, contours， montage mixing, pixel analysis, the layer texture and transformation。With visual graphics， it can not only evaluate image characteristics， but also analyze the distribution of color image。
The practice of introducing is MATLAB environment of some of the most basic signal processing, such as the signal is bilateral amplitude modulation and demodulation, single side band amplitude modulation amplitude modulation, drawing， conventional signal of time domain and frequency domain curves, etc. Through the experiment learn MATLAB modulates and demodulates signals and rendering time frequency domain curves, to strengthen the basic methods of MATLAB mastery。

Key words：MATLAB , Signal processing ， demodulation , time-domain , frequency ， domain

基于MATLAB的信号调制与解调
1．常规双边带幅度调制(DSB-AM)与解调
1.1DSB-AM调制原理与分析
在DSB—AM系统中，已调信号的幅度正比与消息信号。这种调制通过使用乘法器完成，将消息信号吗m（t)与载波Accos（2πfct），如图1所示，表示为：

图1-1 DSB-AM调制原理结构框图

其中

是载波，而m（t）是消息信号。若以单频正弦信号调制为例,那么典型波形如图1—3所示.

原始信号

载波信号

调制信号

图 1—2 DSB—AM典型信号

现取u(t）的傅立叶变换，可以得到DSB—AM信号的频域表示为：

其中M（f)是m（t）的傅立叶变换.很明显可以看出，这种调制方式将消息信号的频谱进行了搬移，并在幅度上乘以Ac/2，传输带宽Br是消息信号带宽的两倍,也就是说:

图1—3显示了一个典型的消息信号的频谱及其相对应的DSB-AM已调信号的频谱。

图1-3 消息信号与DSB—AM已调信号的频谱
已调信号的功率为

其中Pm是消息信号的功率。在DSB—AM通信系统中,信噪比SNR等于基带的SNR，也就是：

其中PR是接收到的功率（在接收端已调信号的功率），N0是噪声功率谱密度（假定为白噪声）,W是信号噪声的带宽.

1.2 常规双边带解调原理

调制过程的逆过程叫做解调.AM信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。
包络检波器输出的信号中,通常含有频率为的波纹，可由LPF滤除。

图1—4串联型包络检波器电路及其输出波形

由的波形可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。
由图1—2可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号. 但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足,否则将出现过调幅现象而带来失真。
包络检波属于非相干解调，其特点是：解调效率高,解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单,特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难度。故几乎所有的调幅（AM）式接收机都采用这种电路.
AM信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成(通常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带)。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同,下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带,都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即

式中，为调制信号的带宽，为调制信号的最高频率。
采综上所述，可以看出，采用常规双边带幅度调制传输信息的好处是解调电路简单，可采用包络检波法.缺点是调制效率低,载波分量不携带信息，但却占据了大部分功率，白白浪费掉.如果抑制载波分量的传送,则可演变出另一种调制方式，即抑制载波的双边带调幅.

2单边带幅度调制（SSB-AM)原理

与标准幅度调制相比，单边带调制（SSB）对于频谱和输出功率的利用率更高。尽管很少用于数据传送，SSB仍广泛地用于HF和VHF低端的语音通讯。双边带调制信号包含有两个完全相同的基带信号，即上、下边带。由于两个边带含的信息相同，因而从信息传输角度考虑，传送一个边带同样可以达到信息传输的目的,本设计只考虑上边带信号。单边带调制，就是通过某种办法，只传送一个边带的调制方法.
设调制信号为单频信号f(t）=Amcosωmt,载波为c(t)=cosωct，则调制后的双边带时域波形为：
SDSB（t）＝ Amcosωmt cos t＝ [Amcos(ωc+ωm)t+ Amcos（ωc-ωm)t］ /2
保留上边带,波形为:
SUSB（t）＝[Amcos(ωc+ωm）t］/2＝Am （cosωctcosωmt-sinωctsinωmt） /2
保留下边带，波形为：
SLSB(t)＝[Amcos（ωc—ωm)t］/2＝Am （cosωctcosωmt+sinωctsinωmt) /2
上两式中的第一项与调制信号和载波信号的乘积成正比，称为同相分量;而第二项的乘积则是调制信号与载波信号分别移相90°后相乘的结果,称为正交分量。

SSB调制框图如下：

图2—1 SSB调制框图

3常规幅度调制(AM）原理
3。1幅度调制的一般模型
幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。幅度调制器的一般模型如图3-1所示.

图3—1 幅度调制器的一般模型

图中,为调制信号，为已调信号，为滤波器的冲激响应，则已调信号的时域和频域一般表达式分别为

式中，为调制信号的频谱，为载波角频率。
由以上表达式可见,对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上,它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移.由于这种搬移是线性的,因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地,幅度调制系统也称为线性调制系统。
在图3-1的一般模型中，适当选择滤波器的特性，便可得到各种幅度调制信号，例如:常规双边带调幅（AM）、抑制载波双边带调幅(DSB—SC）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）信号等。

3。2 常规双边带调幅(AM)
3。2.1AM信号的表达式、频谱及带宽
在图3-1中，若假设滤波器为全通网络（＝1）,调制信号叠加直流后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带调幅（AM)信号。 AM调制器模型如图3-2所示：

图3—2 AM调制器模型

AM信号的时域和频域表示式分别为：

式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即
AM信号的典型波形和频谱分别如图3—3（a）、（b）所示，图中假定调制信号的上限频率为。显然，调制信号的带宽为。

图3—3 AM信号的波形和频谱

由图3—3（a）可见,AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号. 但为了保证包络检波时不发生失真,必须满足 ，否则将出现过调幅现象而带来失真。
由频谱图可知，AM信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成（通常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带）。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同,下边带是上边带的镜像.显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍,即

式中,为调制信号的带宽,为调制信号的最高频率。

3。2.2 AM信号的功率分配及调制效率
AM信号在1Ω电阻上的平均功率应等于的均方值。当为确知信号时，的均方值即为其平方的时间平均，即

因为调制信号不含直流分量，即,且,所以

式中，为载波功率；为边带功率，它是调制信号功率的一半。
由此可见，常规双边带调幅信号的平均功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率分量与调制信号有关，载波功率分量不携带信息。我们定义调制效率

显然，AM信号的调制效率总是小于1。

4. 双边幅度调制（DSB—AM）与解调的MATLAB实现
4.1DSB—AM调制的MATLAB实现
％参数设置
t0=0.15;
fc=250；
t=-1：0.0001:1;
f=[—500:499］/1000＊fc;
％函数
m=ones（size(t)）；
m(t<=0）=0；
m(0〈t&t〈=t0/3)=1;
m(t0/3<t&t〈=2＊t0/3)=—2;
m（t>2*t0/3）=0；
c=cos（2＊pi＊fc*t)；
u=m。*c；
％绘制消息信号
figure
subplot(2,2,1）；
plot(t，m）;
axis(［—0.05 0。15 -3 3］）;
title（’1—1 消息信号m（t)'）;
％绘制消息的频谱
b=fft(m）;
subplot(2，2,2);
plot（f，abs（b(1：1000)))；
axis([-150 150 —1500 1500])；
title('1—2 消息信号m（t)的频谱'）；
％双边幅度调制（DSB-AM)
subplot（2,2，3);
plot(t，u)；
axis([—0.05 0.15 -3 3］）;
title(’1-3 已调制信号u（t）'）；
%绘制已调信号的频谱
d=fft（u);
subplot(2，2，4)；
plot(f，abs（d(1：1000）));
axis（［—150 150 -1500 1500])；
title(’1-4 已调制信号u（t)的频谱')；

图4—1 DSB—AM调制
4。2 相干解调
％DSB-AM相干解调信号
figure
y=u。*c;
subplot(2,2，1）;
plot（t，y);
axis([-0.05 0.15 —3 3])；
title('2-1 相干解调信号’）；
%DSB-AM相干解调信号的频谱
h=fft(y）;
subplot(2，2，2）；
plot（f,abs（h（1:1000））);
axis([—150 150 —600 600]）;
title（’2-2 解调信号的频谱');

图4-2 相干解调
%带通滤波
figure
fs=10000;
j=ademod（y，fc,fs,’amdsb-sc'）；
subplot（2,2，3）;
plot（t,j）；
axis（［-0。05 0。15 -3 3］）；
title（’2-3 带通滤波'）;
％带通滤波的频谱
v=fft（j）;
subplot（2,2，4）;
plot（f,abs（v(1：1000)))；
axis(［-50 50 —500 4000］）；

title('2—4 带通滤波的频谱’)；

图4—3 带通滤波

5单边带幅度调制（SSB—AM）的MATLAB实现

%上边带
figure
N=length(c);
s=sin(2＊pi＊fc*t)；
mh=hilbert(m,N)；
sl=m。*c—mh。*s;
subplot(2，2,1);
plot(real(sl）)；
axis(［9500 11500 —4 4］);
title（'3—1 LSB’）；

％下边带
su=m。＊c+mh。*s；
subplot（2,2，2);
plot（real(su））;
axis（［9500 11500 —4 4]);
title（’3—2 USB');
％上边带频谱
k=fft（sl）;
subplot（2，2,3）;
plot(f,abs（k（1:1000))）；
axis（[-100 100 -100 1400])；
title（'3-3 LSB频谱’)；

％下边带频谱
e=fft(su);
subplot（2,2,4);
plot(f，abs（e（1：1000)））;
axis（[—100 100 —100 1400］)；
title('USB频谱’）;

图5-1 SSB-AM的MATLAB实现

6 常规幅度调制（AM）的MATLAB实现
%常规幅度调制
figure
g=c。＊(0。8*m+1)；
subplot（2，1，1)；
plot（t,g)；
axis（［—0.05 0。15 —2 2]);
title(’4-1 常规幅度调制（AM）’);

%常规幅度调制的频谱
r=fft（g）；
subplot（2,1,2);
plot（f,abs(r(1：1000）））;
axis（［-50 50 -500 4000])；
title('4—2 常规幅度调制(AM）的频谱’)；

图5-2 AM的MATLAB实现
7 总结
此次基础强化训练中我的收获有以下几点:
第一．对书本上的理论知识有了更深刻的理解。在程序的编写过程中不断利用课堂所学理论知识进行调整和修改;最终实现设计目的过程是自己从另一个层面又一次学习的过程。
第二，学习到了若干在今后学习生活中，或者走出校门时对自己有帮助的软件等的使用方法,MATLAB等软件进行简单计算程序的编写。
我认为我们做课程设计的目的是通过这一过程使自己掌握了独立搜集资料、思考分析问题的能力和独立学习的能力，正真学到本领。这次课程设计也激发了自己学习的积极性，在亲身实践中收获成功的喜悦.

8 参考文献
[1] 王华等 MATLAB电子仿真与应用教程国防工业出版社2001
[2］ 李文锋 图形图像处理与应用 中国标准出版社 2006
[3] 王洪元 MATLAB语言以及在电子信息工程中的应用 清华大学出版社2004
［4］ 刘文耀 数字图像采集与处理 电子工业出版社 2007
［5］ 贺兴华 MATLAB7。X图像处理 人民邮电出版社 2006
[6] 章毓晋 图像工程(上册） 北京 清华大学出版社 1999

计算机控制技术实验
—基于Mａtｌaｂ　的最少拍控制系统设计

学院：计算机科学与技术
班级:
姓名：
学号:
指导老师：
日期:

基于Matlab 的最少拍控制系统设计
一. 实验目的
学习使用 Matlaｂ　设计最少拍系统的方法。
二. 实验器材
x86　系列兼容型计算机，Ｍatlａb　软件。
三. 实验原理
1。　数字PID 系统设计
建立所示的数字PＩD　系统控制模型并进行系统仿真，已知：
，采样周期T＝0。1s。

2。　最少拍系统仿真
最少拍设计,是指系统在典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度信号等）作用下，经过最少拍（有限拍）使系统输出的系统稳态误差为零。因此,最少拍控制系统也称最少拍无差系统或最少拍随动系统，它实质上是时间最优控制系统，系统的性能指标就是系统调节时间最短或尽可能短，即对闭环Z传递函数要求快速性和准确性。下面以一个具体实例介绍最少拍系统的设计和仿真。
考虑图中所示的采样数字控制系统，被控对象的脉冲传递函数为

最少拍采样数字控制系统
设采样周期T=1s　，首先求取广义被控对象的脉冲传递函数:
广义被控对象

我们知道，最少拍系统是按照指定的输入形式设计的,输入形式不同，数字控制器也不同。因此,对三种不同的输入信号分别进行考虑:
(1）单位阶跃信号:
计算可得到最少拍数字控制器为

检验误差序列：

从E(z）看出,按单位速度输入设计的系统，当ｋ大于等于2之后,即二拍之后，误差e（k）=0,满足题目要求.
（2）单位速度信号:
原理同上，我们可以得到：

检验误差:

从E ( ｚ ）　看出,按单位速度输入设计的系统，当k　³ ２　之后,即二拍之后，误差e（k ）　= 0 ，满足题目要求.
（３）单位加速度信号：

可知，按加速度输入信号设计的系统当k大于等于３,即三拍之后,误差e(k）=０。
将所得结果分别用Matlａb中的Simｕliｎｋ 工具箱进行仿真，并将输入、输出和误差三条曲线放置在同一图像内,比较三种情况下的跟随特性。
四. 实验步骤
在三种输入（单位阶跃/速度／加速度)分别作用下,运用Ｓｉｍｕlink 对其控制结果进行仿真.
（1）单位阶跃信号：
系统Ｓimulinｋ 仿真模型框图如下图所示：

单位阶跃信号输入时最少拍控制系统

将示波器的数据存为矩阵形式,命名为y1
在Ｍatlab　命令窗口输入:
〉＞ plｏｔ(ｔouｔ(:,1），y1（：,2:4)）；
＞〉 hｏlｄ ｏn，lｅgend(＇ 输入'，＇误差’，'输出'）
可得输入、输出和误差三条曲线仿真结果如下图所示：

单位阶跃信号输入时系统的