基于MATLAB信号源滤波器和信号的调制与解调毕业论文.docx
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基于MATLAB信号源滤波器和信号的调制与解调毕业论文
毕业论文
基于MATLAB信号源、滤波器和信号的调制与解调
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文原创性声明
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
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日期:
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注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要
通信技术是当代最主要的三大技术之一,其原理内容丰富且抽象,怎样让这门课程学习起来更加透彻的接受,是各高校及相关学习者的热点话题。
由通信原理的抽象特点提出了使用MATLAB仿真进行可视化。
在通信系统的相关知识学习中引入MATLAB仿真软件可以弥补传统教学的不足,同时也可以让学习者在边练边学边设计的环境下,完成对通信系统枯燥的理论知识的学习。
通过大量实践已经证明,它既可以在学习中让抽象的理论更加形象直观,而且还可以避免大量的复杂计算,使学习效果得到明显的改善。
本文具体讲解了应用MATLAB语言以及仿真处理技术确保图形结构样式简单易懂,为后期的系统学科发展起奠基作用。
本设计主要阐述了基于MATLAB工具的建设通信系统概念模型的原理以及具体的讲述了几个主要的通信系统的模块,对信号源、滤波器和信号的调制与解调作用进行分析。
关键词:
MATLAB;Simulink;抽象的通信系统理论;调制;解调
Abstract
ICTisoneofthethreemostimportantcontemporaryart,richandabstractprinciple,thiscoursetolearnhowtomakeitmorethoroughacceptance,universitiesandrelatedlearnerisahottopic.AbstractcharacteristicsofthecommunicationtheoryproposedtheuseofMATLABsimulationforvisualization.TheintroductionofrelevantknowledgeandlearningcommunicationsystemMATLABsimulationsoftwarecancompensateforthelackoftraditionalteaching,butalsoallowslearnerstolearnwhilepracticingunderthedesignenvironment,completecommunicationsystemsboringtheoreticalknowledge.Throughalotofpracticehasprovedthatitcanmakeinlearningmorevisuallyabstracttheory,butalsotoavoidalargenumberofcomplexcalculationstomakelearningeffecthasbeensignificantlyimproved.ThispaperexplainstheapplicationofMATLABlanguageandsimulationprocessingtechnologytoensurethatthegraphicstructurestyleissimpleandeasytounderstand,forlayingthesystemofdisciplinedevelopment.ThisdesignmainlyexpoundstheprincipleoftheconstructionofcommunicationsystemandconceptualmodelofMATLABtoolsandspecificaboutthecommunicationsystemofseveralmajormodulesbasedonmodulationanddemodulationsignalsource,filterandsignalanalysis.
Keywords:
MATLAB;Simulink;abstractcommunicationsystemstheory;modulation;demodulation
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1通信系统研究的背景1
1.2在通信系统中引用MATLAB的必要性1
2MATLAB/simulink的简介3
2.1MATLAB系统的简介3
2.2Simulink系统的简介3
2.3MATLAB软件的操作3
3通信系统仿真模型的设计7
3.1通信系统的基本模型7
3.2通信系统模型的分类8
3.3通信系统模型设计的关键9
4基本通信系统主要模块的建模与分析11
4.1滤波器的设计11
4.2通信系统的调制与解调模块15
4.3幅度调制以及MATLAB的仿真16
4.4信源模型22
5设计实例分析-调幅广播系统的设计分析24
结论26
致谢27
参考文献28
附录29
1绪论
1.1通信系统研究的背景
随着社会的发展与科学技术的突飞猛进,高度的信息化已成为主流,信息与通信控制着现代社会的命脉。
只有通过广泛的交流与传播才能使信息具有利用价值,它可以促进人与人之间的协作、推动社会的革新与进步,使经济效益最大化。
在通信系统和控制系统中,信息作为一种资源是普遍联系的形式。
当前,在不同的研究领域中许多研究者指出了关于信息的不同且具有代表意义的定义。
1948年,信息奠基人、数学家香农指出:
“信息是用来消除随机不定性的东西”。
而在控制系统领域中,控制论创始人维纳指出:
“信息是人们适应外部世界,并使这种适应反作用于外部世界的过程中,同外部世界进行互相交换的内容和名称”。
而通信技术是传输信息的一种方式手段,通信技术、计算机技术与传感器技术已成为21世纪的三大关键技术。
1.2在通信系统中引用MATLAB的必要性
信息在通信系统的传输过程中,只有在无线的尺寸与信号的波长相比拟时,信号才能有效地被传送。
在实际的信号传输中,符合传送要求的天线尺寸有的需要在几百公里左右,因此,需要将初始信号调制令信号的频谱移动到高频率范围内,只有这样才能有利于实现信号的辐射。
调制的作用是将频率范围一致的信号搬移到不同频率范围的载波上,接受端通过解调分离出所需要的初始信号。
若发送端不经过调制就把信号发射出去,发射出的信号频率范围相同,则各发送端所发出的信号就会互相干扰。
信号的调制、解调过程过于复杂难以计算影响对其结果的分析和应用。
除此之外,通信系统又具有理论性、系统性和实践性,在我们学习的过程中,一些定义、原理的相关知识直观性差,仅仅使用教材中的介绍讲解、公式以及仿真波形图,是不能够高效率快速准确的实现对各种通信模式及相关内容的理解。
由辅导老师所使用的相关多媒体指导教学或者网络上的视频课堂也只是对书本内容的照搬或与书本知识类似,对于直观性的体会突破不大。
针对上述在通信系统的学习中存在的问题,将一种仿真工具—MATLAB引入到理论的学习中,通过改变传统的教学模式加强对通信系统的理解和掌握应用。
在计算机程序的高级语言中,MATLAB的编程格式相对简单,具有良好的可读性潜质,而且其特征与数学模式特征相似。
MATLAB的存在价值与其他各种语言类方案相比,具有可视化的数据处理和强化的图形能力,而这种价值为后期的系统学科发展做出了突出贡献。
通过MATLAB软件可以将概念性强的通信理论和可视化低的信号波形等通过仿真在屏幕上形象的显示出来。
在MATLAB中的Simulink工具箱对通信系统模型进行搭建,并对通信系统模型中的各模块进行波形仿真,可以将抽象的理论转化成形象化的图像,这样就让学习通信专业的学生用模拟实验的方法学习晦涩难懂的理论知识,使学习通信系统理论的效率大大提高。
在通信系统的相关知识学习中引入MATLAB仿真软件可以弥补传统教学的不足,同时也可以让学习者在边练边学边设计的环境下,完成对通信系统枯燥的理论知识的学习。
2MATLAB/simulink的简介
2.1MATLAB系统的简介
由美国MATHWORKS公司研发的商业软件MATLAB,它是一种高级计算机语言的一种,在算法开发、数据可视化和分析以及数值计算领域应用广泛。
MATLAB软件拥有多种设计及仿真应用工具总体上有三个主要部分组成分别是MATLAB系统、Simulink和Toolboxes。
MATLAB的数值计算能力在数学类应用软件中名列前茅,与Maple、Mathematica合称为三大数学软件。
MATLAB软件可以应用于不同的领域中,其主要被用于通信系统设计、信号的检测与处理、控制系统建模的设计与分析以及工程计算等领域,可实现矩阵运算、绘制函数以及创建用户界面等,也可以连接其他的编程语言程序。
MATLAB的指令表达式特征与数学模式特征十分相似,因此,相对于其他的高级计算机语言MATLAB解算问题更方便的多。
MATLAB也可以支持C、FORTRAN、C++以及JAVA的调用,而且吸取了Maple和Mathematica等其他数学软件的优点,使之成为了一个功能强大的数学应用软件。
除此之外,也可以将一些编写的经典应用程序存储到MATLAB函数库中,用户可以直接现在进行调用。
2.2Simulink系统的简介
Simulink是用于建立系统动态模型、仿真和分析的一种工具包,simulink工具包能够调用MATLAB的函数库,它可以将代码程序构造的模型转化为比较直观的图形化模型。
当今科学发展现状,Simulink已拥有着超强的建模、仿真和分析能力而且操作简单,因而利用simulink工具可以解决工业设计、学术研究等多方面领域的相关实际问题,如处理线性和非线性的系统、离散、连续以及离散和连续构成的混合系统、时变与时不变等多种系统,也可以在同一系统中实现多个的进程。
Simulink主要有模型建设、仿真和分析三个方面的设计工具。
首先,simulink提供了多种演示模型,可以研究线性和非线性的模型,也可以对难以处理的问题进行建模分析。
其次,simulink工具可以利用Scope等模型更为直观的显示出动态结果。
最后,simulink拥有精简和线性化两种模型的分析工具,与MATLAB相互集成可以使用MATLAB中的其他工具箱作为分析工具。
2.3MATLAB软件的操作
2.3.1Matlab的桌面
Window7系统环境下启动Matlab软件,图为Matlab默认的工作界面,工作界面中含有默认的几个工作窗口,如命令窗口、工作空间窗口、命令历史窗口、当前目录窗口以及图形窗口。
Matlab的桌面中窗口及菜单项是有变化的,一下仅介绍几种常用窗口界面。
如图2-1所示。
图2-1matlab的工作界面
1、命令窗口
Matlab软件中命令窗口可以实现计算和绘图等功能,在该窗口中可以键入命令程序并且显示出运算后得到的结果。
命令窗口的显示与否可以在菜单栏的【桌面】下设置。
命令窗口中“>>”为命令提示符,在其后面可输入命令程序。
命令窗口中有使操作简单的一些功能快捷键,如表2-1所示。
表2.1功能快捷键
功能键
功能
功能键
功能
Ctrl+P或“”
重新调入上一行的命令
Ctrl+A或Home
光标移到行首
Ctrl+N或“”
重新调入下一行的命令
Ctrl+E或End
光标移到行尾
Ctrl+B或“”
光标左移一个字符
Esc
清除命令行
Ctrl+F或“”
光标右移一个字符
Ctrl+D或Del
删除光标处字符
Ctrl+“”
光标左移一个字
Backspace
删除光标左边字符
Ctrl+“”
光标右移一个字符
Ctrl+K
删除至行尾
2、工作空间窗口
在Matlab运行的过程中产生的变量信息会在该窗口中显示,显示的变量包括变量名、值、类型等,如图2-2所示。
双击工作变量窗口中的某个变量可以打开数组编辑器窗口,在该窗口中可以对数组进行编辑修改,也可以创建或删除变量。
图2-2工作空间窗口
3、命令历史窗口
所有执行过的命令窗口都会在该窗口中显示,如此方便查看或调用曾经执行的命令。
命令历史窗口同时也显示出运行语句的时间记录,也可以右击所选程序语句进行操作,命令历史操作窗口如图2-3所示。
图2-3命令历史操作窗口
4、当前目录窗口
该窗口中显示当前目录下的文件的名称、类型与最后的修改时间。
在此窗口内同样可以对M文件进行简单的操作和运行,如图2-4所示。
图2-4当前目录窗口
2.3.2Simulink仿真环境
本节主要介绍Simulink仿真环境的基本操作,首先Simulink是设计模型和仿真分析的一种工具,可以通过模型的建立将一些难以处理的问题进行建模分析。
此模块操作简单,只需用鼠标拖动模块并将模块进行连接就可以建立一个模型。
Simulink含有多种模块库,如sinks、sources、linear、nonlinearcomponents、connectors等等。
Simulink的启动是建立在matlab运行环境下的,在Simulink中可以完成模型的建立、运行调试以及子系统的创建与封装操作。
3通信系统仿真模型的设计
3.1通信系统的基本模型
通信系统是指负责将包含信息的消息从发送端有效地传送到接收端的系统。
消息是信息的表达形式,当消息附着在载波上就成为了信号,例如:
附着在物理量上的信号被称为电信号。
传输和处理相应的电信号的设备统称为电子通信系统。
在电子通信系统中,点对点的通信是指将信号有效地从一个地方传送到另一个地方,它是通信系统中最简单一种通信方式;传送信号的发送端、中转站以及接收端被称为通信节点,为了更好地提取传送的信息从而最好的抑制信号中的噪声通信节点具有处理信号的功能;连接通信节点的物理媒介被称为通信信道。
多个节点共同构成通信网络。
通信系统的一般概念模型如图3-1所示。
图3-1通信系统的一般概念模型
在通信系统的一般概念模型中,信源就是信息的发源地,根据输出的不同形式可分为连续信源和离散信源。
为了使信源发出的信号与信道的信号传输相匹配,在信源和物理信道之间有一个发送设备。
发送设备负责信号的各种处理,如不同物理量表示的信号之间的转换或者不同形式信号之间的转换。
常见的发送设备有麦克风、摄像机、模数转换器、编码器、功率放大器、调制器、滤波器等等。
用来传输信号的道路被称为物理信道,按照物理媒介的不同物理信道可分为无线信道和有线信道,按照信道参数是否随着时间的变化而变化可将物理信道分为时变信道和时不变信道。
信号在传输过程中会混入噪声发生畸变,功率也随着传输距离的增加而衰减,但在通信系统的建模中为实现系统模型的分析常设通信模型为无噪声的。
与发送设备功能相对应的是接收设备,它可以尽可能的将接收到的含噪声且畸变信号正确提取出有价值的信号。
接收设备处理信号的功能与目的正好与发送设备的相反,是将信道中的信号恢复成初始信号,并且尽可能地补偿信号的失真,最终将处理后的信号传送到信宿。
信宿即信号的最终目的地。
3.2通信系统模型的分类
根据通信系统中发送信号的不同类型,通信系统可以进一步的被分为基带传输系统、频带传输系统、模拟通信系统、数字通信系统、无线电通信系统和光通信系统等多种系统种类。
3.2.1模拟通信系统的概念模型
如果在发送设备中没有把信源输出的模拟信号转换成数字信号,而是对模拟信号进行放大、滤波或者是调制的时域频域的直接处理,然后就进行信号的传输,称这样的系统为模拟通信系统。
其概念模型图如图3-2所示。
图3-2概念模型图
在发送端,由其他物理量表示的模拟信号经过信号转换器转化为模拟电信号,模拟电信号经过时域处理后被送到调制器完成调制过程,由调制器输出的频带信号被称为已调信号,将已调信号进行滤波和功率放大后再传送到信道中进行传输。
在接收端,传送来的信号经过解调器的解调还原出基带信号,再经过适当的信号处理由信号转换器还原出最初发送端传出的模拟信号。
3.2.2数字通信系统的概念模型
数字通信系统就是将信源输出的信号经过模数转换器转换成数字信号后再进行处理及传输的系统。
其系统模型图如图3-3所示。
在实际的数字通信系统模型中图中的各模块以及各功能不一定都会采用,根据数字通信系统的设计要求来选择相应模块的使用。
信源输出的初始信号,由信源编码器输出的离散时间序列经过信道编码器对离散信号的处理传送到调制器中,经过调制转换后生成的频带信号进行功率放大然后传输到物理信道进行输送(在
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