信号自学报告

《信号与系统A（1）》课程自学报告实施报告题目：基于MATLAB的滤波调制解调设计学号：13122429姓名：林晨翰___任课教师：陈俊丽报告提纲第一部分理论自学内容阐述第二部分案例或课题陈述及实现方案第三部分案例或课题成果阐述及代码第四部分参考文献等附录（至少一篇期刊文献）第一部分理论自学内容阐述5.5系统的物理可实现性佩利——维纳准则1.理想低通滤波器在物理上不可能实现，但传输特性接近理想特性的网络却可以实现。近似理想低通滤波器的实例2.物理网络的实现时域特性：这个物理可实现网络的冲激响应在t＜0时必须为零即因果条件：频率特性：如果满足平方可积条件即3.佩利-维纳准则对于幅度函数物理可实现的必要条件为有关佩利-维纳准则的说明①对于物理可实现系统,可以允许H(jω)特性在某些不连续的频率点上为零，但不允许在一个有限频带内为零。按此原理，理想低通、理想高通、理想带通、理想带阻等理想滤波器都是不可实现的；②佩利-维纳准则要求可实现的幅度特性其总的衰减不能过于迅速。③佩利-维纳准则只从幅度特性提出要求，而在相位特性方面未给出约束。也就是说，佩利-维纳准则是系统物理可实现的必要条件，而不是充分条件。5.7（调制与解调）：1.在通信系统中，信号从发射端传输到接收端，为实现信号的传输，需要进行调制和解调2.调制：将信号的频谱搬移到任何所需的较高频段上的过程。3.调制作用的实质：将各种信号的频谱搬移，使它们互不重叠地占据不同频率范围，以便于接收机分离出所需频率的信号。4.调制的应用·为无线通信天线的尺寸的合理选择·分割电台·实现“多路复用”·搬移信号频谱5.解调：将已调信号恢复成原来的调制信号的过程乘积解调（或同步解调）缺点：需要在接收端产生与发送端频率相同的本地载波，这将使接收机复杂化。6.调制过程中的关键：·载波的频率必须高于信号g（t）的频率，不然产生混叠现象。·为了减少电路引起的失真，载波的频率应远大于信号的频率，一般取前者为后者的十倍以上。·同步解调要求有性能良好的线性乘法器件，否则容易引起失真。7.振幅调制（调幅）振幅调制过程：振幅调制特点：载波的振幅随信号g（t）成比例地改变振幅调制实现条件：提供足够强的信号的附加频率。振幅调制优点：能够降低接收机的成本，适合广泛的民用通信设备（如收音机）。7.其他调制方法：频率调制（FM）：控制载波的频率，使其随信号g（t）成比例改变相位调制（AM）：控制载波的相位，使其随信号g（t）成比例改变与振幅调制的区别：原理仍是使g（t）的频谱搬移，但搬移以后的频谱不再与原始频谱相似。第二部分案例或课题陈述及实现方案设计题目：基于MATLAB的滤波调制解调设计功能：通过先对一个简单的正弦信号：y=sin(30*pi*t)进行正弦幅度调制，正弦AM的同步解调；然后再任意截取一段mp3音频信号并将其转化为wav格式信号，对其进行正弦幅度调制以及正弦AM同步解调。在传输过程中，加入一个余弦噪声；在接收端，通过滤波的方法把余弦噪声去掉。实现方案：全过程使用MATLAB进行仿真实现。(一)、基本原理“调制”就是将某一载有信息的信号嵌入另一信号的过程；“解调”就是将这个载有信息的信号提取出来的过程；“正弦载波幅度调制”就是用一正弦波信号乘以载有信息的信号x（t）；“正弦AM同步解调”在解调过程中，解调器载波在相位上与调制器载波是同相的。(二)、对信号ft=sin(30*pi*t)的调制解调1、对信号进行调制在MATLAB中利用快速傅里叶变换fft并通过频谱搬移来求的信号的频率响应的频谱：Yk=fft(ft,10000);Yw=2*pi/10000*abs(fftshift(yk));然后用载波信号cos(1000*pi*t)对原始信号进行调制：Sm=ft.*cos(1000*pi*t);同时求得已调信号的频率响应yk1=fft(Sm,10000);yw1=2*pi/10000*abs(fftshift(yk1));2.对已调信号进行解调在解调器中用与载波信号相同的正弦函数cos(1000*pi*t)乘以已调信号mo=sm.*cos(1000*pi*t);对mo信号进行傅里叶变换并进行频谱搬移Yk=fft(mo,10000);Yw=2*pi/N*abs(fftshift(Yk));然后让信号mo通过一合适的低通滤波器b=ones(1,10)/10;ft1=filtfilt(b,1,mo);得到解调后的信号ft1对解调得到的信号进行fft变换并进行频谱搬移：Yk1=fft(ft1,10000);Yw1=2*pi/N*abs(fftshift(Yk1));(三)、对任意mp3的截取音频进行调制解调1、导入信号利用软件audacity任意截取一段mp3音频信号，并将其转换为WAV格式音频，利用函数wavread将其导入MATLABft=(wavread('thedawn'))'2、调制信号在MATLAB中利用快速傅里叶变换fft并通过频谱搬移来求的信号的频率响应的频谱：yk=fft(ft,120000);yw=2*pi/120000*abs(fftshift(yk))然后用载波信号cos(60000*pi*t)对原始信号进行调制：Sm=ft.*cos(60000*pi*t)同时求得已调信号的频率响应yk1=fft(Sm,120000);yw1=2*pi/120000*abs(fftshift(yk1));3、对已调信号加噪对上述已调信号加上一个余弦噪声:zs=cos(10000*pi*t);4、对已调信号进行解调在解调器中用与载波信号相同的正弦函数cos(60000*pi*t)乘以已调信号mo=Sm.*cos(60000*pi*t);对mo信号进行傅里叶变换并进行频谱搬移Yk=fft(mo,120000);Yw=2*pi/n*abs(fftshift(Yk));然后让信号mo通过一适合的低通滤波器得到解调后的信号ft1对解调得到的信号进行fft变换并进行频谱搬移：Yk1=fft(ft1,120000);Yw1=2*pi/n*abs(fftshift(Yk1));第三部分案例或课题成果阐述及代码成果阐述：(二)、对信号ft=sin(30*pi*t)的调制解调1、对信号进行调制绘制出1、原始信号时间——幅度图，2、原始信号的频谱图，3、已调信号的时间——幅度图4、已调信号的频谱图；2.对已调信号进行解调绘制出，5、滤波前的解调信号时间—幅度图，6、滤波前的解调信号频谱图，7、滤波后的解调信号时间—幅度图，8、滤波后的解调信号频谱图。(三)、对任意mp3的截取音频进行调制解调1、导入信号2、调制信号绘制出（1)、原始信号时间——幅度图，(2)、原始信号的频谱图，(3)、已调信号的时间——幅度图，(4)、已调信号的频谱图；3、对已调信号加噪绘制出其加噪后的1、幅度——时间图，2、加噪后信号的频谱图4、对已调信号进行解调绘制出(5)、滤波前的解调信号时间——幅度图，(6)、滤波前的解调信号频谱图，(7)、滤波后的解调信号时间——幅度图，(8)、滤波后的解调信号频谱图。结果：通过MATLAB模拟了一个声音信号的调制与同步解调过程。由于解调过程中滤掉了高频成分，所以解调后的声音信号有很小的失真。不过这并不影响同步解调在信号传输过程中的重要作用。代码：(1)、对ft=sin(30*pi*t)进行调制clearallt=linspace(0,1,5000);ft=sin(30*pi*t);fs=5000;f=[-5000:4999]/10000*fs;yk=fft(ft,10000);yw=2*pi/10000*abs(fftshift(yk));Sm=ft.*cos(1000*pi*t);yk1=fft(Sm,10000);yw1=2*pi/10000*abs(fftshift(yk1));subplot(4,1,1);plot(t,ft);title('原始调制信号');xlabel('t/s');ylabel('幅度');grid;subplot(4,1,2);plot(f,yw);title('原始调制信号的频谱');xlabel('f/hz');ylabel('幅度');grid;subplot(4,1,3);plot(t,Sm,t,ft,t,-ft);title('已调信号Sm');xlabel('t/s');ylabel('幅度');subplot(4,1,4);plot(f,yw1);title('已调信号的频谱');xlabel('f/hz');ylabel('幅度');(2)、对(1)中已调信号进行解调mo=Sm.*cos(1000*pi*t);Yk=fft(mo,10000);Yw=2*pi/10000*abs(fftshift(Yk));Fw=[-5000:4999]/10000*fs;b=ones(1,10)/10;ft1=filtfilt(b,1,mo);Yk1=fft(ft1,10000);Yw1=2*pi/10000*abs(fftshift(Yk1));subplot(4,1,1);plot(mo);title('滤波前的解调信号');xlabel('t/s');ylabel('幅度');subplot(4,1,2);plot(Fw,Yw);title('滤波前的解调信号频谱');xlabel('f/hz');ylabel('幅度');subplot(4,1,3);plot(ft1);title('滤波后的解调信号');xlabel('t/s');ylabel('幅度');subplot(4,1,4);plot(Fw,Yw1);title('滤波后信号的频谱');xlabel('f/hz');ylabel('幅度');(3)、对任意信号进行调制clearall;ft=(wavread('thedawn'))';fs=48000;N=length(ft);t=(1:N)/fs;f=[-60000:59999]/120000*fs;Wa=randn(1,size(t));Wb=randn(1,size(t));tz=cos(60000*pi*t);zs=cos(10000*pi*t);yk=fft(ft,120000);yw=2*pi/120000*abs(fftshift(yk));Sm0=ft.*cos(60000*pi*t);ykw=fft(Sm0,120000);yk1=fft(Sm0,120000);yw1=2*pi/120000*abs(fftshift(yk1));figure(1);subplot(4,1,1);plot(t,ft);title('原信号时间幅度图');subplot(4,1,2);plot(f,yw);title('原信号频谱图');subplot(4,1,3);plot(t,Sm0);title('调制信号时间幅度图');subplot(4,1,4);plot(f,yw1);title('调制信号频谱图');(4)、对（3）中已调信号进行加噪声处理Sm=0.03*zs+Sm0;Smk=fft(Sm,120000);Smw=2*pi/120000*abs(fftshift(Smk));figure(2);subplot(2,1,1);plot(t,Sm);title('加噪的时间幅度');subplot(2,1,2);plot(f,Smw);title('加噪的频谱');(5)、对（4）中信号进行解调去噪mo=2*Sm.*cos(60000*pi*t);Yk=fft(mo,120000);Yw=2*pi/120000*abs(fftshift(Yk));Fw=[-60000:59999]/120000*fs;ft1=filter(LPF,mo);Yk1=fft(ft1,120000);Yw1=2*pi/120000*abs(fftshift(Yk1));figure(3)subplot(4,1,1);plot(t,mo);title('滤波前的时间幅度')subplot(4,1,2);plot(Fw,Yw);title('滤波前频谱');subplot(4,1,3);plot(t,ft1);title('滤波后时间幅度');subplot(4,1,4);plot(Fw,Yw1);title('滤波后频谱');(6)、播放音频信号对比wavplay(ft,fs);wavplay(ft1,fs);(7)、滤波器的程序functionHd=LPF%LPFReturnsadiscrete-timefilterobject.%%M-FilegeneratedbyMATLAB(R)7.1andtheSignalProcessingToolbox6.4.%%Generatedon:09-Dec-201020:31:37%%ButterworthLowpassfilterdesignedusingFDESIGN.LOWPASS.%AllfrequencyvaluesareinHz.Fs=48000;%SamplingFrequencyFpass=4500;%PassbandFrequencyFstop=6500;%StopbandFrequencyApass=1;%PassbandRipple(dB)Astop=80;%StopbandAttenuation(dB)match='stopband';%Bandtomatchexactly%ConstructanFDESIGNobjectandcallitsBUTTERmethod.h=fdesign.lowpass(Fpass,Fstop,Apass,Astop,Fs);Hd=butter(h,'MatchExactly',match);%[EOF]第四部分参考文献等附录（至少一篇期刊文献）《信号滤波系统设计与实现》——陈家祯郑子华叶锋  福建师范大学计算机科学系《信号滤波和去噪研究》——谈玲南京信息 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 大学信息与控制学院�EMBEDEquation.3\*MERGEFORMAT����EMBEDUnknown����EMBEDUnknown���调制信号�EMBEDUnknown����EMBEDUnknown���载波信号包络，抑制载波调幅调幅，已调包络信号解调。利用简单包络检波器提取包络，恢复g（t）�EMBEDUnknown����EMBEDUnknown����EMBEDUnknown���14_1449913399.vsd_1449914992.unknown_1449915018.unknown_1449913447.vsd_1449914011.unknown_1449913650.vsd_1449913419.vsd_1449912656.vsd_1449913332.vsd_1234567890.unknown_1449912265.vsd