信号分析处理课程设计-基于MATLAB的模拟信号单边带幅度调制(SSB)与解调分析.docx

《信号分析处理课程设计-基于MATLAB的模拟信号单边带幅度调制(SSB)与解调分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信号分析处理课程设计-基于MATLAB的模拟信号单边带幅度调制(SSB)与解调分析.docx（31页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、课程设计任务书学生姓名：吕义斌专业班级：电信1102班指导教师：桂 林工作单位： 武汉理工大学题 目：信号分析处理课程设计基于MATLAB的模拟信号单边带幅度调制（SSB）与解调分析初始条件：1. Matlab6.5以上版本软件；2. 先修课程：通信原理等；要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、利用MATLAB中的simulink工具箱中的模块进行单边带幅度调制（SSB）与解 调，观察波形变化；2、画出程序设计框图，编写程序代码，上机运行调试程序，记录实验结果（含计算 结果和图表等），并对实验结果进行分析和总结；3、课程设计说明书按学校统一规范来撰

2、写，具体包括：目录；理论分析；程序设计；程序运行结果及图表分析和总结； 课程设计的心得体会（至少800字，必须手写。）； 参考文献（不少于5篇）。时间安排：周一、周二查阅资料，了解设计内容；周三、周四程序设计，上机调试程序；周五、整理实验结果，撰写课程设计说明书。指导教师签名：年 月 日系主任（或责任教师）签名：年 月 日目 录1. 概述 12. 设计方案 12.1 SSB调制原理12.1.1 滤波法 12.1.2 相移法 22.2 解调原理 42.2.1 相干解调 42.2.2 2级单边带调制解调 43. SSB调制与解调的MATLAB程序实现43.1 函数的使用 43.2 MATLAB程序

3、实现53.3 模拟仿真结果分析 94. SSB系统的Simulink仿真 104.1 Simulink工作环境 104.2 SSB信号调制 114.2.1 调制模型构建与参数设置 114.2.2 仿真结果及分析 114.3 SSB相干解调144.3.1 相干解调模型构建与参数设置 144.3.2 仿真结果及分析 154.4 加入高斯噪声的SSB调制与解调 174.4.1 模型构建 174.4.2 仿真结果及分析 185. 心得体会 23参考文献 25武汉理工大学信号分析3 处理课程设计说明书1. 概述本课程设计是实现SSB的调制与相干解调，以及在不同噪声下对信道的影响。信号的调制与解 调在通信

4、系统中具有重要的作用。调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到 载频位置。解调是调制的逆过程，即是将已经调制的信号还原成基带信号的过程。信号的接收端就 是通过解调来还原已调制信号从而读取发送端发送的信息。因此信号的解调对系统的传输有效性户 传输可靠性有很大的影响。调制与解调方式往往决定了一个通信系统的性能。单边带SSB信号的解 调采用相干解调法，这种方式被广泛应用在载波通信和短波电话通信中。新版的MATLAB增强了图形处理功能，并在WINDOWS环境下运行。现今，MATLAB的发展 已大大超出了“矩阵实验室”的范围，它的配备了涉及到自动控制、信息处理、计算机仿真等种类繁 多的工

5、具箱（Tool Box），这些工具箱有数理统计、信号处理、系统辨识、最优化、稳健等等。本 次课程设计主要利用MATLAB软件对通信原理中的模拟信号进行进行抑制双边带调制的仿真分析， 即SSB信号调试与解调的仿真分析。设计中主要是对SSB已调信号进行时域和频域分析。Simulink是MATLAB中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 信号处理建模和仿真中。Simulink 可以连续采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它支持多速 率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为

6、了创建动态模型，Simulink 提供了一个 建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成。2. 设计方案2.1 SSB调制原理单边带调制是幅度调制中的一种。幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制 信号作线性变化的过程。在波形上，幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化；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。常见的调幅（AM）、双边带（DSB）、 残留边带（VSB）等调制就是幅度调制的几种典型的实例。单边带调制（SSB）信号是将双边带信 号中的一个边带滤掉而形成的。根据滤除方法的不同，产生SSB信号的方法有：滤

7、波法和相移法。2.1.1 滤波法单边带调制就是只传送双边带信号中的一个边带（上边带或下边带）。产生单边带信号最直接、 最常用的是滤波法，就是从双边带信号中滤出一个边带信号，图2-1是滤波法模型的示意图。单边 带信号的频谱如图2-2所示，该图能说明滤波法的基本原理，图中H （w）是单边带滤波器的系统 SSB函数，即H （t）的傅里叶变换。SSBf (t)sDSB(t)s(t)z H (w) ssbSSBc(t) = cosw tc若保留上边带，则HSSB(w)应具有高通特性如如图2-2 (b)所示，表达式(2-1)如下:H (w)= ：,Wc(式 2-1)SSB 0, w w单边带信号的频谱如图

8、2-2(c)所示。若保留下边带，则HSSB(w)应具有低通特性如图2-2(d)所示，表达式(2-2)如下：1, w wH (w) =c(式 2-2)ssb 0,|叫 w单边带信号的频谱如图2-2(e)所示。图2-2单边带信号频谱图2.1.2 相移法单边带信号的时域表达式为：11Susb(t)= 2f(t)coswct-2f(t)snwtC(式 2-3)S LSB (t) = 2 f (t) cos wct -1 f (t) sin wtc(式2-4)这里f(t)是f(t)的希尔伯特变换。从表达式可以得到单边带调制信号相移法的一般模型框图，如图2-3所示。希尔伯特变换H(w)及有关特性为：定义

9、f (t ) = H f (t)(式2-5)F (w) = FH(f(t) =-jF(w)sgn(w)(式2-6)式中sgn( w) = -1w 0w ) 匚 Zr,h a idad. Target for Natural a Enieided. Tercet for N5lorla Znltided Target f*r QSEK/VII Zrlaidd Trg6t f&r TH Z2 T Erlelded Tarcet far T工 C6000 E u ry Lj gLc Tool Li11 for HodalSincomm M|ue:d bbd38SB8BS田 田 田 国EEEEE国Ef

10、fiConncaily Used Bl oaksCdtinnQEDi eoat nuiticsIlisureitLdnhld cLiek thi e icon, to open, tha iMcata uEyLulu and Gil QperaTS3La pm ak-1 sMath 0perati onsMod/ V&rifi csti onMdAal-Yide UtilitiesForts & Subyt4nzSl KttriLuies cnl RuiusS4Sources4.2 SSB信号调制4.2.1 调制模型构建与参数设置边带滤波器参数设置如图4-3.所示。图4-3边带滤波器参数设置在

11、MATLAB的集成仿真环境Smulink中建立单边带调制与解调系统模型并实现对它的动态仿 真，SSB调制系统模型如图4-2.所示。调制信号m(t)参数设置为：幅值为2,频率为1；载波信号c(t) 参数为：4.2.2 仿真结果及分析调制模块的仿真波形图如图4-4.所示。第一路是调制信号波形，第2路是载波信号波形，第3 路是DSB调制后的信号波形，第4路是SSB调制后信号波形。武汉理工大学信号分析13 处理课程设计说明书图4-5(c) DSB信号功率谱15图4-4 调制模块的仿真波形图调制模块中各阶段波形的功率谱如图4.5所示。Time history210-181012141618Time (s

12、ecs)Power Spectral Density8060402051015202530Frequency (rads/sec)Power Spectral Density(phase)0Q-1000-2000-300051015202530Frequency (rads/sec)Time history10121416Time (secs) Pow Spectral Density2 103010152025Frequency (rads/sec) Power Spectral Desity(phase)o o o o 8 6 4 2-1500-200010152025Frequency

13、(rads/sec)图4-5(b) 载波信号功率谱武汉理工大学信号分析11 处理课程设计说明书图4-5(d) SSB调制信号功率谱分析可知，调制信号频率为1，载波的频率为10 。调制信号先与载波相乘得双边带信号，再通 过带通滤波器得上边带信号。调制过程中信号功率波形不变，只是频率的搬移，符合线性调制原理。4.3 SSB相干解调4.3.1 相干解调模型构建与参数设置SSB相干解调系统模型如图4-6所示。调制信号m(t)参数设置为：幅值为2,频率为1；载波信号c(t)参数为：幅值为2，频率为10。低通滤波器参数设置如图4-7所示。图4-7 相干解调低通滤波器参数设置4.3.2 仿真结果及分析SSB

14、相干解调仿真波形如图4-8所示。第1路波形是输入信号波形，第2路波形是已调制信号 波形，第3路波形是通过相乘器后的信号波形，第4路波形是解调后的信号波形。图4-8 SSB相干解调仿真波形分析可知，解调后的波形和原输入信号波形一样，符合要求。相干解调模块中各过程信号功率谱如图4-9所示。Time history 2 10-181012141618Time (secs)Power Spectral Density8Q 60 40 2051015202530Frequency (rads/sec)Power Spectral Density(phase) 0-1000-2000-3000510162

15、02530Freouecv radssec)图4-9(a) 输入信号功率谱由仿真波形可知，调制实现了功率谱的搬移，解调后的信号功率谱和原信号功率谱一样，实现 了设计要求。4.4 加入高斯噪声的SSB调制与解调4.4.1 模型构建高斯噪声是指它的概率密度函数服从高斯分布(即正态分布)的一类噪声。在理想信道调制与 解调的基础上。在调制信号上加入高斯噪声，把Simulink噪声源下的高斯噪声模块(Gaussian Noise Generator)加入到模型中。图4-10中加了两个高斯噪声模块，为比较高斯噪声均值或方差不同时对 信道的影响，将两个高斯噪声模块参数设置不同，以作比较。加入高斯噪声后调制与

16、解调系统模型如图4-10所示。Geertcx1图4-10 加入高斯噪声后调制与解调系统模型19武汉理工大学信号分析11 处理课程设计说明书4.4.2 仿真结果及分析1 . 波形失真与高斯噪声均值的关系设置各低通滤波器得频带边缘频率为10,并设置两个高斯的参数，仿真结果如图4-11所示。第1 路为理想信道下的相干解调信号波形；第2路为加入均值为0.6，方差为0的高斯噪声时解调信号波 形；第3路为均值为1.2，方差为0的高斯噪声时解调信号波形。图4-11方差相同、均值不同时的仿真波形由仿真结果分析得，加入高斯噪声方差相同的情况下，均值越大，解调后失真越大。 图4-12为相干解调模块中加入不同噪声后

17、各过程的信号功率谱。图4-12（a）理想情况下输出信号功率谱图4-12（b）高斯噪声均值为0.6、方差为0时输出的信号功率谱图4-12（c）高斯噪声均值为1.2、方差为0时输出的信号功率谱由仿真结果得，高斯噪声均值为0.6，方差为0时，波形相对原波形失真较小，在功率谱上产生 了一个比原信号功率小得多的分量；高斯噪声均值为1.2，方差为0时，波形交大，在功率谱上产生 了一个较大的分量。分析可知，高斯噪声的均值越大，输出信号失真越大。2 .波形失真与高斯噪声方差的关系不同方差下仿真结果如图4-13所示，第一路为理想信道下输出信号波形；第2路为加入噪声均 值为0，方差为0.2时输出信号波形；第3路为

18、加入噪声均值为0，方差为2时输出信号波形。图4-13 均值相同、方差不同时的仿真波形由仿真结果分析得，加入高斯噪声均值相同的情况下，方差越大，解调后失真越大。 图4-14为相干解调模块中加入不同噪声后各过程的信号功率谱。图4-14（b）高斯噪声均值为0、方差为2时输出的信号功率谱由图4-14得，高斯噪声均值为0，方差为0.2时，输出信号波形相对原波形失真较小，如图（a） 所示，在功率谱上产生了一些比原信号功率小得多的分量；高斯噪声均值为0，方差为2时输出信 号波形失真增大，如图（b）所示，在功率谱上产生了一些比较大的功率分量。分析可知，高斯噪声 的方差越大，输出信号失真越大。3 .滤波器参数对

19、信号传输信道的影响当滤波器边缘频率设置为不同值时，加入高斯噪声参数相同，在此条件下比较边缘频率设置对滤波 性能的影响，仿真波形如图4-15所示。第1路为理想信道下信号输出波形；第2路为高斯噪声均值图4-15 滤波器参数对信道的影响波形仿真为1.2，方差为0.2，滤波器边缘频率为10时输出信号波形；第3路为高斯噪声均值为1.2，方差为 0.2，滤波器边缘频率为8时输出信号波形。可见，滤波器边缘频率设置越小，即滤除高频成分越多， 则滤波效果越好。两种滤波器设置下输出信号功率谱如图4-16所示。Time history图4-16（a）高斯噪声均值为1.2，方差为0.2，滤波器边缘频率为10时输出信号

20、功率谱图4-16（b）高斯噪声均值为1.2，方差为0.2，滤波器边缘频率为8时输出信号功率谱由图可知，滤波器边缘频率为10时，在功率谱上产生了一个较大的分量；当滤波器边缘频率设 置减小时，频谱上分量减小；当边缘频率设置为7时，频谱分量几乎消失；当边缘频率设置为5时， 波形几乎能完全无失真解调出来。5. 心得体会27参考文献1 樊昌信，曹丽娜. 通信原理. 北京：国防工业出版社，20062 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析. 北京：清华大学出版社，20083 张化光, 孙秋野. MATLAB/Simulink实用教程. 北京：人民邮电出版社，20094 姚俊，马松

21、辉.Simulink建模与仿真基础. 北京：西安电子科技大学出版社，20025 邓华MATLAB通信仿真及应用实例详解北京：国防工业出版社，2003本科生课程设计成绩评定表姓 名吕义斌性 别男专业、班级电信1102班课程设计题目： M通信系统设计课程设计答辩或质疑记录：1.SSB信号调制与解调的原理简述。答：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。解调则是调制的反过程，即把在载波位置的已调信 号的谱搬回到原始基带位置。2.SSB信号调制与解调的过程简述。答：将需要调制的原始信号与载波信号相乘，再通过一个带通滤波器，完成信号的调制；解调 是将调制信号与载波信号通过一个乘法器相乘，再通过一个低通滤波器，滤除掉高频的载波信 号成分，完成调制信号的解调。3.简述滤波器在相干解调过程中的影响。答：滤波器边缘频率设置越小，即滤除高频成分越多，则滤波效果越好，解调的信号失真越小。成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：年 月 日