基于MATLAB的抑制载波的双边带幅度调制DSB与解调分析.docx

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基于MATLAB的抑制载波的双边带幅度调制DSB与解调分析

目录

摘要1

1设计目的与要求2

1.1设计目的2

1.2设计要求2

2设计方案3

2.1调制方案3

2.1.1滤波法3

2.1.2相移法4

2.2解调方案5

3仿真设计5

3.1Simulink简介5

3.2SSB调制与解调6

3.3加入高斯噪声的SSB调制与解调8

3.3.1波形失真与高斯噪声均值的关系9

3.3.2波形失真与高斯噪声方差的关系9

3.3.3滤波器参数对信道的影响10

4心得体会11

参考文献14

摘要

本文主要通过对Simulink工具箱的学习和使用，利用其丰富的模板以及本科对通信原理知识的掌握，完成模拟信号单边带幅度调制（SSB）与解调，以及用Simulink进行设计和仿真。

首先我进行了模拟通信系统的建模以及信号系统的原理研究，然后将学习总结出的相应理论在仿真系统中建模，并且调整参数直到仿真波形输出，观察效果，最终对设计结论进行总结。

关键字：

SSB，Simulink，调制，解调

1设计目的与要求

1.1设计目的

传输信息是人类生活的重要内容之一。

利用无线电技术进行信息传输在这些手段中占有极重要的地位。

无线电通信、广播、电视、导航、雷达、遥控遥测等等，都是利用无线电技术传播各种不同信息的方式。

无线电通信传输语音、点吗或其他信号；无线电广播传输语言、音乐等；电视传送图像、语言、音乐；导航是利用一定的无线电信号指引飞机或船舶安全航行，以保证他们能平安到达目的地；雷达是利用无线电信号的反射来测定某些目标（如飞机、船舶等）的方位；遥测遥控则是利用无线电技术来测量远处或运动体上的某些物理量，控制远处机件的运行等。

在以上这些信息传递的过程中，都要把频率不高的调制信号加载到高频载波上，然后进行信号的传输。

在信息的接收端需要把有用的信号从混杂的已调信号里解调出来。

由于利用SSB调幅可以提高信道的利用率，所以选择SSB调制与解调作为课程设计的题目具有很大的实际意义。

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。

Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，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，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

1.2设计要求

（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。

2设计方案

在DSB信号中，两个边带中的任意一个都包含了

的所有频谱成分，引导词仅传输其中一个即可。

这样既节省发送功率，还可以节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制（SSB）。

单边带信号是将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的，根据滤除方式的不同，产生SSB信号的方法有：

滤波法和相移法。

2.1调制方案

2.1.1滤波法

滤波法SSB调制原理框图如图2-1。

图中的

为单边带滤波器。

产生SSB信号最直观方法的是，将

设计成具有理想高通特性

或理想低通特性

的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。

产生上边带信号时

即为

，产生下边带信号时

即为

。

图2-1SSB滤波法调制原理框图

滤波法SSB调制的频域表达式

滤波法的原理方框图2-1用边带滤波器，滤除不要的边带:

图2-1中，

为单边带滤波器的传输函数，若它具有如下理想高通特性：

则可滤除下边带。

若具有如下理想低通特性：

则可滤除上边带。

从SSB信号调制原理图中可以清楚地看出，SSB信号的频谱是DSB信号频谱的一个边带，其带宽为DSB信号的一半，与基带信号带宽相同，即

式中，

为调制信号带宽，

为调制信号的最高频率。

由于仅包含一个边带，因此SSB信号的功率为DSB信号的一半，即

显然，因SSB信号不含有载波成分，单边带幅度调制的效率也为100%。

2.1.2相移法

相移法SSB调制的原理框图如图2-2。

图中，

为希尔伯特滤波器，它实质上是一个宽带相移网络，对

中的任意频率分量均相移-π/2。

图2-2SSB相移法调制原理框图

相移法SSB调制时域表达式中，“－”对应上边带信号，“+”对应下边带信号；

表示把

的所有频率成分均相移-π/2，称

是

的希尔伯特变换。

2.2解调方案

解调就是把接收到的SSB信号经过处理，滤掉载波成分，使之还原成发射之前的有用的信息。

SSB信号的解调方法主要有两种，一个是相干解调法，另一个是包络检波。

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，因此同样可以用相乘器与载波相乘来实现。

相干解调器模型如图2-3。

图2-3SSB相干解调原理框图

相干解调时，为了无失真地恢复原基带星信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带信号。

3仿真设计

3.1Simulink简介

在MATLAB命令窗口，单击工具栏上的按钮可进入Simulik。

模块库按功能进行分为以下8类子库：

Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。

Simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构Simulink子模型库中包含了Continous、Discontinus等下一级模型库Continous模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。

图3-1为Simulink工具模块页面。

图3-1Simulink工具页面

3.2SSB调制与解调

在MATLAB的集成仿真环境Simulink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调制与解调系统模型如图3-2。

图3-2SSB调制与解调系统模型图

信源参数参数：

幅度1频率1rad/s；

载波参数：

幅度1频率10rad/s；

低通滤波器参数：

截止频率10rad/s；

带通滤波器的参数：

下限频率10rad/s上限频率为15rad/s。

SSB调制与解调的仿真波形图如图3-3所示。

第1路是调制信号波形，第2路是调制后信号波形，第3路是解调后滤波前信号波形，第4路是解调滤波后信号波形。

图3-3SSB调制与解调的仿真波形图

分析可知，解调后的波形和原输入信号波形一样，符合设计要求。

SSB调制与解调模块中各过程信号功率谱如图3-4~图3-7所示。

图3-4调制信号功率谱图3-5载波信号功率谱

图3-6调制信号功率谱图3-7解调信号功率谱

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。

3.3加入高斯噪声的SSB调制与解调

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（GaussianNoiseGenerator）加入到模型中。

图20中加了两个高斯噪声模块，为比较高斯噪声均值不同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解调系统模型如图3-8所示

图3-8加入噪声后系统模型

3.3.1波形失真与高斯噪声均值的关系

各低通滤波器均设置为频带边缘频率为10，仿真结果如图3-9所示。

第1路为调制信号波形，第2路为理想信道下输出信号波形，第3路为加入均值为0.5方差为0的高斯噪声时解调信号波形，第4路为均值为1方差为0的高斯噪声时解调信号波形。

图3-9方差相同不同均值对信号影响

分析可知，高斯噪声的均值越大，输出信号失真越大。

3.3.2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3-10所示，第1路调制信号波形，第2路为理想信道下输出信号波形，第3路为加入噪声均值为0，方差为0.1时输出噪声波形，第4路为加入噪声均值为0方差为1时输出噪声波形。

图3-10均值相同不同方差噪声对信号影响

分析可知，高斯噪声的方差越大，输出信号失真越大。

3.3.3滤波器参数对信道的影响

当滤波器边缘频率设置不同值时，加入高斯噪声参数相同，在此条件下比较边缘频率设置值对滤波性能影响，仿真结果如图3-11所示。

第1路为调制信号波形，第2路为理想信道下信号输出波形，第3路为高斯噪声均值为1，方差为0.1，滤波器边缘频率为10时信输出信号波形，第4路为高斯噪声均值为1，方差为0.1，滤波器边缘频率为8时信输出信号波形。

图3-11不同滤波器参数参数对信道影响

分析可知，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。

4心得体会

参考文献

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