任涛MATLAB课设.docx

1、任涛MATLAB课设目录目录 1摘要 2Abstract 31SSB调制与解调原理 41.1SSB调制原理 41.2SSB解调原理 52SSB调制解调分析的MATLAB实现 72.1用到的MATLAB函数 92.2正弦信号调制 112.2.1调制信号幅度=0.8载波幅度 112.2.2制信号幅度=载波幅度 112.2.3调制信号幅度=1.5载波幅度 132.3三角波调制 142.3.1调制信号幅度=0.8载波幅度 142.3.2调制信号幅度=载波幅度 16 2.3.3调制信号幅度=1.5载波幅度.182.4运行结果分析 193总结 204参考文献 21摘要本课题利用MATLAB软件对SSB调制

2、解调系统进行模拟仿真，分别利用300HZ正弦波和三角波，对30KHZ正弦波进行调制，观察调制信号、已调信号和解调信号的波形和频谱分布，并在解调时引入高斯白噪声，对解调前后信号进行信噪比的对比分析，估计SSB调制解调系统的性能。首先产生一个模拟信号；然后再对它进行SSB调制,并绘制出调制前后的波形图；再对调制前和调制后的波形图进行傅立叶边变换处理,得到其频谱图分析调制前后频谱的变化。加入高斯白噪声，研究噪声对已调信号的影响。在了解SSB调制的基本原理和熟练运用MATLAB语言的基础上具体实现模拟信号的SSB调制并完成设计目标。AbstractThis topic use of MATLAB so

3、ftware for SSB demodulation system simulation, using 300 HZ sine wave respectively and triangle wave, 30 KHZ for modulation of sine wave, observation modulation signal, the signal and demodulation signal has the waveform and spectrum distribution, and in the demodulation gaussian white noise, to dem

4、odulation signal before and after the SNR of analysis, the estimate SSB demodulation system performance. First produce a simulation signal; And then the SSB modulation, and rendering the modulation of before and after the wave figures; Again before and after the modulation of modulation of the wave

5、graph Fourier transformation to deal with edge, get the spectrum diagram analysis and the change of frequency modulation. Join gaussian white noise, the noise on the influence of the already signal. In understanding the basic principle and SSB modulation proficient in use of MATLAB language based on

6、 the practical implementation of the analog signal SSB modulation and complete the design goal.1.SSB调制与解调原理1.1 SSB调制原理SSB调制属于幅度调制。幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，是指随调制信号做线性变化的过程。设正弦载波为（公式1-1） 式中：A为载波幅度；为载波角频率；为载波初始相位。根据调制定义，幅度调制信号一般可表示成 （公式1-2） 式中：m(t)为基带调制信号。设调制信号m(t)的频率，则由（公式1-1）不难得到已调信号m(t)的频谱 （公式1-3）在波形上，幅

7、度已调信号随基带信号的规律呈正比地变化；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。在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全有边带传送。如果在AM调制模型中将直流分量去掉，即可得到双边带信号（DSB）。单边带调制（SSB）信号时将双边带信号中断一个边带滤掉二形成的。根据滤除方法的不同，产生SSB信号的方法有：滤波法和相移法。 图1-1单边带信号的频谱 产生SSB信号最直观的方法是，先产生一个双边带信号，然后让其通过一个边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。我们把这种方法称为滤波法，他是最简单也是最常用的方法。（）为单边带滤波器的传输函数，若它具有如下理想高通特性：

8、 （公式1-4）则可以滤除下边带,保留上边带(USB):否则可以滤除上边带,保留下边带(LSB).因此,SSB信号的频谱可以表示为 （公式1-5）滤波法的技术难点是边带滤波器的制作。因为实际滤波器都不具有(公式1-4)或（公式1-5）所描述的理想特性，即在载频处不具有陡峭的截止特性，而是有一定的过渡带。图1-2形成SSB信号的滤波特性1.2 SSB解调原理解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。在单边带信号的解调中，只需要对上、下边带的其中一个边带信号进行解调，就能够恢复原始信号。这是因为双边带调制中上、下两个边带是完全对称的，它们所携带的信息相同，完全可以

9、用一个边带来传输全部消息。单边带解调通常采用相干解调的方式，它使用一个同步解调器，即由相乘器和低通滤波器组成。相干解调时，为了无失真地恢复原基带信号，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），它与接收的已调喜欢相乘后，经低通滤波器取出低频风量，即可得到原始的基带调制信号。在解调过程中，输入信号和噪声可以分别单独解调。相干解调的原理框图如图1-3所示： 低通滤波器 c(t)图1-3 相干解调原理框图此图表示单边带信号首先乘以一个同频同相的载波，再经过低通滤波器即可还原信号。单边带信号的时域表达式为 （公式1-6）表示基带信号，其中取“-”时为上边带，取“+

10、”时为下边带。乘上同频同相载波后得（公式1-7）表示的希尔伯特变换，经低通滤波器可滤除2的分量，所得解调输出为 （公式1-8）由此便可得到无失真的调制信号。在实际信号传输过程中，通信系统不可避免的会遇到噪声，例如自然界中的各种电磁波噪声和设备本身产生的热噪声、散粒噪声等，它们很难被预测。而且大部分噪声为随机的高斯白噪声，所以在设计时引入噪声，才能够真正模拟实际中信号传输所遇到的问题，进而思考怎样才能在接受端更好地恢复基带信号。信道加性噪声主要取决于起伏噪声，而起伏噪声又可视为高斯白噪声，因此我在此环节将对单边带信号添加高斯白噪声来观察噪声对解调的影响情况。为了具体而全面地了解噪声的影响问题，我

11、将分别引入不同大小噪声作用于单边带信号，再分别对它们进行解调，观察解调后的信号受到了怎样的影响。2.SSB调制解调分析的MATLAB实现2.1 用到的MATLAB函数信号SSB调制采用MATLAB函数modulate实现，其函数格式为：Y = MODULATE(X,Fc,Fs,METHOD,OPT)X为基带调制信号，Fc为载波频率，Fs为抽样频率，METHOD为调制方式选择，SSB调制时为amssb，OPT在SSB调制时可不选，BW为调制信号带宽。SSB信号解调采用MATLAB函数demod实现，其函数使用格式为：X = DEMOD(Y,Fc,Fs,METHOD,OPT)Y为SSB已调信号，F

12、c为载波频率，Fs为抽样频率，METHOD为解调方式选择，DSB解调时为amssb，OPT在SSB调制时可不选。观察信号频谱需对信号进行傅里叶变换，采用MATLAB函数fft实现，其函数常使用格式为：Y=FFT(X,N)，X为时域函数，N为傅里叶变换点数选择，一般取值10000。频域变换后，对频域函数取模，格式：Y1=ABS(Y)，再进行频率转换，转换方法：f=(0:length(Y)-1)*Fs/length(Y)分析解调器的抗噪性能时，在输入端加入高斯白噪声，采用MATLAB函数awgn实现，其函数使用格式为：Y =AWGN(X,SNR)，加高斯白噪声于X中，SNR为信噪比，单位为dB，其

13、值在假设X的功率为0dBM的情况下确定。信号的信噪比为信号中有用的信号功率与噪声功率的比值，根据信号功率定义，采用MATLAB函数var实现，其函数常使用格式为：Y =VAR(X)，返回向量的方差，则信噪比为:SNR=VAR(X1)/VAR(X2)。 绘制曲线采用MATLAB函数plot实现，其函数常使用格式：PLOT（X，Y），X为横轴变量，Y为纵轴变量，坐标范围限定AXIS(x1 x2 y1 y2)，轴线说明XLABEL( )和YLABEL( )。2.2正弦信号调制用频率300HZ正弦波调制频率30KHZ的正弦波，采用同步解调，观察调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器输入输出

14、信噪比的关系。MATLAB源程序如下：Fs=100000; %抽样频率 Fc=30000; %载波频率N=1000; %FFT长度n=0:N-1;t=n/Fs; %截止时间和步长x=a*sin(2*pi*300*t); %基带调制信号 y=modulate(x,Fc,Fs,amssb); %SSB调制yn=awgn(y,4); %加入高斯白噪声yn1=awgn(y,10);yn2=awgn(y,15);yn3=awgn(y,20);yn4=awgn(y,25);y1=demod(y,Fc,Fs,am); %无噪声已调信号解调yyn=demod(yn,30000,Fs,amssb); %加噪声已

15、调信号解调yyn1=demod(yn1,30000,Fs,amssb);yyn2=demod(yn2,30000,Fs,amssb);yyn3=demod(yn3,30000,Fs,amssb);yyn4=demod(yn4,30000,Fs,amssb);dy1=yn-y; %高斯白噪声snr1=var(y)/var(dy1); %输入信噪比dy2=yyn-y1; %解调后噪声snr2=var(y1)/var(dy2); %输出信噪比 dy11=yn1-y; snr11=var(y)/var(dy11); dy21=yyn1-y1; snr21=var(y1)/var(dy21); dy12

16、=yn2-y; snr12=var(y)/var(dy12); dy22=yyn2-y1; snr22=var(y1)/var(dy22); dy13=yn3-y; snr13=var(y)/var(dy13); dy23=yyn3-y1; snr23=var(y1)/var(dy23); dy14=yn4-y; snr14=var(y)/var(dy14); dy24=yyn4-y1; snr24=var(y1)/var(dy24); in=snr1,snr11,snr12,snr13,snr14; out=snr2,snr21,snr22,snr23,snr24;ff1=fft(x,N);

17、 %傅里叶变换mag1=abs(ff1); %取模f1=(0:length(ff1)-1)*Fs/length(ff1); %频率转换ff2=fft(y,N);mag2=abs(ff2);f2=(0:length(ff2)-1)*Fs/length(ff2);ff3=fft(y1,N);mag3=abs(ff3);f3=(0:length(ff3)-1)*Fs/length(ff3);figure(1);subplot(221) %绘制曲线plot(t,x)xlabel(调制信号波形)subplot(222)plot(f1,mag1)axis(0 1000 0 1000)xlabel(调制信号

18、频谱)subplot(223)plot(t,y)xlabel(已调信号波形)subplot(224)plot(f2,mag2)axis(0 40000 0 500)xlabel(已调信号频谱)figure(2);subplot(311)plot(t,yyn)xlabel(加噪声解调信号波形)subplot(313)plot(f3,mag3)axis(0 1000 0 600)xlabel(解调信号频谱)subplot(312)plot(t,y1)xlabel(无噪声解调信号波形)figure(3);plot(in,out,*)hold onplot(in,out)xlabel(输入信噪比)yl

19、abel(输出信噪比)2.2.1调制信号幅度=0.8载波幅度调用程序，程序中a=0.8。调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-1所示 图2-1 调制信号、已调信号的波形、频谱图解调信号的波形、频谱如图2-2所示：图2-2解调信号的波形、频谱图输入输出信噪比关系曲线如图2-3所示图2-3 输入输出信噪比关系曲线2.2.2调制信号幅度=载波幅度调用程序，程序中a=1。调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-4所示图2-4调制信号、已调信号的波形、频谱图解调信号的波形、频谱如图2-5所示：图2-5解调信号的波形、频谱图输入输出信噪比关系曲线如图2-6所示图2-6 输入输出信噪比关系曲线2.2.3 调制

20、信号幅度=1.5载波幅度调用程序，程序中a=1.5。调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-7所示图2-7调制信号、已调信号的波形、频谱图解调信号的波形、频谱如图2-8所示：图2-8解调信号的波形、频谱图输入输出信噪比关系曲线如图2-9所示图2-9输入输出信噪比关系曲线2.3三角波调制用频率300HZ三角波调制频率30KHZ的正弦波，采用同步解调，观察调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器输入输出信噪比的关系。只需将正弦信号源程序中的“x=a*sin(2*pi*300*t)”替换为三角信号“x=a*sawtooth(2*pi*300*t)”。2.3.1调制信号幅度=0.8载波幅度调用

21、程序，程序中a=0.8。调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-10所示：图2-10 调制信号、已调信号的波形、频谱图解调信号的波形、频谱如图2-11所示：图2-11解调信号的波形、频谱图输入输出信噪比关系曲线如图2-12所示：图2-12 输入输出信噪比关系曲线2.3.2 调制信号幅度=载波幅度调用函数，函数中a=1。调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-13所示：图2-13调制信号、已调信号的波形、频谱图解调信号的波形、频谱如图2-14所示：图2-14解调信号的波形、频谱图输入输出信噪比关系曲线如图2-15所示：图2-15输入输出信噪比关系曲线2.3.3调制信号幅度=1.5载波幅度调用程序，程

22、序中a=1.5。调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-16所示：图2-16调制信号、已调信号的波形、频谱图解调信号的波形、频谱如图2-17所示：图2-17解调信号的波形、频谱图输入输出信噪比关系曲线如图2-18所示：图2-18输入输出信噪比关系曲线2.4 运行结果分析 通过仿真我们可以看出所谓调制，就是按调制信号的变化规律去改变某些参数的过程，SSB信号的包络不再与调制信号 成正比，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。因此SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，需采用相干解调。仿真结果表明，采用同步解调法基本可以完全恢复出原始信号。通过在已调信号中加入高斯白噪声，通过

23、解调器解调，根据对输入输出信噪比关系曲线绘制观察，不同的调制信号对系统性能有一定的影响。3 总结在这次课程设计中，我通过多方面地搜集资料，对SSB的解调原理进行深入理解分析，成功地用MATLAB 7.0完成了对SSB的仿真实现。在设计过程中，我面对着一系列的难点：将MATLAB与通信原理结合起来运用，对解调信号结合理论进行分析并总结，掌握产生具有一定信噪比的高斯白噪声的方法，等等。这些具体的问题在书上只有少量的理论介绍，要在实际运用中结合这些理论是一件不太容易的事。接到课程设计任务书后，我积极投入，去图书馆借阅相关资料，上网浏览相关信息，获得了大量的信息，为完成本次课程设计奠定了基础。对于MA

24、TLAB我开始还有许多未解之处，为了了解各个函数的用法，我多次查阅了其中的help文件，大体了解了所调用函数的使用方法。然后通过不断的实验与探究总结，终于逐个克服了这些难点，完成了任务。通过这次的实践，我明白了要将理论与实际相结合的道理，尽管这个过程会有一些辛苦，但通过努力实现后，就能大大深化我对知识的理解程度，增长实践经验。这表现在我对SSB的解调原理、MATLAB的功能特性都有了进一步的认识。总之，我在本次课程设计中辛苦不少，获益良多。4 参考文献【1】刘泉编.通信电子线路.武汉理工出版社.2007年【2】陈怀琛等编.MATLAB及在电子信息课程中的应用.电子工业出版社.2007年【3】樊昌信等编.通信原理.国防工业出版社.2007年【4】数字信号处理的MATLAB实现.科学出版社.2007年