1、課程設計任務書學生姓名：呂義斌專業班級： 電信1102班指導教師：桂 林 工作單位： 武漢理工大學題 目：信號分析處理課程設計基于MATLAB勺模擬信號單邊帶幅度調制（SSB與解調分析初始條件:1 . Matlab6.5以上版本軟件；2 .先修課程：通信原理等；要求完成的主要任務：（包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、利用MATLAB中的simulink工具箱中的模塊進行單邊帶幅度調制（SSB與解 調，觀察波形變化；2、畫出程序設計框圖，編寫程序代碼，上機運行調試程序，記錄實驗結果（含計算 結果和圖表等），并對實驗結果進行分析和總結；3、課程設計說明書按學校統一規范來

2、撰寫，具體包括：目錄；理論分析； 程序設計； 程序運行結果及圖表分析和總結；課程設計的心得體會（至少800字，必須手寫。）；參考文獻（不少于5篇）。時間安排：周一、周二查閱資料，了解設計內容；周三、周四程序設計，上機調試程序；周五、整理實驗結果，撰寫課程設計說明書指導教師簽名:系主任（或責任教師）簽名:1 .概述12 .設計方案12.1 SSB調制原理12.1.1 濾波法12.1.2 相移法22.2 解調原理42.2.1 相干解調42.2.2 2級單邊帶調制解調 43.SSB調制與解調的 MATLAB 程序實現 41.1 函數的使用41.2 MA TLAB 程序實現 51.3 模擬仿真結果分析

3、94 . SSB 系統的 Simulink 仿真104.1 Simulink 工作環境104.2 SSB信號調制114.2.1 調制模型構建與參數設置 114.2.2 仿真結果及分析 114.3 SSB相干解調144.3.1 相干解調模型構建與參數設置 144.3.2 仿真結果及分析 154.4 加入高斯噪聲的 SSB調制與解調174.4.1 模型構建174.4.2 仿真結果及分析 185 .心得體會23參考文獻251 .概述本課程設計是實現 SSB的調制與相干解調，以及在不同噪聲下對信道的影響。信號的調制與解 調在通信系統中具有重要的作用。調制過程是一個頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬

4、移到 載頻位置。解調是調制的逆過程，即是將已經調制的信號還原成基帶信號的過程。信號的接收端就 是通過解調來還原已調制信號從而讀取發送端發送的信息。因此信號的解調對系統的傳輸有效性戶 傳輸可靠性有很大的影響。調制與解調方式往往決定了一個通信系統的性能。單邊帶SSB信號的解調采用相干解調法，這種方式被廣泛應用在載波通信和短波電話通信中。新版的MATLAB增強了圖形處理功能，并在 WINDOWS環境下運行。現今，MATLAB的發展 已大大超出了 矩陣實驗室”的范圍，它的配備了涉及到自動控制、信息處理、計算機仿真等種類繁 多的工具箱（Tool Box）,這些工具箱有數理統計、信號處理、系統辨識、最優化

5、、穩健等等。本 次課程設計主要利用 MATLAB軟件對通信原理中的模擬信號進行進行抑制雙邊帶調制的仿真分析， 即SSB信號調試與解調的仿真分析。設計中主要是對SSB已調信號進行時域和頻域分析。Simulink是MATLAB中一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設計環境，是實現動態系統建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統、非線性系統、數字控制及數字 信號處理建模和仿真中。Simulink可以連續采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它支持多速率系統，也就是系統中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創建動態模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口（GUI

6、）,這個創建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成。2 .設計方案2.1 SSB調制原理單邊帶調制是幅度調制中的一種。幅度調制是由調制信號去控制高頻載波的幅度，使之隨調制 信號作線性變化的過程。在波形上，幅度已調信號的幅度隨基帶信號的規律而呈正比地變化；在頻 譜結構上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內的簡單搬移。常見的調幅（AM ）、雙邊帶（DSB）、殘留邊帶（VSB）等調制就是幅度調制的幾種典型的實例。單邊帶調制（ SSB）信號是將雙邊帶信 號中的一個邊帶濾掉而形成的。根據濾除方法的不同，產生 SSB信號的方法有：濾波法和相移法。2.1.1 濾波法單邊帶調制就是只傳送雙邊帶信號中的一個邊帶（上

7、邊帶或下邊帶）。產生單邊帶信號最直接、最常用的是濾波法，就是從雙邊帶信號中濾出一個邊帶信號，圖 2-1是濾波法模型的示意圖。單邊 帶信號的頻譜如圖 2-2所示，該圖能說明濾波法的基本原理，圖中HSSB（w）是單邊帶濾波器的系統函數，即HSSB（t）的傅里葉變換。f A? sDSB(tL Hssb(w)%sb ac(t) = coswct若保留上邊帶，則 HSSB(w)應具有高通特性如如圖 2-2 (b)所示，表達式(2-1)如下:1,H SSB(w) - 0w > wcw <wc(式 2-1)單邊帶信號的頻譜如圖 2-2 (c)所示。若保留下邊帶，則 HSSB(w)應具有低通特性如

8、圖 2-2 (d)所示，表達式(2-2)如下:1H SSB(w) = 0W < wc w > wc2-2)單邊帶信號的頻譜如圖2-2(e)所示。圖2-2單邊帶信號頻譜圖2.1.2 相移法單邊帶信號的時域表達式為:(式 2-3)11 ?.,Susb (t) =- f (t)coswct f(t)sin wct22 ， 、 1 ， 、1 ， 、 .Slsb«) = f (t)coswct - f (t) sin wct 22(式 2-4)這里？(t)是f(t)的希爾伯特變換。從表達式可以得到單邊帶調制信號相移法的一般模型框圖,如圖2-3所示。希爾伯特變換 H (w)及有關特性

9、為:定義?t) =Hf(t)(式 2-5)F (w) =FH(f (t) = -jF (w)sgn(w)(式 2-6)式中sgn(w) =1,1w >0w <0(式 2-7)圖2-3 SSB移相法模型顯然，f(t)信號通過傳遞函數為-jgn(w)的濾波器，即可得到 ？(t)。具有傳遞函數H (w) = -j sgn(w)的濾波器稱為希爾伯特濾波器。H (w)傳遞函數的模和相位特性如圖2-4所示。從圖2-4可見，希爾伯特濾波器是一個寬帶90°移相網絡，是正交變換網絡。|H (w)|1(w)0W2.2解調原理2.2.1 相干解調相干解調也叫同步檢波。解調與調制的實質一樣，均是

10、頻譜搬移。調制是把基帶信號的譜搬到 了載頻位置，這一過程可以通過一個相乘器與載波相乘來實現。解調則是調制的反過程，即把在載 波位置的已調信號的譜搬回到原始基帶位置，因此同樣可以用相乘器與載波相乘來實現。相干解調 器的一般模型如圖 2-5所示。SmLPFSdc(t) = coswct圖2-5相干解調器的一般模型2.2.2 2級單邊帶調制解調在實際應用中，有時需要將信號調制到較高頻率的載波上進行傳輸，但一般設備很難一次性調制成功，所以這時需要將信號分兩級調制。第1級調制時，信號先與頻率相對較低1級載波相乘，再通過帶通濾波器濾除下邊帶頻譜得單邊帶調制信號；第2級調制時，2級載波頻率相對第 1級較高，

11、再通過帶通濾波器后輸出高頻單邊帶信號。解調時， 1級解調時先與2級載波相乘，再通過低 通濾波器，2級解調時與1級載波相乘再通過低通濾波器，最后得解調信號。3. SSB調制與解調的MATLABS序實現3.1 函數的使用正弦波函數 cos():調用格式為x = a*cos(b*2*pi*t);abs(x)：純量的絕對值或向量的長度，abs函數返回一個數的絕對值。用法為：result = abs(number)其中result是number參數的絕對值；filter : 一維數字濾波filter(fb,fa,mo),這里fb,fa分別為濾波器的上下限截止頻率，而 mo為濾 波器的輸入信號。其他簡單函

12、數：cla清除當前坐標軸clc清除命令窗口顯示clf清除當前圖形窗口demo運彳亍MATLAB演示程序grid給圖形加網格線gtext在鼠標指定的位置加文字說明hold當前圖形保護模式length查詢向量的維數linspace構造線性分布的向量logspace Pi plot subplot title構造等對數分布的向量圓周率兀線性坐標圖形繪制將圖形窗口分成若干個區域給圖形加標題xlabel給圖形加x坐標說明ylabel給圖形加y坐標說明3.2 MATLAB程序實現這里調制信號為正弦信號，調制信號幅度Fs=100000;t=0:1/Fs:0.01;Fc=30000;a=0.8;m=a*cos

13、(300*2*pi*t);X=fft(m);X=abs(X(1:length(X)/2+1);frqX=(0:length(X)-1)*Fs/length(X)/2 sm = modulate(m,Fc,Fs,'amssb);Y=fft(sm);Y=abs(Y(1:length(Y)/2+1);frqY=(0:length(Y)-1)*Fs/length(Y)/2 k1=awgn(sm,1);k2=awgn(sm,5);k3=awgn(sm,10);k4=awgn(sm,15);k5=awgn(sm,20);Y1=fft(k1);Y1=abs(Y1(1:length(Y1)/2+1);

14、frqY1=(0:length(Y1)-1)*Fs/length(Y1) sn=demod(sm,Fc,Fs,'amssb);sn1=demod(k1,Fc,Fs,'amssb); sn2=demod(k2,Fc,Fs,'amssb); sn3=demod(k3,Fc,Fs,'amssb); sn4=demod(k4,Fc,Fs,'amssb); sn5=demod(k5,Fc,Fs,'amssb);=0.8峨波幅度，程序如下：%抽樣頻率%抽樣間隔%載波頻率%調制信號%調制信號頻譜%對信號進行調制%已調信號頻譜%對已調信號加噪聲%加入噪聲后已調信

15、號頻譜%無噪聲ssb言號解調%加噪聲ssb言號解調dy1=k1-sm;snr1=var(sm)/var(dy1);dy2=sn1-sn;snr2=var(sn)/var(dy2);dy12=k2-sm;snr12=var(sm)/var(dy12);dy22=sn2-sn;snr22=var(sn)/var(dy22);dy13=k3-sm;snr13=var(sm)/var(dy13);dy23=sn3-sn;snr23=var(sn)/var(dy23);dy14=k4-sm;snr14=var(sm)/var(dy14);dy24=sn4-sn;snr24=var(sn)/var(dy2

16、4);dy15=k5-sm;snr15=var(sm)/var(dy15);dy25=sn5-sn;snr25=var(sn)/var(dy25);in=snr1,snr12,snr13,snr14,snr15;out=snr2,snr22,snr23,snr24,snr25;Z=fft(sn);Z=abs(Z(1:length(Z)/2+1);frqZ=0:length(Z)-1*Fs/length(Z)/2;% 無噪聲解調信號頻譜Z1=fft(sn1);Z1=abs(Z1(1:length(Z1)/2+1);frqZ1=0:length(Z1)-1*Fs/length(Z1)/2;% 加噪

17、聲解調信號頻譜figure。)；subplot(1,2,1)plot(t,m); title( 'SSB調制信號')subplot(1,2,2)plot(frqX,X);title( 'SSB調制信號頻譜')axis(0 3000 0 max(X);figuresubplot(2,2,1)plot(t,sm);title( 'SSB已調信號')subplot(2,2,2)plot(frqY,Y); title( 'SSB無噪聲已調信號頻譜')subplot(2,2,3)plot(frqY1,Y1);title( 'SSB加

18、噪聲已調信號頻譜')figuresubplot(1,2,1)plot(t,sn);title( 'SSB無噪聲解調信號波形) subplot(1,2,2)plot(frqZ,Z); title( 'SSB無噪聲解調信號頻譜') axis(0 3000 0 max(Z)figuresubplot(1,2,1)plot(t,sn1);title( 'SSB力口噪聲解調信號波形')subplot(1,2,2) plot(frqZ1,Z1); title( axis(0 3000 0 max(Z);figureplot(in,out)xlable(

19、9;輸入信號信噪比 ylable('輸出信號信噪比程序運行結果如下圖3.所示：'SSB加性噪聲解調信號頻譜)00.0060.01SSB調制信號頻譜 400 11360 -300-250- I-200 r-150 -100 -50 -qLLJj10100020003000圖3 (a)調制信號時域圖及頻譜圖圖3 (b)已調信號波形，無噪聲及有噪聲已調信號頻譜SSB無噪聲解調信號頻譜圖3 (c)無噪聲解調信號波形及頻譜圖3 (e)輸入信噪比與輸出信噪比曲線3.3 模擬仿真結果分析通過MATLAB對SSB調制和解調系統的模擬仿真，觀察各波形和頻譜，可以看到，在頻譜結構上，它的頻譜完全是

20、基帶信號頻譜在頻域內的簡單搬移，若調制信號頻率為W,載波頻率wc,調制后信號頻率搬移至 Wc處。通過在已調信號中加入高斯白噪聲，通過解調器解調，根據對輸入輸出信噪比關系曲線繪制觀察，在理想情況下，輸出信噪比與輸入信噪比相等，不同的調制信號對系統 性能有一定的影響。4. SSB系統的Simulink仿真4.1 Simulink工作環境在MATLAB 命令窗口，單擊工具欄上的“Simulink按鈕可進入 Simulink模塊。模塊庫按功能可分為以下8類字庫：Continuous （連續模塊）、 Discrete （離散模塊）、 Function&Table （函數與平臺 模塊）、Math

21、（數學模塊）、Nonlinear （非線性模塊）、Signal&System （信號與系統模塊）、Sink（接收器模塊）、Source （輸入源模塊）。用戶可以根據需要混合使用庫中的模塊來組合系統，也可以封裝自己的模塊，自定義模塊庫，從而實現全圖形化仿真。Simulink模型庫中的仿真模塊組成三級樹結構，Simulink子模型庫中包含了Continuous、Discontinus等下一級模塊庫，Continuous模型庫中又包含了若干模塊，可以直接加入仿真模型。|S£ol£iLk Lib,Simulink工具模塊頁面如圖 4-1.所示。-問Flit Edit Vi

22、1W Help口百小找Cdhiianily IFs-el BlocksSnrv 曰 iLikVEed Blochs: elBulink Ccsscnlrl*«d Slrcks：Connanly Used BI口tkx:CoEltBUUQUEDi tc Qnt iriui ti es% DiEc&ntinuitiesDb screteLogn i? and Bit Opd-rati4iLE 空 Lookup Tablee %!I Halh 0PMationmlflod.il Verificaiicm組Uliliti«sil4 Pcirta ft Subsstenis

23、Zb| Signiil At trilni.tis.%發呼近 EwtijigSbnJksSoiir U 電:耳U-ser-DafiMd. Fimet icnsMdstiHaAh & Discrele:&-;畫筆國：四：田：曲：囹|£-&-:回： “LDFJA PetcrEiiciE BlocksetControl Srslen ToolbosIhal% ft 1'iuEes Blocks elEnb/dd.H T u-go-t for Iitfa CEnbedded Targetfor HuloralaEnDedd«d 14g*七 for I

24、flolorblaEnb»dJ«d Tu-gat for OSEK/VDXEnVdded TargetEnbedded l &yge-tfor TI 匚2go for II C6000 Ifnny Lori c " o riboseL派 for VUdidSimDi'scr tsble di-k Ihi iean E力 bpfeh the Di±erwt史 m亞MyLoic and Bit Op er ationxLookup TablesMtllt Op«T4ti4in.EModel VsTificali onModel-1i

25、de UtxLilissPorts & SubxyztenESignal AttributesSiLsl EoutidgSidksSoiarces4.2 SSB信號調制4.2.1 調制模型構建與參數設置在MATLAB的集成仿真環境 Smulink中建立單邊帶調制與解調系統模型并實現對它的動態仿真，SSB調制系統模型如圖4-2.所示。調制信號 m(t)參數設置為：幅值為 2,頻率為1;載波信號c(t) 參數為：幅值為2,頻率為10。圖4-2 SSB調制系統模型邊帶濾波器參數設置如圖4-3.所示。圖4-3邊帶濾波器參數設置4.2.2 仿真結果及分析調制模塊的仿真波形圖如圖4-4.所示。第一

26、路是調制信號波形，第 2路是載波信號波形，第 3路是DSB調制后的信號波形，第 4路是SSB調制后信號波形。圖4-4調制模塊的仿真波形圖Time history調制模塊中各階段波形的功率譜如圖4.5所示。210-131012141616Time (seci)圖4-5(b)載波信號功率譜Time hislory81012141613Time (secsl圖4-5(d) SSB調制信號功率譜分析可知，調制信號頻率為1,載波的頻率為10。調制信號先與載波相乘得雙邊帶信號，再通過帶通濾波器得上邊帶信號。調制過程中信號功率波形不變，只是頻率的搬移，符合線性調制原理。4.3 SSB相干解調4.3.1 相干

27、解調模型構建與參數設置SSB相干解調系統模型如圖4-6所示。調制信號m(t)參數設置為：幅值為2,頻率為1;載波信號 c(t)參數為：幅值為2,頻率為10。低通濾波器參數設置如圖4-7所示。圖4-7相干解調低通濾波器參數設置4.3.2 仿真結果及分析SSB相干解調仿真波形如圖 4-8所示。第1路波形是輸入信號波形，第2路波形是已調制信號波形，第3路波形是通過相乘器后的信號波形，第 4路波形是解調后的信號波形。圖4-8 SSB相干解調仿真波形分析可知，解調后的波形和原輸入信號波形一樣，符合要求。相干解調模塊中各過程信號功率譜如圖4-9所示。Time history 2 1 0-181012141

28、6 1BTime (secs)Power Spectral Density80 60 40 2051015202530Frequency (rads/sec)Power Spectral Density(phase) 0-1000-2000-3000510 1S 202530Frequency <radsZsec)圖4-9(a)輸入信號功率譜Power Spectral D&nsityFrequency (rads/sec)圖4-9 (c)相干解調信號功率譜由仿真波形可知，調制實現了功率譜的搬移，解調后的信號功率譜和原信號功率譜一樣，實現 了設計要求。4.4加入高斯噪聲的 SSB

29、調制與解調4.4.1 模型構建高斯噪聲是指它的概率密度函數服從高斯分布(即正態分布)的一類噪聲。在理想信道調制與解調的基礎上。在調制信號上加入高斯噪聲，把 Simulink噪聲源下的高斯噪聲模塊(Gaussian Noise Generator)加入到模型中。圖 4-10中加了兩個高斯噪聲模塊，為比較高斯噪聲均值或方差不同時對 信道的影響，將兩個高斯噪聲模塊參數設置不同，以作比較。加入高斯噪聲后調制與解調系統模型如圖4-10所示。GeneratD<1圖4-10加入高斯噪聲后調制與解調系統模型4.4.2 仿真結果及分析1 .波形失真與高斯噪聲均值的關系設置各低通濾波器得頻帶邊緣頻率為10,

30、并設置兩個高斯的參數，仿真結果如圖4-11所示。第1路為理想信道下的相干解調信號波形；第2路為加入均值為0.6,方差為。的高斯噪聲時解調信號波 形；第3路為均值為1.2,方差為。的高斯噪聲時解調信號波形。圖4-11方差相同、均值不同時的仿真波形由仿真結果分析得，加入高斯噪聲方差相同的情況下，均值越大，解調后失真越大。 圖4-12為相干解調模塊中加入不同噪聲后各過程的信號功率譜。Time historySpectral DensityFrequency mdsaec)圖4-12 (a)理想情況下輸出信號功率譜圖4-12 (b)高斯噪聲均值為0.6、方差為0時輸出的信號功率譜Time (secs)

31、Frequency rads/sec)圖4-12 (c)高斯噪聲均值為1.2、方差為0時輸出的信號功率譜由仿真結果得，高斯噪聲均值為0.6,方差為0時，波形相對原波形失真較小，在功率譜上產生了一個比原信號功率小得多的分量；高斯噪聲均值為1.2,方差為0時，波形交大，在功率譜上產生了一個較大的分量。分析可知，高斯噪聲的均值越大，輸出信號失真越大。2 .波形失真與高斯噪聲方差的關系不同方差下仿真結果如圖4-13所示，第一路為理想信道下輸出信號波形；第2路為加入噪聲均值為0,方差為0.2時輸出信號波形；第 3路為加入噪聲均值為 0,方差為2時輸出信號波形。圖4-13均值相同、方差不同時的仿真波形由仿真結果分析得，加入高斯噪聲均值相同的情況下，方差越大，解調后失真越大。 圖4-14為相干解調模塊中加入不同噪聲后各過程的信號功率譜。圖4-14 （b）高斯噪聲均值為0、方差為2時輸出的信號功率譜由圖4-14得，高斯噪聲均值為 0,方差為0.2時，輸出信號波形相對原波形失真較小，如圖（a）所示，在功率譜上產生了一些比原信號功率小得多的分量；高斯噪聲均值為0,方差為2時輸出信號波形失真增大，如圖（b）所示，在功率譜上產生了一些比較大的功率分量。分析可知，高斯噪聲 的方差越大，輸出信號失真越大。3 .濾波器參數對信號傳輸信道的影響當濾波器邊緣頻率設置為