基于MATLAB的单边带调幅和解调的实现设计

2007级学生数字通信原理课程设计 数字通信原理课程设计报告书课题名称单边带调幅SSB和解调的实现设计姓 名学 号 院 系物理与电信工程系专 业通信工程指导教师 2010年 1月 15日 一、设计任务及要求： 利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现SSB解调，并绘制出解调前后的时域和频域波形，再进一步绘制出对SSB信号叠加噪声进行解调后，的时域和频域波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及噪声对信号解调的影响。指导教师签名： 2010年 1 月 15 日 二、指导教师评语：指导教师签名： 2010年 月 日 三、成绩 验收盖章 2010年 月 日 基于MATLAB的单边带调幅和解调的实现设计一、 设计目的实现SSB的调制和解调。在此次课程设计中，我将通过多方搜集资料与分过这个阶段的研习，更清晰地认识SSB的解调原理，同时加深对MATLAB这款通信仿真软件操作的熟练度，并在使用中去感受MATLAB的应用方式与特色。利用自主的设计过程来锻炼自己独立思考，分析和解决问题的能力，为我今后的自主学习研究提供具有使用性的经验。 二、设计要求 利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现SSB解调，并绘制出解调前后的时域和频域波形，再进一步绘制出对SSB信号叠加噪声进行解调后，的时域和频域波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及噪声对信号解调的影响。三、设计原理3.1 单边带调幅的定义 单边带信号( SSB ) , 从本质上来说也是一种调幅信号 ,它出自于调幅又区别于调幅 。调幅波是一个载波幅度跟随调制音频幅度变化而变化的调制方式 。只有清楚的知道调幅波的特征才能准确的掌握SSB 的产生方法 ,我们可以根据混频的原理来说明调幅波的频谱特征 。由于非线性元件的特点 ,两个不同频率的信号频率1和频率2通过非线性元件会出现4个频率：两个频率的和 、两个频率的差 、频率1、频率2。通常我们把两个频率的和 、两个频率的差对应的信号称为上边带信号(USB)和下边带信号(LSB)，而这两个信号所包含的信息相同,因此只传送一个边带即可以传送信号的全部信息。这种只传送一个边带信号的调制方式称为单边带调制。 3.2 单边带信号的调制上面提到两个不同频率的信号通过非线性元件可以产生四种频率的信号。假定我们有两种频率的信号:载波M(t) =Amcosct、音频信号m(t)= amcosct。通过非线性元件可以产生频率分别为c、c的信号 。我们通过带通滤波器滤掉c,通过低通滤波器滤掉c。这样,我们就得到了两个边带的频率分量c +c、c - c,这种含有两个边带信号同时也没有载波分量的信号,我们称它为双边带信号,简称DSB。此时, DSB也可以被直接发射出去,但是DSB信号中含有两个边带的信号,这两个边带携带着两个完全相同的信息,我们完全可以只发射其中的一个。这时,我们用滤波器过滤掉其中的一个边带就可以得到单边带信号( LSB或者USB ) 。3.2.1 滤波法调制( 频率区分法 )滤波法产生SSB信号的模型如图3.1所示 ：图3.1滤波法调制图LPF、HPF需要理想的形式 ,但是实际上是做不到的 ,过渡带不可能是 0。因此需要采用多级调制 。采用二级调制的系统框图如图3.2所示 ：图3.2二级调制模型图工作原理 :当频率较低的时候 ,滤波器具有陡峭的频率 ,因此H1是一个截止频率点较低的低通或高通滤波器。H2是一个带通滤波器,通常截止频率点选得较高。二次调制的调制频率需满足:信号M1(t)的频率+信号M2(t)的频率=c。 3.2.2 移相法调制移相法产生SSB信号的模型如图3.3所示 ：图3.3移相法调制图图中- /2为相移网络; cosct经过相移网络后,输出为sinct。m(t)经过相移网络后,将所有的频率成份移相- /2,实际上是一个希尔波特(Hilbert)变换(也可以用一个宽带相移网络来代替)。3.3 单边带信号 ( SSB )的解调所谓解调就是把接收来的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。即由SSSB(t)变成m(t)的过程。SSB信号的解调方法相干解调法相干解调方法的模型如图3.4所示：图 3.4 相干解调法模型图下面从时域和频域两个角度进行分析 ：时域分析 :SP(t) = SSSB(t)cosct=m(t)cosctm(t)sinctcosct =1/2m(t)+m(t)cos(2ct)1/2m(t)sin(2ct) 公式(3.1)经滤波器后,输出为 : mo(t)=1/2m(t) 公式(3.2)频域分析 :SP(c) = 1/2SSSB(c +c) + SSSB(c -c) 公式(3.3)经滤波器后,输出为: Mo(c) = SP (c) HLPF(c) 公式(3.4) 相干解调要求本地载波的频率和相位必须严格。四、具体设计程序：Fs=100000;t=0:1/Fs:0.01;y=cos(300*2*pi*t);%调制信号yw=fft(y);yw=abs(yw(1:length(yw)/2+1);frqyw=0:length(yw)-1*Fs/length(yw)/2;Fc=30000;c=cos(Fc*2*pi*t);b=sin(2*pi*Fc.*t);lssb=y.*c+imag(hilbert(y).*b;y1=awgn(lssb,30); %调制信号加噪声wsingle=fft(lssb);wsingle=abs(wsingle(1:length(wsingle)/2+1);frqsingle=0:length(wsingle)-1*Fs/length(wsingle)/2;asingle=ademod(y1,Fc,Fs,amssb); %ssb解调aa=fft(asingle);aa=abs(aa(1:length(aa)/2+1);frqaa=0:length(aa)-1*Fs/length(aa)/2; %解调信号频谱figure(1)subplot(1,2,1);plot(t,y);grid on;title(调制信号时域波形)subplot(1,2,2);plot(frqyw,yw); grid on;%调制信号频谱title(调制信号频谱)axis(0 1000 0 max(yw);figure(2)plot(t,lssb)subplot(2,2,1)plot(t,lssb);grid on;title(下边带信号波形)subplot(2,2,2);plot(frqsingle,wsingle); %调制后频谱图grid on;title(下边带信号频谱)subplot(2,2,3);plot(t,asingle);grid on;title(解调后信号波形)subplot(2,2,4);plot(frqaa,aa);grid on;title(解调后信号频谱)axis(0 3000 0 max(aa); 五、设计结果在MATLAB中实现SSB信号的产生和解调的仿真就是基于以上的程序和参数设定，运行调用了plot函数的M文件，可以分别得出解调前后的频域与时域对比图，为了便于参照，将SSB信号的时域与频域图也一同进行比较。比较结果如下图5.1及图5.2所示：图 5.1 调制信号的时域、频域对比图图 5.2 单边带调幅SSB信号、解调信号的时域和频域对比图总结：通过利用matlab程序实现了题目的要求，完成了对单边带调幅（SSB）的解调六、仪器和设备系统开发平台为Windows Vista，使用工具软件为MATLAB 7.0七、设计总结：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编写出M程序完成了对SSB解调过程的仿真实现。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，根据书中介绍的解调原理自主设计所要运用的器件并调整其参数，对解调信号结合理论进行分析并总结。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MATLAB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九、参考文献1.王兴亮、寇宝明.数字通信原理与技术M . 西安电子科技大学出版社，2009年5月第3版：32-38.2.张志涌、杨祖樱. matlab教程M. 北京航天航空大学出版社，2009年6月第7次出版：187-194、297-310.3.程佩青. 数字信号处理教程M. 清华大学出版社，2006年10月：82-84.4.刘树棠. 信号与系统M. 西安交通大学出版社2005年4月：65-68.5.刘毅敏. 基于matlab的调制解调器的设计M. 武汉科技大学：26-32.6.郭文彬. 通信原理基于matlab的计算机仿真M. 北京邮电大学出版社：36-45.