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(精品)概要

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写，具体包括：⑴目录；⑵理论分析；⑶程序设计；⑷程序运行结果及图表分析和总结；⑸课程设计的心得体会（至少800字，必须手写。

）；⑹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 (1)2. 设计方案 (1)2.1 SSB调制原理 (1)2.1.1 滤波法 (1)2.1.2 相移法 (2)2.2 解调原理 (4)2.2.1 相干解调 (4)2.2.2 2级单边带调制解调 (4)3. SSB调制与解调的MATLAB程序实现 (4)3.1 函数的使用 (4)3.2 MA TLAB程序实现 (5)3.3 模拟仿真结果分析 (9)4. SSB系统的Simulink仿真 (10)4.1 Simulink工作环境 (10)4.2 SSB信号调制 (11)4.2.1 调制模型构建与参数设置 (11)4.2.2 仿真结果及分析 (11)4.3 SSB相干解调 (14)4.3.1 相干解调模型构建与参数设置 (14)4.3.2 仿真结果及分析 (15)4.4 加入高斯噪声的SSB调制与解调 (17)4.4.1 模型构建 (17)4.4.2 仿真结果及分析 (18)5. 心得体会 (23)参考文献 (25)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MA TLAB 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MA TLAB 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MA TLAB 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)(w H SSB 是单边带滤波器的系统函数，即)(t H SSB 的傅里叶变换。

c图2-1滤波法模型若保留上边带，则)(w H SSB 应具有高通特性如如图2-2（b ）所示，表达式（2-1）如下：ccSSB w w w w w H >≤=,1,0)({ （式2-1）单边带信号的频谱如图2-2（c ）所示。

若保留下边带，则)(w H SSB 应具有低通特性如图2-2（d ）所示，表达式（2-2）如下：ccSSB w w w w w H ≤>=,1,0)({ （式2-2）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：t w t f t w t f S c c USB sin )(ˆ21cos )(21t -='）（（式2-3）t w t f t w t f S c c LSB sin )(21cos )(21)t (-=' （式2-4） 这里)(ˆt f 是)(t f 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 )]([)(ˆt f H t f= （式2-5） )sgn()())](([w ˆw w jF t f H F F-==）（ （式2-6） 式中,10,1)sgn({><-=w w w （式2-7）图2-3 SSB 移相法模型显然， )(t f 信号通过传递函数为jgn(w)-的滤波器，即可得到)(ˆt f。

具有传递函数)sgn()(w j w H -=的滤波器称为希尔伯特滤波器。

)(w H 传递函数的模和相位特性如图2-4所示。

从图2-4可见，希尔伯特滤波器是一个宽带90o 移相网络，是正交变换网络。

图2-4希尔伯特滤波器的传递函数2.2 解调原理2.2.1 相干解调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。

相干解调器的一般模型如图2-5所示。

图2-5相干解调器的一般模型2.2.2 2级单边带调制解调在实际应用中，有时需要将信号调制到较高频率的载波上进行传输，但一般设备很难一次性调制成功，所以这时需要将信号分两级调制。

第1级调制时，信号先与频率相对较低1级载波相乘，再通过带通滤波器滤除下边带频谱得单边带调制信号；第2级调制时，2级载波频率相对第1级较高，再通过带通滤波器后输出高频单边带信号。

解调时，1级解调时先与2级载波相乘，再通过低通滤波器，2级解调时与1级载波相乘再通过低通滤波器，最后得解调信号。

3. SSB调制与解调的MATLAB程序实现3.1 函数的使用正弦波函数cos()：调用格式为x = a*cos(b*2*pi*t)；abs(x)：纯量的绝对值或向量的长度,abs函数返回一个数的绝对值。

用法为：result = abs(number) 其中result是number参数的绝对值；filter ：一维数字滤波filter(fb,fa,mo)，这里fb,fa分别为滤波器的上下限截止频率，而mo为滤波器的输入信号。

其他简单函数：cla 清除当前坐标轴clc 清除命令窗口显示clf 清除当前图形窗口demo 运行MA TLAB演示程序grid 给图形加网格线gtext 在鼠标指定的位置加文字说明hold 当前图形保护模式length 查询向量的维数linspace 构造线性分布的向量logspace 构造等对数分布的向量pi 圆周率πplot 线性坐标图形绘制subplot 将图形窗口分成若干个区域title 给图形加标题xlabel 给图形加x坐标说明ylabel 给图形加y坐标说明3.2 MATLAB程序实现这里调制信号为正弦信号，调制信号幅度=0.8×载波幅度，程序如下：Fs=100000; %抽样频率t=[0:1/Fs:0.01]; %抽样间隔Fc=30000; %载波频率a=0.8;m=a*cos(300*2*pi*t); %调制信号X=fft(m);X=abs(X(1:length(X)/2+1)); %调制信号频谱frqX=(0:length(X)-1)*Fs/length(X)/2sm = modulate(m,Fc,Fs,'amssb'); %对信号进行调制Y=fft(sm);Y=abs(Y(1:length(Y)/2+1)); %已调信号频谱frqY=(0:length(Y)-1)*Fs/length(Y)/2k1=awgn(sm,1); %对已调信号加噪声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)); %加入噪声后已调信号频谱frqY1=(0:length(Y1)-1)*Fs/length(Y1)/2;sn=demod(sm,Fc,Fs,'amssb'); %无噪声ssb信号解调sn1=demod(k1,Fc,Fs,'amssb'); %加噪声ssb信号解调sn2=demod(k2,Fc,Fs,'amssb');sn3=demod(k3,Fc,Fs,'amssb');sn4=demod(k4,Fc,Fs,'amssb');sn5=demod(k5,Fc,Fs,'amssb');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(dy24);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; %无噪声解调信号频谱Z1=fft(sn1);Z1=abs(Z1(1:length(Z1)/2+1));frqZ1=[0:length(Z1)-1]*Fs/length(Z1)/2; %加噪声解调信号频谱figure(1);subplot(1,2,1)plot(t,m); title('SSB调制信号')subplot(1,2,2)plot(frqX,X);title('SSB调制信号频谱')axis([0 3000 0 max(X)]);figuresubplot(2,2,1)plot(t,sm);title('SSB已调信号')subplot(2,2,2)plot(frqY,Y); title('SSB无噪声已调信号频谱')subplot(2,2,3)plot(frqY1,Y1);title('SSB加噪声已调信号频谱')figuresubplot(1,2,1)plot(t,sn);title('SSB无噪声解调信号波形')subplot(1,2,2)plot(frqZ,Z); title('SSB无噪声解调信号频谱')axis([0 3000 0 max(Z)])figuresubplot(1,2,1)plot(t,sn1);title('SSB加噪声解调信号波形')subplot(1,2,2)plot(frqZ1,Z1); title('SSB加性噪声解调信号频谱')axis([0 3000 0 max(Z)]);figureplot(in,out)xlable('输入信号信噪比')ylable('输出信号信噪比')程序运行结果如下图3.所示：图3 (a) 调制信号时域图及频谱图图3（b) 已调信号波形,无噪声及有噪声已调信号频谱图3（c) 无噪声解调信号波形及频谱图3（d) 加噪声解调信号波形及频谱图3（e) 输入信噪比与输出信噪比曲线3.3 模拟仿真结果分析通过MA TLAB对SSB调制和解调系统的模拟仿真，观察各波形和频谱，可以看到，在频谱结w，调构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移，若调制信号频率为w，载波频率cw处。