基于MATLAB的抑制载波的双边带幅度调制(DSB)及解调分析

1、武汉理工大学信息分析与处理课程设计说明书目录摘要11 设计目的与要求21.1 设计目的21.2 设计要求22 设计方案32.1 调制方案32.1.1 滤波法32.1.2 相移法42.2 解调方案53 仿真设计53.1 Simulink简介53.2 SSB调制与解调63.3 加入高斯噪声的SSB调制与解调83.3.1 波形失真与高斯噪声均值的关系93.3.2 波形失真与高斯噪声方差的关系93.3.3 滤波器参数对信道的影响104 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，

2、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，

3、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

4、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

5、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2-1 SSB滤波法调

6、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

7、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-/2。图2-2 SSB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-/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，

8、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 2-3 SSB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3.1 Simulink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）S

9、ignals&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3-1 Simulink工具页面3.2 SSB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

10、，SSB调制与解调系统模型如图3-2。图3-2 SSB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3-3 SSB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

11、-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（Gaussian Noise Generator）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

12、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

13、 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1 R van Nee. OFDM Wireless Multimedia CommunicationsJ.Rrasad R. Artech House，1999，33：2982 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析M.北京：清华大学出版社，2010：27326. 3 曹一，基于Simulink的OFDM通信系统仿真分析. 天津大学硕士