SSB信号调制仿真

1、 武汉理工大学MATLAB应用课程设计说明书 题 目: SSB信号的仿真分析目 录摘要1Abstract21 SSB调制与解调原理31.1SSB调制原理31.2 SSB解调原理与抗噪性能42 SSB调制解调分析的MATLAB实现53 SSB调制的实现63.1 调制信号为正弦信号63.1.1 调制信号幅度=0.8×载波幅度83.1.2 调制信号幅度=载波幅度103.1.3 调制信号幅度=1.5×载波幅度113.2 调制信号为三角波信号133.2.1 调制信号幅度=0.8×载波幅度153.2.2 调制信号幅度=载波幅度173.2.3 调制信号幅度=1.5×载

2、波幅度194 心得体会225 参考文献23摘要 MATLAB软件广泛用于数字信号分析，系统识别，时序分析与建模，神经网络、动态仿真等方面有着广泛的应用。新版的MATLAB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MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现SSB解调，分别利用300HZ正弦波和矩形波，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

3、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。 AbstractMATLAB software is widely used in digital signal analysis, system identification, time series analysis and modeling, neural networks, dynamic simulation have a wide range of applications. The new version of MATLAB enhanced graphics proces

4、sing functions, and in WINDOWS environment. Today, MATLAB development has gone far beyond the "matrix laboratory" the scope, it is equipped with a related to automatic control, information processing, computer simulation, such as a wide variety of toolbox (Tool Box), a few of these toolbox

5、 of mathematical statistics, signal processing, system identification, optimization, sound and so on. This design is mainly use of MALAB integration environment of M files, write programs to achieve SSB demodulation, use respectively 300HZ sine wave and rectangular wave, sine wave modulation of the

6、30KHZ observed modulated signal modulated signal and demodulate the signal waveform and spectrum distribution, and in the solution white Gaussian noise introduced when adjusted for demodulating the signal-noise ratio before and after the comparative analysis, it is estimated SSB modulation and demod

7、ulation performance of the system.1 SSB调制与解调原理1.1SSB调制原理 SSB调制属于幅度调制。幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。 与标准幅度调制相比，单边带调制（SSB）对于频谱和输出功率的利用率更高。尽管很少用于数据传送，SSB仍广泛地用于HF和VHF低端的语音通讯。双边带调制信号包含有两个完全相同的基带信号，即上、下边带。由于两个边带含的信息相同，因而从信息传输角度考虑，传送一个边带同样可以达到信息传输的目的,本设计只考虑上边带信号。单边带调制，就是通过某种办法，只传送一个边带的调制方法。 设调制信号为单

8、频信号f(t)=Amcosmt，载波为c(t)=cosct，则调制后的双边带时域波形为： SDSB(t) Amcosmt cos t Amcos(c+m)t+ Amcos(c-m)t /2 保留上边带，波形为： SUSB(t)Amcos(c+m)t/2Am(cosctcosmt-sinctsinmt) /2 保留下边带，波形为： SLSB(t)Amcos(c-m)t/2Am(cosctcosmt+sinctsinmt) /2 上两式中的第一项与调制信号和载波信号的乘积成正比，称为同相分量；而第二项的乘积则是调制信号与载波信号分别移相90°后相乘的结果，称为正交分量。 SSB调制框图如

9、下: 图1 SSB调制框图1.2 SSB解调原理与抗噪性能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）。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。相干解调，也称同步检波，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），它与接受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号，通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。由于SSB信号是抑制载波的已调信号，它的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复

10、调制信号。SSB信号解调时需采用相干解调。SSB相干解调性能分析模型如图3所示： 图2 SSB相干解调 解调器的输入信噪比为： 解调器的输出信噪比为： 制度增益为： 这是因为在SSB系统中，信号和噪声有相同的表示形式，所以相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。 2 SSB调制解调分析的MATLAB实现三角波函数sawtooth：调用格式为x = sawtooth(t, width).功能：产生一个周期为2、幅度在-1到+1之间的周期性三角波信号。其中width表示最大幅度出现的位置：即在一个周期内，信号从t=0到width×2时函数值从-1到+1线性增加

11、，而从width×2到2又是从+1到-1线性下降。width取值在0 1之间。 若x = sawtooth(t, width)，则对应的周期为2/。信号DSB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am，OPT在SSB调制时可不选，Fs需满足Fs > 2*Fc + BW，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

12、,OPT)Y为SSB已调信号，Fc为载波频率，Fs为抽样频率，METHOD为解调方式选择，SSB解调时为am，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。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)3 SSB调制的实现3.1 调制信号为正弦信号 程序：Fs=100000; %抽样频率fs=100000;t=0:1/Fs:0.01;Fc=30000; %载波频率

13、a=0.8m=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)/2S = modulate(m,Fc,Fs,'amssb'); %对信号进行调制Y=fft(S);Y=abs(Y(1:length(Y)/2+1); frqY=(0:length(Y)-1)*Fs/length(Y)/2 ;%已调信号频谱set(gcf,'color','w')figure(1)subplot(221) %绘制曲线plo

14、t(t,m)xlabel('调制信号波形')subplot(222)plot(frqX,X)axis(0 3000 0 max(X)xlabel('调制信号频谱')subplot(223)plot(t,S)xlabel('已调信号波形')subplot(224)plot(frqY,Y)axis(0 60000 0 max(Y)xlabel('已调信号频谱')%sn=awgn(S,4); %加入高斯白噪声sn1=awgn(S,10);sn2=awgn(S,15);sn3=awgn(S,20);sn4=awgn(S,25);Y1=de

15、mod(S,Fc,Fs,'amssb'); %无噪声已调信号解调YYN=demod(sn,Fc,Fs,'amssb'); %加噪声已调信号解调YYN1=demod(sn1,Fc,Fs,'amssb');YYN2=demod(sn2,Fc,Fs,'amssb');YYN3=demod(sn3,Fc,Fs,'amssb');YYN4=demod(sn4,Fc,Fs,'amssb');J1=fft(sn);J1=abs(J1(1:length(J1)/2+1)frqJ1=(0:length(J1)-1)*

16、Fs/length(J1)/2; %加噪声后已调信号频谱J2=fft(YYN)J2=abs(J2(1:length(J2)/2+1)frqJ2=(0:length(J2)-1)*Fs/length(J2)/2 %加噪声后解调信号频谱set(gcf,'color','w')figure(2)subplot(221)plot(t,YYN);xlabel('加噪声解调信号波形')subplot(222)plot(frqJ2,J2);axis(0 3000 0 max(J2)xlabel('加噪声解调信号频谱')subplot(223)p

17、lot(t,Y1)xlabel('无噪声解调信号波形')subplot(224)plot(frqJ1,J1)xlabel('无噪声解调信号频谱')%dyi=sn-S; %高斯白噪声s_ni=var(S)/var(dyi); %输入信噪比dyo=YYN-Y1; %解调后噪声s_no=var(Y1)/var(dyo); %输出信噪比 dyi1=sn1-S; s_ni1=var(S)/var(dyi1); dyo1=YYN1-Y1; s_no1=var(Y1)/var(dyo1); dyi2=sn2-S; s_ni2=var(S)/var(dyi2); dyo2=YY

18、N2-Y1; s_no2=var(Y1)/var(dyo2); dyi3=sn3-S; s_ni3=var(S)/var(dyi3); dyo3=YYN3-Y1; s_no3=var(Y1)/var(dyo3); dyi4=sn4-S; s_ni4=var(S)/var(dyi4); dyo4=YYN4-Y1; s_no4=var(Y1)/var(dyo4); in=s_ni,s_ni1,s_ni2,s_ni3,s_ni4; out=s_no,s_no1,s_no2,s_no3,s_no4;set(gcf,'color','w');figure(3);plot(

19、in,out,'*') hold onplot(in,out)xlabel('输入信噪比')ylabel('输出信噪比')3.1.1 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3所示：图3 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4所示： 图4 有噪声、无噪声的解调信号波形和频谱输入输出信噪比关系曲线如图5所示： 图5 输入输出信噪比关系曲线3.1.2 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6所示： 图6 调制信号、已调信号的波形

20、、频谱图解调信号的波形、频谱如图7所示： 图7 有噪声、无噪声的解调信号波形和频谱输入输出信噪比关系曲线如图8所示： 图8 输入输出信噪比关系曲线3.1.3 调制信号幅度=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9所示：图9 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10所示： 图10 有噪声、无噪声的解调信号波形和频谱输入输出信噪比关系曲线如图11所示： 图11 输入输出信噪比关系曲线3.2 调制信号为三角波信号 程序：Fs=100000; %抽样频率fs=100000;t=0:1/Fs:0.01;Fc=30000; %载波频率a

21、=0.8m=a*sawtooth(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)/2S = modulate(m,Fc,Fs,'amssb'); %对信号进行调制Y=fft(S);Y=abs(Y(1:length(Y)/2+1); frqY=(0:length(Y)-1)*Fs/length(Y)/2 ;%已调信号频谱set(gcf,'color','w')figure(1)subplot(221) %绘制

22、曲线plot(t,m)xlabel('调制信号波形')subplot(222)plot(frqX,X)axis(0 3000 0 max(X)xlabel('调制信号频谱')subplot(223)plot(t,S)xlabel('已调信号波形')subplot(224)plot(frqY,Y)axis(0 60000 0 max(Y)xlabel('已调信号频谱')%sn=awgn(S,4); %加入高斯白噪声sn1=awgn(S,10);sn2=awgn(S,15);sn3=awgn(S,20);sn4=awgn(S,25);

23、Y1=demod(S,Fc,Fs,'amssb'); %无噪声已调信号解调YYN=demod(sn,Fc,Fs,'amssb'); %加噪声已调信号解调YYN1=demod(sn1,Fc,Fs,'amssb');YYN2=demod(sn2,Fc,Fs,'amssb');YYN3=demod(sn3,Fc,Fs,'amssb');YYN4=demod(sn4,Fc,Fs,'amssb');J1=fft(sn);J1=abs(J1(1:length(J1)/2+1)frqJ1=(0:length(J1

24、)-1)*Fs/length(J1)/2; %加噪声后已调信号频谱J2=fft(YYN)J2=abs(J2(1:length(J2)/2+1)frqJ2=(0:length(J2)-1)*Fs/length(J2)/2 %加噪声后解调信号频谱set(gcf,'color','w')figure(2)subplot(221)plot(t,YYN);xlabel('加噪声解调信号波形')subplot(222)plot(frqJ2,J2);axis(0 3000 0 max(J2)xlabel('加噪声解调信号频谱')subplot(

25、223)plot(t,Y1)xlabel('无噪声解调信号波形')subplot(224)plot(frqJ1,J1)xlabel('无噪声解调信号频谱')%dyi=sn-S; %高斯白噪声s_ni=var(S)/var(dyi); %输入信噪比dyo=YYN-Y1; %解调后噪声s_no=var(Y1)/var(dyo); %输出信噪比 dyi1=sn1-S; s_ni1=var(S)/var(dyi1); dyo1=YYN1-Y1; s_no1=var(Y1)/var(dyo1); dyi2=sn2-S; s_ni2=var(S)/var(dyi2); dy

26、o2=YYN2-Y1; s_no2=var(Y1)/var(dyo2); dyi3=sn3-S; s_ni3=var(S)/var(dyi3); dyo3=YYN3-Y1; s_no3=var(Y1)/var(dyo3); dyi4=sn4-S; s_ni4=var(S)/var(dyi4); dyo4=YYN4-Y1; s_no4=var(Y1)/var(dyo4); in=s_ni,s_ni1,s_ni2,s_ni3,s_ni4; out=s_no,s_no1,s_no2,s_no3,s_no4;set(gcf,'color','w');figure(3);plot(in,out,'*') hold onplot(in,out)xlabel('输入信噪比')ylabel('输出信噪比')3.2.1 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12所示：图12 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13所示： 图13 有噪声、无噪声的解调信号波形和频谱输入输出信噪比关系曲线如图14所示： 图14 输入输出信噪比关系曲线3.2.2 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15所