基于MATLAB的抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制(DSB)與解調(diào)分析

1、武漢理工大學(xué)信息分析與處理課程設(shè)計說明書目錄摘要11 設(shè)計目的與要求21.1 設(shè)計目的21.2 設(shè)計要求22 設(shè)計方案32.1 調(diào)制方案32.1.1 濾波法32.1.2 相移法42.2 解調(diào)方案53 仿真設(shè)計53.1 Simulink簡介53.2 SSB調(diào)制與解調(diào)63.3 加入高斯噪聲的SSB調(diào)制與解調(diào)83.3.1 波形失真與高斯噪聲均值的關(guān)系93.3.2 波形失真與高斯噪聲方差的關(guān)系93.3.3 濾波器參數(shù)對信道的影響104 心得體會11參考文獻14摘要本文主要通過對Simulink工具箱的學(xué)習(xí)和使用，利用其豐富的模板以及本科對通信原理知識的掌握，完成模擬信號單邊帶幅度調(diào)制（SSB）與解調(diào)，

2、以及用Simulink進行設(shè)計和仿真。首先我進行了模擬通信系統(tǒng)的建模以及信號系統(tǒng)的原理研究，然后將學(xué)習(xí)總結(jié)出的相應(yīng)理論在仿真系統(tǒng)中建模，并且調(diào)整參數(shù)直到仿真波形輸出，觀察效果，最終對設(shè)計結(jié)論進行總結(jié)。關(guān)鍵字：SSB，Simulink，調(diào)制，解調(diào)1 設(shè)計目的與要求1.1 設(shè)計目的傳輸信息是人類生活的重要內(nèi)容之一。利用無線電技術(shù)進行信息傳輸在這些手段中占有極重要的地位。無線電通信、廣播、電視、導(dǎo)航、雷達、遙控遙測等等，都是利用無線電技術(shù)傳播各種不同信息的方式。無線電通信傳輸語音、點嗎或其他信號；無線電廣播傳輸語言、音樂等；電視傳送圖像、語言、音樂；導(dǎo)航是利用一定的無線電信號指引飛機或船舶安全航行，

3、以保證他們能平安到達目的地；雷達是利用無線電信號的反射來測定某些目標（如飛機、船舶等）的方位；遙測遙控則是利用無線電技術(shù)來測量遠處或運動體上的某些物理量，控制遠處機件的運行等。在以上這些信息傳遞的過程中，都要把頻率不高的調(diào)制信號加載到高頻載波上，然后進行信號的傳輸。在信息的接收端需要把有用的信號從混雜的已調(diào)信號里解調(diào)出來。由于利用SSB調(diào)幅可以提高信道的利用率，所以選擇SSB調(diào)制與解調(diào)作為課程設(shè)計的題目具有很大的實際意義。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)

4、字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。1.2 設(shè)計要求（1）利用MATLAB中的simulink工具箱中的模塊進行單邊帶幅度調(diào)制（SSB）與解調(diào)，觀察波形變化；（2）畫出程序設(shè)計框圖，編寫程序代碼，上機運行調(diào)試程序，記錄實驗結(jié)果（含計算結(jié)果和圖表等），并對

5、實驗結(jié)果進行分析和總結(jié)。2 設(shè)計方案在DSB信號中，兩個邊帶中的任意一個都包含了的所有頻譜成分，引導(dǎo)詞僅傳輸其中一個即可。這樣既節(jié)省發(fā)送功率，還可以節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調(diào)制（SSB）。單邊帶信號是將雙邊帶信號中的一個邊帶濾掉而形成的，根據(jù)濾除方式的不同，產(chǎn)生SSB信號的方法有：濾波法和相移法。2.1 調(diào)制方案2.1.1 濾波法濾波法SSB調(diào)制原理框圖如圖2-1。圖中的為單邊帶濾波器。產(chǎn)生SSB信號最直觀方法的是，將設(shè)計成具有理想高通特性或理想低通特性的單邊帶濾波器，從而只讓所需的一個邊帶通過，而濾除另一個邊帶。產(chǎn)生上邊帶信號時即為，產(chǎn)生下邊帶信號時即為。圖2-1 SSB濾波法調(diào)

6、制原理框圖濾波法SSB調(diào)制的頻域表達式濾波法的原理方框圖2-1用邊帶濾波器，濾除不要的邊帶: 圖2-1中，為單邊帶濾波器的傳輸函數(shù)，若它具有如下理想高通特性：則可濾除下邊帶。若具有如下理想低通特性：則可濾除上邊帶。從SSB信號調(diào)制原理圖中可以清楚地看出，SSB信號的頻譜是DSB信號頻譜的一個邊帶，其帶寬為DSB信號的一半，與基帶信號帶寬相同，即式中， 為調(diào)制信號帶寬， 為調(diào)制信號的最高頻率。由于僅包含一個邊帶，因此SSB信號的功率為DSB信號的一半，即顯然，因SSB信號不含有載波成分，單邊帶幅度調(diào)制的效率也為100%。2.1.2 相移法相移法SSB調(diào)制的原理框圖如圖2-2。圖中，為希爾伯特濾波

7、器，它實質(zhì)上是一個寬帶相移網(wǎng)絡(luò)，對中的任意頻率分量均相移-/2。圖2-2 SSB相移法調(diào)制原理框圖相移法SSB調(diào)制時域表達式中，“”對應(yīng)上邊帶信號，“+”對應(yīng)下邊帶信號；表示把的所有頻率成分均相移-/2，稱是的希爾伯特變換。2.2 解調(diào)方案解調(diào)就是把接收到的SSB信號經(jīng)過處理，濾掉載波成分，使之還原成發(fā)射之前的有用的信息。SSB信號的解調(diào)方法主要有兩種，一個是相干解調(diào)法，另一個是包絡(luò)檢波。相干解調(diào)也叫同步檢波。解調(diào)與調(diào)制的實質(zhì)一樣，均是頻譜搬移。調(diào)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(xiàn)。解調(diào)則是調(diào)制的反過程，即把在載波位置的已調(diào)信號的譜搬回到原始基帶位置，

8、因此同樣可以用相乘器與載波相乘來實現(xiàn)。相干解調(diào)器模型如圖2-3。圖 2-3 SSB相干解調(diào)原理框圖相干解調(diào)時，為了無失真地恢復(fù)原基帶星信號，接收端必須提供一個與接收的已調(diào)載波嚴格同步（同頻同相）的本地載波（稱為相干載波），它與接收的已調(diào)信號相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶信號。3 仿真設(shè)計3.1 Simulink簡介在MATLAB命令窗口，單擊工具欄上的 按鈕可進入Simulik。模塊庫按功能進行分為以下8類子庫：Continuous（連續(xù)模塊）Discrete（離散模塊）Function&Tables（函數(shù)和平臺模塊）Math（數(shù)學(xué)模塊）Nonlinear（非線性模塊）S

9、ignals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊）Sinks（接收器模塊）Sources（輸入源模塊）用戶可以根據(jù)需要混合使用歌庫中的模塊來組合系統(tǒng)，也可以封裝自己的模塊，自定義模塊庫、從而實現(xiàn)全圖形化仿真。Simulink模型庫中的仿真模塊組織成三級樹結(jié)構(gòu)Simulink子模型庫中包含了Continous、Discontinus等下一級模型庫Continous模型庫中又包含了若干模塊，可直接加入仿真模型。圖3-1為Simulink工具模塊頁面。圖3-1 Simulink工具頁面3.2 SSB調(diào)制與解調(diào)在MATLAB 的集成仿真環(huán)境Simulink中建立單邊帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)模型并實現(xiàn)對它的動態(tài)仿真

10、，SSB調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)模型如圖3-2。圖3-2 SSB調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)模型圖信源參數(shù)參數(shù)：幅度1 頻率1rad/s；載波參數(shù)：幅度1 頻率10rad/s；低通濾波器參數(shù)：截止頻率 10rad/s；帶通濾波器的參數(shù)：下限頻率10rad/s 上限頻率為15rad/s。SSB調(diào)制與解調(diào)的仿真波形圖如圖3-3所示。第1路是調(diào)制信號波形，第2路是調(diào)制后信號波形，第3路是解調(diào)后濾波前信號波形，第4路是解調(diào)濾波后信號波形。圖3-3 SSB調(diào)制與解調(diào)的仿真波形圖分析可知，解調(diào)后的波形和原輸入信號波形一樣，符合設(shè)計要求。SSB調(diào)制與解調(diào)模塊中各過程信號功率譜如圖3-4圖3-7所示。 圖3-4 調(diào)制信號功率譜 圖3

11、-5 載波信號功率譜 圖3-6 調(diào)制信號功率譜 圖3-7 解調(diào)信號功率譜調(diào)制實現(xiàn)了功率譜的搬移，解調(diào)后的信號功率譜和原信號功率譜一樣，實現(xiàn)了設(shè)計要求。3.3 加入高斯噪聲的SSB調(diào)制與解調(diào)高斯噪聲是指它的概率密度函數(shù)服從高斯分布（即正態(tài)分布）的一類噪聲。在理想信道調(diào)制與解調(diào)的基礎(chǔ)上，在調(diào)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20中加了兩個高斯噪聲模塊，為比較高斯噪聲均值不同或方差不同時對信道的影響，將兩個高斯噪聲模塊參數(shù)設(shè)置不同，以作比較。加入高斯噪聲后調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)模型如圖3-8所示圖3-8 加入噪聲

12、后系統(tǒng)模型3.3.1 波形失真與高斯噪聲均值的關(guān)系各低通濾波器均設(shè)置為頻帶邊緣頻率為10，仿真結(jié)果如圖3-9所示。第1路為調(diào)制信號波形，第2路為理想信道下輸出信號波形，第3路為加入均值為0.5方差為0的高斯噪聲時解調(diào)信號波形，第4路為均值為1方差為0的高斯噪聲時解調(diào)信號波形。圖3-9 方差相同不同均值對信號影響分析可知，高斯噪聲的均值越大，輸出信號失真越大。3.3.2 波形失真與高斯噪聲方差的關(guān)系不同方差下仿真結(jié)果如圖3-10所示，第1路調(diào)制信號波形，第2路為理想信道下輸出信號波形，第3路為加入噪聲均值為0，方差為0.1時輸出噪聲波形，第4路為加入噪聲均值為0方差為1時輸出噪聲波形。圖3-10

13、 均值相同不同方差噪聲對信號影響分析可知，高斯噪聲的方差越大，輸出信號失真越大。3.3.3 濾波器參數(shù)對信道的影響當(dāng)濾波器邊緣頻率設(shè)置不同值時，加入高斯噪聲參數(shù)相同，在此條件下比較邊緣頻率設(shè)置值對濾波性能影響，仿真結(jié)果如圖3-11所示。第1路為調(diào)制信號波形，第2路為理想信道下信號輸出波形，第3路為高斯噪聲均值為1，方差為0.1，濾波器邊緣頻率為10時信輸出信號波形，第4路為高斯噪聲均值為1，方差為0.1，濾波器邊緣頻率為8時信輸出信號波形。 圖3-11 不同濾波器參數(shù)參數(shù)對信道影響分析可知，濾波器邊緣頻率設(shè)置越小，即濾除高頻成分越多，則濾波效果越好。4 心得體會參考文獻1 R van Nee. OFDM Wireless Multimedia CommunicationsJ.Rrasad R. Artech House，1999，33：2982 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析M.北京：清華大學(xué)出版社，2010：27326. 3 曹一，基于Simulink的OFDM通信系統(tǒng)仿真分析. 天津大學(xué)碩士