基于MATLAB的單邊帶電臺(tái)仿真 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 單邊帶電臺(tái)仿真摘 要這篇文章介紹了使用MATLAB軟件編制程序，以實(shí)現(xiàn)單邊帶信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)。首先，利用相移法從語(yǔ)音信號(hào)的雙邊帶信號(hào)得到單邊帶信號(hào)，再編寫(xiě)MATLAB程序，使單邊帶信號(hào)得到調(diào)制和調(diào)解。分析調(diào)制前后的時(shí)域和頻域波形圖，以更加深入理解單邊帶信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)的原理。關(guān)鍵詞：?jiǎn)芜厧?；調(diào)制和解調(diào)；MATLAB Single sideband radio simulationAbstract： This article introduces the way to modulate and demodulate the single side band with the

2、 soft program from MATLAB . First, get the single side band signal from the speech signals couple sides band , then wright the MATLAB program to modulate and demodulate the signal. Analyze the pictures ,and understand the theory furtherly.Keywords：single side band , modulation and demodulation , MAT

3、LAB目錄一設(shè)計(jì)任務(wù)與要求3二開(kāi)發(fā)環(huán)境3三電臺(tái)設(shè)計(jì)原理及方案33.1發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)方案33.2信道模塊的設(shè)計(jì)方案43.3接收模塊的設(shè)計(jì)方案4四電臺(tái)詳細(xì)設(shè)計(jì)44.1對(duì)音頻輸入與調(diào)制的仿真44.2對(duì)指定信噪比信道的仿真54.3 話音信號(hào)的解調(diào)54.3.1 載頻9.8KHz解調(diào)54.3.2 載頻9.9KHz解調(diào)64.3.3 載頻10KHz解調(diào)74.4 原信號(hào)和解調(diào)后的信號(hào)對(duì)比74.4.1 原信號(hào)和解調(diào)后信號(hào)波形對(duì)比74.4.2 原信號(hào)和解調(diào)后信號(hào)頻率對(duì)比8五設(shè)計(jì)總結(jié)9參考文獻(xiàn)：9附錄：10一設(shè)計(jì)任務(wù)與要求這個(gè)仿真以真實(shí)的音頻信號(hào)作為輸入，設(shè)計(jì)一個(gè)單邊帶發(fā)信機(jī)。將基帶信號(hào)調(diào)制為SSB信號(hào)后送入帶通型高

4、斯噪聲信道，加入給定功率的噪聲之后，再送入單邊帶接收機(jī)。單邊帶接收機(jī)將型號(hào)解調(diào)下來(lái)，通過(guò)計(jì)算機(jī)聲卡將解調(diào)信號(hào)播放出來(lái)試聽(tīng)效果，從而對(duì)信道信噪比與解調(diào)音質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行主觀測(cè)試?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一個(gè)單邊帶發(fā)信機(jī)、帶通信道和相應(yīng)的接收機(jī)，參數(shù)定位如下值。1.輸入信號(hào)為一個(gè)話音信號(hào)，采樣率為 8000Hz。話音輸入后首先進(jìn)行預(yù)濾波，濾波器是一個(gè)頻率范圍在300, 3400Hz的帶通濾波器，其目的是將話音頻頻譜限制在3400Hz以下。單邊帶調(diào)制的載波頻率設(shè)計(jì)為 10kHz，調(diào)制輸出上邊帶。要求觀測(cè)單邊帶調(diào)制前后的信號(hào)功率譜。2.信道是一個(gè)帶限高斯噪聲信道，其通帶頻率范圍是10000, 13500Hz。能夠根據(jù)信

5、噪比 SNR 的要求加入高斯噪聲。3.接收機(jī)采用相干解調(diào)方式。為了模擬載波頻率誤差對(duì)解調(diào)話音音質(zhì)的影響，相干解調(diào)，設(shè)本地載波頻率分別為為 9.8kHz，9.9kHz,10kHz。解調(diào)濾波器設(shè)計(jì)為 3003400Hz的帶通濾波器。二開(kāi)發(fā)環(huán)境操作系統(tǒng)：Microsoft Windows 7 Ultimate（64位）交互工具：鍵盤(pán)/鼠標(biāo)開(kāi)發(fā)工具：MATLAB2010a三電臺(tái)設(shè)計(jì)原理及方案 3.1發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)方案 有限語(yǔ)音信號(hào)可以采用直接用程序讀取，當(dāng)讀取一次之后，可以把音頻文件保存起來(lái)，當(dāng)用到?jīng)]有麥克風(fēng)的電腦時(shí)可以備用，發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)首先進(jìn)行希爾比特變化，然后用函數(shù)可以進(jìn)行單邊帶調(diào)制，保存單邊帶

6、語(yǔ)音信號(hào)。 3.2信道模塊的設(shè)計(jì)方案 讀取發(fā)送模塊保存的語(yǔ)音信號(hào)，然后加入高斯白噪聲，然后改變信噪比，通常情況下加入的信噪比為20，然后濾波，模擬現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的信道傳輸，并保存得到的語(yǔ)音信號(hào)。 3.3接收模塊的設(shè)計(jì)方案 首先讀取信道傳輸過(guò)來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)，加入不同頻率的載波，然后解調(diào)，并觀察分析不同載波解調(diào)出來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)和原語(yǔ)音信號(hào)的區(qū)別，分析失真度。四電臺(tái)詳細(xì)設(shè)計(jì)4.1對(duì)音頻輸入與調(diào)制的仿真根據(jù)設(shè)置的參數(shù)，系統(tǒng)中信號(hào)最高頻率約為 14kHz。為了較好地顯示調(diào)制波形，系統(tǒng)仿真采樣率設(shè)為 50kHz，滿足取樣定理。由于話音信號(hào)的采樣率為 8000Hz，與系統(tǒng)仿真采樣率不等，因此，在進(jìn)行信號(hào)處理之前，必須

7、將話音的采樣率提高到 50kHz，用插值函數(shù)來(lái)做這一任務(wù)。先編寫(xiě)程序?qū)⒒鶐б纛l信號(hào)讀入，進(jìn)行300，3400Hz的帶通濾波，并將信號(hào)采樣率提高到 50kHz，進(jìn)行單邊帶調(diào)制之后，將調(diào)制輸出結(jié)果保存為 wav 文件，文件名為 SSB_OUT.wav。圖1 基帶信號(hào)和SSB波形和功率譜4.2對(duì)指定信噪比信道的仿真 信道是一個(gè)帶限高斯噪聲信道，其帶通頻率范圍是10000,13500Hz.，目前輸入的信噪比SNR為20。仿真指定信噪比信道計(jì)算信噪比為20dB時(shí)的信道輸出，將結(jié)果保存為 Chanel_out.wav 文件。方便以后的實(shí)用。運(yùn)行結(jié)束：計(jì)算出的信噪比結(jié)果SNR_dB=19.91264.3 話

8、音信號(hào)的解調(diào) 4.3.1 載頻9.8KHz解調(diào) 接收機(jī)采用想干解調(diào)方式。為了模擬載波頻率誤差對(duì)解調(diào)話音音質(zhì)的影響，社本地載波的頻率為9.8KHz，與發(fā)信機(jī)載波頻率相差200Hz。解調(diào)濾波器設(shè)計(jì)為300Hz到3400Hz。圖2 9.8KHz解調(diào)后波形和功率譜解調(diào)輸出信號(hào)被保存為音頻文件 SSBDemo_OUT9.8KHz.wav，并由 sound 函數(shù)播放。聆聽(tīng)播放解調(diào)輸出信號(hào)的聲音可知，在20dB信道信噪比條件下，即使解調(diào)本地載波頻率誤差達(dá)到 200Hz，聲音仍然是清晰可懂的。4.3.2 載頻9.9KHz解調(diào) 接收機(jī)采用想干解調(diào)方式。為了模擬載波頻率誤差對(duì)解調(diào)話音音質(zhì)的影響，社本地載波的頻率為

9、9.9KHz，與發(fā)信機(jī)載波頻率相差100Hz。解調(diào)濾波器設(shè)計(jì)為300Hz到3400Hz。將得到的波形和波形的功率譜輸出。圖3 9.9KHz解調(diào)后波形和功率譜解調(diào)輸出信號(hào)被保存為音頻文件 SSBDemo_OUT9.9KHz.wav，并由 sound 函數(shù)播放。聆聽(tīng)播放解調(diào)輸出信號(hào)的聲音可知，在20dB信道信噪比條件下，即使解調(diào)本地載波頻率誤差達(dá)到 100Hz，聲音仍然是清晰可懂的。4.3.3 載頻10KHz解調(diào) 接收機(jī)采用想干解調(diào)方式。為了與上述不同載波解調(diào)出的結(jié)果相對(duì)比，這次的在載波和原來(lái)調(diào)制的載波相同。解調(diào)濾波器設(shè)計(jì)為300Hz到3400Hz。將得到的波形和波形的功率譜輸出圖4 10KHz解

10、調(diào)后波形和功率譜解調(diào)輸出信號(hào)被保存為音頻文件 SSBDemo_OUT10KHz.wav，并由 sound 函數(shù)播放。聆聽(tīng)播放解調(diào)輸出信號(hào)的聲音可知，在解調(diào)波和載波頻率相同，20dB信道信噪比條件下，聲音是很清晰的。4.4 原信號(hào)和解調(diào)后的信號(hào)對(duì)比 4.4.1 原信號(hào)和解調(diào)后信號(hào)波形對(duì)比圖5 原信號(hào)波形與解調(diào)后信號(hào)波形對(duì)比 4.4.2 原信號(hào)和解調(diào)后信號(hào)頻率對(duì)比圖6 原信號(hào)波形與解調(diào)后信號(hào)頻譜對(duì)比五設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)這門(mén)實(shí)驗(yàn)使我學(xué)習(xí)掌握了許多知識(shí)。首先是對(duì)matlab有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，其次是對(duì)matlab的更多操作和命令的使用有了更高的掌握，最重要的事對(duì)matlab的處理能力有了一個(gè)更高的飛躍尤其是

11、對(duì)相關(guān)函數(shù)的使用及相關(guān)問(wèn)題的處理。就對(duì)matlab相關(guān)的命令操作而言，通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)的親身操作和實(shí)踐，學(xué)習(xí)掌握了許多原本不知道的或者不太熟悉的命令。比如說(shuō)相關(guān)m文件的建立，畫(huà)圖用到的標(biāo)注，配色，坐標(biāo)控制，同一張圖里畫(huà)幾幅不同的圖像，相關(guān)參數(shù)的設(shè)置以及相關(guān)函數(shù)的調(diào)用格式等等。就拿建立一個(gè)數(shù)學(xué)方程而言，通過(guò)設(shè)置不同的參數(shù)達(dá)到所需要的要求和結(jié)果，而且還可以在不同的窗口建立不同的函數(shù)而達(dá)到相同的效果。而自己對(duì)于矩陣及閉環(huán)傳遞函數(shù)的建立原本所掌握的知識(shí)幾乎為零，而通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)使我徹底的掌握了相關(guān)的命令操作和處理的方法，在這里我們不僅可以通過(guò)建立函數(shù)和參數(shù)來(lái)達(dá)到目標(biāo)效果，而且還可以通過(guò)可視化的編程達(dá)到更快更

12、方便，更簡(jiǎn)潔的效果。就拿可視化編程而言原本根本就只是聽(tīng)說(shuō)而已罷了，從來(lái)就沒(méi)有親身去嘗試過(guò)，然而現(xiàn)在自己卻可以和容易的通過(guò)搭建不同功能木塊來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的函數(shù)及功能。這些在原本根本就不敢相信，然而通過(guò)學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)親身操作這些原本看似不可能的操作在此就變的輕而易舉的事了。通過(guò)對(duì)同一個(gè)模塊分析其對(duì)應(yīng)的不同的參數(shù)分析圖的建立去分析和解釋其對(duì)應(yīng)的相關(guān)功能和技術(shù)指標(biāo)和性能分析是非常重要的，我們不可能只需要建立相關(guān)的模塊和功能就說(shuō)自己掌握了所有的相關(guān)知識(shí)和技術(shù)，真正的技術(shù)和知識(shí)是怎么去分析和解釋相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)和功能參數(shù)才是重中之重。就此而言，我坦誠(chéng)的說(shuō)自己所掌握的還是十分的有限的，但是老師給我們介紹的相關(guān)方法和技

13、巧還是十分有效果的，如果自己真的想在這方面有什么建樹(shù)對(duì)自己以后的要求還是需要更改的要求的，萬(wàn)不可以就此止步不前，自命不凡，我們還需掌握和了解還有許多許多，我們真正所掌握的只是皮毛，要想取得更大的成績(jī)就得不斷的去努力學(xué)習(xí)和汲取相關(guān)的知識(shí)和技巧。萬(wàn)不可自以為傲，裹足不前，matlab真的是個(gè)非常強(qiáng)大和有用的工具我們真正的能把它學(xué)懂學(xué)透的話還是需要下非常大的功夫和努力的。參考文獻(xiàn)：1孫祥，徐流美，吳清.MATLAB7.0基礎(chǔ)教程.北京：清華大學(xué)出版社2006。2王興亮.數(shù)字通信原理與技術(shù).M西安電子科技大學(xué)出版社。3.孫學(xué)軍，王秉鈞.通信原理.電子工業(yè)出版社，2005。4.曹志剛，錢亞生.現(xiàn)代通信原

14、理.M清華大學(xué)出版社。5. 余成波.數(shù)字信號(hào)處理及其MATLAB實(shí)現(xiàn).清華大學(xué)出版社，1995附錄：%FileName:ForSSB.mclc;clear all;%功能，采樣點(diǎn)數(shù)40000，采樣率為8000%jilu = wavrecord(5*8000, 8000, double);%wavwrite(jilu, GDGvoice8000.wav);wav, fs = wavread(GDGvoice8000.wav);%計(jì)算聲音時(shí)間長(zhǎng)度t_end = 1/fs * length(wav);%仿真系統(tǒng)采樣時(shí)間點(diǎn)Fs = 50000;t = 1/Fs:1/Fs:t_end;%設(shè)計(jì)300340

15、0hz的帶通濾波器fenzi, fenmu = butter(3, 300 3400/(fs/2);%對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行濾波wav = filter(fenzi, fenmu, wav);%輸出濾波后的聲音wavwrite(wav, LVBO_OUT.wav);%利用插值函數(shù)將音頻的采樣率提升為50khzwav = interp1(1/fs:1/fs:t_end, wav, t, spline);%音頻信號(hào)的希爾伯特變換wav_hilbert = imag(hilbert(wav);%載波頻率fc = 10000;%單邊帶調(diào)制SSB_OUT = wav.*cos(2*pi*fc*t) - wav_

16、hilbert.*sin(2*pi*fc*t);%輸出波形figure(1);subplot(2, 2, 1); plot(wav(53550:53750); axis(0 200 -0.5 0.5);title(基帶信號(hào)波形);xlabel(時(shí)間（樣值數(shù)）);subplot(2, 2, 2); psd(wav, 10000, Fs); axis(0 2500 -20 10);title(基帶信號(hào)功率譜);xlabel(頻率/Hz);ylabel(功率譜/(dB);subplot(2, 2, 3); plot(SSB_OUT(53550:53750); axis(0 200 -0.5 0.5)

17、;title(SSB信號(hào)波形);xlabel(時(shí)間（樣值數(shù)）);subplot(2, 2, 4); psd(SSB_OUT, 10000, Fs);axis(0 25000 -20 10);title(SSB信號(hào)功率譜);xlabel(頻率/Hz);ylabel(功率譜/(dB);%將 SSB 調(diào)制輸出存盤(pán)備用wavwrite(0.5*SSB_OUT,Fs, SSB_OUT.wav);%FileName:ForSNB.m%功能;計(jì)算實(shí)際信噪比%clear;in, Fs = wavread(SSB_OUT.wav);%設(shè)定信噪比為20時(shí)的新到輸出SNR_db = 20;out = ChanelS

18、imulink(in, SNR_db);wavwrite(out, Fs, Chanel_OUT.wav);%FileName:ChanelSimulink.mfunction out = ChanelSimulink(in, SNR_db)% SNR_db 設(shè)定信噪比% in 輸入信號(hào)序列% out 信道輸出序列% 系統(tǒng)采樣率Fs = 50000;Power_of_in = var(in);Power_of_noise = Power_of_in/(10.(SNR_db/10);% 信道帶寬bandwidth = 13500 - 10000;% 噪聲功率譜密度值 W/HzNO = Power

19、_of_noise/bandwidth;Gause_noise = sqrt(NO*Fs/2) .* randn(size(in);% 噪聲通道 1013.5kHznum, den = butter(4, 10000 13500/(Fs/2);signal_of_filter_out = filter(num, den, in);noise_of_filter_out = filter(num, den, Gause_noise);SNR_dB = 10*log10(var(signal_of_filter_out)/var(noise_of_filter_out);% 測(cè)量得出信噪比% 信道

20、輸出out = signal_of_filter_out + noise_of_filter_out;SNR_dB% FileName:Forjietiao 9.8K.m% clear;Fs=50000;% 讀入信道輸出信號(hào)數(shù)據(jù)recvsignal, Fs = wavread(Chanel_OUT.wav);t = (1/Fs:1/Fs:length(recvsignal)/Fs);% 本地載波頻率fc_local1 = 10000 -200;% fc_local = 10000 -100;% fc_local = 10000;% 本地載波local_carrier1 = cos(2*pi*f

21、c_local1.*t);% 相干解調(diào)xianggan_out1 = recvsignal.*local_carrier1;% 設(shè)計(jì) 3003400Hz 的帶通濾波器fenzi, fenmu = butter(3, 300 3400/(Fs/2);demod_out1 = filter(fenzi, fenmu, xianggan_out1);%sound(demod_out1/max(demod_out1), Fs);wavwrite(demod_out1, Fs, SSBDemod_OUT_9.8k.wav);figure(2);subplot(1, 2, 1); plot(5*demod

22、_out1(53550:53750); axis(0 200 -0.3 0.3);title(解調(diào)信號(hào)波形);xlabel(時(shí)間（樣值數(shù)）);subplot(1, 2, 2); psd(5*demod_out1, 10000, Fs); axis(0 2500 -20 10);title(解調(diào)信號(hào)功率譜);xlabel(頻率/Hz);ylabel(功率譜/(dB);%FileName:Forjietiao 9.9K.m%clear;Fs=50000;% 讀入信道輸出信號(hào)數(shù)據(jù)recvsignal, Fs = wavread(Chanel_OUT.wav);t = (1/Fs:1/Fs:lengt

23、h(recvsignal)/Fs);% 本地載波頻率%fc_local = 10000 -200;fc_local2 = 10000 -100;%fc_local = 10000;% 本地載波local_carrier2 = cos(2*pi*fc_local2.*t);% 相干解調(diào)xianggan_out2 = recvsignal.*local_carrier2;% 設(shè)計(jì) 3003400Hz 的帶通濾波器fenzi, fenmu = butter(3, 300 3400/(Fs/2);demod_out2 = filter(fenzi, fenmu, xianggan_out2);%sou

24、nd(demod_out2/max(demod_out2), Fs);wavwrite(demod_out2, Fs, SSBDemod_OUT_9.9k.wav);figure(3);subplot(1, 2, 1); plot(5*demod_out2(53550:53750); axis(0 200 -0.3 0.3);title(解調(diào)信號(hào)波形);xlabel(時(shí)間（樣值數(shù)）);subplot(1, 2, 2); psd(5*demod_out2, 10000, Fs); axis(0 2500 -20 10);title(解調(diào)信號(hào)功率譜);xlabel(頻率/Hz);ylabel(功率

25、譜/(dB);%FileName:Forjietiao 10K.m%clear;Fs=50000;% 讀入信道輸出信號(hào)數(shù)據(jù)recvsignal, Fs = wavread(Chanel_OUT.wav);t = (1/Fs:1/Fs:length(recvsignal)/Fs);% 本地載波頻率%fc_local = 10000 -200;%fc_local = 10000 -100;fc_local3 = 10000;% 本地載波local_carrier3 = cos(2*pi*fc_local3.*t);% 相干解調(diào)xianggan_out3 = recvsignal.*local_ca

26、rrier3;% 設(shè)計(jì) 3003400Hz 的帶通濾波器fenzi, fenmu = butter(3, 300 3400/(Fs/2);demod_out3 = filter(fenzi, fenmu, xianggan_out3);%sound(demod_out/max(demod_out), Fs);wavwrite(demod_out3, Fs, SSBDemod_OUT_10k.wav);figure(4);subplot(1, 2, 1); plot(5*demod_out3(53550:53750); axis(0 200 -0.3 0.3);title(解調(diào)信號(hào)波形);xla

27、bel(時(shí)間（樣值數(shù)）);subplot(1, 2, 2); psd(5*demod_out3, 10000, Fs); axis(0 2500 -20 10);title(解調(diào)信號(hào)功率譜);xlabel(頻率/Hz);ylabel(功率譜/(dB);%插值函數(shù)interp1的用法hours=1:12;temps=5 8 9 15 25 29 31 30 22 25 27 24;h=1:0.1:12;t=interp1(hours,temps,h,spline);%(直接輸出將是很多的，spline三次樣條插值)plot (hours,temps,+,h,t,hours,temps,r);%作圖xlabel(hour),ylabel(degrees celsius);%filename:Forduibi.m%將原來(lái)信號(hào)的頻譜和三次解調(diào)出來(lái)的頻譜結(jié)果作對(duì)比，并分析結(jié)果figure(5);sub