基于matlab的SSB信号调制与解调仿真实现

数字通信原理课程设计报告书课题名称基于matlab的SSB信号调制与解调仿真实现姓名学号院、系、部物理与电信工程系专业通信工程指导教师2010年01月15日※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2007级学生数字通信原理课程设计一、设计任务及要求(1)实现抑制载波双边带调幅和解调。(2)用MATLAB或systemview软件实现此次设计，观察输出的波形。(3)要求有各种需要的信号波形输出，并记录。(4)需对实验结果进行分析，总结。(5)将此次设计的电子文档和纸质文档各上交一份。2010年01月15日二、指导教师评语：指导教师签名：2010年1月15日三、成绩验收盖章2010年1月日基于matlab的SSB信号调制与解调仿真实现设计0712401-03曾凯（湖南城市学院物理与电信工程系电子信息工程专业,益阳,413000）一、设计目的加深对《数字通信原理与技术》及《MATLAB》课程的认识，进一步熟悉M语言编程中各个指令语句的运用；进一步了解和掌握数字通信原理课程设计中各种原理程序的设计技巧；掌握宏汇编语言的设计方法；掌握MATLAB软件的使用方法，加深对试验设备的了解以及对硬件设备的正确使用。加强对于电路图的描绘技能，巩固独立设计实验的实验技能。提高实践动手能力。二、设计要求采用matlab或者其它软件工具实现对信号进行抑制载波双边带调幅（DSB-SC）和解调，并且绘制相关的图形；通过编程设置对参数进行调整，可以调节输出信号的显示效果。所有设计要求，均必须在实验室调试，保证功能能够实现。三、设计原理3.1调制与解调的MATLAB实现：调制在通信过程中起着极其重要的作用：无线电通信是通过空间辐射方式传输信号的，调制过程可以将信号的频谱搬移到容易一电磁波形式辐射的较高频范围；此外，调制过程可以将不同的信号通过频谱搬移托付至不同频率的载波上，实现多路复用，不至于互相干扰。振幅调制是一种实用很广的连续波调制方式。调幅信号X(t)主要有调制信号和载波信号组成。调幅器原理如图1所示：图3.1调幅器原理框图其中载波信号C(t)用于搭载有用信号，其频率较高。幅度调制信号g(t)含有有用信息，频率较低。运用MATLAB信号g(t)处理工具箱的有关函数可以对信号进行调制。对于信号x(t),通信系统就可以有效而可靠的传输了。在接收端，分析已调信号的频谱，进而对它进行解调，以恢复原调制信号。解调器原理如图2所示：图3.2解调器原理框图对于调制解调的过程以及其中所包含的对于信号的频谱分析均可以通过MATLAB的相关函数实现。3.2频谱分析当调制信号f(t)为确定信号时，已调信号的频谱为ccSDSB=1/2F-+1/2F(+)(3.2)双边带调幅频谱如图3所示：图3.3双边带调幅频谱抑制载波的双边带调幅虽然节省了载波功率，但已调西那的频带宽度仍为调制信号的两倍，与常规双边带调幅时相同。3.3功率谱密度分析通信中，调制信号通常是平稳随机过程。其功率谱密度与自相关函数之间是一对付氏变换关系。这样就可以先找到信号的自相关函数，然后通过付氏变换来实现信号的功率谱密度。四、详细设计步骤4.1利用matlab绘制已知信号f(t)根据f(t)表达示0sin(200)||()0ctttft其它，02ts(4.1)由于函数是辛格函数，故利用时间t与f(t)的关系，再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度。4.2绘制已知信号f(t)的频谱根据f(t)的表达示，通过求傅立叶变换来实现信号的频谱，具体可以取40000个点来实现。并且运用算法yw=2*/40000*abs(fftshift(yk))(4.2.1)fw=[-25000:24999]/50000*fs(4.2.2)这样再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度。4.3绘制载波信号由给定的载波为cos2cft，200cfHz，的出余弦信号的画法，这样再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度，时间。4.4绘制已调信号由调制信号知：抑制载波双边带调幅的调制过程实际上就是调制信号与载波的相乘运算。此时将上述两个信号相乘，就可以得出已调信号y4,见式(4.4)y4=sinc(t.*200).*cos(2*.*fc3.*t)(4.4)这样再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度，时间。。4.5绘制已调信号的频谱根据已调信号的表达示，提高求傅立叶变换来实现信号的频谱，具体可以取4000个点来实现。并且运用算法yw,见式(4.2.1)，算法fw,见式(4.2.2)。这样再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度。4.6绘制DSB-SC调制信号的功率谱密度通信中，调制信号通常是平稳随机过程。其功率谱密度与自相关函数之间是一对付氏变换关系。此时先求调制信号的自相关函数，利用命令[c,lags]=xcorr(y4,20)以及plot(lags/fs,c)就可以实现调制信号的自相关函数，此时将自相关函数求付氏变换。利用SDSBp=fft(c,5000)；由算法yw，见式(4.2.1)，算法fw，见式(4.2.2)即可实现，此时用figure和subplot可以在另一页画出自相关函数波形和功率谱密度波形。4.7绘制相干解调后的信号波形由抑制载波双边带调幅的解调过程实际上实际是将已调信号乘上一个同频同相的载波。即y7=sinc(t7*200).*cos(2**fc3*t7).*cos(2**fc3*t3)(4.7)再用一个低通滤波器就可以恢复原始的调制信号，这种调制方法称为相干解调。主要程序语句为[n,Wn]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)；[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,Wn)；这样可以实现求取阶数n和传递函数的分子分母b,a；Wp=40/100;Ws=45/100;这时的100是最高频率的一半，而40则是在100/和45之间。Xl=5*filter(b,a,y7)。通过这样可以使滤波后的波形失真更小。此时可得相干解调后的信号波形。总结：通过利用matlab程序实现了题目的要求，完成了对抑制载波双边带调幅（DSB-SC）的解调。五、具体设计程序：t=-2:0.001:2;y1=sinc(t*200)subplot(3,3,1)plot(t,y1)title('已知信号')xlabel('时间：s')ylabel('幅度')gridxlim([-0.1,0.1])fs=3000;%%信号频谱t1=-2:0.0001:2;y11=sinc(t1*200)yk=fft(y11,50000)yw=2*pi/40000*abs(fftshift(yk))fw=[-25000:24999]/50000*fssubplot(3,3,2)plot(fw,yw)title('已知信号的频谱')xlabel('频率：hz')ylabel('幅度')gridxlim([-30,30])y3=cos(2*pi*200*t)subplot(3,3,3)plot(t,y3)title('载波信号')xlabel('时间：s')ylabel('幅度')gridxlim([-0.1,0.1])y4=sinc(t*200).*cos(2*pi*200*t)subplot(3,3,4)plot(t,y4,'r-')title('已调信号')xlabel('时间：s')ylabel('幅度')gridxlim([-0.05,0.05])fs1=1000%已调信号频谱yk=fft(y4,5000)yw=2*pi/4000*abs(fftshift(yk))fw=[-2500:2499]/5000*fs1subplot(3,3,5)plot(fw,yw,'r-')title('已调信号的频谱')xlabel('频率：hz')ylabel('幅度')gridxlim([-400,400])[c,lags]=xcorr(y4,200)subplot(3,3,6)plot(lags/fs,c)title('DSB信号自相关函数')xlabel('t')ylabel('Rxx(t)')gridSDSBp=fft(c,5000)fw=[-2500:2499]/5000*fs1yw=2*pi/4000*abs(fftshift(SDSBp))subplot(3,3,7)plot(fw,yw)title('DSB信号功率谱')xlabel('w')ylabel('Rxx(t)')gridy7=y4.*y3subplot(3,3,8)plot(t,y7)title('解调信号')xlabel('时间：s')ylabel('幅度')gridxlim([-0.1,0.1])Rp=0.1;Rs=80;Wp=40/100;Ws=45/100;[n,Wn]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,Wn)Xl=5*filter(b,a,y7)subplot(3,3,9)plot(t,Xl)title('滤波后的f(t)信号')xlabel('时间单位:s')ylabel('幅度')gridxlim([-0.1,0.1])六、设计结果及分析6.1实验结果图6.1：实验结果总图图6.2：已知信号波形图6.3：已知信号波形的频谱图6.4：载波信号图6.5：已调信号图6.6：已调信号波形的频谱图6.7：调制信号自相关函数图6.8：功率谱密度波形图6.9：解调信号图6.10：滤波后的信号6.2结果分析原始信号以及频谱的分析：由于原始信号是辛格函数，所以经过傅立叶变换后应该是一个方波。频率为100/。经设计得出图形6，故正确得出了原信号的频谱。由于载波信号为余弦，故图形如图7。频率为200HZ。对于已调信号则是由原信号与载波信号相乘的结果。由于辛格函数只是中间幅度大，故与载波信号相乘后，主要幅度仍然集中在0附近。此时在对已调信号求取频谱，由已调信号可知，只是一个双边带信号，而且频率应该在200HZ左右，而结果图形如图9所示，恰好与分析相吻合。此过程证明了双边带调制过程中有频谱的搬移。在求已调信号的的功率谱密度函数波形时，首先要求自相关函数。这一个过程即为两个辛格函数的乘积。故如图10所示。然后在把自相关函数经过傅立叶变换，此时即可得到相应的功率谱密度函数波形，如图10所示，同样也是将频率搬移到200HZ附近。最后将已调的信号通过乘以同频同相的本地载波，即为相干解调。此时的波形没有经过低通滤波器，所以波形与原始信号有点不一致，如图12所示。最后通过椭圆滤波器后，在设计参数的调整下，可以恢复出原始的信号。但要求本过程的参数选择一定要合理，最到最理想，最后得出的波形去图13所示。综上所述，通过画原始信号的波形，频谱以及载波的波形并且分析两个波形之间频率的大小关系，再实现两个函数的相乘，可以得出已调信号，并且利用傅立叶变换可以找到其频谱。此时可以看出抑制载波双边带调幅的实质为频谱的搬移。同时通过自相关函数，并且求自相关函数的傅立叶变换就可以实现功率谱密度函数波形的画法。最后将已调信号与载波信号相乘经过低通滤波器作相干解调，就可以恢复出原始信号。对椭圆滤波器的参数做调整，则可以改变其恢复信号的准确度。而抑制载波双边带调幅的优点在于可以提高效率，减少干扰。七、主要仪器与设备装有MATLAB7.0版的PC机一台。八、设计体会与建议8.1设计体会在此次设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来，按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析研究此次数字电路课程设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际编程操作，检测和校正，再进一步完善M程序。在其中遇到一些不解和疑惑的位置，还有一些出现的未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向老师询问请教，和老师一起探讨解决。通过此次数字电路课程设计，我们加深了对