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ssb
基于MATLAB的SSB调制实现
学生姓名:
谢兵指导老师:
吴志敏
摘要本课程设计基于MATLAB中的M文件对SSB(单边带信号)进行调制。
首先产生一个模拟信号;然后再对它进行SSB调制,并绘制出调制前后的波形图;再对调制前和调制后的波形图进行傅立叶边变换处理,得到其频谱图分析调制前后频谱的变化。
加入高斯白噪声,研究噪声对已调信号的影响。
在了解SSB调制的基本原理和熟练运用MATLAB语言的基础上具体实现模拟信号的SSB调制并完成设计目标。
关键词M文件;SSB;调制
1引言
调制在通信系统中具有重要的作用,通过调制不仅可以进行频谱搬移,把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上,从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于便于信号多路复用的已调信号,而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。
幅度调制是正弦型载波的幅度随调制信号作线性变化的过程.本课题主要是对幅度调制中的单边带信号调制(SSB)。
进行仿真,以更深入掌握其原理和实现过程。
1.1课程设计目的
(1)熟悉使用MATLAB语言来解决一些简单的课程问题。
(2)更好的理解柰奎斯特采样定理。
(3)加深对SSB调制原理的理解。
通过比较调制前后的频谱图,掌握SSB调制的原理和特性。
(4)锻炼自己独立思考问题的能力,提高动手能力,增强社会适应度。
1.2课程设计要求
利用MATLAB文件中M文件首先生成SSB信号,编写SSB调制程序在绘制出调制前后的时域和频域波形,比较频谱的有何变化。
再改变采样频率比较以调信号的时频波形分析采样频率对波形的影响。
最后加入噪声,绘制加入噪声后SSB信号的时频图,比较加入前后的变化,分析噪声对信号的影响。
1.3课程设计步骤
(1)生成SSB信号,编写SSB调制程序。
(2)绘制出调制前后的时域和频域波形,比较频谱的变化。
(3)改变采样频率比较已调信号的时频波形。
(4)加入噪声,绘制加入噪声后SSB信号的时频图,比较加入前后的变化。
分析噪声对信号的影响。
2SSB调制原理
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。
设调制信号为单频信号f(t)=Amcosωmt,载波为c(t)=cosωct,则调制后的双边带时域波形为:
SDSB(t)=Amcosωmtcost=[Amcos(ωc+ωm)t+Amcos(ωc-ωm)t]/2保留上边带,波形为:
SUSB(t)=[Amcos(ωc+ωm)t]/2=Am(cosωctcosωmt-sinωctsinωmt)/2保留下边带,波形为:
SLSB(t)=[Amcos(ωc-ωm)t]/2=Am(cosωctcosωmt+sinωctsinωmt)/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调制框图如下
图2-1SSB调制框图
3SSB调制的实现
(1)M文件简介
M文件的语法类似于一般高级语言,是一种程序化的编程语言,它是一个简单的ASCII型码文件.因此,它的语法比一般的高级语言要简单,程序也容易调试,并且有很好的互交性,工具箱中的函数就是一个个的M文件,要注意每个M文件必须以m为拓展名。
M文件有两种,一种为脚本式(Script),一种为函数式(Function)。
(2)参数设置
SSB调制通过函数modulate来实现其表达式为
sm=modulate(m,Fc,Fs,'amssb')
其中fs表示采样频率;fc表示载波频率;m表示调制信号。
本设计中取:
Fs=100;%采样频率
Fc=10;%载波频率
t=linspace(0,pi,300);%抽样间隔
重要的参数fft表示进行傅立叶变换即得到频域图。
表达式:
K=sm+awgn(sm,1,0)
表示在已调制信号加入噪声,awgn是加入噪声函数其中1表示加入信噪比为1dB,0表示其功率。
(3)SSB调制实现
调制信号为m=cos(2*pi*t),其波形为如图3-1所示的余弦波
程序为:
Fs=100;Fc=10;
t=linspace(0,pi,300);
m=cos(2*pi*t);
plot(m)
图3-1调制信号时域波形图
调制信号频谱图对调制信号进行傅立叶变换可得,如图3-2所示
程序为:
plot(abs(fft(m,300)))
图3-2调制信号频谱图
对信号进行调制得到其波形,如图3-3所示
图3-3已调信号时域图
调制后信号的频谱图对调制后的信号进行傅立叶变换如图3-4所示
图3-4已调信号频谱图
从调制前后的时域图可以看出调制后的波形不能反映载波的特性,而调制前后的频谱图只是进行简单的搬移,这都反映了SSB调制的原理。
(4)对已调信号叠加噪声
对信号叠加噪声加入函数awgn来实现。
其表达式为:
k=sm+awgn(sm,N,0),N为加入噪声的信噪比。
加入噪声(信噪比为1dB)后的时域图如图4-1所示其频谱图如图4-2所示
图4-1信噪比为1dB时的时域图
图4-2信噪比为1dB时的频谱图
通过加入高斯白噪声,发现调制后信号的频域和时域图都发生了失真,现在改变信噪比来观察噪声的影响,将信噪比改为15dB后的时域图(如图4-3所示)和频域图(如图4-4所示)。
图4-3信噪比为15dB时的时域图
图4-4信噪比为15dB时的频谱图
通过观察我们可以发现随着信噪比的增大,噪声对已调信号的影响减小,其频谱越接近未加噪声前的频谱,其时域图也越来越接近未加噪声前的时域图。
说明信噪比的增大对信号的影响越来越小。
(5)改变采样频率分析对调制的影响
将采样频率改变为50观察调制后的时频图。
采样频率为50时的时域图如图5-1所示。
图5-1采样频率为50时的已调信号时域图
采样频率为50时的频域图如图5-2所示
图5-2采样频率为50时已调信号的频谱图
通过观察改变采样频率后,100Hz与50Hz的频谱发生了变化,随着采样频率的减小已调信号的频谱搬移也发生了变化。
再将采样频率改为200观察已调信号的时域和频域波形。
如图5-3和5-4所示。
图5-3采样频率为200时已调信号时域图
图5-4采样频率为200时已调信号频谱图
通过观察采样频率为200时调制信号的时域图比采样频率为100时的的波形更加稀疏,而采样频率为200时的频谱搬移也发生了变化。
抽样定理告诉我们:
如果对某一带宽有限的时间连续信号进行抽样,且抽样速率达到一定数值时,那么根据这些抽样值就能准确地确定原信号。
4遇到的问题及解决办法
在此次课程设计中遇到了很多问题,通过自己不断努力和同学的帮助以及老师的指导,把问题解决。
具体问题如下:
(1)开始时设置的参数过多,导致程序的无法运行,主要是不懂各参数之间的关系。
经过老师的指导使我纠正了此错误。
(2)对信号的采样频率不能过低,过低的采样频率将导致输出波形的失真。
(3)在绘制频谱图时进行傅立叶变换函数之间的关系要按要求设置。
(5)加入噪声函数awgn时,应加在调制后的信号上,而且函数之间的关系要处理好。
(6)程序的符号要处理好,在此次课程设计中遇到的最多问题也是重要问题,分析程序和检查程序要提别留意。
5结束语
在模拟调制幅度调制与角度调制中,SSB幅度调制在对比AM,DSB等调幅时占用的频带相对较少只传输一个边带的信息即可传输带宽是AM,DSB的一半无直流响应,但设备复杂性比两者要大,所以主要应用于语音通信,语音频分多路通信。
在这次课程设计中,通过不断的努力,在老师的指导下基本完成。
通过此次课程设计,使我对通信原理和幅度调制的原理有了很大的提高和巩固,开阔了我的知识范围,通过不断的查找资料,使我对所学的知识有了很好的消化,同时懂得怎样使自己所学的知识与实际相结合,提高了自己的动手能力以及独立思考问题和解决问题的能力。
特别是在编写程序的时候经常因为一个小小的标点符号而导致程序的错误而要经过反复的检查才能纠正,使我在以后遇到问题是更加的仔细和认真。
参考文献
[1]黄文梅,熊桂林,杨勇.信号分析与处理—MATLAB语言及应用.长沙:
国防科技大学出版社,2000.
[2]邓华.MATLAB通信仿真及应用实例详解.北京:
人民邮电出版社,2003.
[3]孙详,徐流美,吴清.MATLAB7.0基础教程.清华大学出版社,2006.
[4]韩利竹,王华.MATLAB电子仿真与应用(第2版).国防工业出版社,2003.
[5]樊昌信,徐炳详,吴成柯.通信原理第5版.国防工业出版社,2007.
附录1SSB调制程序清单
%程序名称:
ssb.m
%程序作者:
谢兵
%最后修改时间:
2008-1-18
%程序代码:
Fs=100;%采样频率
Fc=10;%载波频率
t=linspace(0,pi,300);%抽样间隔
m=cos(2*pi*t);%调制信号
sm=modulate(m,Fc,Fs,'amssb');%对信号进行调制
figure
(1);
plot(m)%输出调制信号波形;
f=(0:
length(m)-1)*Fs/length(m)-Fs/2;
figure
plot(f,abs(fft(m,300)));%对调制信号进行傅立叶变换输出其频谱图
figure
plot(sm);%输出已调信号
f=(0:
length(sm)-1)*Fs/length(sm)-Fs/2;
figure
plot(f,abs(fft(sm,300)));%对已调信号进行傅立叶变换输出其频谱图
k=sm+awgn(sm,1,0);%对已调信号加信噪比为1db的噪声
f=(0:
length(k)-1)*Fs/length(k)-Fs/2;
figure
plot(f,abs(fft(k,300)));%对加入的噪声进行傅立叶变换输出其频谱图
figure
plot(k)%输出加入噪声(信噪比为1db)后的波形
l=sm+awgn(sm,15,0);%对已调信号加信噪比为15db的噪声
plot(l)
figure
f=(0:
length(l)-1)*Fs/length(l)-Fs/2;
plot(f,abs(fft(l,300)))%对加入的噪声进行傅立叶变换输出其频谱图;
附录2SSB调制程序清单
%程序名称:
ssb.m
%程序作者:
谢兵
%最后修改时间:
2008-1-18
%程序代码:
%以下是改变采样频率的程序
Fs=50;%改变采样频率为50
Fc=10;%载波频率
t=linspace(0,pi,300);%抽样间隔
m=cos(2*pi*t);%调制信号
sm=modulate(m,Fc,Fs,'amssb');%对信号进行调制
plot(sm);%输出已调信号
f=(0:
length(sm)-1)*Fs/length(sm)-Fs/2;
figure
plot(f,abs(fft(sm,300)));%对已调信号进行傅立叶变换输出其频谱图
figure
Fs=200;%改变采样频率为200
Fc=10;%载波频率
t=linspace(0,pi,300);%抽样间隔
m=cos(2*pi*t);%调制信号
sm=modulate(m,Fc,Fs,'amssb');%对信号进行调制
plot(sm);%输出已调信号
figure
f=(0:
length(sm)-1)*Fs/length(sm)-Fs/2;
plot(f,abs(fft(sm,300)));%对已调信号进行傅立叶变换输出其频谱图
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