基于Matlab 的單邊帶調(diào)幅電路仿真

1、西南科技大學(xué)專業(yè)綜合設(shè)計報告課程名稱： 電子專業(yè)綜合設(shè)計 設(shè)計名稱：基于Matlab 的單邊帶調(diào)幅電路仿真 姓 名： 學(xué) 號: 班 級： 電子0902 指導(dǎo)教師： 郭 峰 起止日期： 2012.11.1-2012.12.30 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院制專 業(yè) 綜 合 設(shè) 計 任 務(wù) 書學(xué)生班級： 電子0902 學(xué)生姓名： 鄧 彪 學(xué)號： 20095885 設(shè)計名稱： 基于Matlab 的單邊帶調(diào)幅電路仿真 起止日期： 2012.11.1-2012.12.30 指導(dǎo)教師： 郭 峰 設(shè)計要求：1. 熟悉模擬調(diào)幅電路中單邊調(diào)幅系統(tǒng)的原理。2. 熟悉MATLAB的相關(guān)函數(shù)作用，通過利用MATLAB對單

2、邊調(diào)幅電路進(jìn)行仿真驗證。3. 給出Matlab源程序及仿真結(jié)果。4. 設(shè)計參數(shù)：載波100KHz，幅度3V調(diào)制信號10KHz，幅度2V專 業(yè) 綜 合 設(shè) 計 學(xué) 生 日 志時間設(shè)計內(nèi)容12.5查閱MATLAB中相關(guān)函數(shù)的功能，復(fù)習(xí)調(diào)幅原理 12.6根據(jù)所查資料，確定設(shè)計方案 12.8根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計程序參數(shù) 12.9 設(shè)計程序并調(diào)試 12.10檢查程序的完整性和正確性 12.11完成設(shè)計報告 12.12 準(zhǔn)備答辯專 業(yè) 綜 合 設(shè) 計 考 勤 表周星期一星期二星期三星期四星期五專 業(yè) 綜 合 設(shè) 計 評 語 表指導(dǎo)教師評語： 成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日基于Matlab的單邊帶調(diào)幅電路仿真

3、一、 設(shè)計目的和意義1 加深理解模擬線性單邊幅度調(diào)制（SSB）的原理。2 熟悉MATLAB相關(guān)函數(shù)的運用。3 掌握參數(shù)設(shè)置方法和性能分析方法。4 掌握產(chǎn)生單邊調(diào)幅信號的方法和解調(diào)的原理。5 通過利用MATLAB實現(xiàn)單邊調(diào)幅信號的調(diào)制和解調(diào)了解相干解調(diào)的重要性。二、 設(shè)計原理1 SSB調(diào)制原理信號的調(diào)制主要是在時域上乘上一個頻率較高的載波信號,實現(xiàn)頻率的搬移,使有用信號容易被傳播。單邊帶調(diào)幅信號可以通過雙邊帶調(diào)幅后經(jīng)過濾波器實現(xiàn)。單邊帶調(diào)幅方式是指僅發(fā)送調(diào)幅信號上、下邊帶中的一個信號。雙邊帶信號兩個邊帶中的任意一個都包含了調(diào)制信號頻譜的所有頻譜成分，因此僅傳輸其中一個邊帶即可。這樣既節(jié)省發(fā)送功率

4、，還可節(jié)省一半傳輸頻帶，這種方式稱為單邊帶調(diào)制。產(chǎn)生單邊帶調(diào)幅信號的方法有：濾波法、相移法。2. 濾波法濾波法產(chǎn)生SSB信號的模型如下圖所示圖2.1 濾波法調(diào)制圖LPF、HPF需要理想的形式 ,但是實際上是做不到的 ,過渡帶不可能是0。因此需要采用多級調(diào)制6。采用二級調(diào)制的系統(tǒng)框圖如下圖所示圖2.2 二級調(diào)制模型圖 工作原理:當(dāng)頻率較低的時候,濾波器具有陡峭的頻率,因此是一個截止頻率點較低的低通或高通濾波器。是一個帶通濾波器,通常截止頻率點選得較高。二次調(diào)制的調(diào)制頻率需滿足:載波信號的頻率+載波信號的頻率=。用濾波法形成上邊帶信號的頻譜圖如下圖所示 圖2.3 濾波法形成上邊帶信號的頻譜圖濾波法

5、的技術(shù)難點是邊帶濾波器的制作。因為實際濾波器在載頻處都不具有陡峭的截止特性，而是有一定的過渡帶8。3. 移相法調(diào)制SSB信號的頻域表示直觀、簡明，但其實域表示時的推導(dǎo)比較困難，需借助希爾伯特變化來表示。設(shè)單頻調(diào)制信號為 （2.1）載波為 （2.2）則DSB信號的時域表示式為 = （2.3） 保留上邊帶，則有 （2.4）保留下邊帶，則有 （2.5） 式中：“-”表示上邊帶信號；“+”表示下邊帶信號。利用希爾伯特變換可把上式改寫為 （2.6）移相法產(chǎn)生SSB信號的模型如下圖所示圖2.4移相法調(diào)制圖圖中-為相移網(wǎng)絡(luò); 經(jīng)過相移網(wǎng)絡(luò)后,輸出為。經(jīng)過相移網(wǎng)絡(luò)后,將所有的頻率成份移相-,實際上是一個希爾波

6、特(Hilbert)變換(也可以用一個寬帶相移網(wǎng)絡(luò)來代替) 。4. 單邊帶信號的解調(diào)所謂解調(diào)就是把接收來的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。即由變成的過程。SSB信號的解調(diào)方法相干解調(diào)法相干解調(diào)也叫同步檢波。解調(diào)與調(diào)制的實質(zhì)是一樣的，均是頻譜搬移。調(diào)制是把基帶信號的頻譜搬到載頻位置，這一過程可以通過一個相乘器與載波相乘來實現(xiàn)10。解調(diào)則是調(diào)制的反過程，即把在載頻位置的已調(diào)信號的頻譜搬回到原始基帶位置。因此同樣可以用相乘器與載波相乘來實現(xiàn)。相干解調(diào)方法的模型如圖3.4所示圖2.5 相干解調(diào)法模型圖下面從時域和頻域兩個角度進(jìn)行分析時域分析 （2.7） 經(jīng)濾波器后,

7、輸出為 （2.8）頻域分析 （2.9）經(jīng)濾波器后,輸出為 （2.10）相干解調(diào)要求本地載波的頻率和相位必須嚴(yán)格。三、 詳細(xì)設(shè)計步驟1. 查閱MATLAB相關(guān)函數(shù)的應(yīng)用，根據(jù)設(shè)計要求利用matlab產(chǎn)生我們需要的信號。 Fc=100000hzf=10000hz; %調(diào)制頻率a=2; %調(diào)制信號幅度m2=a*cos(f*2*pi*t); %調(diào)制信號b=3; %調(diào)頻信號幅度m1=b*cos(Fc*2*pi*t1); %調(diào)頻信號2. 利用MATLAB相關(guān)函數(shù)對信號調(diào)制和解調(diào)信號SSB調(diào)制采用MATLAB函數(shù)modulate實現(xiàn)，其函數(shù)格式為： Y = MODULATE(X,Fc,Fs,METHOD,O

8、PT) X為基帶調(diào)制信號，F(xiàn)c為載波頻率，F(xiàn)s為抽樣頻率，METHOD為調(diào)制方式選擇，SSB調(diào)制時為amssb，OPT在DSB調(diào)制時可不選，F(xiàn)s需滿足Fs > 2*Fc + BW，BW為調(diào)制信號帶寬。 本次試驗利用程序（lssb=y.*c+imag(hilbert(y).*b; ）得到下邊帶信號。SSB信號解調(diào)采用MATLAB函數(shù)ademod實現(xiàn)，其函數(shù)使用格式為： X = ademod (Y,Fc,Fs,METHOD,OPT) Y為SSB已調(diào)信號，F(xiàn)c為載波頻率，F(xiàn)s為抽樣頻率，METHOD為解調(diào)方式選擇，SSB解調(diào)時為amssb，OPT在DSB調(diào)制時可不選。 觀察信號頻譜需對信號進(jìn)行

9、傅里葉變換，采用MATLAB函數(shù)fft實現(xiàn)，其函數(shù)常使用格式為：Y=FFT(X,N)，X為時域函數(shù)，N為傅里葉變換點數(shù)選擇，一般取值2。頻域變換后，對頻域函數(shù)取模，格式：Y1=ABS(Y)，再進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方法：f=(0:length(Y)-1)*Fs/length(Y) 分析解調(diào)器的抗噪性能時，在輸入端加入高斯白噪聲，采用MATLAB函數(shù)awgn實現(xiàn)，其函數(shù)使用格式為：Y =AWGN(X,SNR)，加高斯白噪聲于X中，SNR為信噪比，單位為dB，其值在假設(shè)X的功率為0dBM的情況下確定。 信號的信噪比為信號中有用的信號功率與噪聲功率的比值，根據(jù)信號功率定義，采用MATLAB函數(shù)var實現(xiàn)

10、，其函數(shù)常使用格式為：Y =VAR(X)，返回向量的方差，則信噪比為:SNR=VAR(X1)/VAR(X2)。 繪制曲線采用MATLAB函數(shù)plot實現(xiàn)，其函數(shù)常使用格式：PLOT（X，Y），X為橫軸變量，Y為縱軸變量，坐標(biāo)范圍限定AXIS(x1 x2 y1 y2)，軸線說明XLABEL( )和YLABEL( )。3. 設(shè)計程序Fs=500000;t=0:1/Fs:0.001;t1=0:0.0000001:0.00005;y=2*cos(10000*2*pi*t); %調(diào)制信號yw=fft(y);yw=abs(yw(1:length(yw)/2+1);frqyw=0:length(yw)-1*

11、Fs/length(yw)/2;Fc=100000;c=3*cos(Fc*2*pi*t); %載波信號b=3*sin(2*pi*Fc.*t);y2=3*cos(Fc*2*pi*t1);Y1=fft(才);Y1=abs(Y1(1:length(Y1)/2+1);frqY1=0:length(Y1)-1*Fs/length(Y1)/2;lssb=y.*c+imag(hilbert(y).*b; %下邊帶信號y1=awgn(lssb,30); %調(diào)制信號加噪聲wsingle=fft(lssb);wsingle=abs(wsingle(1:length(wsingle)/2+1);frqsingle=

12、0:length(wsingle)-1*Fs/length(wsingle)/2;asingle=ademod(y1,Fc,Fs,'amssb'); %ssb解調(diào)aa=fft(asingle);aa=abs(aa(1:length(aa)/2+1);frqaa=0:length(aa)-1*Fs/length(aa)/2; %解調(diào)信號頻譜figure(1)subplot(1,2,1);plot(t1,y2);grid on;title('載波信號時域波形')subplot(1,2,2);plot(frqY1,Y1); grid on;%調(diào)制信號頻譜title(&

13、#39;載波信號頻譜')axis(0 50000 0 max(yw);figure(2)subplot(1,2,1);plot(t,y);grid on;title('調(diào)制信號時域波形')subplot(1,2,2);plot(frqyw,yw); grid on;%調(diào)制信號頻譜title('調(diào)制信號頻譜')axis(0 50000 0 max(yw);figure(3)plot(t,lssb)subplot(1,2,1)plot(t,lssb);grid on;title('下邊帶信號波形')subplot(1,2,2);plot(fr

14、qsingle,wsingle); %調(diào)制后頻譜圖grid on;title('下邊帶信號頻譜')figure(4)subplot(1,2,1);plot(t,asingle);grid on;title('解調(diào)后信號波形')subplot(1,2,2);plot(frqaa,aa);grid on;title('解調(diào)后信號頻譜') axis(0 50000 0 max(aa);四、 設(shè)計結(jié)果及分析 在MATLAB中實現(xiàn)SSB信號的產(chǎn)生和解調(diào)的仿真就是基于以上的程序和參數(shù)設(shè)定，運行調(diào)用了plot函數(shù)的M文件，可以分別得出解調(diào)前后的頻域與時域?qū)Ρ葓D

15、，為了便于參照，將SSB信號的時域與頻域圖也一同進(jìn)行比較。 圖4.1 載波信號時域、頻域圖 圖4.2 調(diào)制信號時域、頻域圖 圖4.3 下邊帶信號時域、頻域圖 圖4.4 解調(diào)信號時域、頻域圖 由圖可知，單邊帶調(diào)制是對基帶信號的線性頻譜搬移，調(diào)制前后頻譜僅僅是位置發(fā)生了改變，頻譜形狀沒有改變。由單邊帶調(diào)制所得的下邊帶中任意一個信號就可以反映原基帶信號所攜帶的信息。總結(jié)：通過利用matlab程序?qū)崿F(xiàn)了題目的要求，完成了對單邊帶調(diào)幅（SSB）的解調(diào)。由于雙邊帶信號兩個邊帶中任意一個都包含了原基帶信號的所有頻譜成分，因此就產(chǎn)生了單邊帶調(diào)制19。單邊帶信號只傳輸雙邊帶信號的一個頻帶，所以頻譜最窄，效率最高

16、，因此應(yīng)用廣泛。通過對單邊帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的仿真研究，可以獲得建造真系統(tǒng)所用的先驗知識何必要的設(shè)計方案，同時又可大大節(jié)省人力的投入和研發(fā)新系統(tǒng)的時間。五、 體會通過本次課程設(shè)計，我得到了許多的收獲：通過學(xué)習(xí)對程序的設(shè)計，我進(jìn)一步熟悉了MATLAB開發(fā)環(huán)境，對MATLAB的一些基本操作和應(yīng)用有了更深入的了解。如：有要求的正弦信號的產(chǎn)生，基本圖形的繪制和各種的函數(shù)的使用等。同時，這次設(shè)計使我對數(shù)字信號處理和通信原理課本上學(xué)到的知識點有了更深入的理解和掌握。比如對信號的調(diào)制和解調(diào)過程有了更深層次的理解，學(xué)會了如何使用MATLAB對信號進(jìn)行SSB調(diào)制和解調(diào)，了解了低通濾波器的MATLAB設(shè)計方法。還有

17、很重要的一點是，我學(xué)會了如何安排設(shè)計所需的時間及合理利用網(wǎng)絡(luò)資源等普遍實用的學(xué)習(xí)方法，通過和和同學(xué)探討，拓寬了我的眼界，學(xué)習(xí)了別人好的設(shè)計思路和設(shè)計方法等在此次MATLAB應(yīng)用課程設(shè)計中，無論是查閱資料的能力還是對MATLAB這個軟件的掌握都是一個很大的進(jìn)步。剛接到這個題目真的感到有點束手無策，因為以前只是單純的從書本上學(xué)習(xí)數(shù)字信號處理、通信原理的知識，而這次卻要用MATLAB這個不熟悉的軟件實現(xiàn)通信原理中SSB信號的調(diào)制與解調(diào)。但是，在我個人的努力下，不斷查閱相關(guān)資料，許多問題都迎刃而解了。首先我認(rèn)識了MATLAB這個軟件，其功能非常的強大，由總包和若干個工具箱組成，可以實現(xiàn)數(shù)值分析、自動控制、圖像處理、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等若干個領(lǐng)域的計算和圖形顯示，它將這些不同領(lǐng)域的計算用函數(shù)的形式分類成對用戶完全透明的庫函數(shù)，構(gòu)成一個個針對專門領(lǐng)域的工具箱。使得我們在使用的時候用戶直接調(diào)用這些庫函數(shù)并賦予實際參數(shù)就能解決實際問題，具有極高的變成效率。六