基于MATLAB對模擬調制信號的 仿真及識別

學校代碼分類號

學號密級本科畢業(yè)論文（設計）基于MATLAB對模擬調制信號的仿真及識別學院、系鄂爾多斯學院電子信息科學與技術word檔可自由復制編輯基于對模擬調制信號的仿真及識別摘

要現(xiàn)代通信技術的飛速發(fā)展使得在通信過程中能否對信號進行準確的識別也越來越重要，傳統(tǒng)的單一的特定通信在現(xiàn)代化的多頻段、多功能的通信中已經(jīng)不能勝任，在這樣的背景下，就需要研究更好的識別方法來識別信號。首先運MATLAB件對AM，F(xiàn)M，DSB,SSB四種信號進行了仿真，然后分別對幾種信號進行了調制并分析各信號的瞬時特征，繼而設計出識別方法，最后利用這些瞬時特征參數(shù)和識別方法對模擬信號進行識別并得出識別方法的可行性。

MATLAB，模擬調制信號，識別word檔可自由復制編輯TheofAnalogmodulationbasedMATLABAbstractWiththeofcommunicationthealsoincreasingincommunicationtraditionalcommunicationinthemulti-band,communicationhasbeensoneedtostudyidentificationmethodtoidentifyThismakesimpleintroductionforrecognitionmethod.Inundertheitneedstoidentificationidentifythesignal.First,usingfourthatAM,FM,DSB,tosimulated,thecharacteristicsofmodulatedsignal,andmethod.Finallyitcanmethodtoidentifysignalbyinstantaneousverifyfeasibility.

，Analogmodulationsignal，identifyword檔可自由復制編輯摘

要

目錄....................................................................................................................................................Ⅰ

Ⅱ1MATLAB概述

2模擬信號的調制

2.1調幅調制

對AM信號的調制

2抑制載波雙邊帶調制

3單邊帶調制

2.2調頻信號和調相信號的調制

FM調制制

3法的簡介

63.1希爾伯特（Hilbert）變換及其法

63.2解析信號對信號的分析

解析信號

瞬時包絡和瞬時相位的求解

解析信號估計瞬時頻率

74擬調制信號的識別

4.1基于決策理論的模擬調制識別

識別參

識別參

9識別參數(shù)P

104.2調制識別的流程

104.3實驗結果分析

.............................................................................................................................115論

致謝

參考文獻

14word檔可自由復制編輯附

錄

....................................................................................................................................................15word檔可自由復制編輯1MATLAB概述MATLAB是在二十世紀八十年代中期由美國一家公司推出的有著強大的計算能力和數(shù)據(jù)可視能力的軟件。除以上強大功能外，它擁有更好的工作平臺和編程環(huán)境，編程語言簡單易學形處理功能也更加出色軟件開發(fā)人員提供了又一易于開發(fā)的環(huán)境。自推出以來，經(jīng)過不斷地改革和更新完善，成為了軟件開發(fā)人員應用最多最廣泛的工程計算和仿真軟件。MATLAB以矩陣為數(shù)據(jù)要素，語法規(guī)則簡單，根據(jù)其中的多個算法和函數(shù)，專業(yè)科技人員可以在其集成環(huán)境中交互式完成各自的計算。MATLAB被人們成為第四代計算語言，它不同，等語言，它可以讓使用的人不再為繁瑣的程序代碼而發(fā)愁，多樣的函數(shù)只需簡單地調用和使用即可。主要有如下特點:編程效率高。因其編程簡單，容易掌握，相對編程效率提高很多。高效的矩陣運算。MATLAB所定的運算符可以照搬到運算中，且不需要定義數(shù)組的為數(shù)，并由專門的庫函數(shù)，在處理圖像問題時的高效快捷，是其他高級語言不能與之相較的。用戶使用方便。MATLAB語方便、靈活，調試速度快，容易掌握，并且簡化編程和調試的步驟，將編輯、編譯、連接和執(zhí)行融合在一起。操作頁面靈活，錯誤排除速度快，加快了調試和編輯的速度。擴充性強，交互性好。具有豐富的庫函數(shù)，在復雜的計算可以直接調用，而且用戶可以根據(jù)自己的需要建立新的擴展功能外為充分利用資源還可以混合編，良好的交互式增加了實用性。然而，與C語言相比較，MATLAB也有自己的缺點:循環(huán)運算系效率低。使用向量的形式，整個計算的效率大大提高，但是在處理單個計算是過程太過繁雜盡量發(fā)掘向量特征外可利用擴展特性來實現(xiàn)。封裝性不好。一方面，變量在公共區(qū)域，可任意調用語句；另一方面，需要花費很長的時間來考慮如何設計界面。word檔可自由復制編輯2各模擬信號的調制調制就是指為了使信息能夠適應信道傳輸而將信號處理后再加到載波上使載波隨信號的改變而改變的過稱。調制的實質是頻譜搬移，更重要的是它能夠讓信道實現(xiàn)多路復用，大大提高信道的利用率，并將傳輸帶寬轉換為信噪比，或者將信噪比轉換為傳輸帶寬。通常，由于基帶信號中頻分分量和直流分量的頻率都比較低，而且其抗噪性比較差，所以不能夠作為傳輸信號，只適合短距離的傳輸，而且要求傳輸信道應具有低通特性，所以我們需要對其進行調制解調。2.1調幅調制對AM信號的調制AM信號的調制是調幅調制。相對于調幅信號，已經(jīng)調制的信號的波形特點是：它能夠隨著調制信號規(guī)律變化；而其頻譜上的特點是：未調信號的頻譜在頻域內(nèi)的線性移動就是調制完成的信號的頻譜，故幅度調制又可以稱為線性調制。(t)為要發(fā)送的基帶信號st)

t為載波信號。則：s

AM

c0

（2.1就是AM信號的時域表示式。其中，m為提升電壓，可以方AM的接收與解調AM信號的頻譜圖如下（圖2.1vt/s圖2.1AM信頻譜圖word檔可自由復制編輯抑制載波雙邊帶調制常規(guī)信號的載波分量的信息完全是由邊帶傳送的，所以就可將AM調制中的A去掉，即載波擬制，那么就可輸出擬制載波雙邊帶信號，其時域和頻域的表示為：

c

（2.2s

c

（2.3雙邊帶信號的頻譜圖如(圖2.2)：vt/s圖DSB信頻譜圖單邊帶調制因為DSB信號所包括的上、下兩個邊帶所含有的信息是一樣的，所以，在傳輸?shù)臅r候只要傳輸一個邊帶便可以包括全部信息，這種便是調制。調制可分為上邊帶調制和下邊帶調制。上邊帶調制的時域和下邊帶調制的時域表達式為：sUSB

2

t2

t

（2.4s

2

t2

t

（2.5單邊帶調制方式傳輸信號時所需要的帶寬只有調幅信號和雙邊帶信號的一半在載波發(fā)射上也節(jié)省了很多功率，此外單邊帶信號也是擬制載波的已調信號，所以也需要相干解調。單邊帶信號的頻譜圖如(圖2.3)：word檔可自由復制編輯v圖2.3SSB信頻譜圖2.2調頻信號和調相信號的調制調頻信號和相位調制信號屬于角調制。角調制信號的表達式為式（2.6mcFM調制瞬時頻率偏移隨著調制信號m(t)線性變化的調制叫頻率調制，即：

t/s（2.6t

K

FM

（2.7其中K

是常數(shù)，則相位偏移是：FM

FM

mt)

t

（2.8調頻信號的時域表達式為：s

PM

t

PM

m

（2.9FM信號的頻譜圖如：word檔可自由復制編輯vt/s圖FM信號頻譜圖制相位調制的定義式為：

mPM

（2.10）K

是任意數(shù)，則調相調制信號的時域表達式為：PMs

PM

t

PM

m

（）由（）和（）得知，調頻信號和調相信號非常類似，不易區(qū)分。word檔可自由復制編輯3算法的簡介本章節(jié)著重介紹了希爾伯特算法并通過這種算法計算信號的解析信號這樣我們就可以通過解析信號來生成信號的瞬時包絡和瞬時相位，并計算其瞬時頻率，從而對原信號進行估算。這便是調制識別中最基礎的識別方法，可以通過這種方法為后文的調制識別做準備。3.1希爾伯特（Hilbert）變換及其算法希爾伯特變換是對系統(tǒng)函數(shù)的實、虛部之間相互制約特性的表現(xiàn)。Hilbert變換論證了系統(tǒng)函數(shù)H(j)的實部與虛部相互約束關系：互為希爾伯特變換對。此外，它作為一種數(shù)學工具在通信系統(tǒng)或數(shù)字信號處理系統(tǒng)中的應用也是相當廣泛的。Hilbert變換可以看做一個線性系統(tǒng)是在時域上的變換所以基于希爾伯特的瞬時參數(shù)計算能較好的恢復信號的瞬時參數(shù)。其單位沖激響應為h(t)

1t

，而其傳遞函數(shù)H(f)jsgn(f)。設換，則：

1d

（3.1如果設信(f)，那么

變換Ht變(t)的變換為V

（3.2從上式可以得出相關結論，用傅里葉變換對信號的希爾伯特變換做處理，得到的結果即為信號的符號函數(shù)與傅里葉變換相乘，并進行

2

的相移。因此，希爾伯特變換效應就是一個理想相移器，分別在f域相3.2解析信號對信號的分析解析信號令實信u()，如下式所定義的復信號

和在f域相移2

。其中(t)為實信u()的變換。word檔可自由復制編輯

（3.3u(t)u(t)用解析信號求實信號的瞬時包絡和相位的方法在實際的工程中得到廣泛應用并可估計其瞬時頻率。瞬時包絡和瞬時相位的求解我們可以通過解析信號的方法來對瞬時包絡和瞬時相位求解這里我們能夠運用公式，將解析后的信(t)變成旋轉的矢量的形式：t)z(t)j

())

（3.4由解析信號的定義可知：u(t)z(t)jt))

（3.5vt)()j

t))

（3.6則(t)的模值zt)為：z(t)(t)

t)

（3.7瞬時包絡可以由上式求得。(t)的相t)為：t)arctan

t)

（3.8解析信號估計瞬時頻率由頻率和相位的關系，可以得出相位估計瞬時頻率fft)

1t)dt

（3.9word檔可自由復制編輯4模擬調制信號的識在對模擬信號的識別中，識別方式有很多種，例如基于決策理論的瞬時特征模擬識別方法，小波識別方法，網(wǎng)絡作為分類器的識別方法等。這里則重點介紹瞬時特征模擬信號的識別方法。4.1基于決策理論的模擬調制識別調幅信號（AM調頻信號FM邊帶信號，雙邊帶信號均可采用以下統(tǒng)一的數(shù)學表達式來表示:t)a(t)cos[t)]

（4.1式中，信號的瞬時包絡位)，信號的瞬時頻率f()：f

ddt

（4.2一般來說，調制樣式信號的不同點是主要表現(xiàn)()t)個方面的。例如，對調幅信號：(t)0

at)]

（4.3式中，r是調幅深度m(t調制信號。對調頻信號：at)

t

f

（4.4式中，k

f

是頻偏指數(shù)()是調制信號。對單邊帶信號：(t)m

t)

t)

（4.5

()

(t)m)

（4.6對雙邊帶信號：a(t)t)

t

0,m

（4.7word檔可自由復制編輯anNanN從以上的分析中可以得出，模擬調制信號中的大部分信號都含有幅度和相位信息，但是調幅信號卻不含有幅度和相位信息這樣我們就可以應用它的這一特性來大體的區(qū)分信號的種類。識別參

max

m

是零中心歸一化瞬時幅度譜密度的最大值，它的表達式為：

max

[(i)]/

（4.8式中i)是零中心歸一化時幅度是取樣點數(shù)，(i)(i)

（4.9i1式中(i)mmNas

i

ai)是瞬時幅度ai)的平均值。

max

的特性可以用來判別是不是含有幅度調制的信號。當瞬時幅度信息是恒定的時后，譜密度等于零，則

值就為零。雙邊帶調制信號和和幅度調制信號通過調制幅ax度來承載信息（其賦值非常數(shù)

max

值非零。在實際通信過程中，信號受環(huán)境的影響，存在噪聲，F(xiàn)M、和LSB

，但通過選擇適當?shù)呐袥Q門限t

)可以把這五種模擬信號區(qū)分為兩大類信號:類是DSBAM，另一類FMLSB。識別參

apap：

是零中心非弱信號段瞬時相位非線性分量絕對值的標準偏差，其表達式如式

1c

[

(itt

1i)][c

(i)](i)tt

（4.10）其中，c非弱信號值的個數(shù)，值等于1，(i表示非線性的分量。載波同步時滿t足：(i)NL

（）其中

N

i

i，i)為瞬時相位。word檔可自由復制編輯ff可以根的特性來區(qū)分是不是含有直接相位調制信息的信號，在這里我們應用該算法來區(qū)分調幅信號和雙邊帶信號。因為調幅信號沒有相位信息，所以理論上應該為0；而雙邊帶信號含有相位信息理論上應該非零。通過上面的敘述我們可以通過設置一個適當?shù)拈T限值來區(qū)別調幅信號和雙邊帶信號。識別參P頻譜對稱性，它的定義式為式(4.12)：PPPPLU

（4.12）所以有：L

fcn

(i

（4.13）iPU

L

S(i)

2

（4.14）i其中，(iFFT(s())是信sffc

（4.15）其中f為載頻，為采樣率，N為采樣點數(shù)。css可以根據(jù)特征參P測量信號頻譜是不是對稱這一特性來識別和區(qū)LSB、FM這三種信號。4.2調制識別的流程通過對上面幾個特征值的分析，我們能夠得到識別的流程為：①計算識別信號

max

值與判決門限t

m

如果其結果是小于門限值，那么就判決為調頻信號、上邊帶、下邊帶信號中的一種；如果其結果是大于門限值，那么就判決為調幅信號或者雙邊帶信號。②計算識別信號

值，與判決門限t

做比較，如果其結果是小于門限值，那么就判決為雙邊帶信號；如果其結果是大于門限值，那么就判決為調幅信號。word檔可自由復制編輯③計算譜對稱P，與判決門限值其結果小于是門限值，那么就判決為調頻信號或者上邊帶信號果其結果是大于門限值么就判決為下邊帶信號。④

計算識別信號的p值，與判決門限值t

做比較，如果其結果是小于門限值，則判決為調頻信號；如果其結果是大于門限值，則判決為上邊帶信號。流程圖如下(圖：圖模信號識別圖4.3實驗結果分析通過上面的分析我們可以得到，要判別信號的種類就要經(jīng)過4步驟。對此，這里特別采樣一個AM信號為例進行識別實驗用來驗證上面的識別方法是否可行。首先，我們先對識別參數(shù)

的門限t

m

，使

計算該信號

值，得

，可以得到該信號是AM信號或者信號。然后再對識別參的門限tap

進行設定，t

并計算該信號值，得

，這樣，我們就可以判斷該信號為AM信號，從而也驗證了我們的識別方法是可行的。word檔可自由復制編輯5論經(jīng)過幾個月的努力，這次畢業(yè)設計終于告一段落，在這次畢業(yè)設計完成的過程中，我學到了很多東西，對模擬信號的識別方法也有了很多的了解，在算法和仿真環(huán)節(jié)查閱了大量資料，對我的知識儲備也有很大的幫助。在本文中對模擬信號的識別進行了研究并且通過應運MATLAB對信號進行仿真，這樣可以更清楚的看到信號的識別率。在識別的過稱中，通過應用希爾伯特算法得到信號的各種瞬時特征繼而通過計算信號

，

三個瞬時識別參數(shù)來識別信號ap的種類后文以AM信號為例來驗證了識方法的可行性并且取得了較好的成果。word檔可自由復制編輯致

謝本設計在楊元老師的細心指導下經(jīng)歷幾個月的努力終于完成了在這幾個月的時間里楊元老師利用自己的休息時間對我們進行輔導，更正在設計中出現(xiàn)的問題，在學習、資料的查訪等方面提供了很大的幫助為本人的學習和論文的順利進行創(chuàng)造了良好的條件。在這里，對楊元老師致以深深的謝意。同時也很感謝給予我?guī)椭母魑煌瑢W們。再次感謝曾經(jīng)給過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W。word檔可自由復制編輯參考文獻[1]曹麗娜現(xiàn)代通信原理與技術[M].西：電子科技大學出版社，[2]孫祥，吳清MATLAB[M].北京：清華大學出版社，[3]王秉均通信原理[M].電子工業(yè)出版社，[4]岳恒立MATLAB及在電子信息中的應用[電子工業(yè)出版社，[5]余成波數(shù)字信息處理及其MATLAB實現(xiàn)[M].北京：清華大學出版社，[6]鄭君里信號與系統(tǒng)[M].北：高等教育出版社，[7]周炯槃通信原理[M].北京：北京郵電大學大學出版社，[8]王素霞無線通信系統(tǒng)中信號調制識別技術的研究[北京：電子科技大學，[9]郝亮通信信號檢測、識別與參數(shù)提取[D].京：南京理工大學，2010[10]馬景濤通信信號調制模式識別與特征參數(shù)估計[西南交通大學，2013[11]正東.型信號調制類型識別方法研究[D].北京：電子科技大學，word檔可自由復制編輯附仿真實驗程1AM信號all;num=1024;n=2;載波中心頻率f0=3;mt=sin(2*pi*f0*t);cw=cos(2*pi*fc*t);AM=(1+0.7*mt).*cw;=里葉變換=(real(Fam).^2+imag(Fam).^2).^.5;=f=linspace(-fs/2,fs/2,length(t));頻譜圖axis([-fs/2,fs/2,0,1]);xlabel('AM信號頻譜')2FM號all;all;Kf=5;fc=10;T=5;dt=0.001;word檔可自由復制編輯

錄t=0:dt:T;offm=1;mt=FMmti=%mt的積分函數(shù)figure(1)subplot(3,1,1)plot(t,st);on;xlabel('t');title('調頻信號');subplot(3,1,2)[f,sf]xlabel('t');title('調頻信號幅度');3DSB信號all;