基于MATLAB對(duì)模擬調(diào)制信號(hào)的 仿真及識(shí)別

學(xué)校代碼分類號(hào)

學(xué)號(hào)密級(jí)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于MATLAB對(duì)模擬調(diào)制信號(hào)的仿真及識(shí)別學(xué)院、系鄂爾多斯學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)word檔可自由復(fù)制編輯基于對(duì)模擬調(diào)制信號(hào)的仿真及識(shí)別摘

要現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展使得在通信過程中能否對(duì)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)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(shí)別方法來識(shí)別信號(hào)。首先運(yùn)MATLAB件對(duì)AM，F(xiàn)M，DSB,SSB四種信號(hào)進(jìn)行了仿真，然后分別對(duì)幾種信號(hào)進(jìn)行了調(diào)制并分析各信號(hào)的瞬時(shí)特征，繼而設(shè)計(jì)出識(shí)別方法，最后利用這些瞬時(shí)特征參數(shù)和識(shí)別方法對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行識(shí)別并得出識(shí)別方法的可行性。

MATLAB，模擬調(diào)制信號(hào)，識(shí)別word檔可自由復(fù)制編輯TheofAnalogmodulationbasedMATLABAbstractWiththeofcommunicationthealsoincreasingincommunicationtraditionalcommunicationinthemulti-band,communicationhasbeensoneedtostudyidentificationmethodtoidentifyThismakesimpleintroductionforrecognitionmethod.Inundertheitneedstoidentificationidentifythesignal.First,usingfourthatAM,FM,DSB,tosimulated,thecharacteristicsofmodulatedsignal,andmethod.Finallyitcanmethodtoidentifysignalbyinstantaneousverifyfeasibility.

，Analogmodulationsignal，identifyword檔可自由復(fù)制編輯摘

要

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

Ⅱ1MATLAB概述

2模擬信號(hào)的調(diào)制

2.1調(diào)幅調(diào)制

對(duì)AM信號(hào)的調(diào)制

2抑制載波雙邊帶調(diào)制

3單邊帶調(diào)制

2.2調(diào)頻信號(hào)和調(diào)相信號(hào)的調(diào)制

FM調(diào)制制

3法的簡(jiǎn)介

63.1希爾伯特（Hilbert）變換及其法

63.2解析信號(hào)對(duì)信號(hào)的分析

解析信號(hào)

瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相位的求解

解析信號(hào)估計(jì)瞬時(shí)頻率

74擬調(diào)制信號(hào)的識(shí)別

4.1基于決策理論的模擬調(diào)制識(shí)別

識(shí)別參

識(shí)別參

9識(shí)別參數(shù)P

104.2調(diào)制識(shí)別的流程

104.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

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

致謝

參考文獻(xiàn)

14word檔可自由復(fù)制編輯附

錄

....................................................................................................................................................15word檔可自由復(fù)制編輯1MATLAB概述MATLAB是在二十世紀(jì)八十年代中期由美國一家公司推出的有著強(qiáng)大的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)可視能力的軟件。除以上強(qiáng)大功能外，它擁有更好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境，編程語言簡(jiǎn)單易學(xué)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(yīng)用最多最廣泛的工程計(jì)算和仿真軟件。MATLAB以矩陣為數(shù)據(jù)要素，語法規(guī)則簡(jiǎn)單，根據(jù)其中的多個(gè)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(jì)算。MATLAB被人們成為第四代計(jì)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(jiǎn)單地調(diào)用和使用即可。主要有如下特點(diǎn):編程效率高。因其編程簡(jiǎn)單，容易掌握，相對(duì)編程效率提高很多。高效的矩陣運(yùn)算。MATLAB所定的運(yùn)算符可以照搬到運(yùn)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(shí)的高效快捷，是其他高級(jí)語言不能與之相較的。用戶使用方便。MATLAB語方便、靈活，調(diào)試速度快，容易掌握，并且簡(jiǎn)化編程和調(diào)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(cuò)誤排除速度快，加快了調(diào)試和編輯的速度。擴(kuò)充性強(qiáng)，交互性好。具有豐富的庫函數(shù)，在復(fù)雜的計(jì)算可以直接調(diào)用，而且用戶可以根據(jù)自己的需要建立新的擴(kuò)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(shí)用性。然而，與C語言相比較，MATLAB也有自己的缺點(diǎn):循環(huán)運(yùn)算系效率低。使用向量的形式，整個(gè)計(jì)算的效率大大提高，但是在處理單個(gè)計(jì)算是過程太過繁雜盡量發(fā)掘向量特征外可利用擴(kuò)展特性來實(shí)現(xiàn)。封裝性不好。一方面，變量在公共區(qū)域，可任意調(diào)用語句；另一方面，需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間來考慮如何設(shè)計(jì)界面。word檔可自由復(fù)制編輯2各模擬信號(hào)的調(diào)制調(diào)制就是指為了使信息能夠適應(yīng)信道傳輸而將信號(hào)處理后再加到載波上使載波隨信號(hào)的改變而改變的過稱。調(diào)制的實(shí)質(zhì)是頻譜搬移，更重要的是它能夠讓信道實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，大大提高信道的利用率，并將傳輸帶寬轉(zhuǎn)換為信噪比，或者將信噪比轉(zhuǎn)換為傳輸帶寬。通常，由于基帶信號(hào)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(hào)，只適合短距離的傳輸，而且要求傳輸信道應(yīng)具有低通特性，所以我們需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。2.1調(diào)幅調(diào)制對(duì)AM信號(hào)的調(diào)制AM信號(hào)的調(diào)制是調(diào)幅調(diào)制。相對(duì)于調(diào)幅信號(hào)，已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)的波形特點(diǎn)是：它能夠隨著調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化；而其頻譜上的特點(diǎn)是：未調(diào)信號(hào)的頻譜在頻域內(nèi)的線性移動(dòng)就是調(diào)制完成的信號(hào)的頻譜，故幅度調(diào)制又可以稱為線性調(diào)制。(t)為要發(fā)送的基帶信號(hào)st)

t為載波信號(hào)。則：s

AM

c0

（2.1就是AM信號(hào)的時(shí)域表示式。其中，m為提升電壓，可以方AM的接收與解調(diào)AM信號(hào)的頻譜圖如下（圖2.1vt/s圖2.1AM信頻譜圖word檔可自由復(fù)制編輯抑制載波雙邊帶調(diào)制常規(guī)信號(hào)的載波分量的信息完全是由邊帶傳送的，所以就可將AM調(diào)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(hào)，其時(shí)域和頻域的表示為：

c

（2.2s

c

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

2

t2

t

（2.4s

2

t2

t

（2.5單邊帶調(diào)制方式傳輸信號(hào)時(shí)所需要的帶寬只有調(diào)幅信號(hào)和雙邊帶信號(hào)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(hào)也是擬制載波的已調(diào)信號(hào)，所以也需要相干解調(diào)。單邊帶信號(hào)的頻譜圖如(圖2.3)：word檔可自由復(fù)制編輯v圖2.3SSB信頻譜圖2.2調(diào)頻信號(hào)和調(diào)相信號(hào)的調(diào)制調(diào)頻信號(hào)和相位調(diào)制信號(hào)屬于角調(diào)制。角調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式為式（2.6mcFM調(diào)制瞬時(shí)頻率偏移隨著調(diào)制信號(hào)m(t)線性變化的調(diào)制叫頻率調(diào)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(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：s

PM

t

PM

m

（2.9FM信號(hào)的頻譜圖如：word檔可自由復(fù)制編輯vt/s圖FM信號(hào)頻譜圖制相位調(diào)制的定義式為：

mPM

（2.10）K

是任意數(shù)，則調(diào)相調(diào)制信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：PMs

PM

t

PM

m

（）由（）和（）得知，調(diào)頻信號(hào)和調(diào)相信號(hào)非常類似，不易區(qū)分。word檔可自由復(fù)制編輯3算法的簡(jiǎn)介本章節(jié)著重介紹了希爾伯特算法并通過這種算法計(jì)算信號(hào)的解析信號(hào)這樣我們就可以通過解析信號(hào)來生成信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相位，并計(jì)算其瞬時(shí)頻率，從而對(duì)原信號(hào)進(jìn)行估算。這便是調(diào)制識(shí)別中最基礎(chǔ)的識(shí)別方法，可以通過這種方法為后文的調(diào)制識(shí)別做準(zhǔn)備。3.1希爾伯特（Hilbert）變換及其算法希爾伯特變換是對(duì)系統(tǒng)函數(shù)的實(shí)、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(shí)部與虛部相互約束關(guān)系：互為希爾伯特變換對(duì)。此外，它作為一種數(shù)學(xué)工具在通信系統(tǒng)或數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用也是相當(dāng)廣泛的。Hilbert變換可以看做一個(gè)線性系統(tǒng)是在時(shí)域上的變換所以基于希爾伯特的瞬時(shí)參數(shù)計(jì)算能較好的恢復(fù)信號(hào)的瞬時(shí)參數(shù)。其單位沖激響應(yīng)為h(t)

1t

，而其傳遞函數(shù)H(f)jsgn(f)。設(shè)換，則：

1d

（3.1如果設(shè)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(guān)結(jié)論，用傅里葉變換對(duì)信號(hào)的希爾伯特變換做處理，得到的結(jié)果即為信號(hào)的符號(hào)函數(shù)與傅里葉變換相乘，并進(jìn)行

2

的相移。因此，希爾伯特變換效應(yīng)就是一個(gè)理想相移器，分別在f域相3.2解析信號(hào)對(duì)信號(hào)的分析解析信號(hào)令實(shí)信u()，如下式所定義的復(fù)信號(hào)

和在f域相移2

。其中(t)為實(shí)信u()的變換。word檔可自由復(fù)制編輯

（3.3u(t)u(t)用解析信號(hào)求實(shí)信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)和相位的方法在實(shí)際的工程中得到廣泛應(yīng)用并可估計(jì)其瞬時(shí)頻率。瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相位的求解我們可以通過解析信號(hào)的方法來對(duì)瞬時(shí)包絡(luò)和瞬時(shí)相位求解這里我們能夠運(yùn)用公式，將解析后的信(t)變成旋轉(zhuǎn)的矢量的形式：t)z(t)j

())

（3.4由解析信號(hào)的定義可知：u(t)z(t)jt))

（3.5vt)()j

t))

（3.6則(t)的模值z(mì)t)為：z(t)(t)

t)

（3.7瞬時(shí)包絡(luò)可以由上式求得。(t)的相t)為：t)arctan

t)

（3.8解析信號(hào)估計(jì)瞬時(shí)頻率由頻率和相位的關(guān)系，可以得出相位估計(jì)瞬時(shí)頻率fft)

1t)dt

（3.9word檔可自由復(fù)制編輯4模擬調(diào)制信號(hào)的識(shí)在對(duì)模擬信號(hào)的識(shí)別中，識(shí)別方式有很多種，例如基于決策理論的瞬時(shí)特征模擬識(shí)別方法，小波識(shí)別方法，網(wǎng)絡(luò)作為分類器的識(shí)別方法等。這里則重點(diǎn)介紹瞬時(shí)特征模擬信號(hào)的識(shí)別方法。4.1基于決策理論的模擬調(diào)制識(shí)別調(diào)幅信號(hào)（AM調(diào)頻信號(hào)FM邊帶信號(hào)，雙邊帶信號(hào)均可采用以下統(tǒng)一的數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示:t)a(t)cos[t)]

（4.1式中，信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)位)，信號(hào)的瞬時(shí)頻率f()：f

ddt

（4.2一般來說，調(diào)制樣式信號(hào)的不同點(diǎn)是主要表現(xiàn)()t)個(gè)方面的。例如，對(duì)調(diào)幅信號(hào)：(t)0

at)]

（4.3式中，r是調(diào)幅深度m(t調(diào)制信號(hào)。對(duì)調(diào)頻信號(hào)：at)

t

f

（4.4式中，k

f

是頻偏指數(shù)()是調(diào)制信號(hào)。對(duì)單邊帶信號(hào)：(t)m

t)

t)

（4.5

()

(t)m)

（4.6對(duì)雙邊帶信號(hào)：a(t)t)

t

0,m

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

max

m

是零中心歸一化瞬時(shí)幅度譜密度的最大值，它的表達(dá)式為：

max

[(i)]/

（4.8式中i)是零中心歸一化時(shí)幅度是取樣點(diǎn)數(shù)，(i)(i)

（4.9i1式中(i)mmNas

i

ai)是瞬時(shí)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(diào)制的信號(hào)。當(dāng)瞬時(shí)幅度信息是恒定的時(shí)后，譜密度等于零，則

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

max

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

，但通過選擇適當(dāng)?shù)呐袥Q門限t

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

apap：

是零中心非弱信號(hào)段瞬時(shí)相位非線性分量絕對(duì)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，其表達(dá)式如式

1c

[

(itt

1i)][c

(i)](i)tt

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

（）其中

N

i

i，i)為瞬時(shí)相位。word檔可自由復(fù)制編輯ff可以根的特性來區(qū)分是不是含有直接相位調(diào)制信息的信號(hào)，在這里我們應(yīng)用該算法來區(qū)分調(diào)幅信號(hào)和雙邊帶信號(hào)。因?yàn)檎{(diào)幅信號(hào)沒有相位信息，所以理論上應(yīng)該為0；而雙邊帶信號(hào)含有相位信息理論上應(yīng)該非零。通過上面的敘述我們可以通過設(shè)置一個(gè)適當(dāng)?shù)拈T限值來區(qū)別調(diào)幅信號(hào)和雙邊帶信號(hào)。識(shí)別參P頻譜對(duì)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(diǎn)數(shù)。css可以根據(jù)特征參P測(cè)量信號(hào)頻譜是不是對(duì)稱這一特性來識(shí)別和區(qū)LSB、FM這三種信號(hào)。4.2調(diào)制識(shí)別的流程通過對(duì)上面幾個(gè)特征值的分析，我們能夠得到識(shí)別的流程為：①計(jì)算識(shí)別信號(hào)

max

值與判決門限t

m

如果其結(jié)果是小于門限值，那么就判決為調(diào)頻信號(hào)、上邊帶、下邊帶信號(hào)中的一種；如果其結(jié)果是大于門限值，那么就判決為調(diào)幅信號(hào)或者雙邊帶信號(hào)。②計(jì)算識(shí)別信號(hào)

值，與判決門限t

做比較，如果其結(jié)果是小于門限值，那么就判決為雙邊帶信號(hào)；如果其結(jié)果是大于門限值，那么就判決為調(diào)幅信號(hào)。word檔可自由復(fù)制編輯③計(jì)算譜對(duì)稱P，與判決門限值其結(jié)果小于是門限值，那么就判決為調(diào)頻信號(hào)或者上邊帶信號(hào)果其結(jié)果是大于門限值么就判決為下邊帶信號(hào)。④

計(jì)算識(shí)別信號(hào)的p值，與判決門限值t

做比較，如果其結(jié)果是小于門限值，則判決為調(diào)頻信號(hào)；如果其結(jié)果是大于門限值，則判決為上邊帶信號(hào)。流程圖如下(圖：圖模信號(hào)識(shí)別圖4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析通過上面的分析我們可以得到，要判別信號(hào)的種類就要經(jīng)過4步驟。對(duì)此，這里特別采樣一個(gè)AM信號(hào)為例進(jìn)行識(shí)別實(shí)驗(yàn)用來驗(yàn)證上面的識(shí)別方法是否可行。首先，我們先對(duì)識(shí)別參數(shù)

的門限t

m

，使

計(jì)算該信號(hào)

值，得

，可以得到該信號(hào)是AM信號(hào)或者信號(hào)。然后再對(duì)識(shí)別參的門限tap

進(jìn)行設(shè)定，t

并計(jì)算該信號(hào)值，得

，這樣，我們就可以判斷該信號(hào)為AM信號(hào)，從而也驗(yàn)證了我們的識(shí)別方法是可行的。word檔可自由復(fù)制編輯5論經(jīng)過幾個(gè)月的努力，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于告一段落，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的過程中，我學(xué)到了很多東西，對(duì)模擬信號(hào)的識(shí)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(duì)我的知識(shí)儲(chǔ)備也有很大的幫助。在本文中對(duì)模擬信號(hào)的識(shí)別進(jìn)行了研究并且通過應(yīng)運(yùn)MATLAB對(duì)信號(hào)進(jìn)行仿真，這樣可以更清楚的看到信號(hào)的識(shí)別率。在識(shí)別的過稱中，通過應(yīng)用希爾伯特算法得到信號(hào)的各種瞬時(shí)特征繼而通過計(jì)算信號(hào)

，

三個(gè)瞬時(shí)識(shí)別參數(shù)來識(shí)別信號(hào)ap的種類后文以AM信號(hào)為例來驗(yàn)證了識(shí)方法的可行性并且取得了較好的成果。word檔可自由復(fù)制編輯致

謝本設(shè)計(jì)在楊元老師的細(xì)心指導(dǎo)下經(jīng)歷幾個(gè)月的努力終于完成了在這幾個(gè)月的時(shí)間里楊元老師利用自己的休息時(shí)間對(duì)我們進(jìn)行輔導(dǎo)，更正在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，在學(xué)習(xí)、資料的查訪等方面提供了很大的幫助為本人的學(xué)習(xí)和論文的順利進(jìn)行創(chuàng)造了良好的條件。在這里，對(duì)楊元老師致以深深的謝意。同時(shí)也很感謝給予我?guī)椭母魑煌瑢W(xué)們。再次感謝曾經(jīng)給過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)。word檔可自由復(fù)制編輯參考文獻(xiàn)[1]曹麗娜現(xiàn)代通信原理與技術(shù)[M].西：電子科技大學(xué)出版社，[2]孫祥，吳清MATLAB[M].北京：清華大學(xué)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(yīng)用[電子工業(yè)出版社，[5]余成波數(shù)字信息處理及其MATLAB實(shí)現(xiàn)[M].北京：清華大學(xué)出版社，[6]鄭君里信號(hào)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(xué)大學(xué)出版社，[8]王素霞無線通信系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)制識(shí)別技術(shù)的研究[北京：電子科技大學(xué)，[9]郝亮通信信號(hào)檢測(cè)、識(shí)別與參數(shù)提取[D].京：南京理工大學(xué)，2010[10]馬景濤通信信號(hào)調(diào)制模式識(shí)別與特征參數(shù)估計(jì)[西南交通大學(xué)，2013[11]正東.型信號(hào)調(diào)制類型識(shí)別方法研究[D].北京：電子科技大學(xué)，word檔可自由復(fù)制編輯附仿真實(shí)驗(yàn)程1AM信號(hào)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(hào)頻譜')2FM號(hào)all;all;Kf=5;fc=10;T=5;dt=0.001;word檔可自由復(fù)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(diào)頻信號(hào)');subplot(3,1,2)[f,sf]xlabel('t');title('調(diào)頻信號(hào)幅度');3DSB信號(hào)all;