基于MATLAB对模拟调制信号的 仿真及识别

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学号密级本科毕业论文（设计）基于MATLAB对模拟调制信号的仿真及识别学院、系鄂尔多斯学院电子信息科学与技术word档可自由复制编辑基于对模拟调制信号的仿真及识别摘

要现代通信技术的飞速发展使得在通信过程中能否对信号进行准确的识别也越来越重要，传统的单一的特定通信在现代化的多频段、多功能的通信中已经不能胜任，在这样的背景下，就需要研究更好的识别方法来识别信号。首先运MATLAB件对AM，FM，DSB,SSB四种信号进行了仿真，然后分别对几种信号进行了调制并分析各信号的瞬时特征，继而设计出识别方法，最后利用这些瞬时特征参数和识别方法对模拟信号进行识别并得出识别方法的可行性。

MATLAB，模拟调制信号，识别word档可自由复制编辑TheofAnalogmodulationbasedMATLABAbstractWiththeofcommunicationthealsoincreasingincommunicationtraditionalcommunicationinthemulti-band,communicationhasbeensoneedtostudyidentificationmethodtoidentifyThismakesimpleintroductionforrecognitionmethod.Inundertheitneedstoidentificationidentifythesignal.First,usingfourthatAM,FM,DSB,tosimulated,thecharacteristicsofmodulatedsignal,andmethod.Finallyitcanmethodtoidentifysignalbyinstantaneousverifyfeasibility.

，Analogmodulationsignal，identifyword档可自由复制编辑摘

要

目录....................................................................................................................................................Ⅰ

Ⅱ1MATLAB概述

2模拟信号的调制

2.1调幅调制

对AM信号的调制

2抑制载波双边带调制

3单边带调制

2.2调频信号和调相信号的调制

FM调制制

3法的简介

63.1希尔伯特（Hilbert）变换及其法

63.2解析信号对信号的分析

解析信号

瞬时包络和瞬时相位的求解

解析信号估计瞬时频率

74拟调制信号的识别

4.1基于决策理论的模拟调制识别

识别参

识别参

9识别参数P

104.2调制识别的流程

104.3实验结果分析

.............................................................................................................................115论

致谢

参考文献

14word档可自由复制编辑附

录

....................................................................................................................................................15word档可自由复制编辑1MATLAB概述MATLAB是在二十世纪八十年代中期由美国一家公司推出的有着强大的计算能力和数据可视能力的软件。除以上强大功能外，它拥有更好的工作平台和编程环境，编程语言简单易学形处理功能也更加出色软件开发人员提供了又一易于开发的环境。自推出以来，经过不断地改革和更新完善，成为了软件开发人员应用最多最广泛的工程计算和仿真软件。MATLAB以矩阵为数据要素，语法规则简单，根据其中的多个算法和函数，专业科技人员可以在其集成环境中交互式完成各自的计算。MATLAB被人们成为第四代计算语言，它不同，等语言，它可以让使用的人不再为繁琐的程序代码而发愁，多样的函数只需简单地调用和使用即可。主要有如下特点:编程效率高。因其编程简单，容易掌握，相对编程效率提高很多。高效的矩阵运算。MATLAB所定的运算符可以照搬到运算中，且不需要定义数组的为数，并由专门的库函数，在处理图像问题时的高效快捷，是其他高级语言不能与之相较的。用户使用方便。MATLAB语方便、灵活，调试速度快，容易掌握，并且简化编程和调试的步骤，将编辑、编译、连接和执行融合在一起。操作页面灵活，错误排除速度快，加快了调试和编辑的速度。扩充性强，交互性好。具有丰富的库函数，在复杂的计算可以直接调用，而且用户可以根据自己的需要建立新的扩展功能外为充分利用资源还可以混合编，良好的交互式增加了实用性。然而，与C语言相比较，MATLAB也有自己的缺点:循环运算系效率低。使用向量的形式，整个计算的效率大大提高，但是在处理单个计算是过程太过繁杂尽量发掘向量特征外可利用扩展特性来实现。封装性不好。一方面，变量在公共区域，可任意调用语句；另一方面，需要花费很长的时间来考虑如何设计界面。word档可自由复制编辑2各模拟信号的调制调制就是指为了使信息能够适应信道传输而将信号处理后再加到载波上使载波随信号的改变而改变的过称。调制的实质是频谱搬移，更重要的是它能够让信道实现多路复用，大大提高信道的利用率，并将传输带宽转换为信噪比，或者将信噪比转换为传输带宽。通常，由于基带信号中频分分量和直流分量的频率都比较低，而且其抗噪性比较差，所以不能够作为传输信号，只适合短距离的传输，而且要求传输信道应具有低通特性，所以我们需要对其进行调制解调。2.1调幅调制对AM信号的调制AM信号的调制是调幅调制。相对于调幅信号，已经调制的信号的波形特点是：它能够随着调制信号规律变化；而其频谱上的特点是：未调信号的频谱在频域内的线性移动就是调制完成的信号的频谱，故幅度调制又可以称为线性调制。(t)为要发送的基带信号st)

t为载波信号。则：s

AM

c0

（2.1就是AM信号的时域表示式。其中，m为提升电压，可以方AM的接收与解调AM信号的频谱图如下（图2.1vt/s图2.1AM信频谱图word档可自由复制编辑抑制载波双边带调制常规信号的载波分量的信息完全是由边带传送的，所以就可将AM调制中的A去掉，即载波拟制，那么就可输出拟制载波双边带信号，其时域和频域的表示为：

c

（2.2s

c

（2.3双边带信号的频谱图如(图2.2)：vt/s图DSB信频谱图单边带调制因为DSB信号所包括的上、下两个边带所含有的信息是一样的，所以，在传输的时候只要传输一个边带便可以包括全部信息，这种便是调制。调制可分为上边带调制和下边带调制。上边带调制的时域和下边带调制的时域表达式为：sUSB

2

t2

t

（2.4s

2

t2

t

（2.5单边带调制方式传输信号时所需要的带宽只有调幅信号和双边带信号的一半在载波发射上也节省了很多功率，此外单边带信号也是拟制载波的已调信号，所以也需要相干解调。单边带信号的频谱图如(图2.3)：word档可自由复制编辑v图2.3SSB信频谱图2.2调频信号和调相信号的调制调频信号和相位调制信号属于角调制。角调制信号的表达式为式（2.6mcFM调制瞬时频率偏移随着调制信号m(t)线性变化的调制叫频率调制，即：

t/s（2.6t

K

FM

（2.7其中K

是常数，则相位偏移是：FM

FM

mt)

t

（2.8调频信号的时域表达式为：s

PM

t

PM

m

（2.9FM信号的频谱图如：word档可自由复制编辑vt/s图FM信号频谱图制相位调制的定义式为：

mPM

（2.10）K

是任意数，则调相调制信号的时域表达式为：PMs

PM

t

PM

m

（）由（）和（）得知，调频信号和调相信号非常类似，不易区分。word档可自由复制编辑3算法的简介本章节着重介绍了希尔伯特算法并通过这种算法计算信号的解析信号这样我们就可以通过解析信号来生成信号的瞬时包络和瞬时相位，并计算其瞬时频率，从而对原信号进行估算。这便是调制识别中最基础的识别方法，可以通过这种方法为后文的调制识别做准备。3.1希尔伯特（Hilbert）变换及其算法希尔伯特变换是对系统函数的实、虚部之间相互制约特性的表现。Hilbert变换论证了系统函数H(j)的实部与虚部相互约束关系：互为希尔伯特变换对。此外，它作为一种数学工具在通信系统或数字信号处理系统中的应用也是相当广泛的。Hilbert变换可以看做一个线性系统是在时域上的变换所以基于希尔伯特的瞬时参数计算能较好的恢复信号的瞬时参数。其单位冲激响应为h(t)

1t

，而其传递函数H(f)jsgn(f)。设换，则：

1d

（3.1如果设信(f)，那么

变换Ht变(t)的变换为V

（3.2从上式可以得出相关结论，用傅里叶变换对信号的希尔伯特变换做处理，得到的结果即为信号的符号函数与傅里叶变换相乘，并进行

2

的相移。因此，希尔伯特变换效应就是一个理想相移器，分别在f域相3.2解析信号对信号的分析解析信号令实信u()，如下式所定义的复信号

和在f域相移2

。其中(t)为实信u()的变换。word档可自由复制编辑

（3.3u(t)u(t)用解析信号求实信号的瞬时包络和相位的方法在实际的工程中得到广泛应用并可估计其瞬时频率。瞬时包络和瞬时相位的求解我们可以通过解析信号的方法来对瞬时包络和瞬时相位求解这里我们能够运用公式，将解析后的信(t)变成旋转的矢量的形式：t)z(t)j

())

（3.4由解析信号的定义可知：u(t)z(t)jt))

（3.5vt)()j

t))

（3.6则(t)的模值zt)为：z(t)(t)

t)

（3.7瞬时包络可以由上式求得。(t)的相t)为：t)arctan

t)

（3.8解析信号估计瞬时频率由频率和相位的关系，可以得出相位估计瞬时频率fft)

1t)dt

（3.9word档可自由复制编辑4模拟调制信号的识在对模拟信号的识别中，识别方式有很多种，例如基于决策理论的瞬时特征模拟识别方法，小波识别方法，网络作为分类器的识别方法等。这里则重点介绍瞬时特征模拟信号的识别方法。4.1基于决策理论的模拟调制识别调幅信号（AM调频信号FM边带信号，双边带信号均可采用以下统一的数学表达式来表示:t)a(t)cos[t)]

（4.1式中，信号的瞬时包络位)，信号的瞬时频率f()：f

ddt

（4.2一般来说，调制样式信号的不同点是主要表现()t)个方面的。例如，对调幅信号：(t)0

at)]

（4.3式中，r是调幅深度m(t调制信号。对调频信号：at)

t

f

（4.4式中，k

f

是频偏指数()是调制信号。对单边带信号：(t)m

t)

t)

（4.5

()

(t)m)

（4.6对双边带信号：a(t)t)

t

0,m

（4.7word档可自由复制编辑anNanN从以上的分析中可以得出，模拟调制信号中的大部分信号都含有幅度和相位信息，但是调幅信号却不含有幅度和相位信息这样我们就可以应用它的这一特性来大体的区分信号的种类。识别参

max

m

是零中心归一化瞬时幅度谱密度的最大值，它的表达式为：

max

[(i)]/

（4.8式中i)是零中心归一化时幅度是取样点数，(i)(i)

（4.9i1式中(i)mmNas

i

ai)是瞬时幅度ai)的平均值。

max

的特性可以用来判别是不是含有幅度调制的信号。当瞬时幅度信息是恒定的时后，谱密度等于零，则

值就为零。双边带调制信号和和幅度调制信号通过调制幅ax度来承载信息（其赋值非常数

max

值非零。在实际通信过程中，信号受环境的影响，存在噪声，FM、和LSB

，但通过选择适当的判决门限t

)可以把这五种模拟信号区分为两大类信号:类是DSBAM，另一类FMLSB。识别参

apap：

是零中心非弱信号段瞬时相位非线性分量绝对值的标准偏差，其表达式如式

1c

[

(itt

1i)][c

(i)](i)tt

（4.10）其中，c非弱信号值的个数，值等于1，(i表示非线性的分量。载波同步时满t足：(i)NL

（）其中

N

i

i，i)为瞬时相位。word档可自由复制编辑ff可以根的特性来区分是不是含有直接相位调制信息的信号，在这里我们应用该算法来区分调幅信号和双边带信号。因为调幅信号没有相位信息，所以理论上应该为0；而双边带信号含有相位信息理论上应该非零。通过上面的叙述我们可以通过设置一个适当的门限值来区别调幅信号和双边带信号。识别参P频谱对称性，它的定义式为式(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为载频，为采样率，N为采样点数。css可以根据特征参P测量信号频谱是不是对称这一特性来识别和区LSB、FM这三种信号。4.2调制识别的流程通过对上面几个特征值的分析，我们能够得到识别的流程为：①计算识别信号

max

值与判决门限t

m

如果其结果是小于门限值，那么就判决为调频信号、上边带、下边带信号中的一种；如果其结果是大于门限值，那么就判决为调幅信号或者双边带信号。②计算识别信号

值，与判决门限t

做比较，如果其结果是小于门限值，那么就判决为双边带信号；如果其结果是大于门限值，那么就判决为调幅信号。word档可自由复制编辑③计算谱对称P，与判决门限值其结果小于是门限值，那么就判决为调频信号或者上边带信号果其结果是大于门限值么就判决为下边带信号。④

计算识别信号的p值，与判决门限值t

做比较，如果其结果是小于门限值，则判决为调频信号；如果其结果是大于门限值，则判决为上边带信号。流程图如下(图：图模信号识别图4.3实验结果分析通过上面的分析我们可以得到，要判别信号的种类就要经过4步骤。对此，这里特别采样一个AM信号为例进行识别实验用来验证上面的识别方法是否可行。首先，我们先对识别参数

的门限t

m

，使

计算该信号

值，得

，可以得到该信号是AM信号或者信号。然后再对识别参的门限tap

进行设定，t

并计算该信号值，得

，这样，我们就可以判断该信号为AM信号，从而也验证了我们的识别方法是可行的。word档可自由复制编辑5论经过几个月的努力，这次毕业设计终于告一段落，在这次毕业设计完成的过程中，我学到了很多东西，对模拟信号的识别方法也有了很多的了解，在算法和仿真环节查阅了大量资料，对我的知识储备也有很大的帮助。在本文中对模拟信号的识别进行了研究并且通过应运MATLAB对信号进行仿真，这样可以更清楚的看到信号的识别率。在识别的过称中，通过应用希尔伯特算法得到信号的各种瞬时特征继而通过计算信号

，

三个瞬时识别参数来识别信号ap的种类后文以AM信号为例来验证了识方法的可行性并且取得了较好的成果。word档可自由复制编辑致

谢本设计在杨元老师的细心指导下经历几个月的努力终于完成了在这几个月的时间里杨元老师利用自己的休息时间对我们进行辅导，更正在设计中出现的问题，在学习、资料的查访等方面提供了很大的帮助为本人的学习和论文的顺利进行创造了良好的条件。在这里，对杨元老师致以深深的谢意。同时也很感谢给予我帮助的各位同学们。再次感谢曾经给过我帮助的老师和同学。word档可自由复制编辑参考文献[1]曹丽娜现代通信原理与技术[M].西：电子科技大学出版社，[2]孙祥，吴清MATLAB[M].北京：清华大学出版社，[3]王秉均通信原理[M].电子工业出版社，[4]岳恒立MATLAB及在电子信息中的应用[电子工业出版社，[5]余成波数字信息处理及其MATLAB实现[M].北京：清华大学出版社，[6]郑君里信号与系统[M].北：高等教育出版社，[7]周炯槃通信原理[M].北京：北京邮电大学大学出版社，[8]王素霞无线通信系统中信号调制识别技术的研究[北京：电子科技大学，[9]郝亮通信信号检测、识别与参数提取[D].京：南京理工大学，2010[10]马景涛通信信号调制模式识别与特征参数估计[西南交通大学，2013[11]正东.型信号调制类型识别方法研究[D].北京：电子科技大学，word档可自由复制编辑附仿真实验程1AM信号all;num=1024;n=2;载波中心频率f0=3;mt=sin(2*pi*f0*t);cw=cos(2*pi*fc*t);AM=(1+0.7*mt).*cw;=里叶变换=(real(Fam).^2+imag(Fam).^2).^.5;=f=linspace(-fs/2,fs/2,length(t));频谱图axis([-fs/2,fs/2,0,1]);xlabel('AM信号频谱')2FM号all;all;Kf=5;fc=10;T=5;dt=0.001;word档可自由复制编辑

录t=0:dt:T;offm=1;mt=FMmti=%mt的积分函数figure(1)subplot(3,1,1)plot(t,st);on;xlabel('t');title('调频信号');subplot(3,1,2)[f,sf]xlabel('t');title('调频信号幅度');3DSB信号all;