基于MATLAB的DSB调制与解调分析.doc

精选范本 目 录 前言 2 1 DSB 调制与解调原理 3 1 1DSB 调制原理 3 1 2DSB 解调原理与抗噪性能 5 2 DSB 调制解调分析的 MATLAB 实现 7 2 1 正弦波调制 7 2 1 1 调制信号幅度 0 8 载波幅度 7 2 1 2 调制信号幅度 载波幅度 9 2 1 3 调制信号幅度 1 5 载波幅度 11 2 2 矩形波调制 12 2 2 1 调制信号幅度 0 8 载波幅度 12 2 2 2 调制信号幅度 载波幅度 14 2 2 3 调制信号幅度 1 5 载波幅度 15 3 结论 17 4 参考文献 18 5 附录 19 精选范本 前言 调制在通信系统中有十分重要的作用 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 合于传播的已调信号 而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大 的影响 调制方式往往决定了一个通信系统的性能 MATLAB 软件广泛用 于数字信号分析 系统识别 时序分析与建模 神经网络 动态仿真等方面有 着广泛的应用 本课题利用 MATLAB 软件对 DSB 调制解调系统进行模拟仿真 分别利用 300HZ 正弦波和矩形波 对 30KHZ 正弦波进行调制 观察调制信号 已调信号和解调信号的波形和频谱分布 并在解调时引入高斯白噪声 对解调 前后信号进行信噪比的对比分析 估计 DSB 调制解调系统的性能 精选范本 第 1 章 DSB 调制与解调原理 1 1 DSB 调制原理 DSB 调制属于幅度调制 幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅 使其按调制信号的规律而变化的过程 设正弦型载波 c t Acos c t 式中 A 为载波幅度 c为载波角频率 根据调制定义 幅度调制信号 已调信号 一般可表示为 Sm t Am t cos ct 1 1 其中 m t 为基带调制信号 设调制信号 m t 的频谱为 M 则由公式 1 1 不难得到已调信号 Sm t 的频谱 Sm A M c M c 2 1 2 由以上表示式可见 在波形上 幅度已调信号随基带信号的规律呈正比地 变化 在频谱结构上 它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移 标准振幅就是常规双边带调制 简称调幅 AM 假设调制信号 m t 的平 均值为 0 将其叠加一个直流偏量 A0后与载波相乘 即可形成调幅信号 其 时域表达式为 SAM t A0 m t cos c t 1 3 式中 A0为外加的直流分量 m t 可以是确知信号 也可以是随机信号 若为确知信号 则 AM 信号的频谱为 Sm A0 c c M c M c 2 1 4 AM 信号的频谱由载频分量 上边带 下边带三部分组成 AM 信号的总 功率包括载波功率和边带功率两部分 只有边带功率才与调制信号有关 也就 是说 载波分量并不携带信息 因此 AM 信号的功率利用率比较低 精选范本 AM 调制典型波形和频谱如图 1 1 所示 图 1 1 AM 调制典型波形和频谱 如果在 AM 调制模型中将直流 A0去掉 即可得到一种高调制效率的调制 方式 抑制载波双边带信号 DSB SC 简称双边带信号 其时域表达式为 Sdsb t m t cos ct 1 5 式中 假设的平均值为 0 DSB 的频谱与 AM 的谱相近 只是没有了在 c 处的 函数 即 Sm M c M c 2 其典型波形和频谱如图 1 2 所示 cos 0t O t t O m t sDSB t O t O c c M O H H SDSB O c c 载波反相点 2 H 精选范本 图 1 2 DSB 调制典型波形和频谱 与 AM 信号比较 因为不存在载波分量 DSB 信号的调制效率是 100 即全部效率都用于信息传输 1 2DSB 解调原理与抗噪性能 解调是调制的逆过程 其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号 即调制信号 解调的方法可分为两类 相干解调和非相干解调 包络检波 相干解调 也称同步检波 为了无失真地恢复原基带信号 接收端必须提 供一个与接收的已调载波严格同步 同频同相 的本地载波 称为相干载波 它与接受的已调信号相乘后 经低通滤波器取出低频分量 即可得到原始的基 带调制信号 包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号 通常由半波或全 波整流器和低通滤波器组成 由于 DSB 信号的包络不再与调制信号的变化规律一致 因而不能采用简 单的包络检波来恢复调制信号 DSB 信号解调时需采用相干解调 DSB 相干解调性能分析模型如图 1 3 所示 1 3 DSB 相干解调性能分析模型 设解调器输入信号为 Sm t Am t cos t 与相干载波 cos t c c 相乘后 得 m t cos2 c m t 2 m t cos 2 ct 2 经低通滤波器后 输出信号 为 m0 t m t 2 因此 解调器输出端的有用信号功率为 S0 2 t 2 t 4 0mm 1 6 解调 DSB 信号时 接收机中的带通滤波器的中心频率 c与调制频率 c 带通 滤波器 sm t sm t n t ni t mo t no t 低通 滤波器 cos ct 精选范本 相同 因此解调器输入端的窄带噪声 ni nc t cos ct ns t sin ct 它与相干载波 cos ct 相乘后 得 ni t cos ct nc t 2 nc t cos 2 ct ns t sin 2 ct 2 经低通滤波器后 解调器最终输出噪声为 n0 t nc t 2 故输出噪声功率为 N0 2 t 2 t 4 Ni 4 n0B 4 0ncn 1 7 式中 B 2fH 为 DSB 的带通滤波器的带宽 n0为噪声单边功率谱密度 解调器输入信号平均功率为 Si 2 t 2 m 可得解调器的输入信噪比 Si Ni 2 t 2n0B 解调器的输出信噪比S0 N0 m 2 t n0B m 因此制度增益为 GDSB 2 也就是说 DSB 信号的解调器使信噪比 i i N S N S 0 0 改善一倍 精选范本 精选范本 第 2 章 DSB 调制解调分析的 MATLAB 实现 信号 DSB 调制采用 MATLAB 函数 modulate 实现 其函数格式为 Y MODULATE X Fc Fs METHOD OPT X 为基带调制信号 Fc 为载波频率 Fs 为抽样频率 METHOD 为调制 方式选择 DSB 调制时为 am OPT 在 DSB 调制时可不选 Fs 需满足 Fs 2 Fc BW BW 为调制信号带宽 DSB 信号解调采用 MATLAB 函数 demod 实现 其函数使用格式为 X DEMOD Y Fc Fs METHOD OPT Y 为 DSB 已调信号 Fc 为载波频率 Fs 为抽样频率 METHOD 为解 调方式选择 DSB 解调时为 am OPT 在 DSB 调制时可不选 观察信号频谱需对信号进行傅里叶变换 采用MATLAB函数fft实现 其函数常使用格式为 Y FFT X N X为时域函数 N为傅里叶变换点数选择 一般取值2n为 频域变换后 对频域函数取模 格式 Y1 ABS Y 再进行频 率转换 转换方法 f 0 length Y 1 Fs length Y 分析析解调器的抗噪性能时 在输入端加入高斯白噪声 采用MATLAB 函数awgn实现 其函数使用格式为 Y AWGN X SNR 加高斯白噪声于X中 SNR为信噪比 单位为dB 其值在假设X的功率为0dBM的情况下确定 信号的信噪比为信号中有用的信号功率与噪声功率的比值 根据信号功 率定义 采用MATLAB函数var实现 其函数常使用格式为 Y VAR X 返回 向量的方差 则信噪比为 SNR VAR X1 VAR X2 绘制曲线采用MATLAB函数plot实现 其函数常使用格式 PLOT X Y X为横轴变量 Y为纵轴变量 坐标范围限定AXIS x1 x2 y1 y2 轴线说明XLABEL 和 YLABEL 2 1正弦波调制 频率 300HZ 正弦波调制频率 30KHZ 的正弦波 采用同步解调 观察调 制信号 已调信号 解调信号的波形 频谱以及解调器输入输出信噪比的关系 精选范本 2 1 1 调制信号幅度 0 8 载波幅度 调用程序 程序中调制信号的幅度为 0 8 频率为 300HZ 载波的频率 为 30KHZ 调制信号 已调信号的波形 频谱如图 2 1 所示 图 2 1 调制信号 已调信号的波形 频谱图 解调信号的波形 频谱如图 2 2 所示 精选范本 图 2 2 解调信号的波形 频谱图 输入输出信噪比关系曲线如图 2 3 所示 图 2 3 输入输出信噪比关系曲线 精选范本 2 1 2 调制信号幅度调制信号幅度 载波幅度载波幅度 调用函数 程序中调制信号的幅度为 1 频率为 300HZ 载波的频率为 30KHZ 调制信号 已调信号的波形 频谱如图 2 4 所示 图 2 4 调制信号 已调信号的波形 频谱图 解调信号的波形 频谱如图 2 5 所示 精选范本 图 2 5 解调信号的波形 频谱图 输入输出信噪比关系曲线如图 2 6 所示 图 2 6 输入输出信噪比关系曲线 精选范本 2 1 3 调制信号幅度 1 5 载波幅度 调用程序 程序中调制信号的幅度为 1 5 频率为 300HZ 载波的频率为 30KHZ 调制信号 已调信号的波形 频谱如图 2 7 所示 图 2 7 调制信号 已调信号的波形 频谱图 解调信号的波形 频谱如图 2 8 所示 图 2 8 解调信号的波形 频谱图 精选范本 输入输出信噪比关系曲线如图 2 9 所示 图 2 9 输入输出信噪比关系曲线 2 2 矩形波调制 频率 300HZ 矩形波调制频率 30KHZ 的正弦波 采用同步解调 观察调制 信号 已调信号 解调信号的波形 频谱以及解调器输入输出信噪比的关系 2 2 1 调制信号幅度 0 8 载波幅度 调用程序 程序中调制信号的幅度为 0 8 频率为 300HZ 载波的频率为 30KHZ 调制信号 已调信号的波形 频谱如图 2 10 所示 精选范本 图 2 10 调制信号 已调信号的波形 频谱图 解调信号的波形 频谱如图 2 11 所示 图 2 11 解调信号的波形 频谱图 输入输出信噪比关系曲线如图 2 12 所示 精选范本 图 2 12 输入输出信噪比关系曲线 2 2 2 调制信号幅度 载波幅度 调用程序 程序中调制信号的幅度为 1 频率为 300HZ 载波的频率 为 30KHZ 调制信号 已调信号的波形 频谱如图 2 13 所示 精选范本 图 2 13 调制信号 已调信号的波形 频谱图 解调信号的波形 频谱如图 2 14 所示 图 2 14 解调信号的波形 频谱图 输入输出信噪比关系曲线如图 2 15 所示 精选范本 图 2 15 输入输出信噪比关系曲线 2 2 3 调制信号幅度 1 5 载波幅度 调用程序 程序中调制信号的幅度为 1 5 频率为 300HZ 载波的频率为 30KHZ 调制信号 已调信号的波形 频谱如图 2 16 所示 精选范本 图 2 16 调制信号 已调信号的波形 频谱图 解调信号的波形 频谱如图 2 17 所示 图 2 17 解调信号的波形 频谱图 输入输出信噪比关系曲线如图 2 18 所示 精选范本 图 2 18 输入输出信噪比关系曲线 结论 通过 MATLAB 对 DSB 调制和解调系统的模拟仿真 观察各波形和频谱 在波形上 已调信号的幅度随基带信号的规律呈正比地变化 在频谱结构上 它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移 若调制信号频率为 载 波频率 c 调制后信号频率搬移 c 处 通过在已调信号中加入高斯白噪声 通过解调器解调 根据对输入输出信噪比关系曲线绘制观察 在理想情况下 输出信噪比为输入信噪比的二倍 即 DSB 信号的解调器使信噪比改善一倍 不 同的调制信号对系统性能有一定的影响 精选范本 参考文献 1 葛哲学等编 MATLAB 时频分析技术及其应用 人民邮电出版社 2007 年 2 葛哲学编 精通 MATLAB 电子工业出版社 2008 年 3 樊昌信等编 通信原理 国防工业出版社 2007 年 4 陈怀琛编 数字信号处理教程 MATLAB 释义与实现 2008 年 精选范本 附 录 正弦波 Fs 100000 抽样频率 Fc 30000 载波频率 N 1000 FFT 长度 n 0 N 1 t n Fs 截止时间和步长 x a sin 2 pi 300 t 基带调制信号 y modulate x Fc Fs am 抑制双边带振幅调制 yn awgn y 4 加入高斯白噪声 yn1 awgn y 10 yn2 awgn y 15 yn3 awgn y 20 yn4 awgn y 25 y1 demod y Fc Fs am 无噪声已调信号解调 yyn demod yn 30000 Fs am 加噪声已调信号解调 yyn1 demod yn1 30000 Fs am yyn2 demod yn2 30000 Fs am yyn3 demod yn3 30000 Fs am yyn4 demod yn4 30000 Fs am dy1 yn y 高斯白噪声 snr1 var y var dy1 输入信噪比 dy2 yyn y1 解调后噪声 snr2 var y1 var dy2 输出信噪比 dy11 yn1 y snr11 var y var dy11 dy21 yyn1 y1 snr21 var y1 var dy21 精选范本 dy12 yn2 y snr12 var y var dy12 dy22 yyn2 y1 snr22 var y1 var dy22 dy13 yn3 y snr13 var y var dy13 dy23 yyn3 y1 snr23 var y1 var dy23 dy14 yn4 y snr14 var y var dy14 dy24 yyn4 y1 snr24 var y1 var dy24 in snr1 snr11 snr12 snr13 snr14 out snr2 snr21 snr22 snr23 snr24 ff1 fft x N 傅里叶变换 mag1 abs ff1 取模 f1 0 length ff1 1 Fs length ff1 频率转换 ff2 fft y N mag2 abs ff2 f2 0 length ff2 1 Fs length ff2 ff3 fft y1 N mag3 abs ff3 f3 0 length ff3 1 Fs length ff3 figure 1 subplot 221 绘制曲线 plot t x xlabel 调制信号波形 subplot 222 plot f1 mag1 axis 0 1000 0 1000 精选范本 xlabel 调制信号频谱 subplot 223 plot t y xlabel 已调信号波形 subplot 224 plot f2 mag2 axis 0 40000 0 500 xlabel 已调信号频谱 figure 2 subplot 311 plot t yyn xlabel 加噪声解调信号波形 subplot 313 plot f3 mag3 axis 0 1000 0 600 xlabel 解调信号频谱 subplot 312 plot t y1 xlabel 无噪声解调信号波形 figure 3 plot in out hold on plot in out xlabel 输入信噪比 ylabel 输出信噪比 矩形波 clear f0 300 w0 2 pi f0 基带调制信号频率 精选范本 fs 100000 抽样频率 N 10000 FFT 长度 n 0 N 1 t n fs 截止时间和步长 m a square w0 t 50 基带调制信号 y1 fft m N 进行 fft 变换 mag1 abs y1 求幅值 f1 0 length y1 1 fs length y1 进行对应的频率转换 y modulate m 30000 fs am 信号抑制载波双边带幅度调制 yn awgn y 5 加高斯白噪声于 y 中 yn1 awgn y 10 yn2 awgn y 15 yn3 awgn y 20 yn4 awgn y 25 dy1 yn y 高斯白噪声 snr1 var y var dy1 输入信噪比 yyn demod yn 30000 fs am 加噪声已调信号解调 yyn1 demod yn1 30000 fs am yyn2 demod yn2 30000 fs am yyn3 demod yn3 30000 fs am yyn4 demod yn4 30000 fs am yy demod y 30000 fs am 无噪声已调信号 dy2 yyn yy 解调后输出噪声 snr2 var yy var dy2 输出信噪比 dy11 yn1 y snr11 var y var dy11 dy21 yyn1 yy snr21 var yy var dy21 dy12 yn2 y snr12 var y var dy12 精选范本 dy22 yyn2 yy snr22 var yy var dy22 dy13 yn3 y snr13 var y var dy13 dy23 yyn3 yy snr23 var