「基于matlab的抑制载波双边带(DSB)调制与解调分析」.doc

目录1 DSB调制的基本原理12 DSB调制与解调的MATLAB实现22.1.调制部分22.2高斯白噪声信道特性分析32.3.发送与接收滤波器52.4.解调部分63 simulink仿真73.1 没有加高斯噪声的simulink仿真7311电路图7312参数设置8313仿真结果1032加入高斯噪声的simulink仿真123.2.1电路图123.2.2参数设置133.2.3仿真结果143.3实验仿真分析144心得体会15参考文献16附录171 DSB调制的基本原理在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。AM调制模型中将直流分量去掉，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，即双边带信号（DSB）。DSB信号的时域表示式频谱：DSB的时域波形和频谱如图1-1所示：时域 频域 图1-1 DSB调制时、频域波形DSB的相干解调模型如图1-2所示：图1-2 DSB调制器模型与AM信号相比，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率时100%，DSB信号解调时需采用相干解调。DSB调制与解调的系统框图如图1-3所示：调制信号调制器信道发送滤波器接收滤波器载波解调器噪声低通滤波解调信号图1-3 DSB调制与解调系统框图2 DSB调制与解调的MATLAB实现2.1.调制部分如果将AM信号中的载波抑制，只需在将直流去掉，即可输出抑制载波双边带信号（DSB-SC）。DSB-SC调制器模型如图2-1所示：图2-1 B-SC调制器模型 其中，设正弦载波为式中，为载波幅度；为载波角频率；为初始相位（假定为0）。假定调制信号的平均值为0，与载波相乘，即可形成DSB-SC信号，其时域表达式为式中，的平均值为0。DSB-SC的频谱为DSB-SC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， 需采用相干解调(同步检波)。另外，在调制信号的过零点处，高频载波相位有180的突变。除了不再含有载频分量离散谱外，DSB-SC信号的频谱与AM信号的频谱完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。所以DSB-SC信号的带宽与AM信号的带宽相同，也为基带信号带宽的两倍， 即式中，为调制信号的最高频率。 仿真程序如下：Fs=500; %抽样频率为Fs/HzT=0:499/Fs; %定义运算时间Fc=50; %载波频率为Fc/Hzf=5; %调制信号频率为f/Hzx1=sin(2*pi*f*T); %调制信号N=length(x1); %调制信号长度X1=fft(x1); %傅里叶变换到频域y1=amod(x1,Fc,Fs,amdsb-sc);%调用函数amod()进行调制2.2高斯白噪声信道特性分析在实际信号传输过程中，通信系统不可避免的会遇到噪声，例如自然界中的各种电磁波噪声和设备本身产生的热噪声、散粒噪声等，它们很难被预测。而且大部分噪声为随机的高斯白噪声，所以在设计时引入噪声，才能够真正模拟实际中信号传输所遇到的问题，进而思考怎样才能在接受端更好地恢复基带信号。信道加性噪声主要取决于起伏噪声，而起伏噪声又可视为高斯白噪声，因此我在此环节将对双边带信号添加高斯白噪声来观察噪声对解调的影响情况。在此过程中，我用函数来添加噪声，正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为故其有用信号功率为噪声功率为信噪比满足公式 到达接收端之前，已调信号通过信道，会叠加上信道噪声，使信号有一定程度的失真。故接收端收到的信号应为：已调信号+信道噪声仿真程序：noisy=randn(1,N); %模拟信道噪声y1=y1+noisy; %接收端收到的信号Y1=fft(y1); %傅里叶变换到频域调制信号、已调信号、加噪已调信号的绘图如下图2-2所示：图2-2 加噪后的各种波形2.3.发送与接收滤波器主要为了滤除带外噪声，传递有用信息，提高信噪比，减小失真，采用巴特沃斯带通滤波器实现。仿真程序：rp=1;rs=10; %通带衰减和阻带衰减wp=2*pi*43,58;ws=2*pi*40,61; %通带截止频率和阻带截止频率N,wc=buttord(wp,ws,rp,rs,s); %得出巴特沃斯的阶数N1和3dB截止频率B,A=butter(N,wc,s); %计算系统函数分子和分母多项式系数Bz,Az=impinvar(B,A,Fs); %用脉冲响应不变法设计IIR，将模拟转数字 yf=filter(Bz,Az,y1); %过带通滤波器滤除带外噪声Yf=fft(yf); %变换到频域得到带限加噪已调信号如下图2-3所示：图2-3 带限加噪信号波形2.4.解调部分所谓同步检波是为了从接收的已调信号中，不失真地恢复原调制信号，要求本地载波和接收信号的载波保证同频同相。同步检波的一般数学模型如图2-4所示。 图2-4 DSB-SC同步检波模型设输入为DSB-SC信号乘法器输出为通过低通滤波器后当常数时，解调输出信号为程序实现：y2=ademod(y1,Fc,Fs,amdsb-sc); %用函数ademod()解调y1Y2=fft(y2); %得出解调信号y2的频谱fp1=6;fs1=9;rp1=1;rs1=10; %设计巴特沃斯低通滤波器wp1=2*pi*fp1;ws1=2*pi*fs1; N1,wc1=buttord(wp1,ws1,rp1,rs1,s); B1,A1=butter(N1,wc1,s); Bz1,Az1=impinvar(B1,A1,Fs); yout=filter(Bz1,Az1,y2); %将y2过低通滤波器得多最后输出信号Yout=fft(yout); %得出输出信号的频谱调制信号与解调信号的对比如图2-4所示：图2-4 解调信号与调制信号的对比3 simulink仿真3.1 没有加高斯噪声的simulink仿真311电路图没有加高斯噪声的电路图如图3-1-1所示：图3-1-1 无高斯噪声电路仿真图312参数设置各元件参数设置如下所示：（1） 调制波图3-1-2-1 调制波参数设置（2）调制器图3-1-2-2 调制器参数设置（3）解调器图3-1-2-3 解调器参数设置（4）频谱器图3-1-2-4 频谱器参数设置313仿真结果图3-1-3-1 调制波频谱图3-1-3-2 已调波频谱图3-1-3-3 解调波频谱图3-1-3-4 调制波、已调波、解调波波形32加入高斯噪声的simulink仿真3.2.1电路图加入高斯噪声后的仿真电路图如图3-2-1所示：图3-2-1 加入高斯噪声后的仿真电路图3.2.2参数设置图3-2-2 高斯噪声参数设置3.2.3仿真结果图3-2-3 加入噪声后的调制波、已调波、解调波3.3实验仿真分析调制信号经过调制解调过程之后引入白噪声，分别经过带通滤波器和低通滤波器来将高斯白噪声滤波为窄带白噪声，再经过解调过程将调制信号解调出来，由仿真图观察可知，加入噪声后解调出来的波形有一定的失真，但是在允许的误差范围内，符合我们生活实际。4心得体会-参考文献1 樊昌信，曹丽娜.通信原理（第六版）。国防工业出版社。2 孙祥，徐流美，吴清.MATLAB 7.0基础教程。北京：清华大学出版社。3 徐明远, 邵玉斌.MATLAB 仿真在通信与电子工程中的应用. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2005.4 张森, 张正亮.MATLAB 仿真技术与应用实例教程.北京: 机械工业出版社, 2004.附录matlab实验代码Fs=500; %抽样频率为Fs/HzT=0:499/Fs; %定义运算时间Fc=50; %载波频率为Fc/Hzf=5; %调制信号频率为f/Hzx1=sin(2*pi*f*T); %调制信号N=length(x1); %调制信号长度X1=fft(x1); %傅里叶变换到频域y0=amod(x1,Fc,Fs,amdsb-sc); %调用函数amod()进行调制noisy=randn(1,N); %模拟信道噪声y1=y0+noisy/3; %接收端收到的信号Y0=fft(y0);Y1=fft(y1); %傅里叶变换到频域figure(1)subplot(3,2,1);plot(T,x1); %调制信号时域波形图 title(调制信号波形);xlabel(时间);ylabel(幅度);s=abs(X1);frq=0:N-1*Fs/N; %横坐标频率/Hzsubplot(3,2,2);plot(frq,s);axis(0 100 0 300); %调制信号频谱图title(调制信号频谱);xlabel(频率);ylabel(幅度);subplot(3,2,3);plot(T,y0); %已调信号时域波形图title(已调信号波形);xlabel(时间);ylabel(幅度);s0=abs(Y0);subplot(3,2,4);plot(frq,s0);axis(0 100 0 150);title(已调信号频谱);xlabel(频率);ylabel(幅度);subplot(3,2,5);plot(T,y1); %已调信号时域波形图title(加噪已调信号波形);xlabel(时间);ylabel(幅度);s1=abs(Y1);subplot(3,2,6);plot(frq,s1);axis(0 100 0 150);title(加噪已调信号频谱);xlabel(频率);ylabel(幅度);%*带通滤波器rp=1;rs=10; %四项指标wp=2*pi*43,58;ws=2*pi*40,61; %通带角频率和截止角频率N,wc=buttord(wp,ws,rp,rs,s); %得出巴特沃斯的阶数N1和3dB截止频率B,A=butter(N,wc,s); %计算系统函数分子和分母多项式系数Bz,Az=impinvar(B,A,Fs); %用脉冲响应不变法设计IIR，将模拟转数字 yf=filter(Bz,Az,y1);Yf=fft(yf);figure(2)subplot(2,2,1);plot(T,yf); %调制信号过带通滤波器title(带限信号波形);xlabel(时间);ylabel(幅度);s2=abs(Yf);subplot(2,2,2);plot(frq,s2);axis(0 100 0 120);title(带限信号频谱);xlabel(时间);ylabel(幅度);%*解调部分y2=ademod(y1,Fc,Fs,amdsb-sc); %用函数ademod()解调y1Y2=fft(y2); %得出解调信号y2的频谱subplot(2,2,3);plot(T,y2);title(接收信号波形);xlabel(时间);ylabel(幅度);s3=abs(Y2);subplot(2,2,4);plot(frq,s3);axis(0 100 0 250);title(接收信号频谱);xlabel(时间);ylabel(幅度);%*接收低通滤波器fp1=6;fs1=9;rp1=1;rs1=10; %设计巴特沃斯低通滤波器wp1=2*pi*fp1;ws1=2*pi*fs1; N1,wc1=buttord(wp1,ws1,rp1,rs1,s); B1,A1=butter(N1,wc1,s); Bz1,Az1=impinvar(B1,A1,Fs); yout=filter(Bz1,Az1,y2); %将y2过低通滤波器得多最后输出信号Yout=fft(yout); %得出输出信号的频谱figure(3)subplot(2,2,1);plot(T,x1); %调制信号时域波形图 title(调制信号波形);xlabel(时间);ylabel(幅度);s4=abs(X1);subplot(2,2,2);plot(frq