(完整word版)DSB调制与解调

1、沈阳理工大学通信系统课程设计报告 DSB调制与解调 1课程设计目的 本课程设计是实现DSB的调制解调。在此次课程设计中，我将通过多方搜集 资料与分析，来理解DSB调制解调的具体过程和它在 MATLAB的实现方法。预 期通过这个阶段的研习，更清晰地认识DSB的调制解调原理，同时加深对MATLAB 这款通信仿真软件操作的熟练度，并在使用中去感受MATLAB勺应用方式与特色。 利用自主的设计过程来锻炼自己独立思考， 分析和解决问题的能力，为我今后的 自主学习研究提供具有实用性的经验。 2课程设计要求 (1) 熟悉MATLAB M文件的使用方法，掌握DSB信号的调制解调原理，以 此为基础用M文件编程实

2、现DSB信号的调制解调。 (2) 绘制出SSB信号调制解调前后在时域和频域中的波形，观察两者在解 调前后的变化，通过对分析结果来加强对 DSB信号调制解调原理的理解。 (3) 对信号分别叠加大小不同的噪声后再进行解调，绘制出解调前后信号 的时域和频域波形，比较未叠加噪声时和分别叠加大小噪声时解调信号的波形有 何区别，由所得结果来分析噪声对信号解调造成的影响。 (4) 在老师的指导下，独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程 设计论文，文中能正确阐述和分析设计和实验结果。 20 3相关知识 在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果将载波 抑制，只需在将直流Ao去掉，即可输

3、出抑制载波双边带信号，简称双边带信号 （DSB。 DSB调制器模型如图1所示。 其中，设正弦载波为 c(t) Acos( cto) 式中，A为载波幅度; 为载波角频率；0为初始相位（假定0为0）。 调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。 而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信号。 双边带解调通常采用相干解调的方式， 它使用一个同步解调器，即由相乘器 和低通滤波器组成。在解调过程中，输入信号和噪声可以分别单独解调。 相干解 调的原理框图如图2所示： 图2相干解调器的数学模型 信号传输信道为高斯白噪声信道，其功率为2。 4课程设计分析 4.1

4、 DSB信号调制过程分析 假定调制信号m(t)的平均值为0,与载波相乘，即可形成DSB言号，其时域 表达式为 sdsb m(t)cos ct 式中，m(t)的平均值为0。DSB的频谱为 1 Sdsb() 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，需采用相干解调(同步检波)。另外，在调制信号m(t)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言号的带宽与AM信号的带宽相同， 也为基带信号带宽的两倍，即 BdsbBam2 fH 式中，fH为

5、调制信号的最咼频率 %青除窗口中的图形 %定义变量区间步长 %定义变量区间终止值 %定义变量区间 % 合出相干载波的频率 %定义输入信号幅度 %定义调制信号频率 % 俞入调制信号表达式 % 俞入调制信号表达式 调制信号产生的代码及波形为 clf; ts=0.01; t0=2; t=-t0+0.0001:ts:t0; fc=10; A=1; fa=1; mt=A*cos(2*pi*fa.*t); ct=cos(2*pi*fc.*t); psn t=mt.*cos(2*pi*fc.*t); subplot(3,1,1); plot(t,mt,g); title(输入信号波形); xlabel(Va

6、riable t); ylabel(Variable mt); subplot(3,1,2); plot(t,ct,b); title(输入载波波形); xlabel(Variable t); ylabel(Variable ct); subplot(3,1,3); plot(1:le ngth(ps nt),ps nt,r); 匹配 title(已调信号波形); xlabel(Variable t); ylabel(Variable psn t); 运行结果： %俞出调制信号表达式 %划分画图区间 %画出输入信号波形 %画出输入信号波形 %length用于长度 獅出已调信号波形 t V 输入

7、信号波形 输入载波波形 Variable t 已调信号波形 图3调制信号、载波、已调信号波形 4.2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。 为了具体而全面地了解噪声的影响问题，我将分别引入大噪声（

8、信噪比为 20dB）与小噪声（信噪比为2dB）作用于双边带信号，再分别对它们进行解调， 观察解调后的信号受到了怎样的影响。 在此过程中，我用函数randn来添加噪声，此函数功能为向信号中添加噪声 功率为其方差的高斯白噪声。 r(t) Acos( ct) n(t) 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 B 10logio(SN) 信噪比S N满足公式 则可得到公式 2 A 2?1010 我们可以通过这个公式方便的设置高斯白噪声的方差。 为了便于比较，我显示了双边带信号加入两种噪声后的时频波形图。实现代 clf; 码和波形如图4： %青除窗口中的图形 ts=0.0

9、1; t0=2; t=-t0+0.0001:ts:t0; fc=10; A=1;% fa=1; mt=A*cos(2*pi*fa.*t); xzb=2; sn r=10.A(xzb/10); h,l=size(mt); fan gcha=A*A./(2*s nr);% n it=sqrt(fa ngcha).*ra ndn (h,l); 斯白躁声 psmt=mt.*cos(2*pi*fc*t); psn t=psmt+nit; 号波形 xzb=20; sn r1=10.A(xzb/10); h,l=size(mt); fan gcha1=A*A./(2*s nr1); n it1=sqrt(f

10、a ngcha1).*ra ndn( h,l); 躁声 psn t1=psmt+nitl; subplot(2,2,1); plot(t, nit,g); title(小信噪比高斯白躁声); xlabel(Variable t); ylabel(Variable nit); %定义变量区间步长 %定义变量区间终止值 %定义变量区间 % 合出相干载波的频率 定义输入信号幅度 %定义调制信号频率 %输入调制信号表达式 %输入小信躁比(dB) %求调制信号的维数 由信躁比求方差 %丰生小信噪比高 %输出调制信号表达式 %输出叠加小信噪比已调信 %输入大信躁比(dB) %求调制信号的维数 %由信躁比求

11、方差 %产生大信噪比高斯白 %输出已调信号波形 %划分画图区间 %画出输入信号波形 subplot(2,2,2); %length用于长度匹配 %画出输入信号与噪声 %画出输出信号波形 小信噪比高斯白躁声 2 1.5 1 t 0 5 n 0 V -0.5 -1 -1.5 -2 1111 3 2 -2 -3 叠加小信噪比已调信号波形 -2-1.5-1 -0.50 Variable t 0.511.52 0.03 0.02 0.01 0 -0.01 -0.02 -0.03 -2-1.5-1-0.500.511.52 Variable t 大信噪比高斯白躁声 1.5 -1 “ 叠加大信噪比已调信号波

12、形 t 0.5 m p e 0 a V -0.5 -2-1.5-1-0.500.511.52 Variable t -1.5 -2-1.5-1-0.500.511.52 Variable t plot(t,ps nt,b); title(叠加小信噪比已调信号波形); xlabel(Variable t); ylabel(Variable psn t); subplot(2,2,3); plot(t, nit1,r); title( 大信噪比高斯白躁声); 叠加波形 xlabel(Variable t); ylabel(Variable nit); subplot(2,2,4); plot(t,

13、ps nt1,k); title(叠加大信噪比已调信号波形); xlabel(Variable t); ylable( Variable psmt ); 图4不同信噪比的噪声及含噪声的已调波形 可以清晰地看出, 加大噪声后，解调信号的波形杂乱无章，起伏远大于加小 噪声时的波形。 造成此现象的原因是当信噪比较小时，噪声的功率在解调信号中所占比重较 大，所以会造成杂波较多的情况；而信噪比很大时，噪声的功率在解调信号中所 占比重就很小了，噪声部分造成的杂乱波形相对就不是很明显，甚至可以忽略。 4.3 DSB解调过程分析 所谓相干解调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

14、收信号的载波保证同频同相。相干解调的一般数学模型如图所示。 图5 DSB相干解调模型 设图四的输入为DSB信号 Sm(t)SDsB(t) m(t)cos(或o) 乘法器输出为 (t)SDSB(t)m(t)cos( ct o)cos( ct) 1 m(t)cos( o) cos(2 cto ) 2 通过低通滤波器后 m0(t) 1 m(t)cos( 当0常数时，解调输出信号为 1 mo(t)m(t) 大小不同信噪比的解调波形，如图6： 大信噪比解调信号波形 50 0 250 300 350 400 450 500 550 -50 200 600 50 J. Variable t 小信噪比解调信号

15、波形 0 200250300350400450500550600 Variable t -50 图6不同信噪比解调波形 4.4 DSB调制解调系统抗噪声性能分析 由于加性噪声只对已调信号的接收产生影响， 因而调制系统的抗噪声性能主 要用解调器的抗噪声性能来衡量。为了对不同调制方式下各种解调器性能进行度 量，通常采用信噪比增益 G (又称调制制度增益)来表示解调器的抗噪声性能。 * BPF 有加性噪声时解调器的数学模型如图 7所示。 叫 打 图7有加性噪声时解调器的数学模型 图7中目为已调信号，n(t)为加性高斯白噪声。(t)和n(t)首先经过带通 滤波器，滤出有用信号，滤除带外的噪声。经过带通

16、滤波器后到达解调器输入端 的信号为Sm(t)、噪声为高斯窄带噪声ni(t)，显然解调器输入端的噪声带宽与已 调信号的带宽是相同的。最后经解调器解调输出的有用信号为 mo(t)，噪声为no(t) o 4 必) 图8有加性噪声时解调器的数学模型 设解调器输入信号为 sm(t)m(t)cos ct 与相干载波cos ct相乘后，得 m(t)cos2 ct 1m(t) *m(t)cos2 ct 经低通滤波器后，输出信号为 1 mo(t) 2m(t) 因此，解调器输出端的有用信号功率为 2 1 2 So mo(t) 4m(t) 解调DSB言号时，接收机中的带通滤波器的中心频率 o与调制载频c相同, 因此

17、解调器输出端的窄带噪声ni(t)可表示为 ni(t) nc(t)cos ct ns(t)si nct 它与相干载波相乘后，得 n i(t)cos ct n c(t)cos 11 nc(t)nc(t)cos 2 22 ctn s(t)si n ct ct ns(t)sin 2 ct 经低通滤波器后，解调器最终的输出噪声为 1 no7c(t) 故输出噪声功率为 No no2(t)1nCT(t)1nB 44 这里，B 2fH，为DSB信号的带通滤波器的带宽。 解调器输入信号平均功率为 ssm(t) m(t)cos ct2 舟 可得解调器的输入信噪比 討 noB 同时可得解调器的输出信噪比 1 27；

18、 9 No m2(t) noB 4m (t) 1Ni 4 因此制度增益为 GDSB 沐。 SNi 由此可见，DSB调制系统的制度增益为2。 也就是说DSB言号的解调器使信 噪比改善了一倍。这是因为采用相干解调，使输入噪声中的正交分量ns(t)被消除 的缘故。 5仿真 源程序： clf; ts=O.O1; t0=2; t=-tO+O.OOO1:ts:tO; fc=1O; A=1; fa=1; %青除窗口中的图形 %定义变量区间步长 %定义变量区间终止值 %定义变量区间 % 合出相干载波的频率 %定义输入信号幅度 %定义调制信号频率 % 俞入调制信号表达式 %俞入信噪比(dB) %求调制信号的维数

19、 %由信躁比求方差 沪生高斯白噪声 %调制信号与噪声叠加 %俞出调制信号表达式 %俞出噪声表达式 输出已调信号波形 %调制信号乘以相干载 %氐通滤波器的 %氐通滤波器的频域表 %解调信号的时域表达 %划分画图区间 %画出输入信号波形 mt=A*cos(2*pi*fa.*t); xzb=20; sn r=10.A(xzb/10); h,l=size(mt); fan gcha=A*A./(2*s nr); n it=sqrt(fa ngcha).*ra ndn (h,l); sn it=mt+nit; psmt=mt.*cos(2*pi*fc*t); pn it=nit.*cos(2*pi*fc

20、.*t); psn t=psmt+p nit;% jic=ps nt.*cos(2*pi*fc.*t); 波 ht=(2*pi*fc.*si n(2*pi*fc.*t)./(2*pi*fc.*t)./pi; 时域表达式 htw=abs(fft(ht); 达式 jt=c onv (htjic); 式 subplot(3,3,1); plot(t,mt,g); title(输入信号波形); xlabel(Variable t); ylabel(Variable mt); subplot(3,3,2); plot(t ,n it,b); title(输入噪声波形); xlabel(Variable

21、t); ylabel(Variable nit); subplot(3,3,3); %length用于长度 %画出输入信号与噪声 plot(1:le ngth(s ni t),s nit,r); 匹配 title(输入信号与噪声叠加波形); 叠加波形 xlabel(Variable t); ylabel(Variable snit); subplot(3,3,4); %画出输出信号波形 plot(t,psmt,k); title(输出信号波形); xlabel(Variable t); ylabel(Variable psmt); subplot(3,3,5); %画出输出噪声波形 plot(

22、t,p ni t,k); title(输出噪声波形); xlabel(Variable t); ylabel(Variable pn it); subplot(3,3,6); %画出输出信号与输出 plot(t,ps nt,k); title(输出信号与输出噪声叠加波形); 噪声叠加波形 xlabel(Variable t); ylabel(Variable psn t); subplot(3,3,7); %画出低通滤波器频域 plot(1:le ngth(htw),htw,k); title(低通滤波器频域波形); 波形 xlabel(Variable w); ylabel(Variable htw); axis(0 60 0 150); subplot(3,3,8); plot(1:le ngth(ht),ht,k); %画出低通滤波器时域 title(低通滤波器时域波形); 波形 xlabel(Variable t); ylabel(Variable psn t); %给出坐标轴范围 axis(150 250 -20 25); subplot(3,3,9); plot(1:le ngth(jt),jt,k); %画出输出信号与输出 title(输出信