DSB信号的仿真分析

1、武汉理工大学MATLAB课程设计报告MATLAB课程设计报告题 目： 基于MATLAB的DSB调制与解调分析 专业班级: 通信1104班 学生姓名： 指导教师： MATLAB课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题目: 基于MATLAB的DSB调制与解调分析 设计内容和要求DSB信号的仿真分析调制信号：分别为300Hz正弦信号和矩形信号；载波频率：30kHz；解调：同步解调；要求：画出以下三种情况下调制信号、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曲线；1）调制信号幅度=0.8×载波幅度；2）调制信号幅度=载波幅度；3）调制信号幅度=1.

2、5×载波幅度； 时间安排2013年12月25日：复习DSB的原理，初步构想设计的流程。2013年12月26日至28日：程序编写及调试。2013年12月29日：写报告。指导教师签名： 年 月 日 目录目录1摘要1Abstract21.DSB调制与解调原理31.1DSB调制原理31.2DSB解调原理与抗噪性能52.DSB调制解调分析的MATLAB实现72.1正弦波调制82.1.1调制信号幅度=0.8×载波幅度102.1.2调制信号幅度=载波幅度122.1.3调制信号幅度=1.5*载波幅度142.2矩形波调制152.2.1调制信号幅度=0.8×载波幅度182.2.2调制

3、信号幅度=载波幅度202.2.3调制信号幅度=1.5*载波幅度213.模拟仿真结果分析234.小结与体会245.参考文献25 摘要 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

4、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。 AbstractModulation in communication systems have an important role. Through the modulation, not only can move the spectrum, the modulated signal spectrum move to the desired position, which will convert into a modulated signal sui

5、table for transmission of modulated signals, and that its transmission system, the effectiveness and reliability of transmission has a great impact, the modulation method is often decided on a communication system performance. MATLAB software is widely used in digital signal analysis, system identif

6、ication, time series analysis and modeling, neural networks, dynamic simulation have a wide range of applications. This topic using MATLAB software DSB modulation and demodulation system simulation, use, respectively, 300HZ sine wave and rectangular wave, sine wave modulation of the 30KHZ observed m

7、odulated signal modulated signal and demodulate the signal waveform and spectrum distribution, and in the solution white Gaussian noise introduced when adjusted for demodulating the signal-noise ratio before and after the comparative analysis, it is estimated DSB modulation and demodulation performa

8、nce of the system.1.DSB调制与解调原理1.1DSB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(t),式中：A为载波幅度，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：(t)=Am(t)cos(t)（公式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(t)的频谱()：()= M(+)+M(-)。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

9、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后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表达式为: (t)= +m(t)cos(t)式中：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。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调制模型中将直流去掉，即可

10、得到一种高调制效率的调制方式抑制载波双边带信号(DSBSC)，简称双边带信号。其时域表达式为(t)= m(t)cos(t)式中，假设的平均值为0。DSB的频谱与AM的谱相近，只是没有了在处的函数，即()=其典型波形和频谱如图1-2所示： 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

11、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：图1-3 DSB相干解调性能分析模型设解调器输入信号为(t)= m(t)cos(t)，与相干载波cos(t)相乘后，得,经低通滤波器后，输出信号为:。因此，解调器输出端的有用信号功率为解调DSB信号时，接

12、收机中的带通滤波器的中心频率与调制频率相同，因此解调器输入端的窄带噪声,它与相干载波cos(t)相乘后，得 经低通滤波器后，解调器最终输出噪声为故输出噪声功率为式中，B=2,为DSB的带通滤波器的带宽，为噪声单边功率谱密度。解调器输入信号平均功率为可得解调器的输入信噪比 ，解调器的输出信噪比因此制度增益为，也就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。2.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

13、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。频域变换后，对频域函数取模，格式：Y1=ABS(Y)，再进行频率转换

14、，转换方法：f=(0:length(Y)-1)*fs/length(Y)分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,S_N)，加高斯白噪声于X中，S_N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:S_N=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

15、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正弦波调制用频率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。MATLAB源程序如下：fc=30000;fs=100000;N=1000;n=0:N-1;t=n/fs;x=A*sin(2*pi*300*t);y=modulate(x,fc,fs,'am'); %抑制双边带振幅调制fft1=fft(x,N); %傅里叶变换mag1=abs(fft1); %取模f1=(0:lengt

16、h(fft1)-1)'*fs/length(fft1);fft2=fft(y,N);mag2=abs(fft2);f2=(0:length(fft2)-1)'*fs/length(fft2);figure(1);subplot(2,2,1); plot(t,x); xlabel('调制信号波形')subplot(2,2,2); plot(f1,mag1); axis(0 600 0 600);xlabel('调制信号频谱')subplot(2,2,3); plot(t,y); xlabel('已调信号波形')subplot(2,2

17、,4); plot(f2,mag2); axis(28000 32000 0 400);xlabel('已调信号频谱')% yn=awgn(y,4); %加入高斯白噪声znn=demod(y,fc,fs,'am'); %无噪声已调信号解调zn=demod(yn,fc,fs,'am'); %加噪声已调信号解调fft3=fft(znn,N);mag3=abs(fft3);f3=(0:length(fft3)-1)'*fs/length(fft3);figure(2);subplot(3,1,1); plot(t,zn); xlabel(

18、9;加噪声解调信号波形')subplot(3,1,2); plot(t,znn); xlabel('无噪声解调信号波形')subplot(3,1,3); plot(f3,mag3); axis(0 500 0 500); xlabel('解调信号频谱') % yn1=awgn(y,8);yn2=awgn(y,12);yn3=awgn(y,16);yn4=awgn(y,20);zn1=demod(yn1,fc,fs,'am');zn2=demod(yn2,fc,fs,'am');zn3=demod(yn3,fc,fs,

19、9;am');zn4=demod(yn4,fc,fs,'am');dyi=yn-y; %高斯白噪声s_ni=var(y)/var(dyi); %输入信噪比dyo=zn-znn; %解调后噪声s_no=var(znn)/var(dyo); %输出信噪比 dyi1=yn1-y; s_ni1=var(y)/var(dyi1); dyo1=zn1-znn; s_no1=var(znn)/var(dyo1); dyi2=yn2-y; s_ni2=var(y)/var(dyi2); dyo2=zn2-znn; s_no2=var(znn)/var(dyo2); dyi3=yn3-y

20、; s_ni3=var(y)/var(dyi3); dyo3=zn3-znn; s_no3=var(znn)/var(dyo3); dyi4=yn4-y; s_ni4=var(y)/var(dyi4); dyo4=zn4-znn; s_no4=var(znn)/var(dyo4); in=s_ni,s_ni1,s_ni2,s_ni3,s_ni4; out=s_no,s_no1,s_no2,s_no3,s_no4;figure(3);plot(in,out,'*')hold onplot(in,out)xlabel('输入信噪比'); ylabel('输出

21、信噪比') 2.1.1调制信号幅度=0.8×载波幅度调用程序，程序中A=0.8。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：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2.1.2调制信号幅度=载波幅度调用函数，函数中A=1。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：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

22、2.1.3调制信号幅度=1.5*载波幅度调用程序，程序中A=1.5。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矩形波调制用频率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。MATLAB源程序如下：fc=30000; %载波频率fs=100000; %抽样频率 N=10000;n=0:N-1;t=n/fs;x=A*square(

23、2*pi*300*t,50);y=modulate(x,fc,fs,'am'); %抑制双边带振幅调制fft1=fft(x,N); %傅里叶变换mag1=abs(fft1); %取模f1=(0:length(fft1)-1)'*fs/length(fft1);fft2=fft(y,N);mag2=abs(fft2);f2=(0:length(fft2)-1)'*fs/length(fft2);figure(1);subplot(2,2,1); plot(t,x); axis(0 0.1 -2 2); xlabel('调制信号波形')subplot

24、(2,2,2); plot(f1,mag1); axis(0 5000 0 8000); xlabel('调制信号频谱')subplot(2,2,3); plot(t,y); axis(0 0.01 -2 2); xlabel('已调信号波形')subplot(2,2,4); plot(f2,mag2); axis(0 50000 0 8000); xlabel('已调信号频谱')% yn=awgn(y,4); %加入高斯白噪声znn=demod(y,fc,fs,'am'); %无噪声已调信号解调zn=demod(yn,fc,fs

25、,'am'); %加噪声已调信号解调fft3=fft(znn,N);mag3=abs(fft3);f3=(0:length(fft3)-1)'*fs/length(fft3);figure(2);subplot(3,1,1); plot(t,zn); xlabel('加噪声解调信号波形')subplot(3,1,2); plot(t,znn); xlabel('无噪声解调信号波形')subplot(3,1,3); plot(f3,mag3); axis(0 5000 0 4000); xlabel('解调信号频谱') %y

26、n1=awgn(y,8);yn2=awgn(y,12);yn3=awgn(y,16);yn4=awgn(y,20);zn1=demod(yn1,fc,fs,'am');zn2=demod(yn2,fc,fs,'am');zn3=demod(yn3,fc,fs,'am');zn4=demod(yn4,fc,fs,'am');dyi=yn-y; %高斯白噪声s_ni=var(y)/var(dyi); %输入信噪比dyo=zn-znn; %解调后噪声s_no=var(znn)/var(dyo); %输出信噪比 dyi1=yn1-y; s

27、_ni1=var(y)/var(dyi1); dyo1=zn1-znn; s_no1=var(znn)/var(dyo1); dyi2=yn2-y; s_ni2=var(y)/var(dyi2); dyo2=zn2-znn; s_no2=var(znn)/var(dyo2); dyi3=yn3-y; s_ni3=var(y)/var(dyi3); dyo3=zn3-znn; s_no3=var(znn)/var(dyo3); dyi4=yn4-y; s_ni4=var(y)/var(dyi4); dyo4=zn4-znn; s_no4=var(znn)/var(dyo4); in=s_ni,s

28、_ni1,s_ni2,s_ni3,s_ni4; out=s_no,s_no1,s_no2,s_no3,s_no4;figure(3);plot(in,out,'*')hold onplot(in,out)xlabel('输入信噪比'); ylabel('输出信噪比')2.2.1调制信号幅度=0.8×载波幅度调用程序，程序中A=0.8。调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-10所示：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：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A=1。调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-13所示：图2-13 调制信号