信号处理分析课程设计报告

1、目录摘要11 DSB调制与解调的基本原理21.1 DSB调制原理21.2 DSB解调原理32 Simulink仿真电路42.1 调制模块42.2 调制后加入高斯白噪声62.3 解调与低通滤波模块82.4 总体模型103 MATLAB程序代码113.1 系统框图113.3 噪声部分133.4 带通滤波部分143.5 解调部分153.6 低通滤波部分164 心得体会175 参考文献18附录19摘要信号的调制与解调在通信系统中具有重要的作用。调制过程实际上是一个频谱搬移的过程，即是将低频信号的频谱（调制信号）搬移到载频位置（载波）。而解调是调制的逆过程，即是将已调制信号还原成原始基带信号的过程。调制

2、与解调方式往往能够决定一个通信系统的性能。幅度调制就是一种很常见的模拟调制方法，在AM信号中，载波分量并不携带信息，仍占据大部分功率，如果抑制载波分量的发送，就能够提高功率效率，这就抑制载波双边带调制DSB-SC（Double Side Band with Suppressed Carrier），因为不存在载波分量，DSB-SC信号的调制效率就是100%，即全部功率都用于信息传输。但由于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，需采用同步检波来解调。这种解调方式被广泛应用在载波通信和短波无线 通信中。但是由于在信道传输过程中必将引入高斯白噪声

3、，虽然经过带通滤波器后会使其转化为窄带噪声，但它依然会对解调信号造成影响，使其有一定程度的失真，而这种失真是不可避免的。本文介绍了M文件编程和Simulink两种方法来仿真DSB-SC系统的整个调制与解调过程。关键词 DSB-SC调制 同步检波 信道噪声 M文件 Simulink仿真1 DSB调制与解调的基本原理1.1 DSB调制原理在消息信号m(t)上不加上直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB-SC）调制信号，简称双边带（DSB）信号。DSB调制器模型如图3-1，可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘。图1-1 DSB信号调制器模型其时

4、域和频域表示式分别如下 (式3-1) (式3-2)除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍。图1-2 DSB信号的波形与频谱1.2 DSB解调原理因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。但由于DSB信号的包络不再与m(t)成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调。图1-3 DSB信号相干解调模型图3-3中SL(t)为本地载波，也叫相干载波，必须与发送端的载波完成同步。即频率相同时域分析如下： Sp(t)经过低通滤波器LP

5、F，滤掉高频成份，为 频域分析如下： 式中的H()为LPF的系统函数。频域分析的过程如图3-4所示。事实上本地载波和发端载波完全一致的条件是是不易满足的，因此，需要讨论有误差情况下对解调结果的影响。图1-4 DSB信号相干解调过程示意图2 Simulink仿真电路2.1 调制模块新建一个仿真空白模型，将DSB信号调至所需要的模块拖入空白模型中。图4-3中Sine wave为正弦基带信号、Sine wave1为正弦载波，均使用离散化的信号。product为乘法器。连接各模块如下图所示。图2-1 DSB调制模型双击模块设置基带信号属性：幅度为2，频率为2HZ，初相位为0，离散方式，采样间隔为s。用

6、同样的方式设置载波信号属性:幅度为2，频率为50HZ，初相位为0，离散方式，采样间隔为s。示波器得到的波形及频谱如下：图2-2 调制信波形图2-3 载波信号波形图2-4 已调信号波形图2-5 调制信号的频谱 图2-6 已调信号的频谱从图中可以清楚地看出，双边带信号时域波形的包络不同于调制信号的变化规律。在调制信号零点前处已调波的相位发生了180的突变。在调制信号的正半周期内，已调波的高频相位与载波相同，在调制信号的负半周期内，已调波的高频相位与载波相反。并且双边带的带宽为基带信号的两倍。2.2 调制后加入高斯白噪声加性高斯白噪声 AWGN(Additive White Gaussian Noi

7、se) 是最基本的噪声与干扰模型。加性噪声是叠加在信号上的一种噪声，通常记为n(t)，而且无论有无信号，噪声n(t)都是始终存在的。因此通常称它为加性噪声或者加性干扰。若噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数，则称这样的噪声为白噪声。如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布，则称这样的噪声为高斯白噪声。在通信系统中，经常碰到的噪声之一就是白噪声。在理想信道调制与解调的基础上，在信道中加入高斯白噪声，把Simulink中的AWGN模块加入到模型中。图2-7 高斯白噪声信道传输模型图2-8 高斯白噪声信道传输波形图2-9 高斯白噪声信道传输波形的频谱与已调信号相比较可看出，波形出现了一定程度的失真。

8、失真是随着信噪比SNR的变化而变化的，SNR越小，通过AWGN信道的波形就越接近理想信道波形。2.3 解调与低通滤波模块因为DSB信号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基带信号，而必须采用相干解调。相干解调也称同步检波，是指用载波乘以一路与载波相干（同频同相）的参考信号，再通过低通滤波器即可输出解调信号。图2-10 相干解调模块模型这里的数字滤波器用到了Simulink模型库中的FDATool，双击模块可以选择滤波器类型及更改参数。在这里选择了低通Elliptic滤波器，试验发现它具有很好的频响特性。根据系统基带信号频率范围和载波的频率，设置其通带和截止频率分别

9、为40、60。图2-11 解调滤波后的输出波形图2-12 解调滤波后的输出波形的频谱2.4 总体模型图2-13 总体模型图图2-14 总体仿真图3 MATLAB程序代码3.1 系统框图调制信号调制器信道接收滤波器载波解调器噪声低通滤波解调信号3.2 调制部分代码:Fs = 500;t=0:999/Fs;Fc = 50;x = 2*sin(2*pi*2*t);N=length(x);z0=fft(x);z0 = abs(z0(1:length(z0)/2+1);frq0 = 0:length(z0)-1*Fs/length(z0)/2;figure(1);subplot(2,1,1); plot

10、(x); grid;title(原始信号);subplot(2,1,2); plot(frq0,z0); grid;title(原始信号的频谱);%双边带调制y1 = ammod(x,Fc,Fs);z1 = fft(y1);z1 = abs(z1(1:length(z1)/2+1);frq1 = 0:length(z1)-1*Fs/length(z1)/2;figure(2);subplot(2,1,1); plot(y1); grid;title(双边带信号);subplot(2,1,2); plot(frq1,z1);title(双边带信号的频谱);grid;输出图:图3-1 原始信号波形

11、及其频谱图3-2 已调信号波形及其频谱3.3 噪声部分代码:%噪声noisy=randn(1,N); y2=y1+noisy/2;z2=fft(y2);%frq2=0:N-1*Fs/N;frq2 = 0:length(z2)-1*Fs/length(z2);figure(3);subplot(2,1,1); plot(y2); grid;title(加入噪声后的信号);subplot(2,1,2); plot(frq2,abs(z2); grid;title(加入噪声后信号的频谱);输出图:图3-3 加入噪声后信号波形图及其频谱3.4 带通滤波部分代码：%带通滤波器rp=1;rs=10; wp

12、=2*pi*45,55;ws=2*pi*40,60;N,wc=buttord(wp,ws,rp,rs,s);B,A=butter(N,wc,s);Bz,Az=impinvar(B,A,Fs);y3=filter(Bz,Az,y2);z3=fft(y3);figure(4);subplot(2,1,1); plot(y3); grid;title(带通滤波后的的信号);subplot(2,1,2); plot(frq2,abs(z3); grid;title(带通滤波后信号的频谱);输出图：图3-4 带通滤波后信号波形及其频谱3.5 解调部分代码：%解调y4 = amdemod(y3,Fc,Fs

13、,0,0);z4=fft(y4);z4 = abs(z4(1:length(z4)/2+1);frq4 = 0:length(z4)-1*Fs/length(z4)/2;figure(5);subplot(2,1,1); plot(y4); grid;title(解调后的信号);subplot(2,1,2); plot(frq4,z4);grid;title(解调后的信号的频谱);输出图：图3-5 解调后信号波形图及其频谱3.6 低通滤波部分代码：%低通滤波器fp1=1;fs1=4;rp1=1;rs1=10; wp1=2*pi*fp1;ws1=2*pi*fs1; N1,wc1=buttord(

14、wp1,ws1,rp1,rs1,s); B1,A1=butter(N1,wc1,s); Bz1,Az1=impinvar(B1,A1,Fs); y5=filter(Bz1,Az1,y4); z5=fft(y5);z5 = abs(z5(1:length(z5)/2+1);frq5 = 0:length(z5)-1*Fs/length(z5)/2;figure(6);subplot(2,1,1); plot(y5); grid;title(低通滤波后的信号);subplot(2,1,2); plot(frq5,z5);grid;title(低通滤波后信号的频谱);输出图：图3-6 低通滤波后信号

15、波形图及其频谱4 心得体会 5 参考文献1 樊昌信，曹丽娜. 通信原理. 北京：国防工业出版社，20062 达新宇通信原理实验与课程设计北京：北京邮电大学出版社，20033 徐远明. 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， 20054 张化光, 孙秋野. MATLAB/Simulink实用教程. 北京：人民邮电出版社，20095 姚俊，马松辉.Simulink建模与仿真基础. 北京：西安电子科技大学出版社，20026 邓华MATLAB通信仿真及应用实例详解北京：国防工业出版社，2003附录MATLAB完整程序代码：%原始信号Fs = 500;t=0:999/

16、Fs;Fc = 50;x = 2*sin(2*pi*2*t);N=length(x);z0=fft(x);z0 = abs(z0(1:length(z0)/2+1);frq0 = 0:length(z0)-1*Fs/length(z0)/2;figure(1);subplot(2,1,1); plot(x); grid;title(原始信号);subplot(2,1,2); plot(frq0,z0); grid;title(原始信号的频谱);%双边带调制y1 = ammod(x,Fc,Fs);z1 = fft(y1);z1 = abs(z1(1:length(z1)/2+1);frq1 =

17、0:length(z1)-1*Fs/length(z1)/2;figure(2);subplot(2,1,1); plot(y1); grid;title(双边带信号);subplot(2,1,2); plot(frq1,z1);title(双边带信号的频谱);grid;%噪声noisy=randn(1,N); y2=y1+noisy/2;z2=fft(y2);%frq2=0:N-1*Fs/N;frq2 = 0:length(z2)-1*Fs/length(z2);figure(3);subplot(2,1,1); plot(y2); grid;title(加入噪声后的信号);subplot(

18、2,1,2); plot(frq2,abs(z2); grid;title(加入噪声后信号的频谱);%带通滤波器rp=1;rs=10; wp=2*pi*45,55;ws=2*pi*40,60;N,wc=buttord(wp,ws,rp,rs,s);B,A=butter(N,wc,s);Bz,Az=impinvar(B,A,Fs);y3=filter(Bz,Az,y2);z3=fft(y3);figure(4);subplot(2,1,1); plot(y3); grid;title(带通滤波后的的信号);subplot(2,1,2); plot(frq2,abs(z3); grid;title(带通滤波后信号的频谱);%解调y4 = amdemod(y3,Fc,Fs,0,0);z4=fft(y4);z4 = abs(z4(1:length(z4)/2+1);frq4 = 0:length(z4)-1*Fs/length(z4)/2;figure(5);subplot(2,1,1); plot(y4); grid;title(解调后的信号);subplot(2,1,2); plot(frq4,z4);grid;title(解调后的信号的频谱);%低通滤波器fp1=1;fs1=4;rp1=1;rs1=10; wp1=2*pi*fp1;ws1=2*pi*fs1;