DSB信的仿真分析

1、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=X载波幅度；2）调制信号幅度二载波幅度；3）调制信号幅度=X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。

2、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，观察调制信号、已调信号和解调

3、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。AbstractModulationincommunicationsystemshaveanimportantrole.Throughthemodulation,notonlycanmovethespectrum,themodulatedsignalspectrummovetothedesiredposition,whichwillconvertintoamodulatedsignalsuitablefortransmissionofmodulatedsignals,andthat

4、itstransmissionsystem,theeffectivenessandreliabilityoftransmissionhasagreatimpact,themodulationmethodisoftendecidedonacommunicationsystemperformance.MATLABsoftwareiswidelyusedindigitalsignalanalysis,systemidentification,timeseriesanalysisandmodeling,neuralnetworks,dynamicsimulationhaveawiderangeofap

5、plications.ThistopicusingMATLABsoftwareDSBmodulationanddemodulationsystemsimulation,use,respectively,300HZsinewaveandrectangularwave,sinewavemodulationofthe30KHZobservedmodulatedsignalmodulatedsignalanddemodulatethesignalwaveformandspectrumdistribution,andinthesolutionwhiteGaussiannoiseintroducedwhe

6、nadjustedfordemodulatingthesignal-noiseratiobeforeandafterthecomparativeanalysis,itisestimatedDSBmodulationanddemodulationperformanceofthesystem.调制与解调原理调制原理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。c根据调制定义，幅度调制信号(已调信号)一般可表示为：S(t)=Am(t)cos(t)(公mc式1-1),其中，m(

7、t)为基带调制信号。设调制信号m(t)的频谱为M(.：Q,则由公式1-1不难A得到已调信号(t)的频谱()：S(w)=M(w+)+M(w-)。m2cc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后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表达式为：S(t)=AMA+m(t)cos(wt)0c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

8、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1-1AM调制典型波形和频谱如果在AM调制模型中将直流去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式一抑制载波双边带信号(DSBSC)，简称双边带信号。其时域表达式为S(t)=m(t)cos(wt)DSBc式中，假设的平均值为0。DSB的频谱与AM的谱相近，只是没有了在处的二函数，即1S(w)=M(w+w)+M(ww)DSB2cc其典型波形和频谱如图1-2所示:cos麻与AM图1-2dSb调制典型波形

9、和频谱为不存在载波分量,DSB信号的调制效率是10*，即全部效率都用于信息传输。彳抗噪性能Xm(t)解调原理与.lM(3)HH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j非相干解t馭包络检波)。¥烷,相干解调，也波，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接载波反同频同相)的本地载波(称为相干载波)，它与接受的已调信号收的已调载波严格同相乘后，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

10、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1-3DSB相干解调性能分析模型设解调器输入信号为S(t)=m(t)cos(t)，与相干载波cos(t)相乘后，得mcm(t)cos2呎=1m(t)+2吨皿如，经低通滤波器后，输出信号为：mo=1m(t)。因此，解调器输出端的有用信号功率为S=硕=4顾cscn(t)cos(2®t)n(t)sin(2®t)ccsc解调DSB信号时，接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n(t)=n(t)cos

11、(®t)n(t)sin(®t),它与相干载波cos(®t)相乘后，iccscc11得n(t)cos(®t)二n(t)+I"ic2c2L经低通滤波器后，解调器最终输出噪声为n(t)=1n(t)o2ci11故输出噪声功率为N二ni(t)二N二nBo4i4i40式中，B=2，为DSB的带通滤波器的带宽，n°为噪声单边功率谱密度。T1解调器输入信号平均功率为S=s2(t)=m(t)cost力2=m2(t)可得解调器的输入信噪比1S2m2(t)A，NnBi0imc2解调器的输出信噪比二也NnBo0因此制度增益为GDsB-2，也就是说，DSB信号

12、的解调器使信噪比改善一倍。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

13、'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，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

14、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，贝M言噪比为：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为纵轴变量，坐标范围限定AXIS(xlx2y1y2),轴线说明XLABEL()和YLABEL()。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=

15、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: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);xlabel('调制信号波形')subpl

16、ot(2,2,2);plot(f1,mag1);axis(06000600);xlabel('调制信号频谱')subplot(2,2,3);plot(t,y);xlabel('已调信号波形')subplot(2,2,4);plot(f2,mag2);axis(28000320000400);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

17、(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(05000500);xlabel('解调信号频谱')%yn1=awgn(y,8);yn2=awgn(y,12);yn3=awgn(y,16);yn4=

18、awgn(y,20);zn1=demod(yn1,fc,fs,'am');zn2=demod(yn2,fc,fs,'am');zn3=demod(yn3,fc,fs,'am');%高斯白噪声%输入信噪比%解调后噪声zn4=demod(yn4,fc,fs,'am');dyi=yn-y;s_ni=var(y)/var(dyi);dyo=zn-znn;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

19、(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_ni1,s_ni2,s_ni3,s_ni4;out=s_no,s_no1,s_no2,s_no3,s_no4;figure(3);pl

20、ot(in,out,'*')holdonplot(in,out)xlabel('输入信噪比');ylabel'输出信噪比')调制信号幅度二X载波幅度调用程序，程序中A二。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调制信号幅度=载波幅度调用函数，函数中A=l。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

21、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调制信号幅度=*载波幅度调用程序，程序中人=。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

22、率N=10000;n=0:N-1;t=n/fs;x=A*square(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(0-22);xlabel（&

23、#39;调制信号波形'）subplot(2,2,2);plot(f1,mag1);axis(0500008000);xlabel（'调制信号频谱'）subplot(2,2,3);plot(t,y);axis(0-22);xlabel（'已调信号波形'）subplot(2,2,4);plot(f2,mag2);axis(05000008000);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,&#

24、39;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(0500004000);xlabel('解调信号频谱')%yn1=awgn(y,8);yn

25、2=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);dyi1=yn1-y;%输出信噪比s_ni1=var(y)/var(dyi1)

26、;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);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_n

27、o3,s_no4;figure(3);plot(in,out,'*')holdonplot(in,out)xlabel('输入信噪比');ylabel'输出信噪比')调制信号幅度二X载波幅度调用程序，程序中人=。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调制信号幅度=载波幅度调用程序，程序中A=l。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、已调信号的波形、频谱图解调信号的波形