通信原理DSB系统仿真

1、淤 淤 浓 淤 淤淤 淤 浓 淤 淤淤淤2008级通信原理%课程设计通信原理课程设计报告书课题名称DSB系统仿真姓 名学 号院、系、部电气系一专 业电子信息工程指导教师2011年6月27日DSB系统仿真摘要本次课程设计用于实现模拟调制信号经DSB调制后的解调过程。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。信号的接收端就是通过解调来还原已调制信号从而 读取发送端发送的信息。因此信号的解调对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的 影响。

2、调制与解调方式往往能够决定一个通信系统的性能。双边带DSB调制信号的解调 采用相干解调法（即是将已调信号与相同载波频率相乘），这种方式被广泛应用在载波 通信和短波无线电话通信中。但是由于在信道传输过程中必将引入高斯白噪声，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，即使其失真， 而这种失真是不可避免的。一、设计目的本课程设计是实现模拟DSB信号的调制解调。在此次课程设计中，通过搜集资料 与分析，来理解DSB调制解调的具体过程和它在MATLAB中的实现方法。通过这个阶段 的研习，更清晰地认识DSB的调制解调原理，根据DSB信号的调制解调过程基础分析可 知过程中会涉及

3、到随机噪声、带通滤波器、低通滤波器的函数表达式，同时加深对MATLAB 这款通信仿真软件操作的熟练度，在使用中去感受MATLAB的应用方式与特色，并通过 仿真过程理解通信原理课程的调制解调过程。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。二、设计要求（1）熟悉MATLAB中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

4、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。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.三、系统原理1、DSB信号的模型在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A0去掉，即可输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。图1 DSB调制器模型其中，设正弦载波为c(t) = A cos( J + 中 0)式中，A为载波幅度； c为载波角频率

5、；为初始相位(假定见为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：焉低通滤波器 皿。)COS (tOc/+(/)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a 2。2、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信号，其时域表达式 为Sdsb = m(t)cos ”式中，m(t)

6、的平均值为0。DSB的频谱为1_,、-Sy = 2M 0+Q) + M (O-Oc)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BDSB = BAM = 2 fH式中，fH为调制信号的最高频率。3、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

7、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(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

8、为 其方差的高斯白噪声。正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为r (t) = A cos(ct + 0) + n(t)故其有用信号功率为A2S = 2噪声功率为N故其有用信号功率为A2S = 2噪声功率为N =Q 2信噪比满足公式B = 10logi4 Sn )则可得到公式A2b 2 =B2 1010我们可以通过这个公式方便的设置高斯白噪声的方差。4、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。5m 5m (02低通滤波器A mQ (0cos (oct+(p)图5 DSB相干解调模型

9、设图四的输入为DSB信号Sm(t) = SDSB (t) = m(t )cos(+%)乘法器输出为p (t) = SDSB (t) = m(t )cos( Qt + %)cos( Qt +里)1=3 m(t )cos(中一%) + cos(2Qt + % + 中)A通过低通滤波器后/、 1 /、 /、m 0(t) = -m(t )cos(甲 0甲)当中0=中=常数时，解调输出信号为1m 0(t) = -m(t)大小不同信噪比的解调波形，如图6：50050200250300350400450500550600Variable t50 f：小信噪比解调信号波形矿V部一0用；U:1侦Pi I1502

10、00250300350400450500550600Variable t图6不同信噪比解调波形四、程序设计DSB信号调制过程：clf;clc;clear;ts=0.01;t0=2;t=-t0:ts:t0;fc=10;A=1;fa=1;mt二A*cos(2*pi*fa.*t);ct二cos(2*pi*fc.*t);psnt二mt.*ct;subplot(5,1,1);plot(t,mt,g);title(输入信号波形);xlabel(Variable t);ylabel(Variable mt);subplot(5,1,2);%清除窗口中的图形%定义变量区间步长%定义变量区间终止值%定义变量区间

11、取值情况%给出相十载波的频率%定义调制信号幅度%定义调制信号频率%输入调制信号表达式%输入载波信号表达式%输出调制信号表达式%划分画图区间%画出调制信号波形plot(t,ct,b);title(输入载波波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable ct);subplot(5,1,3);plot(1:length(psnt),psnt,r);title(已调信号波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable psnt);mt1=fftshift(fft(mt);mt2二abs(mt1.”2);df=1/(2*t0);ff=length

12、(mt1);f=-ff/2*df:df:ff/2*df-df;subplot(5,1,4);plot(f,mt2);psnt1=fftshift(fft(psnt);psnt2=abs(psnt1.”2);subplot(5,1,5);plot(f,psnt2);高斯白噪声信道特性：clf;ts=0.01;t0=2;t=-t0+0.0001:ts:t0;fc=10;A=1;fa=1;mt二A*cos(2*pi*fa.*t);xzb=2;snr=10.”(xzb/10);h,l=size(mt);fangcha二A*A./(2*snr);nit=sqrt(fangcha).*randn(h,l)

13、;psmt=mt.*cos(2*pi*fc.*t);psnt=psmt+nit;xzb=20;snr1=10.”(xzb/10);h,l=size(mt);fangcha1=A*A./(2*snr1);nit1=sqrt(fangcha1).*randn(h,l);psnt1=psmt+nit1;subplot(2,2,1);%画出载波信号波形%length用于长度匹配%画出已调信号波形%调制信号功率谱密度%已调信号功率谱密度%清除窗口中的图形%定义变量区间步长%定义变量区间终止值%定义变量区间%给出相十载波的频率%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%输入小信噪比(dB)%

14、求调制信号的维数%由信噪比求方差%产生小信噪比高斯白躁声%输出调制信号表达式%输出叠加小信噪比已调信号波形%输入大信噪比(dB)%求调制信号的维数%由信噪比求方差%产生大信噪比高斯白噪声%输出已调信号波形%划分画图区间plot(t,nit,g);title(小信噪比高斯白躁声)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable nit);subplot(2,2,2);plot(t,psnt,b);title(叠加小信噪比已调信号波形);xlabel(Variable t);ylabel(Variable psnt);subplot(2,2,3);plot(t,nit1,r)

15、;title(大信噪比高斯白躁声)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable nit);subplot(2,2,4);plot(t,psnt1,k);title(叠加大信噪比已调信号波形);xlabel(Variable t);ylabel(Variable psmt);调制解调仿真过程：clf;ts=0.01;t0=2;t=-t0+0.0001:ts:t0;fc=10;A=1;fa=1;mt二A*cos(2*pi*fa.*t);xzb=20;snr=10.”(xzb/10);h,l=size(mt);fangcha二A*A./(2*snr);nit二sqrt(fa

16、ngcha).*randn(h,l);snit=mt+nit;psmt二mt.*cos(2*pi*fc.*t);pnit二nit.*cos(2*pi*fc.*t);%画出输入信号波形%length用于长度匹配%画出输入信号与噪声叠加波形%画出输出信号波形%清除窗口中的图形%定义变量区间步长%定义变量区间终止值%定义变量区间%给出相十载波的频率%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%输入信噪比(dB)%求调制信号的维数%由信噪比求方差%产生高斯白噪声%调制信号与噪声叠加%输出调制信号表达式%输出噪声表达式psnt=psmt+pnit;jic=psnt.*cos(2*pi*fc.

17、*t);%输出已调信号波形%调制信号乘以相十载波ht=(2*pi*fc.*sin(2*pi*fc.*t)./(2*pi*fc.*t)./pi; % 低通滤波器的时域表达式htw=abs(fft(ht);%低通滤波器的频域表达式jt=conv(ht,jic);%解调信号的时域表达式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,nit,b);title(输入噪声波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable n

18、it);subplot(3,3,3);plot(1:length(snit),snit,r);title(输入信号与噪声叠加波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable snit);subplot(3,3,4);plot(t,psmt,k);title(输出信号波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable psmt);subplot(3,3,5);plot(t,pnit,k);title(输出噪声波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable pnit);subplot(3,3,6);plot(t,p

19、snt,k);title(输出信号与输出噪声叠加波形);xlabel(Variable t);ylabel(Variable psnt);subplot(3,3,7);plot(1:length(htw),htw,k);title(低通滤波器频域波形)；xlabel(Variable w);ylabel(Variable htw);axis(0 60 0 150);subplot(3,3,8);plot(1:length(ht),ht,k);title(低通滤波器时域波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable psnt);axis(150 250 -20 25

20、);subplot(3,3,9);%划分画图区间%画出输入信号波形%length用于长度匹配%画出输入信号与噪声叠加波形%画出输出信号波形%画出输出噪声波形%画出输出信号与输出噪声叠加波形%画出低通滤波器频域波形%画出低通滤波器时域波形%给出坐标轴范围plot(1:length(jt),jt,k);%画出输出信号与输出噪声叠加波形title(输出信号与输出噪声叠加波形);%画出输出信号与输出噪声叠加波形xlabel(Variable t);ylabel(Variable jt);axis(200 600 -50 50);五、仿真结果及分析DSB信号调制过程输人信号波形号荐-1.5Variabl

21、e t己调信号波形21-0.500.5Variable t输人载波波形-1204045011111h X1110-40-20020406(60调制信号是频率为1Hz、功率为1的余弦信源，载波频率为10HZ的余弦信号，将两 种信号经过相乘后，载波信号会携带调制信号的信息，而调制前后功率谱密度也会发生 相应的搬移。高斯白噪声信道特性：-2-1.5-0.50Variable t0.511.522-2-1.5-0.50Variable t0.511.521.510.50-0.5-1-1.53210-1-2-2-1.5-1-0.500.5Variable t11.52-3大信噪比高斯白躁声0.03-0.

22、02-0.03-2-1.5-1-0.500.5Variable t11.521.53210-1-2-2-1.5-1-0.500.5Variable t11.52-3大信噪比高斯白躁声0.03-0.02-0.03-2-1.5-1-0.500.5Variable t11.521.510.50-0.5-1-2-1.5-1-0.500.5Variable t11.52图中为两种不同的信噪比情况下，分别与载波进行相乘以后的波形。因为信道 中必然存在噪声所以高斯白噪声是不可避免的。DSB解调过程：2002503003504004505005506000Variable t502002503003504004505005506000Variable t50-50200250300350400450500550600Variable t由于在解