抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號的仿真與分析

1、課 程 設(shè) 計課程設(shè)計名稱： 通信綜合課程設(shè)計 專 業(yè) 班 級 ： 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 課程設(shè)計時間： 2014 年9月 電子信息工程專業(yè)課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號題 目抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號的仿真與分析課題性質(zhì)仿真 課題來源自擬課題指導(dǎo)教師同組姓名主要內(nèi)容 設(shè)定余弦信源，仿真其DSB-SC調(diào)制信號，求調(diào)制信號的功率譜密度，畫出相干解調(diào)后的信號波形并分析其性能。 任務(wù)要求1掌握雙邊帶抑制載波調(diào)幅信號的原理和實現(xiàn)方法。2用MATLAB產(chǎn)生一個頻率為1Hz、功率為1的余弦信源，設(shè)載波頻率為10Hz。3用MATLAB畫出DSB-SC調(diào)制信號、該信號的功率譜密度

2、、相干解調(diào)后的信號波形。分析在AWGN信道下，仿真系統(tǒng)的性能。參考文獻1、MATLAB通信仿真開發(fā)手冊 國防工業(yè)出版社 孫屹2、現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真MATLAB通信工具箱西安電子科技大學(xué)出版社 李建新3、現(xiàn)代通信原理 清華大學(xué)出版社 曹志剛著4、教學(xué)用“通信原理”教材審查意見指導(dǎo)教師簽字： 教研室主任簽字： 2011年 12月 07日1 需求分析現(xiàn)在的社會越來越發(fā)達，科學(xué)技術(shù)不斷的在更新，在信號和模擬通信的中心問題是要把載有消息的信號經(jīng)系統(tǒng)加工處理后，送入信道進行傳送，從而實現(xiàn)消息的相互傳遞。消息是聲音、圖像、文字、數(shù)據(jù)等多種媒體的集合體。把消息通過能量轉(zhuǎn)換器件，直接轉(zhuǎn)變過來的電信號稱為基帶

3、信號。基帶信號有模擬基帶信號和數(shù)字基帶信號。它們多為低頻帶限信號(如：音頻信號為303400Hz，圖像信號為06MHz，易受外來干擾的影響，還受到設(shè)備元器件的限制，且不易產(chǎn)生電磁波信號變化越快電磁輻射能力越強)，不能進行無線傳輸也不能實現(xiàn)多路復(fù)用。為了克服以上缺點通過調(diào)制技術(shù)就可以把基帶信號變?yōu)榫哂幸欢◣挼倪m合于信道傳輸?shù)念l帶信號。調(diào)制的過程也就是對信號進行頻譜搬移的過程。調(diào)制在整個通信過程中是最基本、最重要的一個處理信號方法，在通信系統(tǒng)中，對模擬基帶信號進行調(diào)制的目的就是為了讓多個基帶信號經(jīng)過調(diào)制后在有線信道上同時傳輸，同時也適合于在無線信道中實現(xiàn)頻帶信號的傳輸；并且還能增強信號的抗噪聲能

4、力。因此，調(diào)制的意義可概括為減小干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力，同時還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，它的作用是從已調(diào)波信號中取出原來的調(diào)制信號。對于幅度調(diào)制來說，解調(diào)是從它的幅度變化提取調(diào)制信號的過程。在振幅調(diào)制中，根據(jù)所輸出已調(diào)波信號頻譜分量的不同，分為普通調(diào)幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB）、抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）等。針對AM波的不足，DSB(Double Side Band)信號是抑制了載波的雙邊帶信號，發(fā)送時，不發(fā)送載波信號，對于DSB信號，其包洛的變化反映了調(diào)制信號絕對值的變化情況，當調(diào)制信號過零點時，有相位的突變。此次通信原理綜合課程設(shè)計便是利用M

5、ATLAB對常規(guī)雙邊帶調(diào)幅信號的仿真與分析。具體設(shè)計要求如下：（1） 掌握雙邊帶常規(guī)調(diào)幅信號的原理和實現(xiàn)方法。（2）用MATLAB產(chǎn)生一個頻率為1Hz、功率為1的余弦信源，設(shè)載波頻率為10Hz，A2。（3）用MATLAB畫出AM調(diào)制信號、該信號的功率譜密度、相干解調(diào)后的信號波形。分析在AWGN信道下，仿真系統(tǒng)的性能。 2 概要設(shè)計2.1 幅度調(diào)制的一般模型幅度調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化的過程。幅度調(diào)制器的一般模型如圖2-1所示。圖2-1 幅度調(diào)制器的一般模型圖中，為調(diào)制信號，為已調(diào)信號，為濾波器的沖激響應(yīng)，則已調(diào)信號的時域和頻域一般表達式分別為 （2-1

6、） （2-2）式中，為調(diào)制信號的頻譜，為載波角頻率。 由以上表達式可見，對于幅度調(diào)制信號，在波形上，它的幅度隨基帶信號規(guī)律而變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移。由于這種搬移是線性的，因此幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制，相應(yīng)地，幅度調(diào)制系統(tǒng)也稱為線性調(diào)制系統(tǒng)。2.2 抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC） 2.2.1. DSB信號的表達式、頻譜及帶寬 在幅度調(diào)制的一般模型中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（1），調(diào)制信號中無直流分量，則輸出的已調(diào)信號就是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號，或稱抑制載波雙邊帶（DSB-SC）調(diào)制信號，簡稱雙邊帶（DSB）信號。 DSB調(diào)制器模型如圖3-2所

7、示?？梢奃SB信號實質(zhì)上就是基帶信號與載波直接相乘，其時域和頻域表示式分別為 圖2-2 DSB幅度調(diào)制器的一般模型 (2-3) (2-4) 由上式可知，DSB信號的包絡(luò)不再與成正比，故不能進行包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)；除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜與AM信號的完全相同，仍由上下對稱的兩個邊帶組成。故DSB信號是不帶載波的雙邊帶信號，它的帶寬與AM信號相同，也為基帶信號帶寬的兩倍， 即 （2-5） 式中，為調(diào)制信號帶寬，為調(diào)制信號的最高頻率。2.2.2 DSB信號的功率分配及調(diào)制效率 由于不再包含載波成分，因此，DSB信號的功率就等于邊帶功率，是調(diào)制信號功率的一半 ，即 （2-6）

8、式中，為邊帶功率，為調(diào)制信號功率。顯然，DSB信號的調(diào)制效率為100%。2.2.3 DSB信號的解調(diào) DSB信號只能采用相干解調(diào)，其模型與AM信號相干解調(diào)時完全相同，如圖2-3所示。此時，乘法器輸出 圖2-3 相干解調(diào)原理圖 （2-7）經(jīng)低通濾波器濾除高次項，得 （2-8） 即無失真地恢復(fù)出原始電信號。 抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高，調(diào)制電路簡單，僅用一個乘法器就可實現(xiàn)。缺點是占用頻帶寬度比較寬，為基帶信號的2倍。 開始利用matlab繪制已知信號f(t)利用matlab繪制已調(diào)信號利用matlab繪制載波信號利用matlab繪制已知信號f(t)的頻譜利用m

9、atlab繪制相干解調(diào)后的信號波形對仿真結(jié)果進行分析利用matlab繪制DSB-SC調(diào)制信號的功率譜密度利用matlab繪制已調(diào)信號的頻譜3.1 設(shè)計流程圖3 運行環(huán)境操作系統(tǒng)：Windows xp應(yīng)用軟件：MATLAB4 開發(fā)工具和編程語言開發(fā)工具：MATLAB軟件編程語言：M語言5 詳細設(shè)計 （1）利用matlab繪制已知信號f(t)： 由于函數(shù)是辛格函數(shù)，故利用時間t與f(t)的關(guān)系，再利用subplot函數(shù)實現(xiàn)子圖的畫法。 （2）利用matlab繪制已知信號f(t)的頻譜： 根據(jù)f(t)的表達示，通過求傅立葉變換來實現(xiàn)信號的頻譜，具體可以取40000個點來實現(xiàn)。并且運用算法yw=2*/

10、40000*abs(fftshift(yk)，fw=-25000:24999/50000*fs。這樣再利用subplot函數(shù)實現(xiàn)子圖的畫法。源程序代碼如下：fs=3000 %信號頻譜t1=-2:0.0001:2y11=sinc(t1*200)yk=fft(y11,50000) %對信號做傅立葉變換yw=2*pi/40000*abs(fftshift(yk) %頻譜搬移fw=-25000:24999/50000*fs subplot(2,3,2),plot(fw,yw)title('已知信號的頻譜')xlabel('頻率：hz')ylabel('幅度

11、9;)gridxlim(-30,30) （3） 利用matlab繪制載波信號： 利用subplot函數(shù)實現(xiàn)子圖的畫法。原程序如下：y3=cos(2*pi*10*t) %載波信號subplot(2,3,3),plot(t,y3)title('載波信號')xlabel('時間：s')ylabel('幅度')gridxlim(-0.1,0.1)（4） 利用matlab繪制已調(diào)信號由調(diào)制信號知：抑制載波雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制過程實際上就是調(diào)制信號與載波的相乘運算。故此時將上述兩個信號相乘，就可以得出已調(diào)信號y4, y4=sinc(t.*200).*cos(2*

12、.*fc3.*t). 這樣再利用subplot函數(shù)實現(xiàn)子圖的畫法。原程序如下：y4=cos(t)*cos(2*pi*10*t) %已調(diào)信號subplot(2,3,4),plot(t,y4,'r-')title('已調(diào)信號')xlabel('時間：s')ylabel('幅度')gridxlim(-0.05,0.05)(5) 利用matlab繪制已調(diào)信號的頻譜 根據(jù)已調(diào)信號的表達示，提高求傅立葉變換來實現(xiàn)信號的頻譜，具體可以取4000個點來實現(xiàn)。并且運用算法yw=2* /4000*abs(fftshift(yk)，fw=-2500:2

13、499/5000*fs。這樣再利用subplot函數(shù)實現(xiàn)子圖的畫法。源程序如下：fs1=1000 %已調(diào)信號頻譜yk=fft(y4,5000) %對信號做傅立葉變換yw=2*pi/4000*abs(fftshift(yk) %頻譜搬移fw=-2500:2499/5000*fs1subplot(2,3,5),plot(fw,yw,'r-')title('已調(diào)信號的頻譜')xlabel('頻率：hz')ylabel('幅度')gridxlim(-400,400)（6） 利用matlab繪制DSB-SC調(diào)制信號的功率譜密度 通信中，調(diào)制

14、信號通常是平穩(wěn)隨機過程。其功率譜密度與自相關(guān)函數(shù)之間是一對付氏變換關(guān)系。此時先求調(diào)制信號的自相關(guān)函數(shù)，利用命令c,lags=xcorr(y4,20)以及plot(lags/fs,c)就可以實現(xiàn)調(diào)制信號的自相關(guān)函數(shù)，此時將自相關(guān)函數(shù)求付氏變換。利用SDSBp=fft(c,5000； fw=-2500:2499/5000*fs；yw=2*/4000*abs(fftshift(SDSBp)即可實現(xiàn)，此時用figure和subplot可以在另一頁畫出自相關(guān)函數(shù)波形和功率譜密度波形。源代碼如下：c,lags=xcorr(y4,10) %DSB信號自相關(guān)函數(shù)Figure %200表示自相關(guān)函數(shù)時間subp

15、lot(211) plot(lags/fs,c)title('DSB信號自相關(guān)函數(shù)')xlabel('t')ylabel('Rxx(t)')gridSDSBp=fft(c,5000) %DSB功率譜fw=-2500:2499/5000*fs1yw=2*pi/4000*abs(fftshift(SDSBp)%頻譜搬移subplot(212)plot(fw,yw)title('DSB信號功率譜')xlabel('w')ylabel('Rxx(t)')grid（7）利用matlab繪制相干解調(diào)后的信號波形

16、 由抑制載波雙邊帶調(diào)幅的解調(diào)過程實際上實際是將已調(diào)信號乘上一個同頻同相的載波。源程序如下：y7=y4.*y3 %解調(diào)信號figuresubplot(211)plot(t,y7)title('解調(diào)信號')xlabel('時間：s')ylabel('幅度')gridxlim(-0.1,0.1) 再用一個低通濾波器就可以恢復(fù)原始的調(diào)制信號，這種調(diào)制方法稱為相干解調(diào)。主要程序語句為n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)；b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn)；這樣可以實現(xiàn)求取階數(shù)n和傳遞函數(shù)的分子分母b,a；Wp=40/100; Ws=

17、45/100; 這時的100是最高頻率的一半，而40則是在100/和45之間。Xl=5*filter(b,a,y7)。通過這樣可以使濾波后的波形失真更小。此時可得相干解調(diào)后的信號波形，源代碼如下：Rp=0.1; %濾波后的f(t)信號Rs=80; %信號衰減幅度Wp=40/100; %通帶截止頻率Ws=45/100; %阻帶截止頻率,100為載波頻率的一半n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs); %階數(shù)nb,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn); %傳遞函數(shù)分子分母b,aXl=5*filter(b,a,y7);figure;subplot(211);plot(t,Xl);tit

18、le('濾波后的f(t)信號');xlabel('時間單位:s');ylabel('幅度');grid;xlim(-0.1,0.1)6 調(diào)試分析本次課程設(shè)計通過對信號抑制雙邊帶調(diào)制的仿真分析。此過程證明了雙邊帶調(diào)制過程中有頻譜的搬移。將已調(diào)的信號通過乘以同頻同相的本地載波，即為相干解調(diào)。此時的波形沒有經(jīng)過低通濾波器，所以波形與原始信號有點不一致。最后通過濾波器后，在設(shè)計參數(shù)的調(diào)整下，可以恢復(fù)出原始的信號。驗證了解調(diào)的理論實現(xiàn)。畫原始信號的波形，頻譜以及載波的波形并且分析兩個波形之間頻率的大小關(guān)系，再實現(xiàn)兩個函數(shù)的相乘，可以得出已調(diào)信號，并且利用傅

19、立葉變換可以找到其頻譜。此時可以看出抑制載波雙邊帶調(diào)幅的實質(zhì)為頻譜的搬移。同時通過自相關(guān)函數(shù)，并且求自相關(guān)函數(shù)的傅立葉變換就可以實現(xiàn)功率譜密度函數(shù)波形的畫法。最后將已調(diào)信號與載波信號相乘經(jīng)過低通濾波器作相干解調(diào)，就可以恢復(fù)出原始信號。對橢圓濾波器的參數(shù)做調(diào)整，則可以改變其恢復(fù)信號的準確度。而抑制載波雙邊帶調(diào)幅的優(yōu)點在于可以提高效率，減少干擾。7 測試結(jié)果（1）利用matlab繪制已知信號f(t)以及信號f(t)的頻譜： 圖7-1：已知信號波形及頻譜 （2）利用matlab繪制載波信號： 圖7-2 ：載波信號（3）利用matlab繪制已調(diào)信號及頻譜： 圖7-3：已調(diào)信號（4）利用matlab繪制DSB的自相關(guān)函數(shù)及功率譜密度 圖7-4：調(diào)制信號自相關(guān)函數(shù)波形和功率譜密度波形（5）利用matlab繪制相干解調(diào)后的信號波形 圖7-5： 乘上同頻同相的載波后的信號波形及相干解調(diào)后的信號波形 通過利用matlab程序?qū)崿F(xiàn)了題目的要求，完成了對抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）的解調(diào)。參考文獻1劉毅敏. 基于matlab的調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計. 武漢科技大學(xué)2郭文彬. 通信原理基于matlab的計算機仿真. 北京郵電大學(xué)出版社3孫屹.MATLAB通信仿真開發(fā)手冊. 國防工業(yè)出版社 4李建新.現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真MATLAB通信工具箱.西安電子科技大學(xué)出