DSB信的仿真分析

1、MATLAB課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：基于MATLAB的DSB調(diào)制與解調(diào)分析專業(yè)班級(jí)：通信1104班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：MATLAB課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：_工作單位：題目：基于MATLAB的DSB調(diào)制與解調(diào)分析設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求DSB信號(hào)的仿真分析調(diào)制信號(hào)：分別為300Hz正弦信號(hào)和矩形信號(hào)；載波頻率：30kHz；解調(diào)：同步解調(diào)；要求：畫出以下三種情況下調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)、解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜以及解調(diào)器輸入輸出信噪比的關(guān)系曲線；1）調(diào)制信號(hào)幅度=X載波幅度；2）調(diào)制信號(hào)幅度二載波幅度；3）調(diào)制信號(hào)幅度=X載波幅度；時(shí)間安排2013年12月25日:復(fù)習(xí)DSB的原理，初步構(gòu)想設(shè)計(jì)的流程。

2、2013年12月26日至28日：程序編寫及調(diào)試。2013年12月29日：寫報(bào)告。指導(dǎo)教師簽名：年月日目錄摘要調(diào)制在通信系統(tǒng)中有十分重要的作用。通過調(diào)制，不僅可以進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于傳播的已調(diào)信號(hào)，而且它對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊懀{(diào)制方式往往決定了一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。MATLAB軟件廣泛用于數(shù)字信號(hào)分析，系統(tǒng)識(shí)別，時(shí)序分析與建模，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)態(tài)仿真等方面有著廣泛的應(yīng)用。本課題利用MATLAB軟件對(duì)DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，分別利用300HZ正弦波和矩形波，對(duì)30KHZ正弦波進(jìn)行調(diào)制，觀察調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)和解調(diào)

3、信號(hào)的波形和頻譜分布，并在解調(diào)時(shí)引入高斯白噪聲，對(duì)解調(diào)前后信號(hào)進(jìn)行信噪比的對(duì)比分析，估計(jì)DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)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.調(diào)制與解調(diào)原理調(diào)制原理DSB調(diào)制屬于幅度調(diào)制。幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化的過程。設(shè)正弦型載波c(t)=Acos(t),式中：A為載波幅度，為載波角頻率。c根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號(hào)(已調(diào)信號(hào))一般可表示為：S(t)=Am(t)cos(t)(公mc式1-1),其中，m(

7、t)為基帶調(diào)制信號(hào)。設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)的頻譜為M(.：Q,則由公式1-1不難A得到已調(diào)信號(hào)(t)的頻譜()：S(w)=M(w+)+M(w-)。m2cc由以上表示式可見，在波形上，幅度已調(diào)信號(hào)隨基帶信號(hào)的規(guī)律呈正比地變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移。標(biāo)準(zhǔn)振幅就是常規(guī)雙邊帶調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)幅(AM)。假設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)的平均值為0,將其疊加一個(gè)直流偏量后與載波相乘，即可形成調(diào)幅信號(hào)。其時(shí)域表達(dá)式為：S(t)=AMA+m(t)cos(wt)0c式中：為外加的直流分量；m(t)可以是確知信號(hào)，也可以是隨機(jī)信號(hào)。若為確知信號(hào)，則AM信號(hào)的頻譜為AM信號(hào)的頻譜由載頻分量、上邊

8、帶、下邊帶三部分組成。AM信號(hào)的總功率包括載波功率和邊帶功率兩部分。只有邊帶功率才與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，也就是說，載波分量并不攜帶信息。因此，AM信號(hào)的功率利用率比較低。AM調(diào)制典型波形和頻譜如圖1-1所示：圖1-1AM調(diào)制典型波形和頻譜如果在AM調(diào)制模型中將直流去掉，即可得到一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式一抑制載波雙邊帶信號(hào)(DSBSC)，簡(jiǎn)稱雙邊帶信號(hào)。其時(shí)域表達(dá)式為S(t)=m(t)cos(wt)DSBc式中，假設(shè)的平均值為0。DSB的頻譜與AM的譜相近，只是沒有了在處的二函數(shù)，即1S(w)=M(w+w)+M(ww)DSB2cc其典型波形和頻譜如圖1-2所示:cos麻與AM圖1-2dSb調(diào)制典型波形

9、和頻譜為不存在載波分量,DSB信號(hào)的調(diào)制效率是10*，即全部效率都用于信息傳輸。彳抗噪性能Xm(t)解調(diào)原理與.lM(3)HH解調(diào)是調(diào)制的逆過程，其作用是從接收的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)(即調(diào)制信號(hào))。解調(diào)的方法可分為兩類*相'干解調(diào)和j非相干解t馭包絡(luò)檢波)。¥烷,相干解調(diào)，也波，為了無失真地恢復(fù)原基帶信號(hào)，接收端必須提供一個(gè)與接載波反同頻同相)的本地載波(稱為相干載波)，它與接受的已調(diào)信號(hào)收的已調(diào)載波嚴(yán)格同相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器就是直接從已調(diào)波的幅度中提取原調(diào)制信號(hào)，通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。由于DSB信號(hào)的

10、包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號(hào)。DSB信號(hào)解調(diào)時(shí)需采用相干解調(diào)。DSB相干解調(diào)性能分析模型如圖1-3所示:圖1-3DSB相干解調(diào)性能分析模型設(shè)解調(diào)器輸入信號(hào)為S(t)=m(t)cos(t)，與相干載波cos(t)相乘后，得mcm(t)cos2呎=1m(t)+2噸皿如，經(jīng)低通濾波器后，輸出信號(hào)為：mo=1m(t)。因此，解調(diào)器輸出端的有用信號(hào)功率為S=碩=4顧cscn(t)cos(2®t)n(t)sin(2®t)ccsc解調(diào)DSB信號(hào)時(shí)，接收機(jī)中的帶通濾波器的中心頻率與調(diào)制頻率相同，因此解調(diào)器輸入端的窄帶噪聲n(t)=n(t)cos

11、(®t)n(t)sin(®t),它與相干載波cos(®t)相乘后，iccscc11得n(t)cos(®t)二n(t)+I"ic2c2L經(jīng)低通濾波器后，解調(diào)器最終輸出噪聲為n(t)=1n(t)o2ci11故輸出噪聲功率為N二ni(t)二N二nBo4i4i40式中，B=2，為DSB的帶通濾波器的帶寬，n°為噪聲單邊功率譜密度。T1解調(diào)器輸入信號(hào)平均功率為S=s2(t)=m(t)cost力2=m2(t)可得解調(diào)器的輸入信噪比1S2m2(t)A，NnBi0imc2解調(diào)器的輸出信噪比二也NnBo0因此制度增益為GDsB-2，也就是說，DSB信號(hào)

12、的解調(diào)器使信噪比改善一倍。調(diào)制解調(diào)分析的MATLAB實(shí)現(xiàn)信號(hào)DSB調(diào)制采用MATLAB函數(shù)modulate實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)格式為：Y=MODULATE(X，fc，fs，METHOD，OPT)X為基帶調(diào)制信號(hào)，fc為載波頻率，fs為抽樣頻率，METHOD為調(diào)制方式選擇，DSB調(diào)制時(shí)為'am'，OPT在DSB調(diào)制時(shí)可不選，fs需滿足fs>2*fc+BW,BW為調(diào)制信號(hào)DSB信號(hào)解調(diào)采用MATLAB函數(shù)demod實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)使用格式為：X=DEMOD(Y，fc，fs，METHOD，OPT)Y為DSB已調(diào)信號(hào)，fc為載波頻率，fs為抽樣頻率，METHOD為解調(diào)方式選擇，DSB解調(diào)時(shí)為

13、'am'，OPT在DSB調(diào)制時(shí)可不選。觀察信號(hào)頻譜需對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，采用MATLAB函數(shù)fft實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)常使用格式為：Y=FFT(X,N),X為時(shí)域函數(shù)，N為傅里葉變換點(diǎn)數(shù)選擇，一般取值。頻域變換后，對(duì)頻域函數(shù)取模，格式：Y1=ABS(Y)，再進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方法：f=(0:length(Y)-1)'fs*/length(Y)分析解調(diào)器的抗噪性能時(shí)，在輸入端加入高斯白噪聲，采用MATLAB函數(shù)awgn實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)使用格式為：Y=AWGN(X,S_N),加高斯白噪聲于X中，S_N為信噪比，單位為dB,其值在假設(shè)X的功率為0dBM的情況下確定。信號(hào)的信噪比為信號(hào)中

14、有用的信號(hào)功率與噪聲功率的比值，根據(jù)信號(hào)功率定義，采用MATLAB函數(shù)var實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)常使用格式為：Y=VAR(X)，返回向量的方差，貝M言噪比為：S_N=VAR(X1)/VAR(X2)。繪制曲線采用MATLAB函數(shù)plot實(shí)現(xiàn)，其函數(shù)常使用格式：PLOT(X,Y),X為橫軸變量，Y為縱軸變量，坐標(biāo)范圍限定AXIS(xlx2y1y2),軸線說明XLABEL()和YLABEL()。正弦波調(diào)制用頻率300HZ正弦波調(diào)制頻率30KHZ的正弦波，采用同步解調(diào)，觀察調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)、解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜以及解調(diào)器輸入輸出信噪比的關(guān)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');%抑制雙邊帶振幅調(diào)制fft1=fft(x,N);%傅里葉變換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('調(diào)制信號(hào)波形')subpl

16、ot(2,2,2);plot(f1,mag1);axis(06000600);xlabel('調(diào)制信號(hào)頻譜')subplot(2,2,3);plot(t,y);xlabel('已調(diào)信號(hào)波形')subplot(2,2,4);plot(f2,mag2);axis(28000320000400);xlabel('已調(diào)信號(hào)頻譜')%yn=awgn(y,4);%加入高斯白噪聲znn=demod(y,fc,fs,'am');%無噪聲已調(diào)信號(hào)解調(diào)zn=demod(yn,fc,fs,'am');%加噪聲已調(diào)信號(hào)解調(diào)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('加噪聲解調(diào)信號(hào)波形')subplot(3,1,2);plot(t,znn);xlabel('無噪聲解調(diào)信號(hào)波形')subplot(3,1,3);plot(f3,mag3);axis(05000500);xlabel('解調(diào)信號(hào)頻譜')%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');%高斯白噪聲%輸入信噪比%解調(diào)后噪聲zn4=demod(yn4,fc,fs,'am');dyi=yn-y;s_ni=var(y)/var(dyi);dyo=zn-znn;s_no=var(znn)/var(dyo);%輸出信噪比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('輸入信噪比');ylabel'輸出信噪比')調(diào)制信號(hào)幅度二X載波幅度調(diào)用程序，程序中A二。調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的波形、頻譜如圖2-1所示：圖2-1調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的波形、頻譜圖解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜如圖2-2所示：圖2-2解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜圖輸入輸出信噪比關(guān)系曲線如圖2-3所示：圖2-3輸入輸出信噪比關(guān)系曲線調(diào)制信號(hào)幅度=載波幅度調(diào)用函數(shù)，函數(shù)中A=l。調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的波形、頻譜如圖2-4所示：圖2-4調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的波形、頻譜圖解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜如圖2-5

21、所示：圖2-5解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜圖輸入輸出信噪比關(guān)系曲線如圖2-6所示：圖2-6輸入輸出信噪比關(guān)系曲線調(diào)制信號(hào)幅度=*載波幅度調(diào)用程序，程序中人=。調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的波形、頻譜如圖2-7所示：圖2-7調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的波形、頻譜圖解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜如圖2-8所示：圖2-8解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜圖輸入輸出信噪比關(guān)系曲線如圖2-9所示：圖2-9輸入輸出信噪比關(guān)系曲線矩形波調(diào)制用頻率300HZ矩形波調(diào)制頻率30KHZ的正弦波，采用同步解調(diào)，觀察調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)、解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜以及解調(diào)器輸入輸出信噪比的關(guān)系。MATLAB源程序如下：fc=30000;%載波頻率fs=100000;%抽樣頻

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');%抑制雙邊帶振幅調(diào)制fft1=fft(x,N);%傅里葉變換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;調(diào)制信號(hào)波形'）subplot(2,2,2);plot(f1,mag1);axis(0500008000);xlabel（'調(diào)制信號(hào)頻譜'）subplot(2,2,3);plot(t,y);axis(0-22);xlabel（'已調(diào)信號(hào)波形'）subplot(2,2,4);plot(f2,mag2);axis(05000008000);xlabel'已調(diào)信號(hào)頻譜')%yn=awgn(y,4);%加入高斯白噪聲znn=demod(y,fc,fs,'am');%無噪聲已調(diào)信號(hào)解調(diào)zn=demod(yn,fc,fs,&#

24、39;am');%加噪聲已調(diào)信號(hào)解調(diào)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（'加噪聲解調(diào)信號(hào)波形'）subplot(3,1,2);plot(t,znn);xlabel('無噪聲解調(diào)信號(hào)波形')subplot(3,1,3);plot(f3,mag3);axis(0500004000);xlabel('解調(diào)信號(hào)頻譜')%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;%高斯白噪聲s_ni=var(y)/var(dyi);%輸入信噪比dyo=zn-znn;%解調(diào)后噪聲s_no=var(znn)/var(dyo);dyi1=yn1-y;%輸出信噪比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('輸入信噪比');ylabel'輸出信噪比')調(diào)制信號(hào)幅度二X載波幅度調(diào)用程序，程序中人=。調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的波形、頻譜如圖2-10所示：圖2-10調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的波形、頻譜圖解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜如圖2-11所示：圖2-11解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜圖輸入輸出信噪比關(guān)系曲線如圖2-12所示：圖2-12輸入輸出信噪比關(guān)系曲線調(diào)制信號(hào)幅度=載波幅度調(diào)用程序，程序中A=l。調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的波形、頻譜如圖2-13所示:圖2-13調(diào)制信號(hào)、已調(diào)信號(hào)的波形、頻譜圖解調(diào)信號(hào)的波形