基于Matlab和Simulink的DSB信號仿真

課 程 設 計評分項目

評 分 標 準得分報告書寫及格式

具有題目、摘要、目錄、正文、參考文獻（5分）正文格式，圖、表、參考文獻引用等正確，排版美觀（5分）報告中是否體現(xiàn)被仿真系統(tǒng)的原理以及原理框圖（5分）基礎原理仿真目的，仿真方法，仿真結果的意義表述清楚（5分）做出信源，調制信號，解調信號波形（10分）M

仿真參量豐富（如對頻譜，信噪比，誤碼率等的分析（10分）是否實現(xiàn)設計功能，各個模塊的設計參數(shù)是否清晰（10分）Simulink仿真

框圖直觀，有對不同參數(shù)條件下的仿真對比及結論（10分）仿真參量豐富（如對頻譜，信噪比，誤碼率等的分析（10分）是否存在抄襲（10分）答辯 對所仿真系統(tǒng)原理的提問回答情況分）對仿真過程提問的回答情況（10分）總分摘要隨著信息傳輸在現(xiàn)代生活中重要性的增強，調制和解調作為無線電通信系統(tǒng)中必不可少的關鍵技術也越來越受到重視。調制的目的是得到適合在信道中傳輸?shù)男盘?，解調又稱作檢波，就是從接收端最大程度不失真的恢復出基帶信號。DSB信號以其調制效率高而得到廣泛應用。本文介紹了基于MATLAB/Simulink仿真DSB調制與解調過程，并在解調時引入高斯白噪聲，DSB調制解調系統(tǒng)的性能。關鍵詞：通信原理、DSB調制解調、MATLAB、Simulink目錄Matlab/SimulinkDSB信號仿真概述調制在通信系統(tǒng)中至關重要。所謂調制，就是把信號轉換成合適在心道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。廣義的調制分為基帶調制和帶通調制（也稱載波調制）。在無線通信中和其他大多數(shù)場合，調制一詞均值載波調制。載波調制載波調制，就是用調制信號去控制載波的參數(shù)的過程，使載波的某一個或某幾個參數(shù)按照調制信號的規(guī)律而變化。調制信號是只來自信源的消息信號，即基帶信號，這些信號可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。未受調制的周期性振蕩信號成為載波，它可以是正弦波，也可以是非正弦的周期性脈沖序列。載波調制后成為已調信號，它含有調制信號的所有特征。解調也叫檢波，是調制的逆過程，其作用是將已調制信號中的調制信號恢復出來。載波調制的目的基帶信號對載波的調制是為了實現(xiàn)以下一個或多個目標：第一，在無線傳輸中，通過調制，把基帶信號的頻譜搬至較高的載波頻率上，使已調信號的頻譜與信道的帶通特性相匹配，這樣可以提高傳輸性能，以較小的發(fā)射功率與較短的天線來輻射電磁波。如在GSM900MHz頻段，所需的天線尺寸僅為8cm帶信號分別搬移到不同處的載頻處，以實現(xiàn)信道的多路復用，提高信道的利用率。第三，擴展信道帶寬，提高系統(tǒng)的抗干擾、抗衰減能力，還可以實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。因此，調制對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有這很大的影響和作用。采用什么樣的調制方式將直接影響著通信系統(tǒng)的性能。載波調制的方式調制的方式有很多。根據(jù)調制信號是模擬信號還是數(shù)字信號，載波是連續(xù)波還是脈沖序列，相應的解調方式有模擬連續(xù)波調制、數(shù)字連續(xù)波調制、模擬脈沖調制和數(shù)字脈沖調制。最常用和最重要的模擬調制方式是用正弦波最為載波的幅度調制和角度調制。常見的調幅（AM）、雙邊帶（DSB）、單邊帶（SSB）和殘留邊帶（VSB）等調制就是幅度調制的幾個典型實例；而頻率調制（FM）是角度調制中被廣泛采用的一種。解調方法解調是調制的逆過程，其作用是從接收的已調信號中恢復原基帶信號，即調制信號。解調過程也稱為檢波，常用的方法有包絡檢波和同步檢波兩種。相干解調AM、DSB、SSB任何一種條幅波進行解調。頻同相的本地載波，即相干載波，它與接收信號相乘后，經低通濾波器濾取出低頻分量，即可得到原始的基帶調制信號。相干解調適用于所有的線性調制信號的解調。法進行解調。而抑制載波雙邊帶或單邊帶信號的包絡不能直接反映調制信號的變化規(guī)號減弱，甚至帶來嚴重失真。包絡檢波AM信號在滿足m(t)

max

A的條件下，其包絡與調制信號與調制信號m(t)的形狀0完全一樣。因此，AM信號除了可以采用想干解調外，一般都采用簡單的包絡檢波法來恢復信號。由于這里主要討論DSB信號的仿真，所以在此不詳細說明。DSB調制解調原理幅度調制是由調制信號去控制高頻載波的幅度，使之隨調制信號作線性變化的過程。設正弦型載波為c(t)Acos(c

t) （2-1）0式中：A為載波幅度； 為載波角頻率；c

為載波初始相位（以后可先假定0，0而不失討論的一般性）。根據(jù)調制信號的定義，幅度調制信號（已調信號）一般可表示為s(t)Am(t)cosm

t （2-2）c式中：m(t)為基帶調制信號。設調制信號m(t)的頻譜為M（），則由式（5-2）不難得到已調信號sm

(t)的頻譜S()：m

S ()AM（m 2

Mc

) （2-3）由上可見，在波形上，幅度已調信號的幅度雖基帶信號的規(guī)律呈正比變化；在頻譜結構上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內的簡單搬移。由于這種搬移是線性的，因此，幅度調制通常也稱為線性調制。DSB調制過程AM號中去掉直流信號，即可得到一種高效率的調制方式——抑制載波雙邊帶信號（DSB—SC）,簡稱雙邊帶信號（DSB）。其時域表示式為

圖2-1DSB調制模型sDSB

(t)m(t)cos

t （2-4）c式中，假設平均值為0。DSB信號的頻域表示式為SDSB

()1M（2

Mc

) （2-5）其典型波形和頻譜如圖所示。DSB解調過程

圖2-2DSB信號的波形和頻譜DSB信號因為不存在載波分量，所以調制效率是100%，即全部功率用于信息傳輸。但由于DSB信號的包絡不在于調制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡檢波法來恢復調制信號，而用同步檢波法。設輸入的已調信號為取調制信號為：

圖2-3LPF（低通濾波器）DSB信號解調模型sLPF（低通濾波器）DSB信號解調模型DSB

(t)m(t)cos

t （2-6）cm(t)Acost （2-7）與同頻同相的相干載波cos t相乘后，得c1s(t)s (t)cost m(t)1cos2t （2-8）1p經低通濾波器（LFP）后，得到

DSB

c 2 2 c（2-9）

s(t)1m(t)m(t)d 21可以看出，得到的解調信號是輸入調制信號m(t2較小的基帶信號。低通濾波器0

- c

c圖2-4DSB信號解調頻譜DSB已調波經過同步檢波后的頻譜如上圖所示，經過低通濾波器后即可得到原始基帶信號。DSB相干解調性能n(t)

圖2-5DSB相干解調性能分析模型tm ＋

帶通濾波器

s(t)m

低通濾波器

m(t)os t)mt)cosm i c

n(t) (2-10)o與相干載波cos

t相乘,經低通濾波器后，輸出信tcccm(t)o

1m(t) (2-11)2因此，解調器輸出端的有用信號功率為1S m2(t)o o

m2(t) (2-12)4DSB信號時，接收機中的帶通濾波器的中心頻率與調制頻率相同，因此0 c解調器輸入端的窄帶噪聲n(t),與相干載波cost相乘，經低通濾波器，解調器輸出的i c最終的輸出噪聲為n(t)1no 2 故輸出噪聲功率為

(t) （2-13）（2-14）

N n2(t)o o

1n2(t)4 c這里，B2f ，為DSB的帶通濾波器的帶寬，n為白噪聲單邊功率譜密度。H o解調器輸入信號平均功率為 1 又，已知解調器的輸入噪聲功率為

（2-15）

S s2(t)i m

m2(t)2可得解調器的輸入信噪比

N nB （2-16）i 01Sm2(t)Si 2 （2-17）解調器的輸出信噪比

N nBi 01So

m2(t)41

m2(t)

（2-18）因此制度增益為

No N n0B4 iG DSB

o o2 （2-19）S NSNS Ni i由此可見DSB調制系統(tǒng)的制度增益為2。也就是說，DSB信號的解調器使信噪比改善一倍。這是因為采用相干解調，是輸入噪聲中的一個正交分量ns軟件仿真MATLAB仿真

(t)被消除的緣故。首先對通信系統(tǒng)進行數(shù)學建模，然后通過計算機來模擬系統(tǒng)行為、波形以及信號通過系統(tǒng)的過程，并對系統(tǒng)性能指標進行仿真測試和統(tǒng)計分析。DSB信號時域波形程序編寫本程序中，左側為編程語言，右側為解釋說明。%--------------------------清除歷史痕跡-------------------------clf; %清除窗口中的圖形clc; %清除命令窗clear; %清除變量窗%--------------------------定義變量和波形表達式-------------ts=; %定義變量區(qū)間步長t0=2; %定義變量區(qū)的長t=-t0:ts:t0; 定義變量區(qū)間取值fc=10; %定義載波的頻率A=1; %定義調制信號幅度fa=1; %定義調制信號頻率mt=A*cos(2*pi*fa.*t); %輸入調制信號表達式ct=cos(2*pi*fc.*t); %輸入載波信號表達st=mt.*ct; %輸出已調信號表達式%--------------------------------------------------------figure('toolbar','none','menu','none',...'name','DSB信號波形','color','y');subplot(3,1,1); %1列，現(xiàn)畫第一個plot(t,mt,'c'); %調制信號波形title('調制信號');xlabel('t');ylabel('m(t)');subplot(3,1,2);plot(t,ct,'g'); %載波信號波形title('載波信號');xlabel('t');ylabel('c(t)');subplot(3,1,3); %plot(t,st,'b');title('已調信號');xlabel('t');ylabel('s(t)');%----------------------------------------------------------------運行圖形圖3-1DSB信號的波形圖中上、中、下三條波形分別是調制信號、載波信號和已調信號波形。調制信號頻率為1Hz，載波頻率為10Hz。DSB信號頻域波形在上一個程序的基礎上，清除歷史痕跡與定義變量部分不變，把畫出波形的部分改為以下內容即可。figure('toolbar','none','menu','none',...'name','DSB信號頻譜','color','y');subplot(2,1,1);plot(f,mt2,'c'); %調制信號頻域波形title('調制信號頻'); %畫出已調信號波xlabel('f');ylabel('m(f)');st1=fftshift(fft(st));st2=abs(st1.^2);subplot(2,1,2);plot(f,st2,'b'); %已調信號頻域波形title('已調信號頻'); %畫出已調信號波xlabel('f');ylabel('s(f)');圖3-2DSB信號的頻譜圖中上、下兩條部分分別是調制信號頻譜和已調信號頻譜。Simulink仿真Simulink是MATLAB法、啟動仿真程序對該系統(tǒng)進行仿真、設置不同的輸出方式來觀察仿真結果等功能。電路圖搭建圖3-3Simulink仿真總電路圖212顯示噪聲波形及解調過程中的波形變化。波形觀察圖中由上到下的波形分別為：調制信號、載波信號和已調信號。其中調制信號的頻率為1rads/sec，振幅圖中由上到下的波形分別為：調制信號、載波信號和已調信號。其中調制信號的頻率為1rads/sec，振幅1；載波信號的頻率為30rads/sec2。圖3-4DSB信號調制下的波形分別帶信號。下的波形分別帶信號。圖3-5DSB信號解調結論DSB信號的特點第一，DSB信號是過調幅AM波，故它仍是幅度調制，但此時包絡已不再與m(t)線性關系變化，這說明它的包絡不完全載有調制信號的信息，因此它不是完全的調幅波。第二，DSB信號的頻率仍與載波相同，沒有受到調制。第三，有反相點。DSB1AM信號在調制信號過零點處出現(xiàn)反相點。所以有反相點出現(xiàn)，是因為調制信號在過零點前后取值符號是相反的。并且其頻譜僅包含了位于載頻兩側的上、下邊帶，在載頻處已無載波分量，這就是抑制載波的效果。DSB信號信號雖然節(jié)省了載波頻率，但它所需的傳輸帶寬仍是調制信號帶寬的兩AM邊帶調制（SSB）?？傊珼SB信號的優(yōu)點是調制效率高，缺點是占用頻帶寬，為消息基帶信號的2倍。常應用在無線通信中。相干載波的重要性若本地載頻信號與輸入信號的載頻不能保持同步，對檢波性能會產生影響。假如本地載頻信號與輸入信號的頻率和相位都不同步，若用模擬乘法器構成同步檢波電路解調雙邊帶調幅信號，則經低通濾波器取出的低頻信號將產生頻率失真和相位失真。若用模擬乘法器構成的乘積濾波電路解調單邊帶調幅信號．同理，檢出的低頻信號也將產生頻率失真和相位失真。在進行語言通信時，人耳對相位失真不敏感，但頻率失20Hz時，開始覺察聲音不200Hz相位偏移都會影響圖像的質量。所以參考信號的與載波的一致性是各種同步檢波的關鍵。同步檢波器的優(yōu)點同步檢波器的抗干擾性能比包絡檢波器優(yōu)越，在實際電路中，信道中都會存在隨機噪聲，若噪聲超過某一個閾值，則包絡檢波器所解調