通信原理課程設計-DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理

通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理通信原理課程設計設計題目：DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理班級：學生姓名：學生學號：指導老師：通信原理課程設計通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第1頁。目錄TOC\o"1-2"\h\z\u引言 31、課程設計目的 32、課程設計要求 3一、DSB調制解調模型的建立 41、DSB信號的模型 42、DSB信號調制過程分析 43、高斯白噪聲信道特性分析 64、DSB解調過程分析 95、DSB調制解調系統(tǒng)抗噪聲性能分析 10二、仿真過程 12三、心得體會 14四、參考文獻 15通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第2頁。

引言通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第2頁。本課程設計用于實現(xiàn)DSB信號的調制解調過程。信號的調制與解調在通信系統(tǒng)中具有重要的作用。調制過程是一個頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到載頻位置。解調是調制的逆過程，即是將已調制的信號還原成原始基帶信號的過程。信號的接收端就是通過解調來還原已調制信號從而讀取發(fā)送端發(fā)送的信息。因此信號的解調對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可靠性有著很大的影響。調制與解調方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。雙邊帶DSB信號的解調采用相干解調法，這種方式被廣泛應用在載波通信和短波無線電話通信中。1、課程設計目的本課程設計是實現(xiàn)DSB的調制解調。在此次課程設計中，我們將通過多方搜集資料與分析，來理解DSB調制解調的具體過程和它在MATLAB中的實現(xiàn)方法。預期通過這個階段的研習，更清晰地認識DSB的調制解調原理，同時加深對MATLAB這款通信仿真軟件操作的熟練度，并在使用中去感受MATLAB的應用方式與特色。利用自主的設計過程來鍛煉自己獨立思考，分析和解決問題的能力，為我們今后的自主學習研究提供具有實用性的經驗。2、課程設計要求（1）熟悉MATLAB中M文件的使用方法，掌握DSB信號的調制解調原理，以此為基礎用M文件編程實現(xiàn)DSB信號的調制解調。（2）繪制出SSB信號調制解調前后在時域和頻域中的波形，觀察兩者在解調前后的變化，通過對分析結果來加強對DSB信號調制解調原理的理解。（3）對信號分別疊加大小不同的噪聲后再進行解調，繪制出解調前后信號的時域和頻域波形，比較未疊加噪聲時和分別疊加大小噪聲時解調信號的波形有何區(qū)別，由所得結果來分析噪聲對信號解調造成的影響。（4）在老師的指導下，獨立完成課程設計的全部內容，并按要求編寫課程設計論文，文中能正確闡述和分析設計和實驗結果。通信原理課程設計通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第3頁。一、DSB調制解調模型的建立1、DSB信號的模型在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。如果將載波抑制，只需在將直流去掉，即可輸出抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號（DSB）。

DSB調制器模型如圖1所示。圖1DSB調制器模型其中，設正弦載波為式中，為載波幅度；為載波角頻率；為初始相位（假定為0）。調制過程是一個頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到載頻位置。而解調是將位于載頻的信號頻譜再搬回來，并且不失真地恢復出原始基帶信號。雙邊帶解調通常采用相干解調的方式，它使用一個同步解調器，即由相乘器和低通濾波器組成。在解調過程中，輸入信號和噪聲可以分別單獨解調。相干解調的原理框圖如圖2所示：圖2相干解調器的數(shù)學模型信號傳輸信道為高斯白噪聲信道，其功率為。2、DSB信號調制過程分析假定調制信號的平均值為0，與載波相乘，即可形成DSB信號，其時域表達式為式中，的平均值為0。DSB的頻譜為通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第4頁。DSB信號的包絡不再與調制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡檢波來恢復調制信號，需采用相干解調(同步檢波)。另外，在調制信號的過零點處，高頻載波相位有180°通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第4頁。除了不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜與AM信號的頻譜完全相同，仍由上下對稱的兩個邊帶組成。所以DSB信號的帶寬與AM信號的帶寬相同，也為基帶信號帶寬的兩倍，即式中，為調制信號的最高頻率。調制信號產生的代碼及波形為clf; %清除窗口中的圖形ts=0.01; %定義變量區(qū)間步長t0=2; %定義變量區(qū)間終止值t=-t0+0.0001:ts:t0; %定義變量區(qū)間fc=10; %給出相干載波的頻率A=1; %定義輸入信號幅度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); %輸入調制信號表達式psnt=mt.*cos(2*pi*fc.*t); %輸出調制信號表達式subplot(3,1,1); %劃分畫圖區(qū)間plot(t,mt,'g'); %畫出輸入信號波形title('輸入信號波形');xlabel('Variablet');ylabel('Variablemt');subplot(3,1,2);plot(t,ct,'b'); %畫出輸入信號波形title('輸入載波波形');xlabel('Variablet');ylabel('Variablect');subplot(3,1,3);plot(1:length(psnt),psnt,'r'); %length用于長度匹配title('已調信號波形'); %畫出已調信號波形xlabel('Variablet');ylabel('Variablepsnt');通信原理課程設計——通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第5頁。圖3調制信號、載波、已調信號波形3、高斯白噪聲信道特性分析在實際信號傳輸過程中，通信系統(tǒng)不可避免的會遇到噪聲，例如自然界中的各種電磁波噪聲和設備本身產生的熱噪聲、散粒噪聲等，它們很難被預測。而且大部分噪聲為隨機的高斯白噪聲，所以在設計時引入噪聲，才能夠真正模擬實際中信號傳輸所遇到的問題，進而思考怎樣才能在接受端更好地恢復基帶信號。信道加性噪聲主要取決于起伏噪聲，而起伏噪聲又可視為高斯白噪聲，因此我在此環(huán)節(jié)將對雙邊帶信號添加高斯白噪聲來觀察噪聲對解調的影響情況。為了具體而全面地了解噪聲的影響問題，我們將分別引入大噪聲（信噪比為20dB）與小噪聲（信噪比為2dB）作用于雙邊帶信號，再分別對它們進行解調，觀察解調后的信號受到了怎樣的影響。在此過程中，我用函數(shù)來添加噪聲，此函數(shù)功能為向信號中添加噪聲功率為其方差的高斯白噪聲。正弦波通過加性高斯白噪聲信道后的信號為故其有用信號功率為噪聲功率為通信原理課程設計——通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第6頁。信噪比滿足公式則可得到公式我們可以通過這個公式方便的設置高斯白噪聲的方差。為了便于比較，我們顯示了雙邊帶信號加入兩種噪聲后的時頻波形圖。實現(xiàn)代碼和波形如圖4：clf; %清除窗口中的圖形ts=0.01; %定義變量區(qū)間步長t0=2; %定義變量區(qū)間終止值t=-t0+0.0001:ts:t0; %定義變量區(qū)間fc=10; %給出相干載波的頻率A=1; %定義輸入信號幅度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xzb=2; %輸入小信躁比(dB)snr=10.^(xzb/10);[h,l]=size(mt); %求調制信號的維數(shù)fangcha=A*A./(2*snr);%由信躁比求方差nit=sqrt(fangcha).*randn(h,l); %產生小信噪比高斯白躁聲psmt=mt.*cos(2*pi*fc.*t); %輸出調制信號表達式psnt=psmt+nit; %輸出疊加小信噪比已調信號波形xzb=20; %輸入大信躁比(dB)snr1=10.^(xzb/10);[h,l]=size(mt); %求調制信號的維數(shù)fangcha1=A*A./(2*snr1); %由信躁比求方差nit1=sqrt(fangcha1).*randn(h,l); %產生大信噪比高斯白躁聲psnt1=psmt+nit1; %輸出已調信號波形subplot(2,2,1); %劃分畫圖區(qū)間plot(t,nit,'g'); %畫出輸入信號波形title('小信噪比高斯白躁聲');xlabel('Variablet');通信原理課程設計——通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第7頁。subplot(2,2,2);plot(t,psnt,'b');title('疊加小信噪比已調信號波形');xlabel('Variablet');ylabel('Variablepsnt');subplot(2,2,3);plot(t,nit1,'r'); %length用于長度匹配title('大信噪比高斯白躁聲'); %畫出輸入信號與噪聲疊加波形xlabel('Variablet');ylabel('Variablenit');subplot(2,2,4);plot(t,psnt1,'k');title('疊加大信噪比已調信號波形'); %畫出輸出信號波形xlabel('Variablet');ylabel('Variablepsmt');圖4不同信噪比的噪聲及含噪聲的已調波形可以清晰地看出，加大噪聲后，解調信號的波形雜亂無章，起伏遠大于加小噪聲時的波形。造成此現(xiàn)象的原因是當信噪比較小時，噪聲的功率在解調信號中所占比重較大，所以會造成雜波較多的情況；而信噪比很大時，噪聲的功率在解調信號中所占比重就很小了，噪聲部分造成的雜亂波形相對就不是很明顯，甚至可以忽略。通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第8頁。通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第8頁。4、DSB解調過程分析所謂相干解調是為了從接收的已調信號中，不失真地恢復原調制信號，要求本地載波和接收信號的載波保證同頻同相。相干解調的一般數(shù)學模型如圖所示。圖5DSB相干解調模型設圖四的輸入為DSB信號乘法器輸出為通過低通濾波器后當常數(shù)時，解調輸出信號為通信原理課程設計——通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第9頁。圖6不同信噪比解調波形5、DSB調制解調系統(tǒng)抗噪聲性能分析由于加性噪聲只對已調信號的接收產生影響，因而調制系統(tǒng)的抗噪聲性能主要用解調器的抗噪聲性能來衡量。為了對不同調制方式下各種解調器性能進行度量，通常采用信噪比增益G（又稱調制制度增益）來表示解調器的抗噪聲性能。有加性噪聲時解調器的數(shù)學模型如圖7所示。圖7有加性噪聲時解調器的數(shù)學模型通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第10頁。圖7中為已調信號，為加性高斯白噪聲。和首先經過帶通濾波器，濾出有用信號，濾除帶外的噪聲。經過帶通濾波器后到達解調器輸入端的信號為、噪聲為高斯窄帶噪聲，顯然解調器輸入端的噪聲帶寬與已調信號的帶寬是相同的。最后經解調器解調輸出的有用信號為，噪聲為。通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第10頁。圖8有加性噪聲時解調器的數(shù)學模型設解調器輸入信號為與相干載波相乘后，得經低通濾波器后，輸出信號為因此，解調器輸出端的有用信號功率為解調DSB信號時，接收機中的帶通濾波器的中心頻率與調制載頻相同，因此解調器輸出端的窄帶噪聲可表示為它與相干載波相乘后，得經低通濾波器后，解調器最終的輸出噪聲為故輸出噪聲功率為這里，，為DSB信號的帶通濾波器的帶寬。解調器輸入信號平均功率為通信原理課程設計——通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第11頁?？傻媒庹{器的輸入信噪比同時可得解調器的輸出信噪比因此制度增益為由此可見，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了一倍。這是因為采用相干解調，使輸入噪聲中的正交分量被消除的緣故。通信原理課程設計通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第12頁。二、仿真過程源程序：clf; %清除窗口中的圖形ts=0.01; %定義變量區(qū)間步長t0=2; %定義變量區(qū)間終止值t=-t0+0.0001:ts:t0; %定義變量區(qū)間fc=10; %給出相干載波的頻率A=1; %定義輸入信號幅度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xzb=20; %輸入信噪比(dB)snr=10.^(xzb/10);[h,l]=size(mt); %求調制信號的維數(shù)fangcha=A*A./(2*snr); %由信躁比求方差nit=sqrt(fangcha).*randn(h,l); %產生高斯白噪聲snit=mt+nit; %調制信號與噪聲疊加psmt=mt.*cos(2*pi*fc.*t); %輸出調制信號表達式pnit=nit.*cos(2*pi*fc.*t); %輸出噪聲表達式psnt=psmt+pnit;%輸出已調信號波形jic=psnt.*cos(2*pi*fc.*t); %調制信號乘以相干載波ht=(2*pi*fc.*sin(2*pi*fc.*t)./(2*pi*fc.*t))./pi; %低通濾波器的時域表達式htw=abs(fft(ht)); %低通濾波器的頻域表達式jt=conv(ht,jic); %解調信號的時域表達式subplot(3,3,1); %劃分畫圖區(qū)間plot(t,mt,'g'); %畫出輸入信號波形title('輸入信號波形');xlabel('Variablet');ylabel('Variablemt');subplot(3,3,2);plot(t,nit,'b');title('輸入噪聲波形');xlabel('Variablet');ylabel('Variablenit');通信原理課程設計——通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第13頁。plot(1:length(snit),snit,'r'); %length用于長度匹配title('輸入信號與噪聲疊加波形'); %畫出輸入信號與噪聲疊加波形xlabel('Variablet');ylabel('Variablesnit');subplot(3,3,4);plot(t,psmt,'k');title('輸出信號波形'); %畫出輸出信號波形xlabel('Variablet');ylabel('Variablepsmt');subplot(3,3,5);plot(t,pnit,'k');title('輸出噪聲波形'); %畫出輸出噪聲波形xlabel('Variablet');ylabel('Variablepnit');subplot(3,3,6);plot(t,psnt,'k');title('輸出信號與輸出噪聲疊加波形'); %畫出輸出信號與輸出噪聲疊加波形xlabel('Variablet');ylabel('Variablepsnt');subplot(3,3,7);plot(1:length(htw),htw,'k');title('低通濾波器頻域波形'); %畫出低通濾波器頻域波形xlabel('Variablew');ylabel('Variablehtw');axis([0600150]);subplot(3,3,8);plot(1:length(ht),ht,'k');title('低通濾波器時域波形'); %畫出低通濾波器時域波形xlabel('Variablet');ylabel('Variablepsnt');axis([150250-2025]); %給出坐標軸范圍subplot(3,3,9);plot(1:length(jt),jt,'k');title('輸出信號與輸出噪聲疊加波形'); %畫出輸出信號與輸出噪聲疊加波形xlabel('Variablet');ylabel('Variablejt');通信原理課程設計——通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第14頁。仿真結果圖9仿真結果通信原理課程設計通信原理課程設計——DSB調制解調系統(tǒng)設計與仿真通信原理全文共17頁，當前為第15頁。三、心得體會通過這次的課程設計，我們覺得最大的收獲就是既了解了噪聲對信號傳輸?shù)挠绊?，又回顧了MATLAB的相關知識。在代碼的編制過程中,我分了三步走。第一步，給出一個確定的噪聲信號，并觀察其對有用信號的影響；第二步，對信號進行調制，采用的方法是將信號乘以一個相干載波；第三步，對調制信號進行解調，其中涉及到一個低通濾波器的設計。雖然有函數(shù)可以直接實現(xiàn)這個功能，但我們都沒有用，而是自己動手設計。我們的基本思路是由低通濾波器的頻域特性，通過傅里葉逆變換，