（通信課程設(shè)計）DSB調(diào)制與解調(diào)電路的MATLAB實現(xiàn)及調(diào)制性能分析

1、dsb調(diào)制與解調(diào)電路的matlab實現(xiàn)及調(diào)制性能分析 題 目： dsb調(diào)制與解調(diào)電路的matlab實現(xiàn)及調(diào)制性能分析專業(yè)班級: 學生姓名： 指導教師： dsb調(diào)制與解調(diào)電路的matlab實現(xiàn)及調(diào)制性能分析學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師：_ 工作單位： _題目: dsb調(diào)制與解調(diào)電路的matlab實現(xiàn)及調(diào)制性能分析 設(shè)計內(nèi)容和要求dsb信號的仿真分析調(diào)制信號：分別為300hz正弦信號和矩形信號；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、已調(diào)信號、解調(diào)信號的波形、頻 譜以及解調(diào)器輸入輸出信噪比的關(guān)系曲線；1）調(diào)制信號幅度=0.8載波幅度；2）調(diào)制信號幅度=載波幅度；

2、3）調(diào)制信號幅度=1.5載波幅度； 初始條件 1）matlab軟件 2）數(shù)字信號處理基礎(chǔ)知識指導教師簽名： 目錄摘要4abstract51dsb調(diào)制與解調(diào)原理61.1dsb調(diào)制原理61.2dsb解調(diào)原理與抗噪性能82dsb調(diào)制解調(diào)分析的matlab實現(xiàn)102.1正弦波調(diào)制102.1.1調(diào)制信號幅度=0.8載波幅度142.1.2調(diào)制信號幅度=載波幅度162.1.3調(diào)制信號幅度=1.5*載波幅度182.2矩形波調(diào)制202.2.1調(diào)制信號幅度=0.8載波幅度232.2.2調(diào)制信號幅度=載波幅度252.2.3調(diào)制信號幅度=1.5*載波幅度273模擬仿真結(jié)果分析304小結(jié)與體會315參考文獻32摘要 調(diào)

3、制在通信系統(tǒng)中有十分重要的作用。通過調(diào)制，不僅可以進行頻譜搬移，把調(diào)制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合于傳播的已調(diào)信號，而且它對系統(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通信系統(tǒng)的性能。matlab軟件廣泛用于數(shù)字信號分析，系統(tǒng)識別，時序分析與建模，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、動態(tài)仿真等方面有著廣泛的應(yīng)用。本課題利用matlab軟件對dsb調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進行模擬仿真，分別利用300hz正弦波和矩形波，對30khz正弦波進行調(diào)制，觀察調(diào)制信號、已調(diào)信號和解調(diào)信號的波形和頻譜分布，并在解調(diào)時引入高斯白噪聲，對解調(diào)前后信號進行信噪比的對比分析，估計dsb調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的性

4、能。abstractmodulation in communication systems have an important role. through the modulation, not only can move the spectrum, the modulated signal spectrum move to the desired position, which will convert into a modulated signal suitable for transmission of modulated signals, and that its transmissi

5、on system, the effectiveness and reliability of transmission has a great impact, the modulation method is often decided on a communication system performance. matlab software is widely used in digital signal analysis, system identification, time series analysis and modeling, neural networks, dynamic

6、 simulation have a wide range of applications. this topic using matlab software dsb modulation and demodulation system simulation, use, respectively, 300hz sine wave and rectangular wave, sine wave modulation of the 30khz observed modulated signal modulated signal and demodulate the signal waveform

7、and spectrum distribution, and in the solution white gaussian noise introduced when adjusted for demodulating the signal-noise ratio before and after the comparative analysis, it is estimated dsb modulation and demodulation performance of the system.1dsb調(diào)制與解調(diào)原理1.1dsb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)制信號去控制高頻載波

8、的振幅，使其按調(diào)制信號的規(guī)律而變化的過程。設(shè)正弦型載波c(t)=acos(ct),式中：a為載波幅度，c為載波角頻率。根據(jù)調(diào)制定義，幅度調(diào)制信號（已調(diào)信號）一般可表示為：sm(t)=am(t)cos(ct)（公式1-1）,其中，m(t)為基帶調(diào)制信號。設(shè)調(diào)制信號m(t)的頻譜為m()，則由公式1-1不難得到已調(diào)信號sm(t)的頻譜sm()：sm()=a2m(+c)+m(-c)。由以上表示式可見，在波形上，幅度已調(diào)信號隨基帶信號的規(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頻譜在頻域內(nèi)的簡單搬移。標準振幅就是常規(guī)雙邊帶調(diào)制，簡稱調(diào)幅（am）。假設(shè)調(diào)制信號m(t)的平均值為0，將其疊加一

9、個直流偏量a0后與載波相乘，即可形成調(diào)幅信號。其時域表達式為: sam（t）=(a0+m(t)cos(ct)式中：a0為外加的直流分量；m(t)可以是確知信號，也可以是隨機信號。若為確知信號，則am信號的頻譜為sm()=a0(+c)+(-c)+ 12m(+c)+m(-c)am信號的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。am信號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)制信號有關(guān)，也就是說，載波分量并不攜帶信息。因此，am信號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1-1 am調(diào)制典型波形和頻譜如果在am調(diào)制模型中將直流a0去掉，即可得到一種高調(diào)制效率的調(diào)制

10、方式抑制載波雙邊帶信號(dsbsc)，簡稱雙邊帶信號。 其時域表達式為sdsb(t)=m(t)cos(ct)式中，假設(shè)的平均值為0。dsb的頻譜與am的譜相近，只是沒有了在處的函數(shù)，即sm()=12m(+c)+m(-c)其典型波形和頻譜如圖1-2所示：圖1-2 dsb調(diào)制典型波形和頻譜與am信號比較，因為不存在載波分量，dsb信號的調(diào)制效率是100，即全部效率都用于信息傳輸。1.2dsb解調(diào)原理與抗噪性能解調(diào)是調(diào)制的逆過程，其作用是從接收的已調(diào)信號中恢復原基帶信號（即調(diào)制信號）。解調(diào)的方法可分為兩類：相干解調(diào)和非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。相干解調(diào)，也稱同步檢波，為了無失真地恢復原基帶信號，接收端必

11、須提供一個與接收的已調(diào)載波嚴格同步（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。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，通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。由于dsb信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復調(diào)制信號。dsb信號解調(diào)時需采用相干解調(diào)。dsb相干解調(diào)性能分析模型如圖1-3所示：圖1-3 dsb相干解調(diào)性能分析模型設(shè)解調(diào)器輸入信號為sm(t)= m(t)cos(ct)，與相干載波cos(ct)相乘后，得m(t)cos2(ct)=12m(t)+ 12m(t)cos(2

12、ct),經(jīng)低通濾波器后，輸出信號為: m0(t)= 12m(t)。因此，解調(diào)器輸出端的有用信號功率為s0=m02(t)=14m2(t)解調(diào)dsb信號時，接收機中的帶通濾波器的中心頻率c與調(diào)制頻率c相同，因此解調(diào)器輸入端的窄帶噪聲ni(t)= nc(t)cos(ct)- ns(t)sin(ct),它與相干載波cos(ct)相乘后，得 ni(t)cos(ct)= 12nc(t)+ 12nc(t)cos(2ct)- ns(t)sin(2ct)經(jīng)低通濾波器后，解調(diào)器最終輸出噪聲為n0(t)= 12nc(t)故輸出噪聲功率為 n0=n02(t)=14nc2(t)=14ni=14n0b式中，b=2fh,為

13、dsb的帶通濾波器的帶寬，n0為噪聲單邊功率譜密度。解調(diào)器輸入信號平均功率為si=12m2(t)可得解調(diào)器的輸入信噪比 sini=12m2(t)n0b，解調(diào)器的輸出信噪比s0n0=m2(t)n0b因此制度增益為gdsb=s0/n0si/ni=2，也就是說，dsb信號的解調(diào)器使信噪比改善一倍。2dsb調(diào)制解調(diào)分析的matlab實現(xiàn)信號dsb調(diào)制采用matlab函數(shù)modulate實現(xiàn)，其函數(shù)格式為：y = modulate(x,fc,fs,method,opt)x為基帶調(diào)制信號，fc為載波頻率，fs為抽樣頻率，method為調(diào)制方式選擇，dsb調(diào)制時為am，opt在dsb調(diào)制時可不選，fs需滿足

14、fs 2*fc + bw，bw為調(diào)制信號帶寬。dsb信號解調(diào)采用matlab函數(shù)demod實現(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，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)時為am，opt在dsb調(diào)制時可不選。觀察信號頻譜需對信號進行傅里葉變換，采用matlab函數(shù)fft實現(xiàn)，其函數(shù)常使用格式為：y=fft(x,n)，x為時域函數(shù)，n為傅里葉變換點數(shù)選擇，一般取值2n。頻域變換后，對頻域函數(shù)取模，格式：y1=abs(y)，再進行頻率轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方法：f=(0:length(y)-1)*fs/length(y

15、)分析解調(diào)器的抗噪性能時，在輸入端加入高斯白噪聲，采用matlab函數(shù)awgn實現(xiàn)，其函數(shù)使用格式為：y =awgn(x,snr)，加高斯白噪聲于x中，snr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。信號的信噪比為信號中有用的信號功率與噪聲功率的比值，根據(jù)信號功率定義，采用matlab函數(shù)var實現(xiàn)，其函數(shù)常使用格式為：y =var(x)，返回向量的方差，則信噪比為:snr=var(x1)/var(x2)。 繪制曲線采用matlab函數(shù)plot實現(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，坐標范圍限定axis(x1 x2 y1 y2)，軸線說明x

16、label( )和ylabel( )。2.1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、已調(diào)信號、解調(diào)信號的波形、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：fs=100000; %抽樣頻率 fc=30000; %載波頻率n=1000; %fft長度n=0:n-1;t=n/fs; %截止時間和步長x=a*sin(2*pi*300*t); %基帶調(diào)制信號 y=modulate(x,fc,fs,am); %抑制雙邊帶振幅調(diào)制yn=awgn(y,4); %加入高斯白噪聲yn1=awgn(y,10);yn2=awgn(y,15);yn3=aw

17、gn(y,20);yn4=awgn(y,25);y1=demod(y,fc,fs,am); %無噪聲已調(diào)信號解調(diào)yyn=demod(yn,30000,fs,am); %加噪聲已調(diào)信號解調(diào)yyn1=demod(yn1,30000,fs,am);yyn2=demod(yn2,30000,fs,am);yyn3=demod(yn3,30000,fs,am);yyn4=demod(yn4,30000,fs,am);dy1=yn-y; %高斯白噪聲snr1=var(y)/var(dy1); %輸入信噪比dy2=yyn-y1; %解調(diào)后噪聲snr2=var(y1)/var(dy2); %輸出信噪比 dy1

18、1=yn1-y; snr11=var(y)/var(dy11); dy21=yyn1-y1; snr21=var(y1)/var(dy21); dy12=yn2-y; snr12=var(y)/var(dy12); dy22=yyn2-y1; snr22=var(y1)/var(dy22); dy13=yn3-y; snr13=var(y)/var(dy13); dy23=yyn3-y1; snr23=var(y1)/var(dy23); dy14=yn4-y; snr14=var(y)/var(dy14); dy24=yyn4-y1; snr24=var(y1)/var(dy24); in=

19、snr1,snr11,snr12,snr13,snr14; out=snr2,snr21,snr22,snr23,snr24;ff1=fft(x,n); %傅里葉變換mag1=abs(ff1); %取模f1=(0:length(ff1)-1)*fs/length(ff1); %頻率轉(zhuǎn)換ff2=fft(y,n);mag2=abs(ff2);f2=(0:length(ff2)-1)*fs/length(ff2);ff3=fft(y1,n);mag3=abs(ff3);f3=(0:length(ff3)-1)*fs/length(ff3);figure(1);subplot(221) %繪制曲線pl

20、ot(t,x)xlabel(調(diào)制信號波形)subplot(222)plot(f1,mag1)axis(0 1000 0 1000)xlabel(調(diào)制信號頻譜)subplot(223)plot(t,y)xlabel(已調(diào)信號波形)subplot(224)plot(f2,mag2)axis(0 40000 0 500)xlabel(已調(diào)信號頻譜)figure(2);subplot(311)plot(t,yyn)xlabel(加噪聲解調(diào)信號波形)subplot(313)plot(f3,mag3)axis(0 1000 0 600)xlabel(解調(diào)信號頻譜)subplot(312)plot(t,y1

21、)xlabel(無噪聲解調(diào)信號波形)figure(3);plot(in,out,*)hold onplot(in,out)xlabel(輸入信噪比)ylabel(輸出信噪比)2.1.1調(diào)制信號幅度=0.8載波幅度調(diào)用程序，程序中a=0.8。調(diào)制信號、已調(diào)信號的波形、頻譜如圖2-1所示：圖2-1 調(diào)制信號、已調(diào)信號的波形、頻譜圖解調(diào)信號的波形、頻譜如圖2-2所示：圖2-2解調(diào)信號的波形、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2.1.2調(diào)制信號幅度=載波幅度調(diào)用函數(shù)，函數(shù)中a=1。調(diào)制信號、已調(diào)信號的波形、頻譜如圖2-4所示：圖2-4調(diào)制信號、已調(diào)信號的波形、

22、頻譜圖解調(diào)信號的波形、頻譜如圖2-5所示：圖2-5解調(diào)信號的波形、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2.1.3調(diào)制信號幅度=1.5*載波幅度調(diào)用程序，程序中a=1.5。調(diào)制信號、已調(diào)信號的波形、頻譜如圖2-7所示：圖2-7調(diào)制信號、已調(diào)信號的波形、頻譜圖解調(diào)信號的波形、頻譜如圖2-8所示：圖2-8解調(diào)信號的波形、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2.2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、已調(diào)信號、解調(diào)信號的波形、頻譜以及解調(diào)器輸入輸出信噪比的關(guān)系。matlab源

23、程序如下：clear;f0=300; w0=2*pi*f0; %基帶調(diào)制信號頻率fs=100000; %抽樣頻率n=10000; %fft長度n=0:n-1;t=n/fs; %截止時間和步長m=a *square(w0*t,50); %基帶調(diào)制信號y1=fft(m,n); %進行fft變換mag1=abs(y1); %求幅值f1=(0:length(y1)-1)*fs/length(y1); %進行對應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換y=modulate(m,30000,fs,am); %信號抑制載波雙邊帶幅度調(diào)制yn=awgn(y,5); %加高斯白噪聲于y中yn1=awgn(y,10);yn2=awgn(y,1

24、5);yn3=awgn(y,20);yn4=awgn(y,25);dy1=yn-y; %高斯白噪聲snr1=var(y)/var(dy1); %輸入信噪比yyn=demod(yn,30000,fs,am); %加噪聲已調(diào)信號解調(diào)yyn1=demod(yn1,30000,fs,am);yyn2=demod(yn2,30000,fs,am);yyn3=demod(yn3,30000,fs,am);yyn4=demod(yn4,30000,fs,am);yy=demod(y,30000,fs,am); %無噪聲已調(diào)信號dy2=yyn-yy; %解調(diào)后輸出噪聲snr2=var(yy)/var(dy2)

25、; %輸出信噪比dy11=yn1-y; snr11=var(y)/var(dy11); dy21=yyn1-yy; snr21=var(yy)/var(dy21); dy12=yn2-y; snr12=var(y)/var(dy12); dy22=yyn2-yy; snr22=var(yy)/var(dy22); dy13=yn3-y; snr13=var(y)/var(dy13); dy23=yyn3-yy; snr23=var(yy)/var(dy23); dy14=yn4-y; snr14=var(y)/var(dy14); dy24=yyn4-yy; snr24=var(yy)/var

26、(dy24); %輸出信噪比in=snr1,snr11,snr12,snr13,snr14; out=snr2,snr21,snr22,snr23,snr24; %輸入輸出信噪比關(guān)系y2=fft(y,n); %進行fft變換mag2=abs(y2); %求幅值f2=(0:length(y2)-1)*fs/length(y2); %進行對應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換yy2=fft(yy,n); %進行fft變換mag3=abs(yy2); %求幅值f3=(0:length(yy2)-1)*fs/length(yy2); %進行對應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換figure(1); %繪制曲線subplot(221) plot(t,

27、m)axis(0 0.1 -2 2)xlabel(調(diào)制信號波形)subplot(222)plot(f1,mag1)axis(0 5000 0 10000)xlabel(調(diào)制信號頻譜)subplot(223)plot(t,y)axis(0 0.004 -2 2)xlabel(已調(diào)信號波形)subplot(224)plot(f2,mag2)axis(0 50000 0 5000)xlabel(已調(diào)信號頻譜)figure(2);subplot(311)plot(t,yy)axis(0 0.05 -2 2)xlabel(無噪聲解調(diào)信號波形)subplot(312)plot(t,yyn)axis(0 0

28、.05 -2 2)xlabel(有噪聲解調(diào)信號波形)subplot(313)plot(f3,mag3)axis(0 5000 0 5000)xlabel(解調(diào)信號頻譜)figure(3);plot(in,out,*)hold onplot(in,out)xlabel(輸入信噪比)ylabel(輸出信噪比)2.2.1調(diào)制信號幅度=0.8載波幅度調(diào)用程序，程序中a=0.8。調(diào)制信號、已調(diào)信號的波形、頻譜如圖2-10所示：圖2-10 調(diào)制信號、已調(diào)信號的波形、頻譜圖解調(diào)信號的波形、頻譜如圖2-11所示：圖2-11 解調(diào)信號的波形、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2.2.2調(diào)制信號幅度=載波幅度調(diào)用程序，程序中a=1。調(diào)制信號、已調(diào)信號的波形、頻譜如圖2-13所示：圖2-13 調(diào)制信號、已