抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的仿真與分析

1、課 程 設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 通信綜合課程設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) ： 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 課程設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014 年9月 電子信息工程專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題 目抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的仿真與分析課題性質(zhì)仿真 課題來(lái)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(hào)，求調(diào)制信號(hào)的功率譜密度，畫(huà)出相干解調(diào)后的信號(hào)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(hào)的原理和實(shí)現(xiàn)方法。2用MATLAB產(chǎn)生一個(gè)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(huà)出DSB-SC調(diào)制信號(hào)、該信號(hào)的功率譜密度

2、、相干解調(diào)后的信號(hào)波形。分析在AWGN信道下，仿真系統(tǒng)的性能。參考文獻(xiàn)1、MATLAB通信仿真開(kāi)發(fā)手冊(cè) 國(guó)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(jiàn)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(huì)越來(lái)越發(fā)達(dá)，科學(xué)技術(shù)不斷的在更新，在信號(hào)和模擬通信的中心問(wèn)題是要把載有消息的信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)加工處理后，送入信道進(jìn)行傳送，從而實(shí)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(guò)能量轉(zhuǎn)換器件，直接轉(zhuǎn)變過(guò)來(lái)的電信號(hào)稱(chēng)為基帶

3、信號(hào)?；鶐盘?hào)有模擬基帶信號(hào)和數(shù)字基帶信號(hào)。它們多為低頻帶限信號(hào)(如：音頻信號(hào)為303400Hz，圖像信號(hào)為06MHz，易受外來(lái)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(hào)變化越快電磁輻射能力越強(qiáng))，不能進(jìn)行無(wú)線傳輸也不能實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。為了克服以上缺點(diǎn)通過(guò)調(diào)制技術(shù)就可以把基帶信號(hào)變?yōu)榫哂幸欢◣挼倪m合于信道傳輸?shù)念l帶信號(hào)。調(diào)制的過(guò)程也就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜搬移的過(guò)程。調(diào)制在整個(gè)通信過(guò)程中是最基本、最重要的一個(gè)處理信號(hào)方法，在通信系統(tǒng)中，對(duì)模擬基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的目的就是為了讓多個(gè)基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后在有線信道上同時(shí)傳輸，同時(shí)也適合于在無(wú)線信道中實(shí)現(xiàn)頻帶信號(hào)的傳輸；并且還能增強(qiáng)信號(hào)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(shí)還可實(shí)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(guò)程，它的作用是從已調(diào)波信號(hào)中取出原來(lái)的調(diào)制信號(hào)。對(duì)于幅度調(diào)制來(lái)說(shuō)，解調(diào)是從它的幅度變化提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。在振幅調(diào)制中，根據(jù)所輸出已調(diào)波信號(hào)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(duì)AM波的不足，DSB(Double Side Band)信號(hào)是抑制了載波的雙邊帶信號(hào)，發(fā)送時(shí)，不發(fā)送載波信號(hào)，對(duì)于DSB信號(hào)，其包洛的變化反映了調(diào)制信號(hào)絕對(duì)值的變化情況，當(dāng)調(diào)制信號(hào)過(guò)零點(diǎn)時(shí)，有相位的突變。此次通信原理綜合課程設(shè)計(jì)便是利用M

5、ATLAB對(duì)常規(guī)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的仿真與分析。具體設(shè)計(jì)要求如下：（1） 掌握雙邊帶常規(guī)調(diào)幅信號(hào)的原理和實(shí)現(xiàn)方法。（2）用MATLAB產(chǎn)生一個(gè)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(huà)出AM調(diào)制信號(hào)、該信號(hào)的功率譜密度、相干解調(diào)后的信號(hào)波形。分析在AWGN信道下，仿真系統(tǒng)的性能。 2 概要設(shè)計(jì)2.1 幅度調(diào)制的一般模型幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化的過(guò)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(hào)，為已調(diào)信號(hào)，為濾波器的沖激響應(yīng)，則已調(diào)信號(hào)的時(shí)域和頻域一般表達(dá)式分別為 （2-1

6、） （2-2）式中，為調(diào)制信號(hào)的頻譜，為載波角頻率。 由以上表達(dá)式可見(jiàn)，對(duì)于幅度調(diào)制信號(hào)，在波形上，它的幅度隨基帶信號(hào)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(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移。由于這種搬移是線性的，因此幅度調(diào)制通常又稱(chēng)為線性調(diào)制，相應(yīng)地，幅度調(diào)制系統(tǒng)也稱(chēng)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(hào)的表達(dá)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(hào)中無(wú)直流分量，則輸出的已調(diào)信號(hào)就是無(wú)載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，或稱(chēng)抑制載波雙邊帶（DSB-SC）調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)稱(chēng)雙邊帶（DSB）信號(hào)。 DSB調(diào)制器模型如圖3-2所

7、示?？梢?jiàn)DSB信號(hào)實(shí)質(zhì)上就是基帶信號(hào)與載波直接相乘，其時(shí)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(hào)的包絡(luò)不再與成正比，故不能進(jìn)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(hào)的頻譜與AM信號(hào)的完全相同，仍由上下對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)邊帶組成。故DSB信號(hào)是不帶載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬與AM信號(hào)相同，也為基帶信號(hào)帶寬的兩倍， 即 （2-5） 式中，為調(diào)制信號(hào)帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。2.2.2 DSB信號(hào)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(hào)的功率就等于邊帶功率，是調(diào)制信號(hào)功率的一半 ，即 （2-6）

8、式中，為邊帶功率，為調(diào)制信號(hào)功率。顯然，DSB信號(hào)的調(diào)制效率為100%。2.2.3 DSB信號(hào)的解調(diào) DSB信號(hào)只能采用相干解調(diào)，其模型與AM信號(hào)相干解調(diào)時(shí)完全相同，如圖2-3所示。此時(shí)，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(xiàng)，得 （2-8） 即無(wú)失真地恢復(fù)出原始電信號(hào)。 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(jiǎn)單，僅用一個(gè)乘法器就可實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是占用頻帶寬度比較寬，為基帶信號(hào)的2倍。 開(kāi)始利用matlab繪制已知信號(hào)f(t)利用matlab繪制已調(diào)信號(hào)利用matlab繪制載波信號(hào)利用matlab繪制已知信號(hào)f(t)的頻譜利用m

9、atlab繪制相干解調(diào)后的信號(hào)波形對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析利用matlab繪制DSB-SC調(diào)制信號(hào)的功率譜密度利用matlab繪制已調(diào)信號(hào)的頻譜3.1 設(shè)計(jì)流程圖3 運(yùn)行環(huán)境操作系統(tǒng)：Windows xp應(yīng)用軟件：MATLAB4 開(kāi)發(fā)工具和編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具：MATLAB軟件編程語(yǔ)言：M語(yǔ)言5 詳細(xì)設(shè)計(jì) （1）利用matlab繪制已知信號(hào)f(t)： 由于函數(shù)是辛格函數(shù)，故利用時(shí)間t與f(t)的關(guān)系，再利用subplot函數(shù)實(shí)現(xiàn)子圖的畫(huà)法。 （2）利用matlab繪制已知信號(hào)f(t)的頻譜： 根據(jù)f(t)的表達(dá)示，通過(guò)求傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜，具體可以取40000個(gè)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且運(yùn)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(shí)現(xiàn)子圖的畫(huà)法。源程序代碼如下：fs=3000 %信號(hào)頻譜t1=-2:0.0001:2y11=sinc(t1*200)yk=fft(y11,50000) %對(duì)信號(hào)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(hào)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(hào)： 利用subplot函數(shù)實(shí)現(xiàn)子圖的畫(huà)法。原程序如下：y3=cos(2*pi*10*t) %載波信號(hào)subplot(2,3,3),plot(t,y3)title('載波信號(hào)')xlabel('時(shí)間：s')ylabel('幅度')gridxlim(-0.1,0.1)（4） 利用matlab繪制已調(diào)信號(hào)由調(diào)制信號(hào)知：抑制載波雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制過(guò)程實(shí)際上就是調(diào)制信號(hào)與載波的相乘運(yùn)算。故此時(shí)將上述兩個(gè)信號(hào)相乘，就可以得出已調(diào)信號(hào)y4, y4=sinc(t.*200).*cos(2*

12、.*fc3.*t). 這樣再利用subplot函數(shù)實(shí)現(xiàn)子圖的畫(huà)法。原程序如下：y4=cos(t)*cos(2*pi*10*t) %已調(diào)信號(hào)subplot(2,3,4),plot(t,y4,'r-')title('已調(diào)信號(hào)')xlabel('時(shí)間：s')ylabel('幅度')gridxlim(-0.05,0.05)(5) 利用matlab繪制已調(diào)信號(hào)的頻譜 根據(jù)已調(diào)信號(hào)的表達(dá)示，提高求傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜，具體可以取4000個(gè)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且運(yùn)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(shí)現(xiàn)子圖的畫(huà)法。源程序如下：fs1=1000 %已調(diào)信號(hào)頻譜yk=fft(y4,5000) %對(duì)信號(hào)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(hào)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(hào)的功率譜密度 通信中，調(diào)制

14、信號(hào)通常是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。其功率譜密度與自相關(guān)函數(shù)之間是一對(duì)付氏變換關(guān)系。此時(shí)先求調(diào)制信號(hào)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(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)，此時(shí)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(shí)現(xiàn)，此時(shí)用figure和subplot可以在另一頁(yè)畫(huà)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(hào)自相關(guān)函數(shù)Figure %200表示自相關(guān)函數(shù)時(shí)間subp

15、lot(211) plot(lags/fs,c)title('DSB信號(hào)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(hào)功率譜')xlabel('w')ylabel('Rxx(t)')grid（7）利用matlab繪制相干解調(diào)后的信號(hào)波形

16、 由抑制載波雙邊帶調(diào)幅的解調(diào)過(guò)程實(shí)際上實(shí)際是將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)同頻同相的載波。源程序如下：y7=y4.*y3 %解調(diào)信號(hào)figuresubplot(211)plot(t,y7)title('解調(diào)信號(hào)')xlabel('時(shí)間：s')ylabel('幅度')gridxlim(-0.1,0.1) 再用一個(gè)低通濾波器就可以恢復(fù)原始的調(diào)制信號(hào)，這種調(diào)制方法稱(chēng)為相干解調(diào)。主要程序語(yǔ)句為n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)；b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn)；這樣可以實(shí)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(shí)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(guò)這樣可以使濾波后的波形失真更小。此時(shí)可得相干解調(diào)后的信號(hào)波形，源代碼如下：Rp=0.1; %濾波后的f(t)信號(hào)Rs=80; %信號(hào)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(hào)');xlabel('時(shí)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(jì)通過(guò)對(duì)信號(hào)抑制雙邊帶調(diào)制的仿真分析。此過(guò)程證明了雙邊帶調(diào)制過(guò)程中有頻譜的搬移。將已調(diào)的信號(hào)通過(guò)乘以同頻同相的本地載波，即為相干解調(diào)。此時(shí)的波形沒(méi)有經(jīng)過(guò)低通濾波器，所以波形與原始信號(hào)有點(diǎn)不一致。最后通過(guò)濾波器后，在設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整下，可以恢復(fù)出原始的信號(hào)。驗(yàn)證了解調(diào)的理論實(shí)現(xiàn)。畫(huà)原始信號(hào)的波形，頻譜以及載波的波形并且分析兩個(gè)波形之間頻率的大小關(guān)系，再實(shí)現(xiàn)兩個(gè)函數(shù)的相乘，可以得出已調(diào)信號(hào)，并且利用傅

19、立葉變換可以找到其頻譜。此時(shí)可以看出抑制載波雙邊帶調(diào)幅的實(shí)質(zhì)為頻譜的搬移。同時(shí)通過(guò)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(shí)現(xiàn)功率譜密度函數(shù)波形的畫(huà)法。最后將已調(diào)信號(hào)與載波信號(hào)相乘經(jīng)過(guò)低通濾波器作相干解調(diào)，就可以恢復(fù)出原始信號(hào)。對(duì)橢圓濾波器的參數(shù)做調(diào)整，則可以改變其恢復(fù)信號(hào)的準(zhǔn)確度。而抑制載波雙邊帶調(diào)幅的優(yōu)點(diǎn)在于可以提高效率，減少干擾。7 測(cè)試結(jié)果（1）利用matlab繪制已知信號(hào)f(t)以及信號(hào)f(t)的頻譜： 圖7-1：已知信號(hào)波形及頻譜 （2）利用matlab繪制載波信號(hào)： 圖7-2 ：載波信號(hào)（3）利用matlab繪制已調(diào)信號(hào)及頻譜： 圖7-3：已調(diào)信號(hào)（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(hào)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(hào)波形 圖7-5： 乘上同頻同相的載波后的信號(hào)波形及相干解調(diào)后的信號(hào)波形 通過(guò)利用matlab程序?qū)崿F(xiàn)了題目的要求，完成了對(duì)抑制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）的解調(diào)。參考文獻(xiàn)1劉毅敏. 基于matlab的調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì). 武漢科技大學(xué)2郭文彬. 通信原理基于matlab的計(jì)算機(jī)仿真. 北京郵電大學(xué)出版社3孫屹.MATLAB通信仿真開(kāi)發(fā)手冊(cè). 國(guó)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