基于MATLAB的抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制(DSB)與解調(diào)分析

1、武漢理工大學(xué)信號分析處理課程設(shè)計(jì)說明書目錄1基于MATLAB的抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制（DSB）與解調(diào)分析摘要22、設(shè)計(jì)目的33、設(shè)計(jì)要求34、系統(tǒng)原理44.1系統(tǒng)框圖：44.2各模塊原理及M文件實(shí)現(xiàn)44.2.1.發(fā)送與接收濾波器74.2.2.解調(diào)部分75 Simulink仿真95.1：調(diào)制仿真95.2：調(diào)制+解調(diào)125.3：調(diào)制+高斯噪聲+解調(diào)155.4總結(jié)：176、M文件完整程序187、個(gè)人小結(jié)248、參考文獻(xiàn)251基于MATLAB的抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制（DSB）與解調(diào)分析摘要信號的調(diào)制與解調(diào)在通信系統(tǒng)中具有重要的作用。調(diào)制過程實(shí)際上是一個(gè)頻譜搬移的過程，即是將低頻信號的頻譜（調(diào)制信號

2、）搬移到載頻位置（載波）。而解調(diào)是調(diào)制的逆過程，即是將已調(diào)制信號還原成原始基帶信號的過程。調(diào)制與解調(diào)方式往往能夠決定一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。幅度調(diào)制就是一種很常見的模擬調(diào)制方法，在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，仍占據(jù)大部分功率，如果抑制載波分量的發(fā)送，就能夠提高功率效率，這就抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB-SC（Double Side Band with Suppressed Carrier），因?yàn)椴淮嬖谳d波分量，DSB-SC信號的調(diào)制效率就是100%，即全部功率都用于信息傳輸。但由于DSB-SC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(fù)調(diào)制信號，需采用同步檢波來解調(diào)。

3、這種解調(diào)方式被廣泛應(yīng)用在載波通信和短波無線電話通信中。但是由于在信道傳輸過程中必將引入高斯白噪聲，雖然經(jīng)過帶通濾波器后會(huì)使其轉(zhuǎn)化為窄帶噪聲，但它依然會(huì)對解調(diào)信號造成影響，使其有一定程度的失真，而這種失真是不可避免的。本文介紹了M文件編程和Simulink兩種方法來仿真DSB-SC系統(tǒng)的整個(gè)調(diào)制與解調(diào)過程。關(guān)鍵詞 DSB-SC調(diào)制 同步檢波 信道噪聲 M文件 Simulink仿真2、設(shè)計(jì)目的 本課程設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)模擬DSB-SC信號的調(diào)制解調(diào)。加深對幅度調(diào)制的理解，建立對通信系統(tǒng)整體過程和框架的新認(rèn)識(shí)，更好的理解幅度調(diào)制系統(tǒng)的各個(gè)模塊的作用以及仿真實(shí)現(xiàn)方法。同時(shí)加強(qiáng)對MATLAB操作的熟練度，在使用

4、中去感受MATLAB的應(yīng)用方式與特色。利用自主的設(shè)計(jì)過程來鍛煉自己獨(dú)立思考，分析和解決問題的能力，加強(qiáng)動(dòng)手能力，在實(shí)驗(yàn)中提高對理論的領(lǐng)悟?qū)哟?，明白通信的?shí)質(zhì)！3、設(shè)計(jì)要求（1）熟悉MATLAB中M文件的使用方法，掌握DSB-SC信號的調(diào)制解調(diào)原理，以此為基礎(chǔ)用M文件編程、Simulink仿真實(shí)現(xiàn)DSB-SC信號的調(diào)制解調(diào)。（2）繪制出DSB-SC信號調(diào)制解調(diào)前后在時(shí)域和頻域中的波形，觀察兩者在解調(diào)前后的變化，通過對結(jié)果的分析來加強(qiáng)對DSB-SC信號調(diào)制解調(diào)原理的理解。（3）用隨機(jī)噪聲來模擬信道中的高斯白噪聲。4、系統(tǒng)原理4.1系統(tǒng)框圖：調(diào)制信號調(diào)制器信道發(fā)送濾波器接收濾波器載波解調(diào)器噪聲低通濾

5、波解調(diào)信號4.2各模塊原理及M文件實(shí)現(xiàn)4.2.1.調(diào)制部分如果將AM信號中的載波抑制，只需在將直流去掉，即可輸出抑制載波雙邊帶信號（DSB-SC）。DSB-SC調(diào)制器模型如圖1所示。圖1 DSB-SC調(diào)制器模型 其中，設(shè)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）。假定調(diào)制信號的平均值為0，與載波相乘，即可形成DSB-SC信號，其時(shí)域表達(dá)式為式中，的平均值為0。DSB-SC的頻譜為DSB-SC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(fù)調(diào)制信號， 需采用相干解調(diào)(同步檢波)。另外，在調(diào)制信號的過零點(diǎn)處，高頻載波相位有180的突變。除了不再含有載頻

6、分量離散譜外，DSB-SC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(gè)邊帶組成。所以DSB-SC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(diào)制信號的最高頻率。 仿真程序如下：Fs=500; %抽樣頻率為Fs/HzT=0:499/Fs; %定義運(yùn)算時(shí)間Fc=50; %載波頻率為Fc/Hzf=5; %調(diào)制信號頻率為f/Hzx1=sin(2*pi*f*T); %調(diào)制信號N=length(x1); %調(diào)制信號長度X1=fft(x1); %傅里葉變換到頻域y1=amod(x1,Fc,Fs,amdsb-sc);%調(diào)用函數(shù)amod()進(jìn)行調(diào)制繪圖得到結(jié)果如下:4.1.2.

7、高斯白噪聲信道特性分析在實(shí)際信號傳輸過程中，通信系統(tǒng)不可避免的會(huì)遇到噪聲，例如自然界中的各種電磁波噪聲和設(shè)備本身產(chǎn)生的熱噪聲、散粒噪聲等，它們很難被預(yù)測。而且大部分噪聲為隨機(jī)的高斯白噪聲，所以在設(shè)計(jì)時(shí)引入噪聲，才能夠真正模擬實(shí)際中信號傳輸所遇到的問題，進(jìn)而思考怎樣才能在接受端更好地恢復(fù)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(diào)的影響情況。在此過程中，我用函數(shù)來添加噪聲，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信噪比滿足公式 到達(dá)接收端之前，已調(diào)信號通過信道，會(huì)疊加上信道噪聲，使信號

8、有一定程度的失真。故接收端收到的信號應(yīng)為：已調(diào)信號+信道噪聲仿真程序：noisy=randn(1,N); %模擬信道噪聲y1=y1+noisy; %接收端收到的信號Y1=fft(y1); %傅里葉變換到頻域調(diào)制信號、已調(diào)信號、加噪已調(diào)信號的繪圖如下：4.2.1.發(fā)送與接收濾波器主要為了濾除帶外噪聲，傳遞有用信息，提高信噪比，減小失真，采用巴特沃斯帶通濾波器實(shí)現(xiàn)。仿真程序：rp=1;rs=10; %通帶衰減和阻帶衰減wp=2*pi*43,58;ws=2*pi*40,61; %通帶截止頻率和阻帶截止頻率N,wc=buttord(wp,ws,rp,rs,s); %得出巴特沃斯的階數(shù)N1和3dB截止頻

9、率B,A=butter(N,wc,s); %計(jì)算系統(tǒng)函數(shù)分子和分母多項(xiàng)式系數(shù)Bz,Az=impinvar(B,A,Fs); %用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR，將模擬轉(zhuǎn)數(shù)字 yf=filter(Bz,Az,y1); %過帶通濾波器濾除帶外噪聲Yf=fft(yf); %變換到頻域得到帶限加噪已調(diào)信號如下：4.2.2.解調(diào)部分所謂同步檢波是為了從接收的已調(diào)信號中，不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號，要求本地載波和接收信號的載波保證同頻同相。同步檢波的一般數(shù)學(xué)模型如圖所示。 DSB-SC同步檢波模型設(shè)輸入為DSB-SC信號乘法器輸出為通過低通濾波器后當(dāng)常數(shù)時(shí)，解調(diào)輸出信號為程序?qū)崿F(xiàn)：y2=ademod(y1,Fc,F

10、s,amdsb-sc); %用函數(shù)ademod()解調(diào)y1Y2=fft(y2); %得出解調(diào)信號y2的頻譜fp1=6;fs1=9;rp1=1;rs1=10; %設(shè)計(jì)巴特沃斯低通濾波器wp1=2*pi*fp1;ws1=2*pi*fs1; N1,wc1=buttord(wp1,ws1,rp1,rs1,s); B1,A1=butter(N1,wc1,s); Bz1,Az1=impinvar(B1,A1,Fs); yout=filter(Bz1,Az1,y2); %將y2過低通濾波器得多最后輸出信號Yout=fft(yout); %得出輸出信號的頻譜調(diào)制信號與解調(diào)信號的對比：5 Simulink仿真5

11、.1：調(diào)制仿真調(diào)制仿真框圖參數(shù)設(shè)置：輸出波形：上面為信號波形 下邊為調(diào)制之后的波形原信號頻譜：調(diào)制之后的頻譜圖：5.2：調(diào)制+解調(diào)調(diào)制解調(diào)仿真框圖（一）解調(diào)參數(shù)： 解調(diào)后的波形：解調(diào)后的頻譜圖：5.3：調(diào)制+高斯噪聲+解調(diào)在調(diào)制之后加入均值為0 方差為1的高斯噪聲調(diào)制解調(diào)仿真框圖（二）圖中：上部分是原始信號波形 中間部分是調(diào)制后的波形 下部分是解調(diào)后的波形 最后是添加高斯噪聲波形解調(diào)后信號的頻譜圖5.4總結(jié)： 調(diào)制信號經(jīng)過調(diào)制之后引入噪聲，經(jīng)過解調(diào)過程后，再經(jīng)過低通濾波器來將噪聲濾除，將調(diào)制信號解調(diào)出來，反應(yīng)原來的信息（由于噪聲必然存在，所以必然造成一定程度的失真，但都在可接受的范圍內(nèi)）。6、

12、M文件完整程序%*調(diào)制部分Fs=500; %抽樣頻率為Fs/HzT=0:499/Fs; %定義運(yùn)算時(shí)間Fc=50; %載波頻率為Fc/Hzf=5; %調(diào)制信號頻率為f/Hzx1=sin(2*pi*f*T); %調(diào)制信號N=length(x1); %調(diào)制信號長度X1=fft(x1); %傅里葉變換到頻域y0=amod(x1,Fc,Fs,amdsb-sc); %調(diào)用函數(shù)amod()進(jìn)行調(diào)制noisy=randn(1,N); %模擬信道噪聲y1=y0+noisy/3; %接收端收到的信號Y0=fft(y0);Y1=fft(y1); %傅里葉變換到頻域figure(1)subplot(3,2,1);p

13、lot(T,x1); %調(diào)制信號時(shí)域波形圖 title(調(diào)制信號波形);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);s=abs(X1);frq=0:N-1*Fs/N; %橫坐標(biāo)頻率/Hzsubplot(3,2,2);plot(frq,s);axis(0 100 0 300); %調(diào)制信號頻譜圖title(調(diào)制信號頻譜);xlabel(頻率);ylabel(幅度);subplot(3,2,3);plot(T,y0); %已調(diào)信號時(shí)域波形圖title(已調(diào)信號波形);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);s0=abs(Y0);subplot(3,2,4);plot(frq,s0);axis(

14、0 100 0 150);title(已調(diào)信號頻譜);xlabel(頻率);ylabel(幅度);subplot(3,2,5);plot(T,y1); %已調(diào)信號時(shí)域波形圖title(加噪已調(diào)信號波形);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);s1=abs(Y1);subplot(3,2,6);plot(frq,s1);axis(0 100 0 150);title(加噪已調(diào)信號頻譜);xlabel(頻率);ylabel(幅度);%*帶通濾波器rp=1;rs=10; %四項(xiàng)指標(biāo)wp=2*pi*43,58;ws=2*pi*40,61; %通帶角頻率和截止角頻率N,wc=buttord(wp,

15、ws,rp,rs,s); %得出巴特沃斯的階數(shù)N1和3dB截止頻率B,A=butter(N,wc,s); %計(jì)算系統(tǒng)函數(shù)分子和分母多項(xiàng)式系數(shù)Bz,Az=impinvar(B,A,Fs); %用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)IIR，將模擬轉(zhuǎn)數(shù)字 yf=filter(Bz,Az,y1);Yf=fft(yf);figure(2)subplot(2,2,1);plot(T,yf); %調(diào)制信號過帶通濾波器title(帶限信號波形);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);s2=abs(Yf);subplot(2,2,2);plot(frq,s2);axis(0 100 0 120);title(帶限信號頻譜)

16、;xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);%*解調(diào)部分y2=ademod(y1,Fc,Fs,amdsb-sc); %用函數(shù)ademod()解調(diào)y1Y2=fft(y2); %得出解調(diào)信號y2的頻譜subplot(2,2,3);plot(T,y2);title(接收信號波形);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);s3=abs(Y2);subplot(2,2,4);plot(frq,s3);axis(0 100 0 250);title(接收信號頻譜);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);%*接收低通濾波器fp1=6;fs1=9;rp1=1;rs1=10; %設(shè)計(jì)巴特沃斯低通濾波

17、器wp1=2*pi*fp1;ws1=2*pi*fs1; N1,wc1=buttord(wp1,ws1,rp1,rs1,s); B1,A1=butter(N1,wc1,s); Bz1,Az1=impinvar(B1,A1,Fs); yout=filter(Bz1,Az1,y2); %將y2過低通濾波器得多最后輸出信號Yout=fft(yout); %得出輸出信號的頻譜figure(3)subplot(2,2,1);plot(T,x1); %調(diào)制信號時(shí)域波形圖 title(調(diào)制信號波形);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);s4=abs(X1);subplot(2,2,2);plot(frq,s4);axis(0 100 0 300); %調(diào)制信號頻譜圖title(調(diào)制信號頻譜);xlabel(頻率);ylabel(幅度);subplot(2,2,3);plot(T,yout); %調(diào)制信號時(shí)域波形圖 title(解調(diào)信號波形);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);s5=abs(Yout