通信原理DSB系統(tǒng)仿真

1、淤 淤 濃 淤 淤淤 淤 濃 淤 淤淤淤2008級(jí)通信原理%課程設(shè)計(jì)通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課題名稱DSB系統(tǒng)仿真姓 名學(xué) 號(hào)院、系、部電氣系一專 業(yè)電子信息工程指導(dǎo)教師2011年6月27日DSB系統(tǒng)仿真摘要本次課程設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)制信號(hào)經(jīng)DSB調(diào)制后的解調(diào)過(guò)程。信號(hào)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(guò)程實(shí)際上是一個(gè)頻譜搬移的過(guò)程，即是將低頻信 號(hào)的頻譜（調(diào)制信號(hào)）搬移到載頻位置（載波）。而解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，即是將已調(diào) 制信號(hào)還原成原始基帶信號(hào)的過(guò)程。信號(hào)的接收端就是通過(guò)解調(diào)來(lái)還原已調(diào)制信號(hào)從而 讀取發(fā)送端發(fā)送的信息。因此信號(hào)的解調(diào)對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可靠性有著很大的 影響。

2、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。雙邊帶DSB調(diào)制信號(hào)的解調(diào) 采用相干解調(diào)法（即是將已調(diào)信號(hào)與相同載波頻率相乘），這種方式被廣泛應(yīng)用在載波 通信和短波無(wú)線電話通信中。但是由于在信道傳輸過(guò)程中必將引入高斯白噪聲，雖然經(jīng) 過(guò)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(duì)解調(diào)信號(hào)造成影響，即使其失真， 而這種失真是不可避免的。一、設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)模擬DSB信號(hào)的調(diào)制解調(diào)。在此次課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)搜集資料 與分析，來(lái)理解DSB調(diào)制解調(diào)的具體過(guò)程和它在MATLAB中的實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)這個(gè)階段 的研習(xí)，更清晰地認(rèn)識(shí)DSB的調(diào)制解調(diào)原理，根據(jù)DSB信號(hào)的調(diào)制解調(diào)過(guò)程基礎(chǔ)分析可 知過(guò)程中會(huì)涉及

3、到隨機(jī)噪聲、帶通濾波器、低通濾波器的函數(shù)表達(dá)式，同時(shí)加深對(duì)MATLAB 這款通信仿真軟件操作的熟練度，在使用中去感受MATLAB的應(yīng)用方式與特色，并通過(guò) 仿真過(guò)程理解通信原理課程的調(diào)制解調(diào)過(guò)程。利用自主的設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)鍛煉自己獨(dú)立思 考，分析和解決問(wèn)題的能力，為我今后的自主學(xué)習(xí)研究提供具有實(shí)用性的經(jīng)驗(yàn)。二、設(shè)計(jì)要求（1）熟悉MATLAB中M文件的使用方法，掌握DSB信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理，以此為基 礎(chǔ)用M文件編程實(shí)現(xiàn)DSB信號(hào)的調(diào)制解調(diào)。（2）繪制出SSB信號(hào)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(guò)對(duì)分析結(jié)果來(lái)加強(qiáng)對(duì)DSB信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理的理解。（3）對(duì)信號(hào)分別疊加大小不同的

4、噪聲后再進(jìn)行解調(diào)，繪制出解調(diào)前后信號(hào)的時(shí)域 和頻域波形，比較未疊加噪聲時(shí)和分別疊加大小噪聲時(shí)解調(diào)信號(hào)的波形有何區(qū)別，由所 得結(jié)果來(lái)分析噪聲對(duì)信號(hào)解調(diào)造成的影響。在老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容，并按要求編寫課程設(shè)計(jì)論 文，文中能正確闡述和分析設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果.三、系統(tǒng)原理1、DSB信號(hào)的模型在AM信號(hào)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A0去掉，即可輸出抑制載波雙邊帶信號(hào)，簡(jiǎn)稱雙邊帶信號(hào)(DSB)。DSB 調(diào)制器模型如圖1所示。圖1 DSB調(diào)制器模型其中，設(shè)正弦載波為c(t) = A cos( J + 中 0)式中，A為載波幅度； c為載波角頻率

5、；為初始相位(假定見為0)。調(diào)制過(guò)程是一個(gè)頻譜搬移的過(guò)程，它是將低頻信號(hào)的頻譜搬移到載頻位置。而解調(diào) 是將位于載頻的信號(hào)頻譜再搬回來(lái)，并且不失真地恢復(fù)出原始基帶信號(hào)。雙邊帶解調(diào)通常采用相干解調(diào)的方式，它使用一個(gè)同步解調(diào)器，即由相乘器和低通 濾波器組成。在解調(diào)過(guò)程中，輸入信號(hào)和噪聲可以分別單獨(dú)解調(diào)。相干解調(diào)的原理框圖 如圖2所示：焉低通濾波器 皿。)COS (tOc/+(/)圖2相干解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型信號(hào)傳輸信道為高斯白噪聲信道，其功率為a 2。2、DSB信號(hào)調(diào)制過(guò)程分析假定調(diào)制信號(hào)m(t)的平均值為0,與載波相乘，即可形成DSB信號(hào)，其時(shí)域表達(dá)式 為Sdsb = m(t)cos ”式中，m(t)

6、的平均值為0。DSB的頻譜為1_,、-Sy = 2M 0+Q) + M (O-Oc)DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波來(lái) 恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，需采用相干解調(diào)(同步檢波)。另外，在調(diào)制信號(hào)m(t)的過(guò)零點(diǎn)處，高 頻載波相位有180的突變。除了不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號(hào)的頻譜與AM信號(hào)的頻譜完全相同，仍由 上下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶組成。所以DSB信號(hào)的帶寬與AM信號(hào)的帶寬相同，也為基帶信號(hào) 帶寬的兩倍，即BDSB = BAM = 2 fH式中，fH為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。3、高斯白噪聲信道特性分析在實(shí)際信號(hào)傳輸過(guò)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

7、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(cè)。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(hào)傳輸所遇到的 問(wèn)題，進(jìn)而思考怎樣才能在接受端更好地恢復(fù)基帶信號(hào)。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(duì)雙邊帶信號(hào)添加高斯白噪 聲來(lái)觀察噪聲對(duì)解調(diào)的影響情況。為了具體而全面地了解噪聲的影響問(wèn)題，我將分別引入大噪聲(信噪比為20dB)與 小噪聲(信噪比為2dB)作用于雙邊帶信號(hào)，再分別對(duì)它們進(jìn)行解調(diào)，觀察解調(diào)后的信 號(hào)受到了怎樣的影響。在此過(guò)程中，我用函數(shù)randn來(lái)添加噪聲，此函數(shù)功能為向信號(hào)中添加噪聲功率

8、為 其方差的高斯白噪聲。正弦波通過(guò)加性高斯白噪聲信道后的信號(hào)為r (t) = A cos(ct + 0) + n(t)故其有用信號(hào)功率為A2S = 2噪聲功率為N故其有用信號(hào)功率為A2S = 2噪聲功率為N =Q 2信噪比滿足公式B = 10logi4 Sn )則可得到公式A2b 2 =B2 1010我們可以通過(guò)這個(gè)公式方便的設(shè)置高斯白噪聲的方差。4、DSB解調(diào)過(guò)程分析所謂相干解調(diào)是為了從接收的已調(diào)信號(hào)中，不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，要求本地載 波和接收信號(hào)的載波保證同頻同相。相干解調(diào)的一般數(shù)學(xué)模型如圖所示。5m 5m (02低通濾波器A mQ (0cos (oct+(p)圖5 DSB相干解調(diào)模型

9、設(shè)圖四的輸入為DSB信號(hào)Sm(t) = SDSB (t) = m(t )cos(+%)乘法器輸出為p (t) = SDSB (t) = m(t )cos( Qt + %)cos( Qt +里)1=3 m(t )cos(中一%) + cos(2Qt + % + 中)A通過(guò)低通濾波器后/、 1 /、 /、m 0(t) = -m(t )cos(甲 0甲)當(dāng)中0=中=常數(shù)時(shí)，解調(diào)輸出信號(hào)為1m 0(t) = -m(t)大小不同信噪比的解調(diào)波形，如圖6：50050200250300350400450500550600Variable t50 f：小信噪比解調(diào)信號(hào)波形礦V部一0用；U:1偵Pi I1502

10、00250300350400450500550600Variable t圖6不同信噪比解調(diào)波形四、程序設(shè)計(jì)DSB信號(hào)調(diào)制過(guò)程：clf;clc;clear;ts=0.01;t0=2;t=-t0:ts:t0;fc=10;A=1;fa=1;mt二A*cos(2*pi*fa.*t);ct二cos(2*pi*fc.*t);psnt二mt.*ct;subplot(5,1,1);plot(t,mt,g);title(輸入信號(hào)波形);xlabel(Variable t);ylabel(Variable mt);subplot(5,1,2);%清除窗口中的圖形%定義變量區(qū)間步長(zhǎng)%定義變量區(qū)間終止值%定義變量區(qū)間

11、取值情況%給出相十載波的頻率%定義調(diào)制信號(hào)幅度%定義調(diào)制信號(hào)頻率%輸入調(diào)制信號(hào)表達(dá)式%輸入載波信號(hào)表達(dá)式%輸出調(diào)制信號(hào)表達(dá)式%劃分畫圖區(qū)間%畫出調(diào)制信號(hào)波形plot(t,ct,b);title(輸入載波波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable ct);subplot(5,1,3);plot(1:length(psnt),psnt,r);title(已調(diào)信號(hào)波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable psnt);mt1=fftshift(fft(mt);mt2二abs(mt1.”2);df=1/(2*t0);ff=length

12、(mt1);f=-ff/2*df:df:ff/2*df-df;subplot(5,1,4);plot(f,mt2);psnt1=fftshift(fft(psnt);psnt2=abs(psnt1.”2);subplot(5,1,5);plot(f,psnt2);高斯白噪聲信道特性：clf;ts=0.01;t0=2;t=-t0+0.0001:ts:t0;fc=10;A=1;fa=1;mt二A*cos(2*pi*fa.*t);xzb=2;snr=10.”(xzb/10);h,l=size(mt);fangcha二A*A./(2*snr);nit=sqrt(fangcha).*randn(h,l)

13、;psmt=mt.*cos(2*pi*fc.*t);psnt=psmt+nit;xzb=20;snr1=10.”(xzb/10);h,l=size(mt);fangcha1=A*A./(2*snr1);nit1=sqrt(fangcha1).*randn(h,l);psnt1=psmt+nit1;subplot(2,2,1);%畫出載波信號(hào)波形%length用于長(zhǎng)度匹配%畫出已調(diào)信號(hào)波形%調(diào)制信號(hào)功率譜密度%已調(diào)信號(hào)功率譜密度%清除窗口中的圖形%定義變量區(qū)間步長(zhǎng)%定義變量區(qū)間終止值%定義變量區(qū)間%給出相十載波的頻率%定義輸入信號(hào)幅度%定義調(diào)制信號(hào)頻率%輸入調(diào)制信號(hào)表達(dá)式%輸入小信噪比(dB)%

14、求調(diào)制信號(hào)的維數(shù)%由信噪比求方差%產(chǎn)生小信噪比高斯白躁聲%輸出調(diào)制信號(hào)表達(dá)式%輸出疊加小信噪比已調(diào)信號(hào)波形%輸入大信噪比(dB)%求調(diào)制信號(hào)的維數(shù)%由信噪比求方差%產(chǎn)生大信噪比高斯白噪聲%輸出已調(diào)信號(hào)波形%劃分畫圖區(qū)間plot(t,nit,g);title(小信噪比高斯白躁聲)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable nit);subplot(2,2,2);plot(t,psnt,b);title(疊加小信噪比已調(diào)信號(hào)波形);xlabel(Variable t);ylabel(Variable psnt);subplot(2,2,3);plot(t,nit1,r)

15、;title(大信噪比高斯白躁聲)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable nit);subplot(2,2,4);plot(t,psnt1,k);title(疊加大信噪比已調(diào)信號(hào)波形);xlabel(Variable t);ylabel(Variable psmt);調(diào)制解調(diào)仿真過(guò)程：clf;ts=0.01;t0=2;t=-t0+0.0001:ts:t0;fc=10;A=1;fa=1;mt二A*cos(2*pi*fa.*t);xzb=20;snr=10.”(xzb/10);h,l=size(mt);fangcha二A*A./(2*snr);nit二sqrt(fa

16、ngcha).*randn(h,l);snit=mt+nit;psmt二mt.*cos(2*pi*fc.*t);pnit二nit.*cos(2*pi*fc.*t);%畫出輸入信號(hào)波形%length用于長(zhǎng)度匹配%畫出輸入信號(hào)與噪聲疊加波形%畫出輸出信號(hào)波形%清除窗口中的圖形%定義變量區(qū)間步長(zhǎng)%定義變量區(qū)間終止值%定義變量區(qū)間%給出相十載波的頻率%定義輸入信號(hào)幅度%定義調(diào)制信號(hào)頻率%輸入調(diào)制信號(hào)表達(dá)式%輸入信噪比(dB)%求調(diào)制信號(hào)的維數(shù)%由信噪比求方差%產(chǎn)生高斯白噪聲%調(diào)制信號(hào)與噪聲疊加%輸出調(diào)制信號(hào)表達(dá)式%輸出噪聲表達(dá)式psnt=psmt+pnit;jic=psnt.*cos(2*pi*fc.

17、*t);%輸出已調(diào)信號(hào)波形%調(diào)制信號(hào)乘以相十載波ht=(2*pi*fc.*sin(2*pi*fc.*t)./(2*pi*fc.*t)./pi; % 低通濾波器的時(shí)域表達(dá)式htw=abs(fft(ht);%低通濾波器的頻域表達(dá)式j(luò)t=conv(ht,jic);%解調(diào)信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式subplot(3,3,1);plot(t,mt,g);title(輸入信號(hào)波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable mt);subplot(3,3,2);plot(t,nit,b);title(輸入噪聲波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable n

18、it);subplot(3,3,3);plot(1:length(snit),snit,r);title(輸入信號(hào)與噪聲疊加波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable snit);subplot(3,3,4);plot(t,psmt,k);title(輸出信號(hào)波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable psmt);subplot(3,3,5);plot(t,pnit,k);title(輸出噪聲波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable pnit);subplot(3,3,6);plot(t,p

19、snt,k);title(輸出信號(hào)與輸出噪聲疊加波形);xlabel(Variable t);ylabel(Variable psnt);subplot(3,3,7);plot(1:length(htw),htw,k);title(低通濾波器頻域波形)；xlabel(Variable w);ylabel(Variable htw);axis(0 60 0 150);subplot(3,3,8);plot(1:length(ht),ht,k);title(低通濾波器時(shí)域波形)；xlabel(Variable t);ylabel(Variable psnt);axis(150 250 -20 25

20、);subplot(3,3,9);%劃分畫圖區(qū)間%畫出輸入信號(hào)波形%length用于長(zhǎng)度匹配%畫出輸入信號(hào)與噪聲疊加波形%畫出輸出信號(hào)波形%畫出輸出噪聲波形%畫出輸出信號(hào)與輸出噪聲疊加波形%畫出低通濾波器頻域波形%畫出低通濾波器時(shí)域波形%給出坐標(biāo)軸范圍plot(1:length(jt),jt,k);%畫出輸出信號(hào)與輸出噪聲疊加波形title(輸出信號(hào)與輸出噪聲疊加波形);%畫出輸出信號(hào)與輸出噪聲疊加波形xlabel(Variable t);ylabel(Variable jt);axis(200 600 -50 50);五、仿真結(jié)果及分析DSB信號(hào)調(diào)制過(guò)程輸人信號(hào)波形號(hào)薦-1.5Variabl

21、e t己調(diào)信號(hào)波形21-0.500.5Variable t輸人載波波形-1204045011111h X1110-40-20020406(60調(diào)制信號(hào)是頻率為1Hz、功率為1的余弦信源，載波頻率為10HZ的余弦信號(hào)，將兩 種信號(hào)經(jīng)過(guò)相乘后，載波信號(hào)會(huì)攜帶調(diào)制信號(hào)的信息，而調(diào)制前后功率譜密度也會(huì)發(fā)生 相應(yīng)的搬移。高斯白噪聲信道特性：-2-1.5-0.50Variable t0.511.522-2-1.5-0.50Variable t0.511.521.510.50-0.5-1-1.53210-1-2-2-1.5-1-0.500.5Variable t11.52-3大信噪比高斯白躁聲0.03-0.

22、02-0.03-2-1.5-1-0.500.5Variable t11.521.53210-1-2-2-1.5-1-0.500.5Variable t11.52-3大信噪比高斯白躁聲0.03-0.02-0.03-2-1.5-1-0.500.5Variable t11.521.510.50-0.5-1-2-1.5-1-0.500.5Variable t11.52圖中為兩種不同的信噪比情況下，分別與載波進(jìn)行相乘以后的波形。因?yàn)樾诺?中必然存在噪聲所以高斯白噪聲是不可避免的。DSB解調(diào)過(guò)程：2002503003504004505005506000Variable t502002503003504004505005506000Variable t50-50200250300350400450500550600Variable t由于在解