dsb系統(tǒng)仿真學習資料

PAGEPAGE1DSB系統(tǒng)仿真摘要本次課程設計用于實現(xiàn)模擬調制信號經(jīng)DSB調制后的解調過程。信號的調制與解調在通信系統(tǒng)中具有重要的作用。調制過程實際上是一個頻譜搬移的過程，即是將低頻信號的頻譜（調制信號）搬移到載頻位置（載波）。而解調是調制的逆過程，即是將已調制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能夠決定一個通信系統(tǒng)的性能。雙邊帶DSB調制信號的解調采用相干解調法（即是將已調信號與相同載波頻率相乘），這種方式被廣泛應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)過帶通濾波器后會使其轉化為窄帶噪聲，但它依然會對解調信號造成影響，即使其失真，而這種失真是不可避免的。一、設計目的本課程設計是實現(xiàn)模擬DSB信號的調制解調。在此次課程設計中，通過搜集資料與分析，來理解DSB調制解調的具體過程和它在MATLAB中的實現(xiàn)方法。通過這個階段的研習，更清晰地認識DSB的調制解調原理，根據(jù)DSB信號的調制解調過程基礎分析可知過程中會涉及到隨機噪聲、帶通濾波器、低通濾波器的函數(shù)表達式，同時加深對MATLAB這款通信仿真軟件操作的熟練度，在使用中去感受MATLAB的應用方式與特色，并通過仿真過程理解通信原理課程的調制解調過程。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，為我今后的自主學習研究提供具有實用性的經(jīng)驗。二、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.三、系統(tǒng)原理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°的突變。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。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(chǎn)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。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，解調輸出信號為大小不同信噪比的解調波形，如圖6：圖6不同信噪比解調波形四、程序設計DSB信號調制過程：clf;%清除窗口中的圖形clc;clear;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:ts:t0;%定義變量區(qū)間取值情況fc=10;%給出相干載波的頻率A=1;%定義調制信號幅度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);%輸入載波信號表達式psnt=mt.*ct;%輸出調制信號表達式subplot(5,1,1);%劃分畫圖區(qū)間plot(t,mt,'g');%畫出調制信號波形title('輸入信號波形');xlabel('Variablet');ylabel('Variablemt');subplot(5,1,2);plot(t,ct,'b');%畫出載波信號波形title('輸入載波波形');xlabel('Variablet');ylabel('Variablect');subplot(5,1,3);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');mt1=fftshift(fft(mt));mt2=abs(mt1.^2);df=1/(2*t0);ff=length(mt1);f=-ff/2*df:df:ff/2*df-df;subplot(5,1,4);plot(f,mt2);%調制信號功率譜密度psnt1=fftshift(fft(psnt));psnt2=abs(psnt1.^2);subplot(5,1,5);plot(f,psnt2);%已調信號功率譜密度高斯白噪聲信道特性：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);%由信噪比求方差nit=sqrt(fangcha).*randn(h,l);%產(chǎn)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;%輸入大信噪比(dB)snr1=10.^(xzb/10);[h,l]=size(mt);%求調制信號的維數(shù)fangcha1=A*A./(2*snr1);%由信噪比求方差nit1=sqrt(fangcha1).*randn(h,l);%產(chǎn)生大信噪比高斯白噪聲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');ylabel('Variablenit');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');調制解調仿真過程：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);%由信噪比求方差nit=sqrt(fangcha).*randn(h,l);%產(chǎn)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');subplot(3,3,3);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('Variable