2022年DSB系统仿真 .pdf

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1、1 DSB 系统仿真摘要本次课程设计用于实现模拟调制信号经DSB调制后的解调过程。 信号的调制与解调在通信系统中具有重要的作用。调制过程实际上是一个频谱搬移的过程，即是将低频信号的频谱（调制信号）搬移到载频位置（载波）。而解调是调制的逆过程，即是将已调制信号还原成原始基带信号的过程。信号的接收端就是通过解调来还原已调制信号从而读取发送端发送的信息。 因此信号的解调对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。调制与解调方式往往能够决定一个通信系统的性能。双边带 DSB调制信号的解调采用相干解调法（即是将已调信号与相同载波频率相乘），这种方式被广泛应用在载波通信和短波无线电话通信中。但是由于在信

2、道传输过程中必将引入高斯白噪声，虽然经过带通滤波器后会使其转化为窄带噪声，但它依然会对解调信号造成影响， 即使其失真，而这种失真是不可避免的。一、设计目的本课程设计是实现模拟DSB信号的调制解调。在此次课程设计中，通过搜集资料与分析，来理解DSB调制解调的具体过程和它在MATLAB 中的实现方法。通过这个阶段的研习，更清晰地认识 DSB的调制解调原理， 根据 DSB信号的调制解调过程基础分析可知过程中会涉及到随机噪声、 带通滤波器、低通滤波器的函数表达式， 同时加深对 MATLAB这款通信仿真软件操作的熟练度，在使用中去感受MATLAB 的应用方式与特色，并通过仿真过程理解通信原理课程的调制解

3、调过程。利用自主的设计过程来锻炼自己独立思考，分析和解决问题的能力，为我今后的自主学习研究提供具有实用性的经验。二、设计要求（1）熟悉 MATLAB 中 M文件的使用方法，掌握DSB信号的调制解调原理，以此为基础用 M文件编程实现 DSB信号的调制解调。（2）绘制出 SSB信号调制解调前后在时域和频域中的波形，观察两者在解调前后的变化，通过对分析结果来加强对DSB信号调制解调原理的理解。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - -

4、- - 2 （3）对信号分别叠加大小不同的噪声后再进行解调，绘制出解调前后信号的时域和频域波形， 比较未叠加噪声时和分别叠加大小噪声时解调信号的波形有何区别，由所得结果来分析噪声对信号解调造成的影响。（4）在老师的指导下，独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计论文，文中能正确阐述和分析设计和实验结果. 三、系统原理1、DSB信号的模型在 AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果将载波抑制，只需在将直流0A去掉，即可输出抑制载波双边带信号，简称双边带信号（DSB ） 。 DSB调制器模型如图 1 所示。图 1 DSB 调制器模型其中，设正弦载波为0( )cos()cc

5、 tAt式中，A为载波幅度；c为载波角频率；0为初始相位（假定0为 0） 。调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信号。双边带解调通常采用相干解调的方式，它使用一个同步解调器， 即由相乘器和低通滤波器组成。在解调过程中，输入信号和噪声可以分别单独解调。相干解调的原理框图如图 2 所示：图 2 相干解调器的数学模型信号传输信道为高斯白噪声信道，其功率为2。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -

6、- 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 3 2、DSB信号调制过程分析假定调制信号( )m t的平均值为 0，与载波相乘，即可形成DSB信号，其时域表达式为( ) cosDSBcsm tt式中，( )m t的平均值为 0。DSB的频谱为()1()()2D SBccsMMDSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需采用相干解调 ( 同步检波 ) 。另外，在调制信号( )m t的过零点处，高频载波相位有 180的突变。除了不再含有载频分量离散谱外， DSB信号的频谱与 AM 信号的频谱完全相同， 仍由上下对称的两个边带组成。所

7、以DSB信号的带宽与AM信号的带宽相同，也为基带信号带宽的两倍，即2DSBAMHBBf式中，Hf为调制信号的最高频率。3、高斯白噪声信道特性分析在实际信号传输过程中， 通信系统不可避免的会遇到噪声，例如自然界中的各种电磁波噪声和设备本身产生的热噪声、散粒噪声等，它们很难被预测。而且大部分噪声为随机的高斯白噪声， 所以在设计时引入噪声， 才能够真正模拟实际中信号传输所遇到的问题，进而思考怎样才能在接受端更好地恢复基带信号。信道加性噪声主要取决于起伏噪声，而起伏噪声又可视为高斯白噪声，因此我在此环节将对双边带信号添加高斯白噪声来观察噪声对解调的影响情况。为了具体而全面地了解噪声的影响问题，我将分别

8、引入大噪声 （信噪比为 20dB ）与小噪声（信噪比为2dB）作用于双边带信号，再分别对它们进行解调，观察解调后的信号受到了怎样的影响。在此过程中，我用函数ra ndn来添加噪声，此函数功能为向信号中添加噪声功率为其方差的高斯白噪声。正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - 4 ( )cos()( )cr tAtn t故其有用信号功率为22AS噪声功率为2N信噪比SN满足公式1010

9、 log()SBN则可得到公式2210210BA我们可以通过这个公式方便的设置高斯白噪声的方差。4、DSB解调过程分析所谓相干解调是为了从接收的已调信号中，不失真地恢复原调制信号， 要求本地载波和接收信号的载波保证同频同相。相干解调的一般数学模型如图所示。图 5 DSB 相干解调模型设图四的输入为 DSB信号0( )( )( ) cos()mDSBcStStm tt乘法器输出为000( )( )( ) cos() cos()1( )cos()cos(2)2DSBccctStm tttm tt名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -

10、 - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - 5 通过低通滤波器后001( )( ) cos()2mtm t当0常数时，解调输出信号为01( )( )2mtm t大小不同信噪比的解调波形，如图6：200250300350400450500550600-50050大 信 噪 比 解 调 信 号 波 形Variable tVariablejt200250300350400450500550600-50050小 信 噪 比 解 调 信 号 波 形Variable tVariablejt1图 6 不同信噪比解调波形四、程序设计DSB信

11、号调制过程：clf; % 清除窗口中的图形clc; clear; ts=0.01;% 定义变量区间步长t0=2;%定义变量区间终止值t=-t0:ts:t0;%定义变量区间取值情况fc=10;%给出相干载波的频率A=1;% 定义调制信号幅度fa=1;%定义调制信号频率mt=A*cos(2*pi*fa.*t);%输入调制信号表达式ct=cos(2*pi*fc.*t);%输入载波信号表达式psnt=mt.*ct;%输出调制信号表达式subplot(5,1,1);%划分画图区间plot(t,mt,g);%画出调制信号波形title(输入信号波形 ); xlabel(Variable t); 名师资料总

12、结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - 6 ylabel(Variable mt); subplot(5,1,2); plot(t,ct,b);%画出载波信号波形title(输入载波波形 ); xlabel(Variable t); ylabel(Variable ct); subplot(5,1,3); plot(1:length(psnt),psnt,r);%length用于长度匹配title(已调信号波形 );% 画出已调

13、信号波形xlabel(Variable t); ylabel(Variable psnt); 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);%调制信号功率谱密度psnt1=fftshift(fft(psnt); psnt2=abs(psnt1.2); subplot(5,1,5); plot(f,psnt2);%已调信号功率谱密度高斯白噪声信道特性：clf;% 清除窗口中的图形ts=0.01;% 定义

14、变量区间步长t0=2;%定义变量区间终止值t=-t0+0.0001:ts:t0;%定义变量区间fc=10;%给出相干载波的频率A=1;% 定义输入信号幅度fa=1;%定义调制信号频率mt=A*cos(2*pi*fa.*t);%输入调制信号表达式xzb=2;%输入小信噪比 (dB) snr=10.(xzb/10); h,l=size(mt);%求调制信号的维数fangcha=A*A./(2*snr);%由信噪比求方差nit=sqrt(fangcha).*randn(h,l);%产生小信噪比高斯白躁声psmt=mt.*cos(2*pi*fc.*t);%输出调制信号表达式psnt=psmt+nit;

15、% 输出叠加小信噪比已调信号波形xzb=20;%输入大信噪比 (dB) snr1=10.(xzb/10); h,l=size(mt);%求调制信号的维数fangcha1=A*A./(2*snr1);%由信噪比求方差nit1=sqrt(fangcha1).*randn(h,l);%产生大信噪比高斯白噪声名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - 7 psnt1=psmt+nit1;% 输出已调信号波形subplot(2,2,

16、1);%划分画图区间plot(t,nit,g);%画出输入信号波形title(小信噪比高斯白躁声 ); xlabel(Variable t); ylabel(Variable nit); subplot(2,2,2); plot(t,psnt,b); title(叠加小信噪比已调信号波形); xlabel(Variable t); ylabel(Variable psnt); subplot(2,2,3); plot(t,nit1,r);%length用于长度匹配title(大信噪比高斯白躁声 );% 画出输入信号与噪声叠加波形xlabel(Variable t); ylabel(Variab

17、le nit); subplot(2,2,4); plot(t,psnt1,k); title(叠加大信噪比已调信号波形);% 画出输出信号波形xlabel(Variable t); ylabel(Variable psmt); 调制解调仿真过程：clf;% 清除窗口中的图形ts=0.01;% 定义变量区间步长t0=2;%定义变量区间终止值t=-t0+0.0001:ts:t0;%定义变量区间fc=10; % 给出相干载波的频率A=1; %定义输入信号幅度fa=1; % 定义调制信号频率mt=A*cos(2*pi*fa.*t); %输入调制信号表达式xzb=20;%输入信噪比 (dB) snr=

18、10.(xzb/10); h,l=size(mt);%求调制信号的维数fangcha=A*A./(2*snr);%由信噪比求方差nit=sqrt(fangcha).*randn(h,l); %产生高斯白噪声snit=mt+nit; %调制信号与噪声叠加psmt=mt.*cos(2*pi*fc.*t); %输出调制信号表达式pnit=nit.*cos(2*pi*fc.*t); %输出噪声表达式psnt=psmt+pnit; %输出已调信号波形jic=psnt.*cos(2*pi*fc.*t); %调制信号乘以相干载波ht=(2*pi*fc.*sin(2*pi*fc.*t)./(2*pi*fc.*

19、t)./pi; %低通滤波器的时域表达式htw=abs(fft(ht); %低通滤波器的频域表达式名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - 8 jt=conv(ht,jic); %解调信号的时域表达式subplot(3,3,1); %划分画图区间plot(t,mt,g); %画出输入信号波形title(输入信号波形 ); xlabel(Variable t); ylabel(Variable mt); subplot(3

20、,3,2); plot(t,nit,b); title(输入噪声波形 ); xlabel(Variable t); ylabel(Variable nit); subplot(3,3,3); plot(1:length(snit),snit,r); %length用于长度匹配title(输入信号与噪声叠加波形 ); % 画出输入信号与噪声叠加波形xlabel(Variable t); ylabel(Variable snit); subplot(3,3,4); plot(t,psmt,k); title(输出信号波形 ); % 画出输出信号波形xlabel(Variable t); ylabe

21、l(Variable psmt); subplot(3,3,5); plot(t,pnit,k); title(输出噪声波形 ); % 画出输出噪声波形xlabel(Variable t); ylabel(Variable pnit); subplot(3,3,6); plot(t,psnt,k); title(输出信号与输出噪声叠加波形); % 画出输出信号与输出噪声叠加波形xlabel(Variable t); ylabel(Variable psnt); subplot(3,3,7); plot(1:length(htw),htw,k); title(低通滤波器频域波形 ); % 画出低

22、通滤波器频域波形xlabel(Variable w); ylabel(Variable htw); axis(0 60 0 150); subplot(3,3,8); plot(1:length(ht),ht,k); title(低通滤波器时域波形 );% 画出低通滤波器时域波形xlabel(Variable t); ylabel(Variable psnt); axis(150 250 -20 25); %给出坐标轴范围名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 1

23、1 页 - - - - - - - - - 9 subplot(3,3,9); plot(1:length(jt),jt,k); title(输出信号与输出噪声叠加波形);% 画出输出信号与输出噪声叠加波形xlabel(Variable t); ylabel(Variable jt); axis(200 600 -50 50); 五、仿真结果及分析DSB信号调制过程：调制信号是频率为1Hz、功率为 1 的余弦信源， 载波频率为 10HZ的余弦信号， 将两种信号经过相乘后， 载波信号会携带调制信号的信息，而调制前后功率谱密度也会发生相应的搬移。高斯白噪声信道特性：名师资料总结 - - -精品资料

24、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - 10 -2-1.5-1-0.500.511.52-2-1.5-1-0.500.511.52小信噪比高斯白躁声Variable tVariablenit-2-1.5-1-0.500.511.52-3-2-10123叠加小信噪比已调信号波形Variable tVariablepsnt-2-1.5-1-0.500.511.52-0.03-0.02-0.0100.010.020.03大信噪比高斯白躁声Variable

25、tVariablenit-2-1.5-1-0.500.511.52-1.5-1-0.500.511.5叠加大信噪比已调信号波形Variable tVariablepsmt图中为两种不同的信噪比情况下，分别与载波进行相乘以后的波形。因为信道中必然存在噪声所以高斯白噪声是不可避免的。DSB解调过程：200250300350400450500550600-50050大 信 噪 比 解 调 信 号 波 形Variable tVariablejt200250300350400450500550600-50050小 信 噪 比 解 调 信 号 波 形Variable tVariablejt1由于在解调过程

26、中， 当噪声相对于有用信号较大时会会对有用信号造成失真，从而使解调出来的信号不能完全反应调制信号的信息，而信噪比较小时造成的失真比较小，从而反应调制信息也比较准确。调制解调仿真过程：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - 11 -2-1012-1-0.500.51输 入 信 号 波 形Variable tVariablemt-2-1012-0.2-0.100.10.2输 入 噪 声 波 形Variable tVari

27、ablenit0100200300400-2-1012输 入 信 号 与 噪 声 叠 加 波 形Variable tVariablesnit-2-1012-1-0.500.51输 出 信 号 波 形Variable tVariablepsmt-2-1012-0.2-0.100.10.2输 出 噪 声 波 形Variable tVariablepnit-2-1012-2-1012输 出 信 号 与 输 出 噪 声 叠 加 波 形Variable tVariablepsnt0204060050100150低 通 滤 波 器 频 域 波 形Variable wVariablehtw150200250

28、-20-1001020低 通 滤 波 器 时 域 波 形Variable tVariablepsnt200300400500600-50050输 出 信 号 与 输 出 噪 声 叠 加 波 形Variable tVariablejt调制信号经过调制解调过程之后引入白噪声，分别经过带通滤波器和低通滤波器来将高斯白噪声滤波为窄带白噪声，再经过解调过程将调制信号解调出来，反应原来的信息（由于噪声必然存在，所以必然造成一定程度的失真，但都在可接受的范围内）。六、设计总结在原有对通信原理的基础上加深了DSB信号调制解调过程的理解， 同时理解了信道中噪声对调制解调过程的影响和不可避免性，但这一切都在可接受的范围内。七、参考文献1、樊昌信，曹丽娜。通信原理（第六版） 。国防工业出版社。2、孙祥，徐流美，吴清。 MATLAB 7.0基础教程。北京：清华大学出版社。3、唐向宏，岳恒立，邓雪峰。 MATLAB 及在电子信息类课程中的应用。电子工业出版社。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -