基于matlab的抑制载波双边带(DSB)调制与解调分析

武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书0目录1DSB调制的基本原理......................................12DSB调制与解调的MATLAB实现.............................22.1.调制部分..........................................22.2高斯白噪声信道特性分析............................32.3.发送与接收滤波器..................................52.4.解调部分..........................................63simulink仿真..........................................73.1没有加高斯噪声的simulink仿真.....................73．1．1电路图.....................................73．1．2参数设置...................................83．1．3仿真结果..................................103．2加入高斯噪声的simulink仿真.....................123.2.1电路图......................................123.2.2参数设置....................................133.2.3仿真结果....................................143.3实验仿真分析..................................144心得体会..............................................15参考文献................................................16附录....................................................17武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书11DSB调制的基本原理在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。AM调制模型中将直流分量去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式——抑制载波双边带信号，即双边带信号（DSB）。DSB信号的时域表示式频谱：DSB的时域波形和频谱如图1-1所示：时域频域图1-1DSB调制时、频域波形DSB的相干解调模型如图1-2所示：：图1-2DSB调制器模型与AM信号相比，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率时100%，DSB信号解调时需采用相干解调。ttmtscDSBcos)()()]()([21)(ccDSBMMSDSBsttttHHMDSBScc0武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书2DSB调制与解调的系统框图如图1-3所示：图1-3DSB调制与解调系统框图2DSB调制与解调的MATLAB实现2.1.调制部分如果将AM信号中的载波抑制，只需在将直流0A去掉，即可输出抑制载波双边带信号（DSB-SC）。DSB-SC调制器模型如图2-1所示：图2-1B-SC调制器模型其中，设正弦载波为0()cos()cctAt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）。假定调制信号()mt的平均值为0，与载波相乘，即可形成DSB-SC信号，其时域表达式为()cosDSBcsmtt式中，()mt的平均值为0。DSB-SC的频谱为()1[()()]2DSBccsMM调制信号调制器信道发送滤波接收滤波载波解调器噪声低通滤波解调信号武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书3DSB-SC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()mt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-SC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。所以DSB-SC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。仿真程序如下：Fs=500;%抽样频率为Fs/HzT=[0:499]/Fs;%定义运算时间Fc=50;%载波频率为Fc/Hzf=5;%调制信号频率为f/Hzx1=sin(2*pi*f*T);%调制信号N=length(x1);%调制信号长度X1=fft(x1);%傅里叶变换到频域y1=amod(x1,Fc,Fs,'amdsb-sc');%调用函数amod()进行调制2.2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。在此过程中，我用函数randn来添加噪声，正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为()cos()()crtAtnt故其有用信号功率为武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书422AS噪声功率为2N信噪比SN满足公式1010log()SBN到达接收端之前，已调信号通过信道，会叠加上信道噪声，使信号有一定程度的失真。故接收端收到的信号应为：已调信号+信道噪声仿真程序：noisy=randn(1,N);%模拟信道噪声y1=y1+noisy;%接收端收到的信号Y1=fft(y1);%傅里叶变换到频域调制信号、已调信号、加噪已调信号的绘图如下图2-2所示：图2-2加噪后的各种波形武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书52.3.发送与接收滤波器主要为了滤除带外噪声，传递有用信息，提高信噪比，减小失真，采用巴特沃斯带通滤波器实现。仿真程序：rp=1;rs=10;%通带衰减和阻带衰减wp=2*pi*[43,58];ws=2*pi*[40,61];%通带截止频率和阻带截止频率[N,wc]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s');%得出巴特沃斯的阶数N1和3dB截止频率[B,A]=butter(N,wc,'s');%计算系统函数分子和分母多项式系数[Bz,Az]=impinvar(B,A,Fs);%用脉冲响应不变法设计IIR，将模拟转数字yf=filter(Bz,Az,y1);%过带通滤波器滤除带外噪声Yf=fft(yf);%变换到频域得到带限加噪已调信号如下图2-3所示：图2-3带限加噪信号波形武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书62.4.解调部分所谓同步检波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。同步检波的一般数学模型如图2-4所示。图2-4DSB-SC同步检波模型设输入为DSB-SC信号0()()()cos()mDSBcStStmtt乘法器输出为000()()()cos()cos()1()[cos()cos(2)]2DSBccctStmtttmtt通过低通滤波器后001()()cos()2mtmt当0常数时，解调输出信号为01()()2mtmt程序实现：y2=ademod(y1,Fc,Fs,'amdsb-sc');%用函数ademod()解调y1Y2=fft(y2);%得出解调信号y2的频谱fp1=6;fs1=9;rp1=1;rs1=10;%设计巴特沃斯低通滤波器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);%将y2过低通滤波器得多最后输出信号Yout=fft(yout);%得出输出信号的频谱武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书7调制信号与解调信号的对比如图2-4所示：图2-4解调信号与调制信号的对比3simulink仿真3.1没有加高斯噪声的simulink仿真3．1．1电路图没有加高斯噪声的电路图如图3-1-1所示：武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书8图3-1-1无高斯噪声电路仿真图3．1．2参数设置各元件参数设置如下所示：（1）调制波图3-1-2-1调制波参数设置（2）调制器武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书9图3-1-2-2调制器参数设置（3）解调器图3-1-2-3解调器参数设置武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书10（4）频谱器图3-1-2-4频谱器参数设置3．1．3仿真结果图3-1-3-1调制波频谱武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书11图3-1-3-2已调波频谱图3-1-3-3解调波频谱武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书12图3-1-3-4调制波、已调波、解调波波形3．2加入高斯噪声的simulink仿真3.2.1电路图加入高斯噪声后的仿真电路图如图3-2-1所示：图3-2-1加入高斯噪声后的仿真电路图武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书133.2.2参数设置图3-2-2高斯噪声参数设置武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书143.2.3仿真结果图3-2-3加入噪声后的调制波、已调波、解调波3.3实验仿真分析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，由仿真图观察可知，加入噪声后解调出来的波形有一定的失真，但是在允许的误差范围内，符合我们生活实际。武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书154心得体会-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------