基于MATLAB的DSB调制与解调分析

目录前言.......................................................................................................................................21DSB调制与解调原理.........................................................................................................31.1DSB调制原理...............................................................................................................31.2DSB解调原理与抗噪性能...........................................................................................52DSB调制解调分析的MATLAB实现..............................................................................72.1正弦波调制...................................................................................................................72.1.1调制信号幅度=0.8×载波幅度...............................................................................72.1.2调制信号幅度=载波幅度......................................................................................92.1.3调制信号幅度=1.5*载波幅度.............................................................................112.2矩形波调制.................................................................................................................122.2.1调制信号幅度=0.8×载波幅度.............................................................................122.2.2调制信号幅度=载波幅度....................................................................................142.2.3调制信号幅度=1.5*载波幅度.............................................................................153结论....................................................................................................................................174参考文献............................................................................................................................185附录....................................................................................................................................19前言调制在通信系统中有十分重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。MATLAB软件广泛用于数字信号分析，系统识别，时序分析与建模，神经网络、动态仿真等方面有着广泛的应用。本课题利用MATLAB软件对DSB调制解调系统进行模拟仿真，分别利用300HZ正弦波和矩形波，对30KHZ正弦波进行调制，观察调制信号、已调信号和解调信号的波形和频谱分布，并在解调时引入高斯白噪声，对解调前后信号进行信噪比的对比分析，估计DSB调制解调系统的性能。第1章DSB调制与解调原理1.1DSB调制原理DSB调制属于幅度调制。幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。设正弦型载波c(t)=Acos(ωct错误!未找到引用源。),式中：A为载波幅度,ωc为载波角频率。根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为：Sm(t)=Am(t)cos(ωc错误!未找到引用源。t)（1-1）,其中，m(t)为基带调制信号。设调制信号m(t)的频谱为M(ω)，则由公式1-1不难得到已调信号Sm(t)的频谱Sm(ω)=A[M(ωc+ω)+M(ωc+ω)]/2(1-2)由以上表示式可见，在波形上，幅度已调信号随基带信号的规律呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。标准振幅就是常规双边带调制，简称调幅（AM）。假设调制信号m(t)的平均值为0，将其叠加一个直流偏量A0后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表达式为:SAM（t）=[A0+m(t)]cos(ωct)(1-3)式中A0为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号，也可以是随机信号。若为确知信号，则AM信号的频谱为Sm错误!未找到引用源。（ω）=错误!未找到引用源。πA0[(ωc错误!未找到引用源。+ω)+(ωc错误!未找到引用源。-ω)错误!未找到引用源。]+[M(ωc错误!未找到引用源。+ω)+M(ωc错误!未找到引用源。-ω)]/2(1-4)AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。AM信号的总功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率才与调制信号有关，也就是说，载波分量并不携带信息。因此，AM信号的功率利用率比较低。AM调制典型波形和频谱如图1.1所示：图1.1AM调制典型波形和频谱如果在AM调制模型中将直流A0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(DSB—SC)，简称双边带信号。其时域表达式为Sdsb(t)=m(t)cos(ωct)(1-5)式中，假设的平均值为0。DSB的频谱与AM的谱相近，只是没有了在ωcω错误!未找到引用源。处的函数，即Sm(ω)=[M(ω+ωc)+M(ωc-ω)]/2其典型波形和频谱如图1-2所示：cos0tOttOm(t)sDSB(t)OtO－ccM()OH－HSDSB()O－cc载波反相点2H图1.2DSB调制典型波形和频谱与AM信号比较，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100，即全部效率都用于信息传输。1.2DSB解调原理与抗噪性能解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。相干解调，也称同步检波，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号，通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。由于DSB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。DSB信号解调时需采用相干解调。DSB相干解调性能分析模型如图1.3所示：1.3DSB相干解调性能分析模型设解调器输入信号为Sm（t）=Am(t)cos(错误!未找到引用源。t)，与相干载波cos(ct)相乘后，得m(t)cos2(ωc)=m(t)/2+m(t)cos(错误!未找到引用源。ωct)/2,经低通滤波器后，输出信号为:m0(t)=m(t)/2。因此，解调器输出端的有用信号功率为S0=0m2(t)=m2(t)/4带通滤波器sm(t)sm(t)n(t)ni(t)mo(t)no(t)低通滤波器cosct＋(1-6)解调DSB信号时，接收机中的带通滤波器的中心频率ωc与调制频率ωc相同，因此解调器输入端的窄带噪声ni=nc(t)cos(错误!未找到引用源。ct)-错误!未找到引用源。s(t)sin(错误!未找到引用源。ct),它与相干载波cos(错误!未找到引用源。ct)相乘后，得ni错误!未找到引用源。(t)cos(错误!未找到引用源。ct)=nc(t)/2+[nc(t)cos(错误!未找到引用源。ωct)-错误!未找到引用源。s(t)sin(错误!未找到引用源。ωct)]/2经低通滤波器后，解调器最终输出噪声为n0(t)=nc(t)/2故输出噪声功率为错误!未找到引用源。0=0n2(t)=cn2(t)/4=Ni/4=n0B/4(1-7)式中，B=2错误!未找到引用源。H,为DSB的带通滤波器的带宽，n0为噪声单边功率谱密度。解调器输入信号平均功率为错误!未找到引用源。i=m2(t)/2可得解调器的输入信噪比Si/Ni=m2(t)/2n0B，解调器的输出信噪比S0/N0=m2(t)/n0B，因此制度增益为错误!未找到引用源。DSB=iiNSNS00=2，也就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。第2章DSB调制解调分析的MATLAB实现信号DSB调制采用MATLAB函数modulate实现，其函数格式为：Y=MODULATE(X,Fc,Fs,METHOD,OPT)X为基带调制信号，Fc为载波频率，Fs为抽样频率，METHOD为调制方式选择，DSB调制时为’am’，OPT在DSB调制时可不选，Fs需满足Fs2*Fc+BW，BW为调制信号带宽。DSB信号解调采用MATLAB函数demod实现，其函数使用格式为：X=DEMOD(Y,Fc,Fs,METHOD,OPT)Y为DSB已调信号，Fc为载波频率，Fs为抽样频率，METHOD为解调方式选择，DSB解调时为’am’，OPT在DSB调制时可不选。观察信号频谱需对信号进行傅里叶变换，采用MATLAB函数fft实现，其函数常使用格式为：Y=FFT(X,N)，X为时域函数，N为傅里叶变换点数选择，一般取值2n为。频域变换后，对频域函数取模，格式：Y1=ABS(Y)，再进行频率转换，转换方法：f=(0:length(Y)-1)’*Fs/length(Y)分析析解调器的抗噪性能时，在输入端加入高斯白噪声，采用MATLAB函数awgn实现，其函数使用格式为：Y=AWGN(X,SNR)，加高斯白噪声于X中，SNR为信噪比，单位为dB，其值在假设X的功率为0dBM的情况下确定。信号的信噪比为信号中有用的信号功率与噪声功率的比值，根据信号功率定义，采用MATLAB函数var实现，其函数常使用格式为：Y=VAR(X)，返回向量的方差，则信噪比为:SNR=VAR(X1)/VAR(X2)。绘制曲线采用MATLAB函数plot实现，其函数常使用格式：PLOT（X，Y），X为横轴变量，Y为纵轴变量，坐标范围限定AXIS([x1x2y1y2])，轴线说明XLABEL(