DSB信号的仿真分析.docx
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DSB信号的仿真分析
《MATLAB课程设计》报告
题目:
基于MATLAB的DSB调制与解调分析
专业班级:
通信1104班
学生姓名:
指导教师:
MATLAB课程设计任务书
学生姓名:
专业班级:
指导教师:
工作单位:
题目:
基于MATLAB的DSB调制与解调分析
设计内容和要求
DSB信号的仿真分析
调制信号:
分别为300Hz正弦信号和矩形信号;载波频率:
30kHz;
解调:
同步解调;
要求:
画出以下三种情况下调制信号、已调信号、解调信号的波形、频
谱以及解调器输入输出信噪比的关系曲线;
1)调制信号幅度=0.8×载波幅度;2)调制信号幅度=载波幅度;
3)调制信号幅度=1.5×载波幅度;
时间安排
2013年12月25日:
复习DSB的原理,初步构想设计的流程。
2013年12月26日至28日:
程序编写及调试。
2013年12月29日:
写报告。
指导教师签名:
年月日
目录
目录1
摘要1
Abstract2
1.DSB调制与解调原理3
1.1DSB调制原理3
1.2DSB解调原理与抗噪性能5
2.DSB调制解调分析的MATLAB实现7
2.1正弦波调制8
2.1.1调制信号幅度=0.8×载波幅度10
2.1.2调制信号幅度=载波幅度12
2.1.3调制信号幅度=1.5*载波幅度14
2.2矩形波调制15
2.2.1调制信号幅度=0.8×载波幅度18
2.2.2调制信号幅度=载波幅度20
2.2.3调制信号幅度=1.5*载波幅度21
3.模拟仿真结果分析23
4.小结与体会24
5.参考文献25
摘要
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。
Abstract
Modulationincommunicationsystemshaveanimportantrole.Throughthemodulation,notonlycanmovethespectrum,themodulatedsignalspectrummovetothedesiredposition,whichwillconvertintoamodulatedsignalsuitablefortransmissionofmodulatedsignals,andthatitstransmissionsystem,theeffectivenessandreliabilityoftransmissionhasagreatimpact,themodulationmethodisoftendecidedonacommunicationsystemperformance.MATLABsoftwareiswidelyusedindigitalsignalanalysis,systemidentification,timeseriesanalysisandmodeling,neuralnetworks,dynamicsimulationhaveawiderangeofapplications.ThistopicusingMATLABsoftwareDSBmodulationanddemodulationsystemsimulation,use,respectively,300HZsinewaveandrectangularwave,sinewavemodulationofthe30KHZobservedmodulatedsignalmodulatedsignalanddemodulatethesignalwaveformandspectrumdistribution,andinthesolutionwhiteGaussiannoiseintroducedwhenadjustedfordemodulatingthesignal-noiseratiobeforeandafterthecomparativeanalysis,itisestimatedDSBmodulationanddemodulationperformanceofthesystem.
1.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(
t),式中:
A为载波幅度,
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:
(t)=Am(t)cos(
t)(公式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(
),则由公式1-1不难得到已调信号(t)的频谱(
):
(
)=
[M(
+
)+M(
-
)]。
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后与载波相乘,即可形成调幅信号。
其时域表达式为:
(t)=[
+m(t)]cos(
t)
式中:
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
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
(t)=m(t)cos(
t)
式中,假设的平均值为0。
DSB的频谱与AM的谱相近,只是没有了在处的
函数,即
(
)=
其典型波形和频谱如图1-2所示:
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:
图1-3DSB相干解调性能分析模型
设解调器输入信号为
(t)=m(t)cos(
t),与相干载波cos(t)相乘后,得
经低通滤波器后,输出信号为:
。
因此,解调器输出端的有用信号功率为
解调DSB信号时,接收机中的带通滤波器的中心频率与调制频率相同,因此解调器输入端的窄带噪声
它与相干载波cos(
t)相乘后,
得
经低通滤波器后,解调器最终输出噪声为
故输出噪声功率为
式中,B=2,为DSB的带通滤波器的带宽,
为噪声单边功率谱密度。
解调器输入信号平均功率为
可得解调器的输入信噪比
,解调器的输出信噪比
因此制度增益为
,也就是说,DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。
2.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fs>2*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。
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,S_N),加高斯白噪声于X中,S_N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:
S_N=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(‘‘)和YLABEL(‘‘)。
2.1正弦波调制
用频率300HZ正弦波调制频率30KHZ的正弦波,采用同步解调,观察调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器输入输出信噪比的关系。
MATLAB源程序如下:
fc=30000;
fs=100000;
N=1000;
n=0:
N-1;
t=n/fs;
x=A*sin(2*pi*300*t);
y=modulate(x,fc,fs,'am');%抑制双边带振幅调制
fft1=fft(x,N);%傅里叶变换
mag1=abs(fft1);%取模
f1=(0:
length(fft1)-1)'*fs/length(fft1);
fft2=fft(y,N);
mag2=abs(fft2);
f2=(0:
length(fft2)-1)'*fs/length(fft2);
figure
(1);
subplot(2,2,1);plot(t,x);
xlabel('调制信号波形')
subplot(2,2,2);plot(f1,mag1);axis([06000600]);
xlabel('调制信号频谱')
subplot(2,2,3);plot(t,y);
xlabel('已调信号波形')
subplot(2,2,4);plot(f2,mag2);axis([28000320000400]);
xlabel('已调信号频谱')
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
yn=awgn(y,4);%加入高斯白噪声
znn=demod(y,fc,fs,'am');%无噪声已调信号解调
zn=demod(yn,fc,fs,'am');%加噪声已调信号解调
fft3=fft(znn,N);
mag3=abs(fft3);
f3=(0:
length(fft3)-1)'*fs/length(fft3);
figure
(2);
subplot(3,1,1);plot(t,zn);
xlabel('加噪声解调信号波形')
subplot(3,1,2);plot(t,znn);
xlabel('无噪声解调信号波形')
subplot(3,1,3);plot(f3,mag3);axis([05000500]);
xlabel('解调信号频谱')
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
yn1=awgn(y,8);
yn2=awgn(y,12);
yn3=awgn(y,16);
yn4=awgn(y,20);
zn1=demod(yn1,fc,fs,'am');
zn2=demod(yn2,fc,fs,'am');
zn3=demod(yn3,fc,fs,'am');
zn4=demod(yn4,fc,fs,'am');
dyi=yn-y;%高斯白噪声
s_ni=var(y)/var(dyi);%输入信噪比
dyo=zn-znn;%解调后噪声
s_no=var(znn)/var(dyo);%输出信噪比
dyi1=yn1-y;
s_ni1=var(y)/var(dyi1);
dyo1=zn1-znn;
s_no1=var(znn)/var(dyo1);
dyi2=yn2-y;
s_ni2=var(y)/var(dyi2);
dyo2=zn2-znn;
s_no2=var(znn)/var(dyo2);
dyi3=yn3-y;
s_ni3=var(y)/var(dyi3);
dyo3=zn3-znn;
s_no3=var(znn)/var(dyo3);
dyi4=yn4-y;
s_ni4=var(y)/var(dyi4);
dyo4=zn4-znn;
s_no4=var(znn)/var(dyo4);
in=[s_ni,s_ni1,s_ni2,s_ni3,s_ni4];
out=[s_no,s_no1,s_no2,s_no3,s_no4];
figure(3);
plot(in,out,'*')
holdon
plot(in,out)
xlabel('输入信噪比');ylabel('输出信噪比')
2.1.1调制信号幅度=0.8×载波幅度
调用程序,程序中A=0.8。
调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-1所示:
图2-1调制信号、已调信号的波形、频谱图
解调信号的波形、频谱如图2-2所示:
图2-2解调信号的波形、频谱图
输入输出信噪比关系曲线如图2-3所示:
图2-3输入输出信噪比关系曲线
2.1.2调制信号幅度=载波幅度
调用函数,函数中A=1。
调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-4所示:
图2-4调制信号、已调信号的波形、频谱图
解调信号的波形、频谱如图2-5所示:
图2-5解调信号的波形、频谱图
输入输出信噪比关系曲线如图2-6所示:
图2-6输入输出信噪比关系曲线
2.1.3调制信号幅度=1.5*载波幅度
调用程序,程序中A=1.5。
调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-7所示:
图2-7调制信号、已调信号的波形、频谱图
解调信号的波形、频谱如图2-8所示:
图2-8解调信号的波形、频谱图
输入输出信噪比关系曲线如图2-9所示:
图2-9输入输出信噪比关系曲线
2.2矩形波调制
用频率300HZ矩形波调制频率30KHZ的正弦波,采用同步解调,观察调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器输入输出信噪比的关系。
MATLAB源程序如下:
fc=30000;%载波频率
fs=100000;%抽样频率
N=10000;
n=0:
N-1;
t=n/fs;
x=A*square(2*pi*300*t,50);
y=modulate(x,fc,fs,'am');%抑制双边带振幅调制
fft1=fft(x,N);%傅里叶变换
mag1=abs(fft1);%取模
f1=(0:
length(fft1)-1)'*fs/length(fft1);
fft2=fft(y,N);
mag2=abs(fft2);
f2=(0:
length(fft2)-1)'*fs/length(fft2);
figure
(1);
subplot(2,2,1);plot(t,x);axis([00.1-22]);
xlabel('调制信号波形')
subplot(2,2,2);plot(f1,mag1);axis([0500008000]);
xlabel('调制信号频谱')
subplot(2,2,3);plot(t,y);axis([00.01-22]);
xlabel('已调信号波形')
subplot(2,2,4);plot(f2,mag2);axis([05000008000]);
xlabel('已调信号频谱')
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
yn=awgn(y,4);%加入高斯白噪声
znn=demod(y,fc,fs,'am');%无噪声已调信号解调
zn=demod(yn,fc,fs,'am');%加噪声已调信号解调
fft3=fft(znn,N);
mag3=abs(fft3);
f3=(0:
length(fft3)-1)'*fs/length(fft3);
figure
(2);
subplot(3,1,1);plot(t,zn);
xlabel('加噪声解调信号波形')
subplot(3,1,2);plot(t,znn);
xlabel('无噪声解调信号波形')
subplot(3,1,3);plot(f3,mag3);axis([0500004000]);
xlabel('解调信号频谱')
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
yn1=awgn(y,8);
yn2=awgn(y,12);
yn3=awgn(y,16);
yn4=awgn(y,20);
zn1=demod(yn1,fc,fs,'am');
zn2=demod(yn2,fc,fs,'am');
zn3=demod(yn3,fc,fs,'am');
zn4=demod(yn4,fc,fs,'am');
dyi=yn-y;%高斯白噪声
s_ni=var(y)/var(dyi);%输入信噪比
dyo=zn-znn;%解调后噪声
s_no=var(znn)/var(dyo);%输出信噪比
dyi1=yn1-y;
s_ni1=var(y)/var(dyi1);
dyo1=zn1-znn;
s_no1=var(znn)/var(dyo1);
dyi2=yn2-y;
s_ni2=var(y)/var(dyi2);
dyo2=zn2-znn;
s_no2=var(znn)/var(dyo2);
dyi3=yn3-y;
s_ni3=var(y)/var(dyi3);
dyo3=zn3-znn;
s_no3=var(znn)/var(dyo3);
dyi4=yn4-y;
s_ni4=var(y)/var(dyi4);
dyo4=zn4-znn;
s_no4=var(znn)/var(dyo4);
in=[s_ni,s_ni1,s_ni2,s_ni3,s_ni4];
out=[s_no,s_no1,s_no2,s_no3,s_no4];
figure(3);
plot(in,out,'*')
holdon
plot(in,out)
xlabel('输入信噪比');ylabel('输出信噪比')
2.2.1调制信号幅度=0.8×载波幅度
调用程序,程序中A=0.8。
调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-10所示:
图2-10调制信号、已调信号的波形、频谱图
解调信号的波形、频谱如图2-11所示:
图2-11解调信号的波形、频谱图
输入输出信噪比关系曲线如图2-12所示:
图2-12输入输出信噪比关系曲线
2.2.2调制信号幅度=载波幅度
调用程序,程序中A=1。
调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-13所示:
图2-13调制信号、已调信号的波形、频谱图
解调信号的波形、频谱如图2-14所示:
图2-14解调信号的波形、频谱图
输入输出信噪比关系曲线如图2-15所示:
图2-15输入输出信噪比关系曲线
2.2.3调制信号幅度=1.5*载波幅度
调用程序,程序中A=1.5。
调制信号、已调信号的波形、频谱如图2-16所示:
图2-16调制信号、已调信号的波形、频谱图
解调信号的波形、频谱如图2-17所示:
图2-17解调信号的波形、频谱图
输入输出信噪比关系曲线如图2-18所示:
图2-18输入输出信噪比关系曲线
3.模拟仿真结果分析
通过MATLAB对DSB调制和解调系统的模拟仿真,观察各波形和频谱,在波形上,已调信号的幅度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,若调制信号频率为
,载波频率,调制后信号频率搬移至处。
通过在已调信号中加入高斯白噪声,通过解调器解调,根据对输入输出信噪比关系曲线绘制观察,在理想情况下,输出信噪比为输入信噪比的二倍,即DSB信号的解调器使信噪比改善一倍;不同的调制信号对系统性能有一定的影响。
4.小结与体会
通过此次MATLAB课程设计,我掌握了运用MATLAB进行信号处理和分析的基本内容和方法,加强了我对MATLAB软件的应用能力。
提高自己的基础理论知识、基本动手能力,提高人才培养的基本素质,并帮助我们掌握基本的文献检索和文献阅读的方法,同时提高我们正确地撰写论文的基本能力。
在课程设计过程中,着重研究了DSB信号调制与解调原理和MATLAB模拟实现,熟悉了信号波形、频谱的和系统性能的分析方法,了解了数字滤波器的设计与使用方法,综合提高了自己的专业技能。
5.参考文献
[1]葛哲学等编.MATLAB时频分析技术及其应