基于Matlab和Simulink的DSB信号仿真Word格式.docx
《基于Matlab和Simulink的DSB信号仿真Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于Matlab和Simulink的DSB信号仿真Word格式.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1.概述
调制在通信系统中至关重要。
所谓调制，就是把信号转换成合适在心道中传输的形式的一种过程。
广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。
在无线通信中和其他大多数场合，调制一词均值载波调制。
1.1载波调制
载波调制，就是用调制信号去控制载波的参数的过程，使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。
调制信号是只来自信源的消息信号，即基带信号，这些信号可以是模拟的，也可以是数字的。
未受调制的周期性振荡信号成为载波，它可以是正弦波，也可以是非正弦的周期性脉冲序列。
载波调制后成为已调信号，它含有调制信号的所有特征。
解调也叫检波，是调制的逆过程，其作用是将已调制信号中的调制信号恢复出来。
1.1.1载波调制的目的
基带信号对载波的调制是为了实现以下一个或多个目标：
第一，在无线传输中，通过调制，把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上，使已调信号的频谱与信道的带通特性相匹配，这样可以提高传输性能，以较小的发射功率与较短的天线来辐射电磁波。
如在GSM体质移动通信使用的900MHz频段，所需的天线尺寸仅为8cm。
第二，把多个基带信号分别搬移到不同处的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道的利用率。
第三，扩展信道带宽，提高系统的抗干扰、抗衰减能力，还可以实现传输带宽与信噪比之间的互换。
因此，调制对通信系统的有效性和可靠性有这很大的影响和作用。
采用什么样的调制方式将直接影响着通信系统的性能。
1.1.2载波调制的方式
调制的方式有很多。
根据调制信号是模拟信号还是数字信号，载波是连续波还是脉冲序列，相应的解调方式有模拟连续波调制、数字连续波调制、模拟脉冲调制和数字脉冲调制。
最常用和最重要的模拟调制方式是用正弦波最为载波的幅度调制和角度调制。
常见的调幅（AM）、双边带（DSB）、单边带（SSB）和残留边带（VSB）等调制就是幅度调制的几个典型实例；
而频率调制（FM）是角度调制中被广泛采用的一种。
1.2解调方法
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。
解调过程也称为检波，常用的方法有包络检波和同步检波两种。
1.2.1相干解调
相干解调又叫同步检波。
由于这种检波过程必须在接收端产生一个与载波信号同步的参考信号，故称为同步检波器。
同步检波器可以对AM、DSB、SSB任何一种条幅波进行解调。
相干解调时，为了无失真的恢复原基带信号，接收端必须提供一个与已接受载波同频同相的本地载波，即相干载波，它与接收信号相乘后，经低通滤波器滤取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。
相干解调适用于所有的线性调制信号的解调。
由于有载波的振幅调制信号包络直接反应了调制信号的变化规律，可以用包络检波法进行解调。
而抑制载波双边带或单边带信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，所以无法用包络检波器进行解调，必须采用同步检波器。
实现相干解调的关键是接收端要提供一个与载波信号严格同步的相干载波，否则，相干解调后将会使原始基带信号减弱，甚至带来严重失真。
1.2.2包络检波
AM信号在满足
的条件下，其包络与调制信号与调制信号
的形状完全一样。
因此，AM信号除了可以采用想干解调外，一般都采用简单的包络检波法来恢复信号。
由于这里主要讨论DSB信号的仿真，所以在此不详细说明。
2.DSB调制解调原理
幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。
设正弦型载波为
（2-1）
式中：
为载波幅度；
为载波角频率；
为载波初始相位（以后可先假定
为0，而不失讨论的一般性）。
根据调制信号的定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为
（2-2）
为基带调制信号。
设调制信号
的频谱为
，则由式（5-2）不难得到已调信号
的频谱
：
（2-3）
由上可见，在波形上，幅度已调信号的幅度虽基带信号的规律呈正比变化；
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。
由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常也称为线性调制。
2.1DSB调制过程
在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。
如果在标准调幅信号中去掉直流信号，即可得到一种高效率的调制方式——抑制载波双边带信号（DSB—SC）,简称双边带信号（DSB）。
图2-1DSB调制模型
其时域表示式为
（2-4）
式中，假设平均值为0。
DSB信号的频域表示式为
（2-5）
其典型波形和频谱如图所示。
图2-2DSB信号的波形和频谱
2.2DSB解调过程
DSB信号因为不存在载波分量，所以调制效率是100%，即全部功率用于信息传输。
但由于DSB信号的包络不在于调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波法来恢复调制信号，而用同步检波法。
图2-3DSB信号解调模型
设输入的已调信号为
（2-6）
取调制信号为：
（2-7）
与同频同相的相干载波
相乘后，得
（2-8）
经低通滤波器（LFP）后，得到
（2-9）
可以看出，得到的解调信号是输入调制信号
的
，呈正比关系。
所以得到失真较小的基带信号。
低通滤波器
0
图2-4DSB信号解调频谱
DSB已调波经过同步检波后的频谱如上图所示，经过低通滤波器后即可得到原始基带信号。
2.3DSB相干解调性能
图2-5DSB相干解调性能分析模型
设解调器输入信号为
（2-10）
与相干载波
相乘,经低通滤波器后，输出信号为:
（2-11）
因此，解调器输出端的有用信号功率为
（2-12）
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
与相干载波
相乘，经低通滤波器，解调器输出的最终的输出噪声为
（2-13）
故输出噪声功率为
（2-14）
这里，
，为DSB的带通滤波器的带宽，
为白噪声单边功率谱密度。
解调器输入信号平均功率为
（2-15）
又，已知解调器的输入噪声功率为
（2-16）
可得解调器的输入信噪比
（2-17）
解调器的输出信噪比
（2-18）
因此制度增益为
（2-19）
由此可见DSB调制系统的制度增益为2。
也就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。
这是因为采用相干解调，是输入噪声中的一个正交分量
被消除的缘故。
3.软件仿真
3.1MATLAB仿真
首先对通信系统进行数学建模，然后通过计算机来模拟系统行为、波形以及信号通过系统的过程，并对系统性能指标进行仿真测试和统计分析。
3.1.1DSB信号时域波形
1.程序编写
本程序中，左侧为编程语言，右侧为解释说明。
%--------------------------清除历史痕迹-------------------------
clf;
%清除窗口中的图形
clc;
%清除命令窗
clear;
%清除变量窗
%--------------------------定义变量和波形表达式-------------
ts=0.01;
%定义变量区间步长
t0=2;
%定义变量区的长度
t=-t0:
ts:
t0;
%定义变量区间取值
fc=10;
%定义载波的频率
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
st=mt.*ct;
%输出已调信号表达式
%--------------------------画出波形------------------------------
figure（'
toolbar'
'
none'
menu'
...
'
name'
DSB信号波形'
color'
y'
）;
subplot（3,1,1）;
%划分画图区间，3行1列，现画第一个
plot（t,mt,'
c'
%调制信号波形
title（'
调制信号'
xlabel（'
t'
ylabel（'
m（t）'
subplot（3,1,2）;
plot（t,ct,'
g'
%载波信号波形
载波信号'
c（t）'
subplot（3,1,3）;
%已调信号波形
plot（t,st,'
b'
已调信号'
s（t）'
%----------------------------------------------------------------
2.运行图形
图3-1DSB信号的波形
图中上、中、下三条波形分别是调制信号、载波信号和已调信号波形。
调制信号频率为1Hz，载波频率为10Hz。
3.1.2DSB信号频域波形
在上一个程序的基础上，清除历史痕迹与定义变量部分不变，把画出波形的部分改为以下内容即可。
DSB信号频谱'
subplot（2,1,1）;
plot（f,mt2,'
%调制信号频域波形
调制信号频谱'
%画出已调信号波形
f'
m（f）'
st1=fftshift（fft（st））;
st2=abs（st1.^2）;
subplot（2,1,2）;
plot（f,st2,'
%已调信号频域波形
已调信号频谱'
s（f）'
图3-2DSB信号的频谱
图中上、下两条部分分别是调制信号频谱和已调信号频谱。
3.2Simulink仿真
Simulink是MATLAB的重要组成部分，提供建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察仿真结果等功能。
3.2.1电路图搭建
图3-3Simulink仿真总电路图
本图中，正弦波发生器用于产生调制时所需载波和解调时所需的相干载波，因为由同一个信号源发出，所以保证了二者的同频同相。
信号发生器用于产生基带信号。
载波和基带信号经过一个乘法器得到已调信号。
已调信号送入存在高斯白噪声的信道，经一个带通滤波器滤除多余的噪声，再通过增益为2的模块。
已调信号再与相干载波经过乘法器与低通滤波器，可以得到解调信号，即原始的基带信号。
示波器1显示调制过程中的波形变化，示波器2显示噪声波形及解调过程中的波形变化。
3.2.2波形观察
1.DSB信号调制示波器显示图
图中由上到下的波形分别为：
调制信号、载波信号和已调信号。
其中调制信号的频率为1rads/sec，振幅为1；
载波信号的频率为30rads/sec，振幅为2。
图3-4DSB信号调制
2．DSB信号解调示波器显示图
高斯白噪声波形、经过信道和增益模块的已调信号、经过相乘器得到的调制信号和经过低通滤波器得到的基带信号。
图3-5DSB信号解调
4．结论
4.1DSB信号的特点
第一，DSB信号是过调幅AM波，故它仍是幅度调制，但此时包络已不再与m（t）成线性关系变化，这说明它的包络不完全载有调制信号的信息，因此它不是完全的调幅波。
第二，DSB信号的频率仍与载波相同，没有受到调制。
第三，有反相点。
DSB信号在调制信号的过零点处出现了反相点，调制指数大于1的AM信号在调制信号过零点处出现反相点。
所以有反相点出现，是因为调制信号在过零点前后取值符号是相反的。
并且其频谱仅包含了位于载频两侧的上、下边带，在载频处已无载波分量，这就是抑制载波的效果。
DSB信号信号虽然节省了载波频率，但它所需的传输带宽仍是调制信号带宽的两倍，即与AM信号带宽相同。
从减小发送功率的角度出发，产生了一种新的调制方式单边带调制（SSB）。
总之，DSB信号的优点是调制效率高，缺点是占用频带宽，为消息基带信号的2倍。
常应用在无线通信中。
4.2相干载波的重要性
若本地载频信号与输入信号的载频不能保持同步，对检波性能会产生影响。
假如本地载频信号与输入信号的频率和相位都不同步，若用模拟乘法器构成同步检波电路解调双边带调幅信号，则经低通滤波器取出的低频信号将产生频率失真和相位失真。
若用模拟乘法器构成的乘积滤波电路解调单边带调幅信号．同理，检出的低频信号也将产生频率失真和相位失真。
在进行语言通信时，人耳对相位失真不敏感，但频率失真听上去会感到严重声音失真。
实验证明，当频率偏移值为20Hz时，开始觉察声音不自然，而当频率偏移值为200Hz时，语言可懂度就会下降。
在进行图像通信时，频率和相位偏移都会影响图像的质量。
所以参考信号的与载波的一致性是各种同步检波的关键。
4.3同步检波器的优点
同步检波器的抗干扰性能比包络检波器优越，在实际电路中，信道中都会存在随机噪声，若噪声超过某一个阈值，则包络检波器所解调的波形失真严重，得不到想要的信息，而同步检波器就不会有这种问题。
虽然同步检波器的电路比较复杂，但是随着电子技术的发展，这种解调方式会应用的越来越广泛。
5．体会总结
模拟调制系统是电子信息工程通信方向最主要的模块之一，通过在课堂上对理论知识的学习，我了解到模拟调制系统的基本方式以及其原理。
然而，如何将理论在实践中得到验证和应用，一直是学习中的问题。
而通过本次课程设计，我对DSB信号调制解调进行了一次仿真，有效的完善了学习过程中实践不足的问题，同时进一步巩固了原先的基础知识。
在拿到课设题目后，我主要根据通信原理的教材来进行设计，在以前学习时有些没有注意到的细节问题通过这次课设也意识到了。
这一个星期过的可以说是不容易，很早之前就听说过课程设计的大名，现在一见真是名不虚传。
经过这次课设，我的收获也很大，与我的付出成正比。
首先，我更熟悉了关于DSB信号的一系列的专业知识，通过搭建电路图选择元器件等过程让我对它有了更深刻的认识和更直观的印象；
其次，我学会了MATLAB和Simulink的仿真应用，很多平时不能轻易接触到的仪器，都可以在仿真界面上尽情使用，不用担心损坏等那么多的问题，对学习专业课非常有帮助；
而且，在整理报告内容时，通过自己输入公式、绘制框图和按照论文要求更改版式等操作，对Word的使用也更加得心应手；
除了收获知识外，最重要的是，我坚持不懈的毅力和要战胜困难的决心也得到了一定程度的磨练，使我在面对挑战时能更有自信更有勇气，哪里不对了，翻书、查资料，一定要找到差错，一定要解决掉，这才是课设最大的成果。
这次课程设计会是大学生活中灿烂的一页，值得回味。
参考资料
[1]樊昌信、曹丽娜编.通信原理.国防工业出版社，2012.
[2]赵静、张瑾、高新科编.基本MATLAB的通信系统仿真.北京航空航天大学出版社，2012.
升级会员 