信号处理分析课程设计报告.docx
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信号处理分析课程设计报告
目录
摘要1
1DSB调制与解调的基本原理2
1.1DSB调制原理2
1.2DSB解调原理3
2Simulink仿真电路4
2.1调制模块4
2.2调制后加入高斯白噪声6
2.3解调与低通滤波模块8
2.4总体模型10
3MATLAB程序代码11
3.1系统框图11
3.3噪声部分13
3.4带通滤波部分14
3.5解调部分15
3.6低通滤波部分16
4心得体会17
5参考文献18
附录19
摘要
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。
调制与解调方式往往能够决定一个通信系统的性能。
幅度调制就是一种很常见的模拟调制方法，在AM信号中，载波分量并不携带信息，仍占据大部分功率，如果抑制载波分量的发送，就能够提高功率效率，这就抑制载波双边带调制DSB-SC（DoubleSideBandwithSuppressedCarrier），因为不存在载波分量，DSB-SC信号的调制效率就是100%，即全部功率都用于信息传输。
但由于DSB-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，需采用同步检波来解调。
这种解调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，使其有一定程度的失真，而这种失真是不可避免的。
本文介绍了M文件编程和Simulink两种方法来仿真DSB-SC系统的整个调制与解调过程。
关键词DSB-SC调制同步检波信道噪声M文件Simulink仿真
1DSB调制与解调的基本原理
1.1DSB调制原理
在消息信号m（t）上不加上直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB-SC）调制信号，简称双边带（DSB）信号。
DSB调制器模型如图3-1，可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘。
图1-1DSB信号调制器模型
其时域和频域表示式分别如下
（式3-1）
（式3-2）
除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。
故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍。
图1-2DSB信号的波形与频谱
1.2DSB解调原理
因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。
但由于DSB信号的包络不再与m（t）成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调。
图1-3DSB信号相干解调模型
图3-3中SL（t）为本地载波，也叫相干载波，必须与发送端的载波完成同步。
即频率相同时域分析如下：
Sp（t）经过低通滤波器LPF，滤掉高频成份，为
频域分析如下：
式中的H（ω）为LPF的系统函数。
频域分析的过程如图3-4所示。
事实上本地载波和发端载波完全一致的条件是是不易满足的，因此，需要讨论有误差情况下对解调结果的影响。
图1-4DSB信号相干解调过程示意图
2Simulink仿真电路
2.1调制模块
新建一个仿真空白模型，将DSB信号调至所需要的模块拖入空白模型中。
图4-3中Sinewave为正弦基带信号、Sinewave1为正弦载波，均使用离散化的信号。
product为乘法器。
连接各模块如下图所示。
图2-1DSB调制模型
双击模块设置基带信号属性：
幅度为2，频率为2HZ，初相位为0，离散方式，采样间隔为0.002s。
用同样的方式设置载波信号属性:
幅度为2，频率为50HZ，初相位为0，离散方式，采样间隔为0.002s。
示波器得到的波形及频谱如下：
图2-2调制信波形
图2-3载波信号波形
图2-4已调信号波形
图2-5调制信号的频谱图2-6已调信号的频谱
从图中可以清楚地看出，双边带信号时域波形的包络不同于调制信号的变化规律。
在调制信号零点前处已调波的相位发生了180°的突变。
在调制信号的正半周期内，已调波的高频相位与载波相同，在调制信号的负半周期内，已调波的高频相位与载波相反。
并且双边带的带宽为基带信号的两倍。
2.2调制后加入高斯白噪声
加性高斯白噪声AWGN（AdditiveWhiteGaussianNoise）是最基本的噪声与干扰模型。
加性噪声是叠加在信号上的一种噪声，通常记为n（t），而且无论有无信号，噪声n（t）都是始终存在的。
因此通常称它为加性噪声或者加性干扰。
若噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数，则称这样的噪声为白噪声。
如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布，则称这样的噪声为高斯白噪声。
在通信系统中，经常碰到的噪声之一就是白噪声。
在理想信道调制与解调的基础上，在信道中加入高斯白噪声，把Simulink中的AWGN模块加入到模型中。
图2-7高斯白噪声信道传输模型
图2-8高斯白噪声信道传输波形
图2-9高斯白噪声信道传输波形的频谱
与已调信号相比较可看出，波形出现了一定程度的失真。
失真是随着信噪比SNR的变化而变化的，SNR越小，通过AWGN信道的波形就越接近理想信道波形。
2.3解调与低通滤波模块
因为DSB信号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基带信号，而必须采用相干解调。
相干解调也称同步检波，是指用载波乘以一路与载波相干（同频同相）的参考信号，再通过低通滤波器即可输出解调信号。
图2-10相干解调模块模型
这里的数字滤波器用到了Simulink模型库中的FDATool，双击模块可以选择滤波器类型及更改参数。
在这里选择了低通Elliptic滤波器，试验发现它具有很好的频响特性。
根据系统基带信号频率范围和载波的频率，设置其通带和截止频率分别为40、60。
图2-11解调滤波后的输出波形
图2-12解调滤波后的输出波形的频谱
2.4总体模型
图2-13总体模型图
图2-14总体仿真图
3MATLAB程序代码
3.1系统框图
3.2调制部分
代码:
Fs=500;
t=[0:
999]/Fs;
Fc=50;
x=2*sin（2*pi*2*t）;
N=length（x）;
z0=fft（x）;
z0=abs（z0（1:
length（z0）/2+1））;
frq0=[0:
length（z0）-1]*Fs/length（z0）/2;
figure
（1）;
subplot（2,1,1）;plot（x）;grid;
title（'原始信号'）;
subplot（2,1,2）;plot（frq0,z0）;grid;
title（'原始信号的频谱'）;
%双边带调制
y1=ammod（x,Fc,Fs）;
z1=fft（y1）;
z1=abs（z1（1:
length（z1）/2+1））;
frq1=[0:
length（z1）-1]*Fs/length（z1）/2;
figure
（2）;
subplot（2,1,1）;plot（y1）;grid;
title（'双边带信号'）;
subplot（2,1,2）;plot（frq1,z1）;
title（'双边带信号的频谱'）;grid;
输出图:
图3-1原始信号波形及其频谱
图3-2已调信号波形及其频谱
3.3噪声部分
代码:
%噪声
noisy=randn（1,N）;
y2=y1+noisy/2;
z2=fft（y2）;
%frq2=[0:
N-1]*Fs/N;
frq2=[0:
length（z2）-1]*Fs/length（z2）;
figure（3）;
subplot（2,1,1）;plot（y2）;grid;
title（'加入噪声后的信号'）;
subplot（2,1,2）;plot（frq2,abs（z2））;grid;
title（'加入噪声后信号的频谱'）;
输出图:
图3-3加入噪声后信号波形图及其频谱
3.4带通滤波部分
代码：
%带通滤波器
rp=1;rs=10;
wp=2*pi*[45,55];ws=2*pi*[40,60];
[N,wc]=buttord（wp,ws,rp,rs,'s'）;
[B,A]=butter（N,wc,'s'）;
[Bz,Az]=impinvar（B,A,Fs）;
y3=filter（Bz,Az,y2）;
z3=fft（y3）;
figure（4）;
subplot（2,1,1）;plot（y3）;grid;
title（'带通滤波后的的信号'）;
subplot（2,1,2）;plot（frq2,abs（z3））;grid;
title（'带通滤波后信号的频谱'）;
输出图：
图3-4带通滤波后信号波形及其频谱
3.5解调部分
代码：
%解调
y4=amdemod（y3,Fc,Fs,0,0）;
z4=fft（y4）;
z4=abs（z4（1:
length（z4）/2+1））;
frq4=[0:
length（z4）-1]*Fs/length（z4）/2;
figure（5）;
subplot（2,1,1）;plot（y4）;grid;
title（'解调后的信号'）;
subplot（2,1,2）;plot（frq4,z4）;grid;
title（'解调后的信号的频谱'）;
输出图：
图3-5解调后信号波形图及其频谱
3.6低通滤波部分
代码：
%低通滤波器
fp1=1;fs1=4;rp1=1;rs1=10;
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）;
y5=filter（Bz1,Az1,y4）;
z5=fft（y5）;
z5=abs（z5（1:
length（z5）/2+1））;
frq5=[0:
length（z5）-1]*Fs/length（z5）/2;
figure（6）;
subplot（2,1,1）;plot（y5）;grid;
title（'低通滤波后的信号'）;
subplot（2,1,2）;plot（frq5,z5）;grid;
title（'低通滤波后信号的频谱'）;
输出图：
图3-6低通滤波后信号波形图及其频谱
4心得体会
5参考文献
[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理.北京：
国防工业出版社，2006
[2]达新宇．通信原理实验与课程设计．北京：
北京邮电大学出版社，2003
[3]徐远明.MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用.西安：
西安电子科技大学出版社，2005
[4]张化光,孙秋野.MATLAB/Simulink实用教程.北京：
人民邮电出版社，2009
[5]姚俊，马松辉.Simulink建模与仿真基础.北京：
西安电子科技大学出版社，2002
[6]邓华．MATLAB通信仿真及应用实例详解．北京：
国防工业
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