双边带调制与解调.docx

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双边带调制与解调

任务书

课题名称

抑制载波双边带调幅（DSB-SC）和解调的实现

指导教师（职称）

执行时间

2012~2013学年第一学期第16周

学生姓名

学号

承担任务

设计目的

1.掌握抑制载波双边带调制与解调的实现设计方法。

2.运用matlab软件实现相关结果。

设计要求

1．给出DSB的硬件电路结构图并介绍其原理

2．采用matlab或者其它软件工具实现对信号进行抑制载波双边带调幅（DSB）和解调，并且绘制：

（1）信号f（t）及其频谱；

（2）载波

；

（3）DSB调制信号及其频谱；

（4）DSB调制信号的功率谱密度；

（5）相干解调后的信号波形。

摘要

抑制双边带调制方式广泛应用于彩色电视和调频-调幅立体声广播系统中。

在通信系统中，从消息变换过来的信号所占的有效频带往往具有频率较低的频谱分量（例如语音信号），如果将这些信号在信道中直接传输，则会严重影响信号传输的有效性和可靠性。

因此这些信号在许多信道中均是不适宜直接传输的。

在通信系统的发射端通常需要调制过程，将信号的频谱搬移到所希望的位置上，使之转化成适合信道传输或便于信道多路复用的已调信号。

而在接收端则需要解调过程，以恢复原来有用的信号。

调制解调过程通常决定一个通信系统的性能。

随着数字化波形测量技术和计算机技术的发展，可以使用数字化方法实现调制与解调过程。

同时调制还可以提高性能，特别是抗干扰能力，以及更好地利用频带。

关键词：

双边带波形；调制；解调

目录..........................................................................................................................3

第一章设计的目的及意义..........................................................................................4

1.1设计内容.........................................................................................................4

1.2设计要求.........................................................................................................4

第二章设计原理..........................................................................................................5

2.1双边带信号调制.............................................................................................5

2.2双边带信号解调.............................................................................................6

第三章设计详细步骤..................................................................................................7

3.1信号f（t）及其频谱的生成.................................................................................7

3.2载波

及其频谱的生成.....................................................................7

3.3DSB调制信号及其频谱................................................................................7

3.4DSB调制信号的功率谱密度……................................................................7

3.5相干解调后的信号波形…….........................................................................7

第4章设计结果........................................................................................................8

4.1matlab软件介绍...........................................................................................8

4.2设计所得结果...................................................................................................8

参考文献......................................................................................................................16

附录源程序清单........................................................................................................17

第一章设计的目的及意义

1.1设计内容

对于信号

（其中

，载波为

，

），用抑制载波的双边带调幅实现对信号进行调制和解调。

1.2设计要求

1.给出DSB的硬件电路结构图并介绍其原理

2.采用matlab或者其它软件工具实现对信号进行抑制载波双边带调幅（DSB）和解调，并且绘制：

（1）f（t）信号及其频谱；

（2）载波

；

（3）DSB调制信号及其频谱；

（4）DSB调制信号的功率谱密度；

（5）相干解调后的信号波形。

第二章设计原理

2.1双边带信号调制

信号的调制主要是在时域上乘上一个频率较高的载波信号，实现频率的搬移，使有用信号容易被传播。

调制在通信过程中起着极其重要的作用：

无线电通信是通过空间辐射方式传输信号的，调制过程可以将信号的频谱搬移到电磁波形式辐射的较高频范围；此外，调制过程可以将不同的信号通过频谱搬移托付至不同频率的载波上，实现多路复用，不至于互相干扰。

振幅调制是一种实用很广的连续波调制方式。

调幅信号s（t）主要有调制信号和载波信号组成其中载波信号c（t）用于搭载有用信号，其频率较高。

幅度调制信号g（t）含有有用信息，频率较低。

运用MATLAB信号s（t）处理工具箱的有关函数可以对信号进行调制。

对于信号f（t）,通信系统就可以有效而可靠的传输。

调制原理图如下图2.1所示：

图2.1双边带信号调幅原理图

2.2双边带信号解调

在接收端，分析已调信号的频谱，进而对它进行解调，以恢复原调制信号。

对于调制解调的过程以及其中所包含的对于信号的频谱分析均可以通过MATLAB的相关函数实现。

解调原理图如下图2.2所示：

图2.2双边带信号解调原理图

第三章设计详细步骤

3.1信号f（t）及其频谱的生成

根据f（t）表达式

，

由于函数是辛格函数，故利用时间t与f（t）的关系再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度。

根据f（t）的表达式，通过求傅立叶变换来实现信号的频谱，具体可以取40000个点来实现。

并且运用算法yw=2*

/40000*abs（fftshift（yk）），fw=[-25000:

24999]/50000*fs这样再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度。

3.2载波

及其频谱的生成

由给定的载波为

，

，的出余弦信号的画法，这样再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度，时间。

3.3DSB调制信号及其频谱；

由调制信号知：

抑制载波双边带调幅的调制过程实际上就是调制信号与载波的相乘运算。

此时将上述两个信号相乘，就可以得出已调信号y4,

y4=sinc（t.*200）.*cos（2*

.*fc3.*t）这样再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度，时间。

根据已调信号的表达示，提高求傅立叶变换来实现信号的频谱，具体可以取4000个点来实现。

并且运用算法yw，算法fw,这样再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度。

3.4DSB调制信号的功率谱密度

通信中，调制信号通常是平稳随机过程。

其功率谱密度与自相关函数之间是一对付氏变换关系。

此时先求调制信号的自相关函数，利用命令[c,lags]=xcorr（y4,20）以及plot（lags/fs,c）就可以实现调制信号的自相关函数，此时将自相关函数求付氏变换。

利用SDSBp=fft（c,5000）；由算法yw，算法fw，即可实现，此时用figure和subplot可以在另一页画出自相关函数波形和功率谱密度波形。

3.5相干解调后的信号波形

由抑制载波双边带调幅的解调过程实际上实际是将已调信号乘上一个同频同相的载波。

即y7=sinc（t7*200）.*cos（2*

*fc3*t7）.*cos（2*

*fc3*t3）此时，解调图形如图4.8再用一个低通滤波器就可以恢复原始的调制信号，这种调制方法称为相干解调。

主要程序语句为[n,Wn]=ellipord（Wp,Ws,Rp,Rs）；[b,a]=ellip（n,Rp,Rs,Wn）；这样可以实现求取阶数n和传递函数的分子分母b,a；Wp=40/100;Ws=45/100;这时的100是最高频率的一半，而40则是在100/

和45之间。

Xl=5*filter（b,a,y7）。

通过这样可以使滤波后的波形失真更小。

此时可得相干解调后的信号波形。

第四章设计结果

4.1matlab软件介绍

MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。

它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。

MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的学习软件。

4.2设计所得结果

编写程序由matlab软件运行后得到如下结果;

（1）编写信号的程序语句，如下：

t=-2:

0.001:

2

y1=sinc（t*200）

subplot（2,3,1）,plot（t,y1）

title（'已知信号'）（具体程序见附录）

已知信号波形如图4.1所示：

4.1已知信号波形

编写已知信号的频谱，引用程序语句如下：

xlabel（'时间：

s'）；

ylabel（'幅度'）；

grid；xlim（[-0.1,0.1]）；

fs=3000%（具体程序见附录）

已知信号波形的频谱如图4.2所示：

图4.2已知信号波形的频谱

（2）编写载波信号的程序，取适当的单位及间距，如下：

t1=-2:

0.0001:

2；

y11=sinc（t1*200）（具体程序见附录）

载波信号图形如图4.3所示：

图4.3载波信号

（3）调制信号为一余弦信号，编写DSB调制信号的程序语句，如下：

y3=cos（2*pi*200*t）；

subplot（2,3,3）,plot（t,y3）；

title（'载波信号'）（具体程序见附录）

DSB调制信号如图4.4所示；

图4.4DSB调制信号

编写频谱的程序语句如下：

xlabel（'时间：

s'）；

ylabel（'幅度'）：

grid；

xlim（[-0.05,0.05]）；

fs1=1000（具体程序见附录）

其频谱如图4.5所示:

图4.5DSB调制信号频谱

（4）编写DSB调制信号的自相关函数的程序语句：

[c,lags]=xcorr（y4,200）

Figure

subplot（211）

plot（lags/fs,c）

title（'DSB信号自相关函数'）（具体程序见附录）

DSB调制信号的自相关函数如图4.6：

图4.6DSB调制信号的自相关函数

编写功率谱密度程序语句:

SDSBp=fft（c,5000）；

fw=[-2500:

2499]/5000*fs1；

yw=2*pi/4000*abs（fftshift（SDSBp））；

subplot（212）；plot（fw,yw）；

title（'DSB信号功率谱'）（具体程序见附录）

功率谱密度如图4.7所示:

图4.7DSB调制信号的功率谱密度

（5）编写解调后的程序如下：

y7=y4.*y3

figure

subplot（211）,plot（t,y7）

title（'解调信号'）（具体程序见附录）

相干解调后的信号波形如图4.8所示：

图4.8解调后信号波形

由图4.8可知解调波形与图4.1即已知信号波形相同，故双边带波形的调制与解调得到实现。

总结

本次设计，首先对题目进行分析，将所涉及的波形，频谱及相应函数做了研究，大体能够把握了设计的流程以及思路。

再通过查阅相关资料，能对相关的知识做了正确的记录，一边随时查看。

在问题的分析阶段中，就原始信号的频率和载波信号的频率做了比较，确定了具体的方案，在针对matlab中的有关画图处理函数进行学习和分析，这样就提高了学习的针对性，同时节约了时间。

设计过程中，通过查看函数的用法以及例句，可以正确的实现本设计的部分函数编写。

同时本设计中所运用的高频电子钟的相关函数与功率密度函数的知识也在设计过程中的了正确的理解，并且成功的实现了图形的绘制。

在此次设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来，按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析此次高频电子课程设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际编程操作，检测和校正，再进一步完善程序。

再其中遇到一些不解和疑惑的位置，还有一些出现的位置问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果你进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真的想老师询问请教，和老师一起探讨解决。

通过此次高频电子课程设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对Matlab语言有了更深的认识。

参考文献

[1]林旭梅.MATLAB实用教程.中国石油大学出版社，2010.3

[2]程佩青.数字信号处理教程（第三版）.清华大学出版社，2007.2

[3]张小虹.信号与系统.（第二版）.西安电子科技大学,2008.8

[4]余成波.数字信号处理及其MATLAB实现.清华大学出版社，1995

[5]张肃文.高频电子线路.北京高等教育出版社，1984

[6]沈伟慈.通信电路.西安电子科技大学出版社，2011.9

附录：

源程序清单

t=-2:

0.001:

2

y1=sinc（t*200）

subplot（2,3,1）,plot（t,y1）%画出原始信号

title（'已知信号'）

xlabel（'时间：

s'）；ylabel（'幅度'）

grid

xlim（[-0.1,0.1]）

fs=3000%信号频谱

t1=-2:

0.0001:

2

y11=sinc（t1*200）

yk=fft（y11,50000）%对信号做傅立叶变换

yw=2*pi/40000*abs（fftshift（yk））%频谱搬移

fw=[-25000:

24999]/50000*fs

subplot（2,3,2）,plot（fw,yw）

title（'已知信号的频谱'）

xlabel（'频率：

hz'）；ylabel（'幅度'）

grid

xlim（[-30,30]）

y3=cos（2*pi*200*t）%载波信号

subplot（2,3,3）,plot（t,y3）

title（'载波信号'）

xlabel（'时间：

s'）；ylabel（'幅度'）

grid

xlim（[-0.1,0.1]）

y4=sinc（t*200）.*cos（2*pi*200*t）%已调信号

subplot（2,3,4）,plot（t,y4,'r-'）

title（'已调信号'）

xlabel（'时间：

s'）；ylabel（'幅度'）

grid

xlim（[-0.05,0.05]）

fs1=1000%已调信号频谱

yk=fft（y4,5000）　%对信号做傅立叶变换

yw=2*pi/4000*abs（fftshift（yk））　%频谱搬移

fw=[-2500:

2499]/5000*fs1

subplot（2,3,5）,plot（fw,yw,'r-'）

title（'已调信号的频谱'）

xlabel（'频率：

hz'）；ylabel（'幅度'）

grid

xlim（[-400,400]）

[c,lags]=xcorr（y4,200）%DSB信号自相关函数

Figure%200表示自相关函数时间т

subplot（211）

plot（lags/fs,c）

title（'DSB信号自相关函数'）

xlabel（'t'）;ylabel（'Rxx（t）'）

grid

SDSBp=fft（c,5000）%DSB功率谱

fw=[-2500:

2499]/5000*fs1

yw=2*pi/4000*abs（fftshift（SDSBp））%频谱搬移

subplot（212）

plot（fw,yw）

title（'DSB信号功率谱'）

xlabel（'w'）；ylabel（'Rxx（t）'）

grid

y7=y4.*y3%解调信号

figure

subplot（211）,plot（t,y7）

title（'解调信号'）

xlabel（'时间：

s'）;ylabel（'幅度'）

grid

xlim（[-0.1,0.1]）

Rp=0.1;　　　　　　　　　　%滤波后的f（t）信号

Rs=80;%信号衰减幅度

Wp=40/100;%通带截止频率

Ws=45/100;%阻带截止频率,100为载波频率的一半

[n,Wn]=ellipord（Wp,Ws,Rp,Rs）;%阶数n

[b,a]=ellip（n,Rp,Rs,Wn）;%传递函数分子分母b,a

Xl=5*filter（b,a,y7）;

figure;

subplot（211）;plot（t,Xl）;

title（'滤波后的f（t）信号'）;

xlabel（'时间单位:

s'）;ylabel（'幅度'）;

grid;

xlim（[-0.1,0.1