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
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用.人民邮电出版社.2007年
[2]葛哲学编.精通MATLAB.电子工业出版社.2008年
[3]樊昌信等编.通信原理.国防工业出版社.2007年
[4]陈怀琛编.数字信号处理教程:
MATLAB释义与实现.2008年
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别别
男
专业、班级
题目：
基于MATLAB的DSB调制与解调分析
答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2010年1月13日
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