基于MATLAB的抑制载波的双边带幅度调制DSB与解调分析.docx

1、基于MATLAB的抑制载波的双边带幅度调制DSB与解调分析基于MATLAB的二进制移频键控调制（2PSK）与解调分析1 二进制移相键控 1.1 2PSK基本原理 数字信号可以直接在基带传输系统中直接传输，但是实际通信中不少信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓的正弦载波调制。 从原理上来说，受调载波的波形可以使任意的，只要是已调信号适合于信道传输就可以了。但是实际上，在大多数数字通信系统中，都选择正弦信号作为载波。这是因为正弦信号形式简单，便于产生和接受。和模拟调制一样，数字调制也有调幅、调频和调相三种基本形式，并且可

2、以派生出多种其他形式。数字调制和模拟调制相比，原理并没有什么区别，只是模拟调制是对载波信号的常量进行连续调制，在接收端则是对载波信号的调制参量连续地进行估值；而数字调制都是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端也只要对载波信号的离散调制参量进行检测。数字调制信号，在二进制时有振幅键控、移频键控和移相键控三种基本形式。在此，我们只讨论移相键控的原理和性能以及应用simulink对它进行仿真。 PSK也可分为二进制PSK（2PSK或BIT/SK）和多进制PSK（MPSK）。在这种调制技术中，载波相位只有0和两种取值，分别对应于调制信号的“0”和“1”。传“1“信号时，发起始相位为的载

3、波；当传“0”信号时，发起始相位为0的载波。2PSK的调制原理如图3-28所示。由“0”和“1”表示的二进制调制信号通过电平转换后，变成由“1”和“1”表示的双极性NRZ（不归零）信号，然后与载波相乘，即可形成2PSK信号。在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。 通常用已调信号载波的 0和 180分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0。 二进制移相键控信号的时域表达式为 （1.11） 其中, an与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，an应选择双极性，即 （1.12）若g(t)是脉宽为Ts, 高度为1的矩形脉冲时，

4、则有 （1.13） 由式(13）)可看出，当发送二进制符号1时，已调信号e2PSK(t)取0相位，发送二进制符号0时，e2PSK(t)取180相位。若用n表示第n个符号的绝对相位，则有 （1.14） 这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对移相方式。二进制移相键控信号的典型时间波形如图 11 所示。 图 1.1 二进制移相键控信号的时间波形1.2 2PSK调制解调原理 二进制移相键控信号的调制原理如图12所示。 其中图(a)是采用模拟调制的方法产生2PSK信号，图(b)是采用数字键控的方法产生2PSK信号。 解调器原理:如图13所示。 2PSK信号的解调通常都是

5、采用相干解调， 在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波。考虑到相干解调器在这里实际上起到鉴相作用，故相干解调中的“相乘低通”又可用各种鉴相器代替。2PSK信号相干解调又被称为2PSK同步检测法解调。 2PSK信号相干解调各点时间波形如图14所示。 0S(t) 双极性不归零码 e2psk coswct S(t) 图122PSK信号的调制原理图 e2psk a c d e 输出 coswct b 定时脉冲 图 13 2PSK信号的解调原理图 图 142PSK信号相干解调各点时间波形 当恢复的相干载波产生180倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调

6、器输出数字基带信号全部出错。这种现象通常称为“倒”现象。由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180的相位模糊，所以2PSK信号的相干解调存在随机的“倒”现象，从而使得2PSK方式在实际中很少采用。1.3 2PSK信号的功率谱密度 2PSK信号的功率谱密度可以采用与求2ASK信号功率谱密度相同的方法。于是2PSK信号的功率谱可以写成 (1.31） 由于为双极性矩形基带波形信号，故上式可得 （1.32） 若双极性基带波形信号的“1”与“0”出现的概率相等（即P=1/2)，则上式可变成 （1.33） 又因为g(t)的频谱G(f)为 （1.34）所以最终功率谱密度可以写成 （1.35） 由式(1.

7、33）和式（1.33）可以看出，一般情况下二进制移相键控信号的功率谱密度由离散谱和连续谱所组成，其结构与二进制振幅键控信号的功率谱密度相类似，带宽也是基带信号带宽的两倍。当二进制基带信号的“1”符号和“0”符号出现概率相等时，则不存在离散谱。2PSK信号的功率谱密度如图 15所示。 图 15 2PSK信号的功率谱密度1.4 2PSK系统的抗噪声性能 在二进制移相键控方式中，有绝对调相和相对调相两种调制方式，相应的解调方法也有相干解调和差分相干解调，下面讨论相干解调系统的抗噪声性能。 2PSK信号的解调通常都是采用相干解调方式(又称为极性比较法)， 其性能分析模型如图16所示。 输出 sT yi

8、(t) y(t) x(t) Pe ni(t) 2coswct 定时脉冲 图 162PSK信号相干解调系统性能分析模型 2PSK 信号采用相干解调方式与2ASK信号采用相干解调方式分析方法类似。在发送“1”符号和发送“0”符号概率相等时，最佳判决门限b*=0。此时，2PSK系统的总误码率Pe为 Pe=P(1)P(0/1)+P(0)P(0/1)= 在大信噪比(r1)条件下，式(7.2 - 73)可近似表示为 2 Simulink仿真软件入门 Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作

9、，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同

10、的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，用户可以立即看到系统的仿真结果。 构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。Simulink具有丰富的可扩充的预定义模块库,交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图,以设计功能的层次性来分割模型

11、，实现对复杂设计的管理，提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成，使用Embedded MATLA 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法，图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为，可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据等等，这些特点使得matlab在整个科学工程领域受到了越来越广泛的应用。3 Simulink仿真图及仿真结果 图3.1 2psk系统框图 图3.2 原始波形序列和解调后序列波形对比 图3.3 2PSK调制波形的频谱图 3.4 解调后的波形环境下观察到的眼图结果分析：该系统的组成模块

12、及其功能：Random-Integer Generator(随机整数发生器）产生随机原始信号序列；Spectrum Scope(频谱仪）观察调制后的信号的频谱；BPSK Modulator Baseband(基带BPSK调制解调器）对基带信号进行调制和在噪声信道中传输的信号进行解调；AWGN Channel(加性高斯白噪声信道）给调制后的信号加入信道噪声；Error Rate Calculation(误码率计算）计算解调后的信号误码率；Scope（示波器）观察原始信号序列和解调后的信号序列； Display(显示器）显示误码率的数值；（1）由图3.1可以看出经过调制后的信号经过噪声信道传输最终

13、解调出来，其误码率为0.00050001，在一个非常理想的层次上。（2）由图3.2可以看出，随机产生的二进制信号序列经过调制解调后，原始二进制信号序列（上方）和经过调制解调恢复后的信号序列几乎完全一致，仅仅在时间上有一定的延时，所以该2PSK系统能够完成二进制移相键控信号的调制解调功能。（3）由图3.3频谱仪上可以看出，原本能量基本上集中在低频段的基带信号，经过调制系统的调制后，其能量搬移到频率较高的频段上去了，这样便于在有噪声的高斯信道中传输。（4）从图3.4可以看出眼图的张角非常大，几乎没有任何的重叠现象，说明信号解调恢复得很好；4 MATLAB仿真4.1 程序设计 Fc=10; %载频

14、Fs=40; %系统采样频率 Fd=1; %码速率 N=Fs/Fd; df=10; numSymb=50; %进行仿真的信息代码个数 M=2; %进制数 SNRpBit=60; %信噪比 SNR=SNRpBit/log2(M); seed=12345 54321; numPlot=50; %产生25个二进制随机码 x=randsrc(numSymb,1,0:M-1); %产生25个二进制随机码 %调制 y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,psk,M,df); numModPlot=numPlot*Fs; t=0:numModPlot-1./Fs; %在已调信号中加入高斯白噪声 randn(st

15、ate,seed(2); y=awgn(y,SNR-10*log10(0.5)-10*log10(N),measured,dB); z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,psk/eye,M,df); z2=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,psk/eye/noncoh,M,df); errorSym ratioSym=symerr(x,z1); figure(1) stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx); title(二进制随机序列) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); figure(2) stem(0:numPlot-1,x(1

16、:numPlot),bx); hold on; stem(0:numPlot-1,z1(1:numPlot),ro); hold off; axis(0 numPlot -0.5 1.5); title(相干解调后的信号原序列比较) legend(原输入二进制随机序列,相干解调后的信号) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); figure(3) stem(0:numPlot-1,x(1:numPlot),bx); hold on; stem(0:numPlot-1,z2(1:numPlot),ro); hold off; axis(0 numPlot -0.5 1.

17、5); title(非相干解调后的信号) legend(原输入二进制随机序列,非相干解调后的信号) xlabel(Time); ylabel(Amplitude); figure(4) subplot(1,2,1); simbasebandex(0:1:5); title(相干解调后误码率统计) errorSym ratioSym=symerr(x,z2); subplot(1,2,2); simbasebandex(0:1:5); title(非相干解调后误码率统计)4.2 仿真波形图 图4.1 随机产生的二进制序列 图4.2 相干解调后的信号序列 图4.3 非相干解调后的信号序列 图4.4 两种解调方式的误码率