DSB系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真講解

1、 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論文題目：DSB模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真姓名：郭 群學(xué)號(hào)：1020420120班級(jí)：10204201班年級(jí)：2010級(jí)專業(yè)：通信工程學(xué)院：信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師：李里亞 （講師）完成時(shí)間：2014年 6 月12日作 者 聲 明本人以信譽(yù)鄭重聲明：所呈交的學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下由本人獨(dú)立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和其他侵權(quán)行為。文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，不包含他人成果及為獲得東華理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。對(duì)本設(shè)計(jì)（論文）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。

2、本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸東華理工大學(xué)所有。特此聲明。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者（簽字）： 簽字日期： 年 月 日 本人聲明：該學(xué)位論文是本人指導(dǎo)學(xué)生完成的研究成果，已經(jīng)審閱過論文的全部?jī)?nèi)容，并能夠保證題目、關(guān)鍵詞、摘要部分中英文內(nèi)容的一致性和準(zhǔn)確性。 學(xué)位論文指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日DSB模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真郭 群The Design and Simulation of the DSB analog systemGuo qun 2014年6月12日 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要 摘 要模擬通信系統(tǒng)具有直觀，容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在早期的通信系統(tǒng)中得到了廣泛的

3、應(yīng)用，例如早期的電話系統(tǒng)就是模擬通信系統(tǒng)。抑制雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）作為最經(jīng)典的模擬通信系統(tǒng)之一，具有調(diào)制效率高,抗噪性能好等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的研究與應(yīng)用。MATLAB仿真軟件具有編程效率高，使用方便等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用與電子通信，航空航天等科學(xué)領(lǐng)域，而SIMUINK作為一種可視化的仿真工具直觀以及便捷等優(yōu)點(diǎn)。本次仿真就是基于這兩種仿真平臺(tái)對(duì)DSB通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，在對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模時(shí)需要我們對(duì)原理部分熟練掌握，在建模過程中達(dá)到學(xué)以致用的目的，因此仿真建模對(duì)于教學(xué)研究具有積極作用。本次設(shè)計(jì)首先在簡(jiǎn)要概述DSB通信系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，建立了基于MATLAB與SIMULINK的仿真建模，其中

4、主要包括調(diào)制部分，信道與解調(diào)部分的仿真建模。整個(gè)通信系統(tǒng)中以正弦信號(hào)為基帶信號(hào)，經(jīng)過加性高斯白噪聲信道后通過巴特沃斯低通濾波器以及相干解調(diào)方式解調(diào)得到解調(diào)信號(hào)；在SIMULINK對(duì)整個(gè)DSB系統(tǒng)進(jìn)行建模的基礎(chǔ)上再對(duì)該系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行了MATLAB仿真建模。在仿真后的數(shù)據(jù)分析中得到了與理論分析一致的結(jié)果，從而也驗(yàn)證了此次仿真建模的成功。關(guān)鍵詞：模擬通信系統(tǒng)； 仿真建模； DSB； MATLAB； SIMULINK I東華理工大學(xué)畢業(yè)論文 ABSTRCT ABSTRACT The analog communication system has lots of advantages such as

5、 intuitive, easy to realize and it has been widely used in the communication system in the early, for instance the telephone system early is an complete analog communication system. The double sideband suppressed carrier amplitude modulation (DSB-SC) is one of the most classic analog communication s

6、ystem.It has the advantages of high modulation efficiency, good anti-noise performance, and has been get the extensive research and application. MATLAB simulation software has high programming efficiency, convenient and widely used in electronic communications, aerospace and other fields of science,

7、 and SIMUINK as the simulation tool, has the characteristics of visual intuition and convenience. This simulation is based on this two kinds of simulation platform for DSB communication system .In this simulation modeling of a system we need to master the principle part, the objective to learn in or

8、der to practice in the modeling process, so the simulation modeling act as a positive role in teaching and research. This design based on the principle of a brief overview of the DSB communication system, establishes the simulation modeling based on MATLAB and SIMULINK, including modulation, and dem

9、odulation of the simulation modeling channel. Make the sine wave signals as the baseband signals in this communication system, the additive Gauss white noise channel by hamming low pass filter and coherent demodulation method be demodulated signal.Fist of all we make the entirety simulation based on

10、 SIMULINK,and then design each part based on MATLAB. In the analysis of simulation data we can obtained the results consistent with the theoretical analysis, which also verified the simulation modeling success.Key words: analog communication system; simulation and modeling; DSB; MATLAB; SIMULINK; 東華

11、理工大學(xué)畢業(yè)論文 目錄 目 錄 摘 要IABSTRACTII緒 論1I. 課題研究的意義1II. 主要研究目的和內(nèi)容1III. 研究方法以及研究手段21. DSB通信系統(tǒng)概述31.1 通信系統(tǒng)的基本概念31.1.1 通信系統(tǒng)的基本分類31.1.2 調(diào)制方式51.1.3 解調(diào)方式61.1.4 通信系統(tǒng)的基本性能指標(biāo)81.2 DSB通信系統(tǒng)81.2.1 DSB通信系統(tǒng)的產(chǎn)生81.2.2 DSB信號(hào)的頻域分析91.2.3 DSB信號(hào)的功率101.2.4 DSB信號(hào)的解調(diào)101.3 DSB信號(hào)的抗噪聲性能分析112. DSB通信系統(tǒng)的MATLAB仿真122.1 本文在MATLAB中用到的重要函數(shù)介紹1

12、22.2 基于SIMULINK的DSB系統(tǒng)仿真132.3 基于MATLAB的DSB信號(hào)各部分仿真建模142.3.1 DSB信號(hào)的調(diào)制仿真142.3.2 高斯白噪聲信道部分162.3.3 低通濾波器的設(shè)計(jì)182.3.4 DSB解調(diào)系統(tǒng)的仿真193.DSB系統(tǒng)頻譜分析建模234. 數(shù)據(jù)分析26結(jié) 論28致 謝29參考文獻(xiàn)30 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文 緒論 緒 論 I. 課題研究的意義 在通信技術(shù)中DSB系統(tǒng)是模擬通信系統(tǒng)中最有代表性的通信系統(tǒng)，我們通過研究DSB系統(tǒng)能夠從中得出一般的規(guī)律，從而指導(dǎo)人們?nèi)パ芯亢烷_發(fā)其它的通信系統(tǒng)。 MATLAB軟件是一種高效的并且容易掌握的仿真軟件，通過這個(gè)軟件的仿真

13、我們可以加深對(duì)DSB通信系統(tǒng)的理解。 在常規(guī)雙邊帶通信系統(tǒng)中為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)，減少成本加入了載波，但是因?yàn)檩d波分量不攜帶任何有關(guān)信源的信息，信息完全由邊帶傳送，因此載波分量耗費(fèi)了相當(dāng)多的功率，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的利用率很低，以及資源的浪費(fèi)。為了解決這個(gè)問題人們開發(fā)出了DSB通信系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是已調(diào)信號(hào)中不含載波分量，利用率為100%。本課題在簡(jiǎn)單分析DSB原理的基礎(chǔ)上，以抑制載波雙邊帶為例，分析了基于MATLAB平臺(tái)的DSB系統(tǒng)仿真方案。 我們知道DSB通信系統(tǒng)是一個(gè)很簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，所涉及到的技術(shù)層面的東西并不復(fù)雜，因此為了能夠更加了解這個(gè)系統(tǒng)我們可以對(duì)它進(jìn)行仿真，課本上的原理是認(rèn)識(shí)部分，仿真部分是對(duì)所學(xué)

14、知識(shí)的實(shí)踐。MATLAB仿真就是一款很好的實(shí)踐性工具,可以說MATLAB在教學(xué)過程中是對(duì)所學(xué)內(nèi)容的運(yùn)用，達(dá)到學(xué)以致用目的。 II. 主要研究目的和內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)在簡(jiǎn)要概述DSB系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，首先對(duì)系統(tǒng)整體作SIMULINK仿真建模，再使用MATLAB對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行仿真。 本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容分四大部分。第一部分闡述DSB通信系統(tǒng)的原理，在引出DSB系統(tǒng)之前簡(jiǎn)要介紹了通信系統(tǒng)的基本概念包括通信系統(tǒng)的基本分類，然后對(duì)模擬以及數(shù)字通信系統(tǒng)的介紹分析，提出了分析通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)以及分析方法。在此基礎(chǔ)上提出了DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，著重闡述了DSB通信系統(tǒng)的原理，信源信號(hào)的產(chǎn)生，調(diào)制技術(shù)，頻譜分析，信道

15、中的高斯白噪聲干擾，以及系統(tǒng)的解調(diào)。最后重點(diǎn)分析了DSB通信系統(tǒng)的性能。第二部分是本課題的重點(diǎn)，利用MATLAB/SIMULINK仿真軟件對(duì)DSB通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，首先在SIMULINK平臺(tái)中對(duì)DSB系統(tǒng)進(jìn)行整體仿真，對(duì)該系統(tǒng)有個(gè)整體了解后，在對(duì)DSB通信系統(tǒng)中的個(gè)部分研究，即對(duì)系統(tǒng)各部分分別進(jìn)行仿真即信源的產(chǎn)生，調(diào)制過程的仿真，信道中高斯白噪聲的產(chǎn)生，濾波器的設(shè)計(jì)，以及最后的解調(diào)仿真。第三部分對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了頻域分析，從頻域方面了解，調(diào)制，解調(diào)的本質(zhì)。第四部分是數(shù)據(jù)分析部分，數(shù)據(jù)分析部分是定量的對(duì)所研究課題的分析，能夠產(chǎn)生更為直觀更有說服力的證據(jù)，也是分析所研究課題優(yōu)缺點(diǎn)的有效方法。本文的

16、數(shù)據(jù)分析主要是分析DSB通信系統(tǒng)的有效性與可靠性即抗噪聲性能以及調(diào)制帶寬。 III. 研究方法以及研究手段隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術(shù)在電子工程領(lǐng)域的應(yīng)用正在發(fā)生著無(wú)法替代的作用。數(shù)學(xué)仿真軟件MATLAB的出現(xiàn)標(biāo)志著仿真技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用中達(dá)到了一個(gè)新的水平。MATLAB是由美國(guó)的Math Works公司推出的一種科學(xué)計(jì)算和工程仿真軟件，將高性能的科學(xué)計(jì)算，結(jié)果可視化和編程集中在一個(gè)易于操作的環(huán)境中。目前，在世界范圍內(nèi)被科研工作者，工程技術(shù)人員和院校師生廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為國(guó)際控制世界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)軟件。本次課題研究仿真就是利用MATLAB實(shí)現(xiàn)對(duì)DSB通信系統(tǒng)的仿真研究，在仿真中我們要

17、對(duì)DSB系統(tǒng)的信噪比以及傳送功率等參數(shù)進(jìn)行比較，得出DSB系統(tǒng)的性能，同時(shí)通過波形仿真觀察DSB通信系統(tǒng)的波形以及它的頻譜。 31東華理工大學(xué)畢業(yè)論文 DSB通信系統(tǒng)概述 1. DSB通信系統(tǒng)概述 1.1 通信系統(tǒng)的基本概念通信，顧名思義，就是溝通消息。實(shí)現(xiàn)通信的系稱為通信系統(tǒng)，它將信息從發(fā)信者通過信道傳送到收信者。通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單地表示為三個(gè)單元：發(fā)送器，信道與接收器，如圖1.1所示。 圖1-1 通信系統(tǒng)的基本框圖發(fā)信者發(fā)出所要傳輸?shù)男畔ⅲ切畔⒌脑搭^，也稱為信源，接收者是信息傳送的終點(diǎn)，也稱為信宿，即信息的“歸宿”。它們位于通信系統(tǒng)的兩端，有時(shí)也稱為終端。信道是介于發(fā)信者與收信

18、者之間的某種能夠傳遞信息的物理媒質(zhì)。信源給出的信息通常無(wú)法直接通過信道，因而發(fā)送方需要借助一種稱為發(fā)送器的裝置（或稱為發(fā)送設(shè)備）來把信息送入信道。相應(yīng)地，接收方必須采用接收器（或稱為接受設(shè)備）從信道中提取信息。 1.1.1 通信系統(tǒng)的基本分類通信系統(tǒng)按信道中傳輸?shù)男盘?hào)類型分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。信道中傳輸?shù)幕鶐盘?hào)為模擬信號(hào)時(shí),這種系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng);傳輸?shù)幕鶐盘?hào)為數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。這里重點(diǎn)介紹一下模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)。首先介紹兩個(gè)重要概念數(shù)字信源和模擬信源。（1） 數(shù)字信源：消息只有有限中取值。如：從鍵盤中輸入的信息。（2） 模擬信源：信息有無(wú)限多中取值的連續(xù)量。

19、如：從話筒中輸入的語(yǔ)音源。 模擬通信系統(tǒng)通常由信源、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信宿及噪聲源組成。如圖1-2所示。 圖1-2 模擬通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從圖中可以看出模擬通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，其核心是調(diào)制與解調(diào)單元，在發(fā)送端，消息信號(hào)發(fā)送前可以進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的處理，主要是幅度調(diào)整與低通濾波。模擬通信的優(yōu)點(diǎn)是直觀且容易實(shí)現(xiàn)，但保密性差，抗干擾能力弱。由于模擬通信在信道傳輸?shù)男盘?hào)頻譜比較窄，因此可通過多路復(fù)用使信道的利用率提高。數(shù)字通信系統(tǒng)是指在信道上把數(shù)字信號(hào)從信源傳送到信宿的一種通信方式。它與模擬通信系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)為：抗干擾能力強(qiáng)，沒有噪聲積累；可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸并能保證質(zhì)量等但是為了取得這些優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信系

20、統(tǒng)付出的是比模擬通信系統(tǒng)復(fù)雜得多得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1-3所示為一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 圖1-3 數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上圖所展現(xiàn)得是一個(gè)較為完善的現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和它的各種功能單元。一個(gè)具體的數(shù)字通信系統(tǒng)不一定包含該結(jié)構(gòu)的所有單元。圖中虛線框的灰色（陰影）單元是可以選擇的，但是實(shí)線框的白色（無(wú)陰影）單元基本上是所有系統(tǒng)都必需的。圖中的上半部分為發(fā)送端，下半部分為接收端，中間是信道。容易看出，收發(fā)兩端的結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱，相應(yīng)的單元彼此互逆。 1.1.2 調(diào)制方式傳統(tǒng)上，將基帶信號(hào)變換成為適當(dāng)?shù)念l帶信號(hào)的過程稱為調(diào)制。調(diào)制通常使借助與正弦載波來完成，所形成的頻帶信號(hào)的形式為 （1-1）其中，是幅度部分，

21、是相位部分，是載波頻率。依據(jù)基帶信號(hào)對(duì)應(yīng)于于的不同，調(diào)制分為不同的制式，不同的調(diào)制制式形成的傳輸信號(hào)具有不同的帶寬與抗噪聲性能。由信號(hào)與系統(tǒng)的知識(shí)可知調(diào)制是通過調(diào)節(jié)頻帶信號(hào)的幅度，以及相位把基帶信號(hào)的頻譜搬移到載波頻率上去，而載波頻率的選取要適合當(dāng)前的信道要求，如圖1-4與圖1-5所示為基帶信號(hào)與調(diào)制后的頻帶信號(hào)的頻譜圖。 圖1-4 基帶信號(hào)的頻譜圖 圖1-5 頻帶信號(hào)的頻譜圖 這里要指出幾個(gè)基本概念調(diào)制信號(hào)，載波和已調(diào)信號(hào)。（1） 調(diào)制信號(hào)：指來自信源的消息信號(hào)（基帶信號(hào)），這些信號(hào)可以是模擬的也可以是數(shù)字的。（2） 載波：未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)稱為載波它可以是正弦波，也可以是非正弦波（如

22、周期性脈沖序列）。（3） 已調(diào)信號(hào)：載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)，它含有調(diào)制信號(hào)的全部特征。 由式（1-1）可知如果要使頻帶信號(hào)隨著調(diào)制信號(hào)（信源）的變化而產(chǎn)生變化的頻帶信號(hào)的話可以使以及隨著調(diào)制信號(hào)的變化而變化，由此可以將調(diào)制分為幅度調(diào)制和角度調(diào)制，其中角度調(diào)制又根據(jù)調(diào)制信號(hào)與相位與頻率的關(guān)系分為相位調(diào)制與頻率調(diào)制。 幅度調(diào)制調(diào)制信號(hào)的幅度部分隨著調(diào)制信號(hào)的變化而變化即消息內(nèi)含于已調(diào)信號(hào)的幅值中。例如，調(diào)幅（AM,DSB,SSB以及VSB），脈沖幅度調(diào)制(PAM)，幅移鍵控調(diào)制（ASK）等。 頻率調(diào)制調(diào)制信號(hào)的頻率部分即部分隨著調(diào)制信號(hào)的變化而變化即消息信號(hào)與已調(diào)信號(hào)的頻率部分成正比，使信息內(nèi)含于

23、頻率中。例如，調(diào)頻（FM），脈沖頻率調(diào)制（PFM），頻移鍵控（FSK）等。 相位調(diào)制調(diào)制信號(hào)的相位部分隨著信號(hào)的變化而變化即消息信號(hào)與已調(diào)信號(hào)的相位部分成正比，使信息內(nèi)含與相位中。例如，調(diào)相（PM），脈沖位置調(diào)制（PPM），相移鍵控（PSK）等 1.1.3 解調(diào)方式解調(diào)是調(diào)制的逆過程，接收端的解調(diào)單元從收到的頻帶信號(hào)中還原出基帶信號(hào)的消息信號(hào)，解調(diào)過程中要盡量抑制信道引入的噪聲與畸變。1.幅度解調(diào)解調(diào)根據(jù)其工作方式可以分為相干解調(diào)（同步解調(diào)）和非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）。它們的去別是是否需要引入本地載波，相干解調(diào)需要引入與載波同頻同相的本地載波而非相干解調(diào)則不需要。非相干解調(diào)中調(diào)制信號(hào)只要經(jīng)過包

24、絡(luò)檢波器就能得到解調(diào)后的基帶信號(hào)。包絡(luò)檢波器常用的晶體二極管電路圖如圖1-6所示 圖 1-6 包絡(luò)檢波電路圖 其產(chǎn)生的包絡(luò)包絡(luò)檢波波形如圖1-7所示 圖 1-7 包絡(luò)檢波波形相干解調(diào)比非相干解調(diào)復(fù)雜得多，首先它要先產(chǎn)生一個(gè)與本地載波同頻同相得本地載波實(shí)現(xiàn)頻譜的下搬移，再通過一個(gè)低通濾波器之后才能得到基帶信號(hào)。其系統(tǒng)框圖如圖1-8所示。 圖 1-8 相干解調(diào)系統(tǒng)框圖其中是輸入信號(hào)，是本地載波在后面的分析中可以得到本地載波必須與載波同頻同相，頻譜下搬移信號(hào)經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量后得到解調(diào)后的信號(hào)。2. 角度解調(diào) 角度解調(diào)同樣有非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方式。 非相干解調(diào)的原理是使用鑒頻器將頻率變

25、化轉(zhuǎn)換成電壓變化，鑒頻器有很多種類，而最常見的使用最廣泛的是振幅鑒頻器。振幅鑒頻器的原理是將變化的頻率轉(zhuǎn)換成幅度變化，再使用包絡(luò)檢波方式實(shí)現(xiàn)解調(diào)。 相干解調(diào)方式只適用于窄帶調(diào)角信號(hào)中，由于窄帶調(diào)角信號(hào)可分解成同相分量與正交分量之和，因而可以采用線性調(diào)制中的相干解調(diào)法來進(jìn)行解調(diào)，如下圖所示 圖1-9 窄帶調(diào)頻信號(hào)的相干解調(diào) 1.1.4 通信系統(tǒng)的基本性能指標(biāo) 通信的根本任務(wù)是傳送消息，因此，傳送消息的有效性和可靠性是通信系統(tǒng)的基本性能指標(biāo)。有效性指在給定的時(shí)間內(nèi)能傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少?？煽啃灾附邮盏降男畔⒌臏?zhǔn)確程度。這兩個(gè)性能指標(biāo)既相互矛盾又相互聯(lián)系，并可以相互轉(zhuǎn)換。這兩個(gè)性能指標(biāo)在數(shù)字通信系統(tǒng)

26、和模擬通信系統(tǒng)中的衡量方法是不同的。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性通常用它提供的傳輸速率（單位為bps）來衡量。一定速率的數(shù)字消息信號(hào)采用不同的傳輸方式時(shí)，所需要的信道帶寬是不同的。因此，當(dāng)信道帶寬一定時(shí)，通信系統(tǒng)能提供的速率越高，則有效性越好。所以，在討論系統(tǒng)的有效性是也應(yīng)該將信道上的資源帶寬考慮進(jìn)去，于是有效性還可以進(jìn)一步用頻帶利用率在衡量。頻帶利用率的物理意義是平均每赫茲所能提供的傳輸速率，單位為bps/Hz。其公式為=傳輸速率/占用頻帶寬度。數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性用平均比特差錯(cuò)概率來衡量，即誤比特率（BER），其物理意義是傳輸中的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)目占總比特?cái)?shù)目的比率，即 BER=錯(cuò)誤比特?cái)?shù)目/傳輸?shù)目偙?/p>

27、特?cái)?shù)目顯然，BER越低，通信系統(tǒng)的可靠性越好。模擬通信系統(tǒng)的有效性是用傳輸帶寬來衡量的，同樣的模擬消息信號(hào)采用不同的傳輸方式所需要的信道帶寬是不同的，因此，傳輸同樣帶寬的消息信號(hào)所占用的信道帶寬越少，則通信系統(tǒng)的有效性越高。模擬通信系統(tǒng)的可靠性用接收端輸出信號(hào)的性噪比（SNR）來衡量，SNR是信號(hào)與噪聲功率的比值即SNR=信號(hào)功率/噪聲功率，它反映了消息經(jīng)傳輸后的“保真”程度。 1.2 DSB通信系統(tǒng) 1.2.1 DSB通信系統(tǒng)的產(chǎn)生 從式（1-1）可知最簡(jiǎn)單的幅度調(diào)制應(yīng)該就是使隨著基帶信號(hào)的變化而變化的幅度調(diào)制，這就是一致雙邊帶調(diào)幅，其表達(dá)式為： （1-2） DSB信號(hào)的波形如下圖所示 圖1

28、-10 DSB信號(hào)的波形圖 經(jīng)分析可知DSB信號(hào)由于沒有純載波分量所以其調(diào)制效率為100%遠(yuǎn)遠(yuǎn)比傳統(tǒng)調(diào)幅方式(AM信號(hào)）高。從其表達(dá)式可以簡(jiǎn)單的得到DSB系統(tǒng)的調(diào)制方式，其模型如下圖所示： 1-11 DSB信號(hào)的調(diào)制 1.2.2 DSB信號(hào)的頻域分析 由式（1-2）經(jīng)過傅里葉變換可以很容易得到其頻域表達(dá)式 （1-3）其基帶信號(hào)以及頻帶信號(hào)頻譜圖如下圖所示： 圖1-12 DSB信號(hào)的基帶以及頻帶信號(hào)頻譜圖圖中的上半部分是基帶信號(hào)，易知帶寬為其最高頻率即Hz，下半部分是頻帶信號(hào)的頻譜圖，從圖中可以看出DSB頻帶信號(hào)的頻譜圖就是其基帶信號(hào)的頻譜圖搬移到載波頻率處即基帶信號(hào)的調(diào)制也就是頻譜搬移的過程，

29、亦可知其帶寬是基帶信號(hào)帶寬的2倍即基帶信號(hào)的帶寬是B則頻帶信號(hào)的帶寬 （1-4） 1.2.3 DSB信號(hào)的功率 由信號(hào)與系統(tǒng)的知識(shí)可知信號(hào)的功率為 （1-5）這里引入歸一化功率令R=1，求得DSB信號(hào)的功率其中第二項(xiàng)為0，于是 （1-6） 1.2.4 DSB信號(hào)的解調(diào) 由DSB信號(hào)表達(dá)式（1-2）以及其波形圖（1-10）可知其包絡(luò)已經(jīng)不再與基帶信號(hào)波形一致因此只有使用相干解調(diào)方式，其解調(diào)模型如下圖所示：LPF 圖1-13 DSB信號(hào)的相干解調(diào)模型上圖中的乘法器與低通濾波器級(jí)聯(lián)構(gòu)成相干解調(diào)器。其中是接收信號(hào)的本地載波。經(jīng)過低通濾波器（LPF）后濾去了高頻分量后得到輸出信號(hào) 如果本地載波做的好于載

30、波完全同頻同相即以及都為零則輸出端可以得到無(wú)損的調(diào)制信號(hào)。 1.3 DSB信號(hào)的抗噪聲性能分析 在1.1節(jié)中已經(jīng)介紹過模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)有兩個(gè)即可靠性和有效性。其中有效性用傳輸帶寬來衡量，可靠性用性噪比來衡量。在分析DSB信號(hào)的頻譜圖時(shí)得出了頻帶信號(hào)的帶寬是基帶信號(hào)的兩倍即=2B，B是基帶信號(hào)的帶寬。性噪比分析： 輸入信噪比定義 =解調(diào)器輸入有用信號(hào)平均功率/解調(diào)器輸入噪聲平均功率 輸出信噪比定義 =解調(diào)器輸出有用信號(hào)功率/解調(diào)器輸出信號(hào)品均功率解調(diào)增益定義 根據(jù)分析得DSB系統(tǒng)的性能參數(shù)分別為 （1-6） （1-7） （1-8） 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文 DSB通信系統(tǒng)的MATLAB仿真 2

31、. DSB通信系統(tǒng)的MATLAB仿真 MATLAB是一款功能強(qiáng)大的工程技術(shù)數(shù)值運(yùn)算和系統(tǒng)仿真軟件它具有數(shù)值分析，矩陣運(yùn)算，數(shù)字信號(hào)處理，仿真建模，系統(tǒng)控制和優(yōu)化等功能，被譽(yù)為“巨人肩膀上的工具”，它將高性能的科學(xué)計(jì)算，結(jié)果可視化和編程集中在一個(gè)易于操作的環(huán)境中。目前，在世界范圍內(nèi)被科研工作者，工程技術(shù)人員和院校師生廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為國(guó)際控制世界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)軟件。而SIMULINK是MATLAB中的一種可視化仿真軟件，在SIMULINK中，仿真模型表現(xiàn)為若干個(gè)仿真模塊的集合以及這些模塊之間的連接關(guān)系，這就使得仿真的設(shè)計(jì)和分析過程變得相對(duì)直觀和便捷。 2.1 本文在MATLAB中用到的重要函數(shù)

32、介紹 MATLAB中的函數(shù)設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)特定的功能，這種函數(shù)有系統(tǒng)自帶的也可以自己根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建自定義函數(shù)。本文主要用到的是系統(tǒng)自帶函數(shù)，首先簡(jiǎn)單介紹下本次仿真用到的一些重點(diǎn)函數(shù)及其用法。（1）FFT函數(shù)：該函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)函數(shù)的快速傅里葉變換求得函數(shù)的頻域表達(dá)式，其定義如下： Y=fft(X) Y=fft(X,n) Y=fft(X,dim) Y=fft(X,n,dim)（2）fftshift函數(shù)：該函數(shù)是移動(dòng)零頻點(diǎn)到頻譜中間，重新排列fft的輸出結(jié)果，即如果期望繪制的幅頻圖的頻率范圍為0fs，則無(wú)需運(yùn)行fftshift變換，如果期望繪制的幅頻圖的頻率范圍為-fs/2fs/2，則需要運(yùn)行fftshif

33、t變換。使用方法，該函數(shù)一般是在使用fft函數(shù)之后在用fftshift函數(shù)對(duì)fft的結(jié)果運(yùn)算，其語(yǔ)法為： Y=fftshift(X) Y=fftshift(X,dim)（3）subplot函數(shù)：subplot是將多個(gè)圖畫到一個(gè)平面上的函數(shù)。使用方法為subplot(m,n,p)，m表示是圖排成m行，n表示圖排成n列，也就是整個(gè)figure中有n個(gè)圖是排成一行的，一共m行，如果m=2就是表示2行圖。p表示圖所在的位置，p=1表示從左到右從上到下的第一個(gè)位置。（4）Plot函數(shù)：2維畫圖函數(shù)，使用方法： plot(X,Y) plot(X,Y,linspace) plot(X1,Y1,.,Xn,Yn

34、) （5）title：對(duì)當(dāng)前圖形添加標(biāo)題，使用方法為 title(str) title(str,Name,Value) 2.2 基于SIMULINK的DSB系統(tǒng)仿真 DSB通信系統(tǒng)包括調(diào)制，信道，解調(diào)三大部分，調(diào)制部分使基帶信號(hào)變換成頻帶信號(hào)時(shí)域中表現(xiàn)為基帶信號(hào)乘以載波如圖1-11所示；在實(shí)際應(yīng)用中信道部分或多或少都會(huì)混入噪聲，因此本次仿真使用的是具有加性高斯白噪聲的信道；解調(diào)部分則是使用相干解調(diào)的方法實(shí)現(xiàn)頻譜下搬移，其系統(tǒng)仿真圖如下所示 圖 2-1 DSB系統(tǒng)的SIMULINK仿真上圖完整地仿真出了整個(gè)DSB通信系統(tǒng)中的調(diào)制，信道以及解調(diào)部分，其仿真結(jié)果為 圖 2-2 DSB系統(tǒng)SIMULI

35、NK仿真結(jié)果圖中第一條波形為頻率為1.5kHz的基帶信號(hào)的波形，第二條為調(diào)制到頻率為10kHz的載波后的已調(diào)信號(hào)波形，第三條為信道中的波形，第四條為解調(diào)后的波形，比較基帶信號(hào)與解調(diào)后的信號(hào)波形可以看見雖然不是完全一致但是解調(diào)信號(hào)看以看作是稍有失真的基帶信號(hào)，因此本次仿真是成功的。 2.3 基于MATLAB的DSB信號(hào)各部分仿真建模 2.3.1 DSB信號(hào)的調(diào)制仿真 由DSB信號(hào)的表達(dá)（1-2），以及圖1-11 DSB系統(tǒng)的調(diào)制系統(tǒng)圖，可知DSB系統(tǒng)的調(diào)制過程在時(shí)域中表現(xiàn)為用基帶信號(hào)乘以載波，在頻域中表現(xiàn)為頻譜上搬移的過程，其MATLAB仿真代碼以及波形為：%調(diào)制信號(hào)fs=100000; %設(shè)置

36、采樣點(diǎn)fm=1000; %設(shè)置基帶信號(hào)頻率dt=1/fs; %采樣頻率t=0:dt:0.01; %時(shí)間設(shè)置mt=cos(2*pi*fm*t); %基帶信號(hào)subplot(3,1,1);plot(t,mt);grid on;title(調(diào)制信號(hào)mt=cos(pi*t)的波形);%載波信號(hào)fc=10000; %載波頻率Ct=cos(2*pi*fc*t); %載波信號(hào)subplot(3,1,2);plot(t,Ct);axis(0 0.01 -1 1);title(載波信號(hào)波形);%DSB調(diào)制部分DSB=mt.*Ct; %已調(diào)信號(hào)subplot(3,1,3);plot(t,DSB,b);grid o

37、n;axis(0 0.01 -1 1);title(已調(diào)信號(hào)波形);運(yùn)行結(jié)果如下圖2-3 DSB系統(tǒng)調(diào)制仿真波形圖 圖中的基帶信號(hào)時(shí)頻率比較低的正弦波，而載波是高頻正弦信號(hào)，調(diào)制后的信號(hào)如前面所述是基帶信號(hào)乘以載波信號(hào)從結(jié)果圖中可以看出其頻率域載波相近而包絡(luò)與基帶信號(hào)相近，可見調(diào)制確實(shí)是基帶信號(hào)的頻譜上搬移過程。 2.3.2 高斯白噪聲信道部分 在頻帶傳輸中噪聲部分是無(wú)法避免的，因此一個(gè)完整的DSB仿真系統(tǒng)必定包含一個(gè)噪聲信道，最常見最簡(jiǎn)單的噪聲就是加性高斯白噪聲，本次仿真中的信道就是建立加加性高斯白噪聲的信道。加性高斯白噪聲的產(chǎn)生代碼以及加入噪聲后的已調(diào)信號(hào)波形如下：%調(diào)制信號(hào)fs=1000

38、00;fm=1000;dt=1/fs;t=0:dt:0.01;mt=cos(2*pi*fm*t);%載波信號(hào)fc=10000;Ct=cos(2*pi*fc*t);%DSB調(diào)制部分DSB=mt.*Ct;subplot(2,1,1);plot(t,DSB,b);grid on;axis(0 0.01 -1 1);title(已調(diào)信號(hào)波形);%添加噪聲部分h,l=size(mt);b=0.25;noise=b.*randn(h,l); %產(chǎn)生均值為0方差（功率）為b 的噪聲 %混入噪聲后的信號(hào)rt=DSB+noise;subplot(2,1,2);plot(t,rt,r);grid on;axis(

39、0 0.01 -1.5 1.5);title(信道中波形);運(yùn)行結(jié)果如下 圖 2-5 DSB系統(tǒng)信道波形圖 圖中藍(lán)色波形是噪聲波形，紅色波形是混入了噪聲后的頻帶信號(hào)波形，對(duì)比圖2-3中的已調(diào)信號(hào)波形可以看到此處信道中的頻帶信號(hào)經(jīng)過噪聲影響產(chǎn)生了失真現(xiàn)象。 2.3.3 低通濾波器的設(shè)計(jì) 在解調(diào)系統(tǒng)中可知需要一個(gè)低通濾波器來濾除高頻信號(hào)部分，而為了不損傷信號(hào)而又能夠最大限度的濾除噪聲低通濾波器的帶寬設(shè)置為與基帶信號(hào)的帶寬一致。 本次設(shè)計(jì)所采用的低通濾波器的設(shè)計(jì)方法基于漢明窗的FIR低通濾波器，F(xiàn)IR濾波器：有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時(shí)具

40、有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時(shí)其單位抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。 本次設(shè)計(jì)中取濾波器階數(shù)為30。 其產(chǎn)生代碼及其圖形如下fm=1000;fs=100000;wc=1.5*2*pi*fm/fs; %設(shè)計(jì)濾波器的截止頻率N=1000;B=fir1(30,wc/pi); %設(shè)計(jì)默認(rèn)為漢明窗的低通濾波器h,w=freqz(B, 1, N); x=w*fs/(2*pi)/1000; %頻率變換y=20*log10(abs(h); %將幅值轉(zhuǎn)換為dBplot(x,y);grid on;axis(0 40 -100 0);xlabel(k/hz);title(低通濾波器的頻率相應(yīng));運(yùn)行結(jié)果如下

41、 圖2-6 低通濾波器頻域以及時(shí)域圖形 該圖中的縱坐標(biāo)是以dB為單位，圖中波形的幅度是0dB說明濾波器的增益是1，頻率從5000Hz開始急劇衰減，而在這之間保持了良好的性能，本次仿真中的基帶信號(hào)頻率為1500Hz,在該濾波器的通帶內(nèi)因此可以濾出基帶信號(hào)波形。 2.3.4 DSB解調(diào)系統(tǒng)的仿真 DSB由于其包絡(luò)不再是基帶信號(hào)的形狀，不能使用包絡(luò)檢波方式而只能使用相干解調(diào)方式。所謂相干解調(diào)就是將混入噪聲后的頻帶分量乘以與載波同頻同相的本地載波，使頻譜下搬移，然后通過低通濾波器濾除高頻分量就得到了基帶信號(hào)。 由DSB的解調(diào)系模型圖1-13可知解調(diào)過程有兩個(gè)重點(diǎn)部分一個(gè)是使信道中的信號(hào)乘以與載波同頻同

42、相的本地載波，一個(gè)就是低通濾波器部分。 經(jīng)過低通濾波器（LPF）后濾去了高頻分量得到由上式可知，本次設(shè)計(jì)采用的本地載波的幅值是1，因此解調(diào)后的信號(hào)幅度相應(yīng)的是原來基帶信號(hào)的1/2。DSB信號(hào)的相干解調(diào)仿真代碼及其波形如下%調(diào)制信號(hào)fs=100000;fm=1000;dt=1/fs;t=0:dt:0.01;mt=cos(2*pi*fm*t);subplot(2,1,1);plot(t,mt,b);grid on;title(調(diào)制信號(hào)mt=cos(pi*t)的波形);%載波信號(hào)fc=10000;Ct=cos(2*pi*fc*t);%DSB調(diào)制部分DSB=mt.*Ct;%添加噪聲部分h,l=size

43、(mt);b=0.25;noise=b.*randn(h,l); %產(chǎn)生均值為0方差（功率）為b 的噪聲 %混入噪聲后的信號(hào)rt=DSB+noise;%繪制低通濾波器頻率響應(yīng)wc=1.5*2*pi*fm/fs;N=1000;B=fir1(30,wc/pi);h,w=freqz(B, 1, N); x=w*fs/(2*pi)/1000;y=20*log10(abs(h);zt=rt.*Ct;fs=100000;dt=1/fs;t=0:dt:0.01;mto=filter(B,1,zt);subplot(212);plot(t,mto,r);axis(0 0.01 -1 1);grid on;title(DSB解調(diào)信號(hào));運(yùn)行結(jié)果如下 圖2-7 DSB系統(tǒng)解調(diào)圖形 圖中藍(lán)色波形為基帶信號(hào)，紅色波形為解調(diào)后的信號(hào)，對(duì)比兩個(gè)波形可見其波形基本一致稍有失真但是這點(diǎn)失真在通信系統(tǒng)的忍受范圍內(nèi)，因此經(jīng)過解調(diào)后得到了基帶信號(hào)，可見本次仿真是成功的。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) DSB系統(tǒng)頻譜分析 3.DSB系統(tǒng)頻譜分析 前面章節(jié)的分