DSB調(diào)制與解調(diào)

1、-!DSB調(diào)制與解調(diào)1課程設(shè)計目的本課程設(shè)計是實現(xiàn)DSB的調(diào)制解調(diào)。在此次課程設(shè)計中，我將通過多方搜集 資料與分析，來理解DSB調(diào)制解調(diào)的具體過程和它在 MATLAB的實現(xiàn)方法。預(yù)期通過這個階段的研習(xí)，更清晰地認(rèn)識DSB的調(diào)制解調(diào)原理，同時加深對MATLAB 這款通信仿真軟件操作的熟練度，并在使用中去感受MATLAB勺應(yīng)用方式與特色。利用自主的設(shè)計過程來鍛煉自己獨立思考， 分析和解決問題的能力，為我今后的 自主學(xué)習(xí)研究提供具有實用性的經(jīng)驗。2課程設(shè)計要求(1)熟悉MATLAB M文件的使用方法，掌握DSB信號的調(diào)制解調(diào)原理，以 此為基礎(chǔ)用M文件編程實現(xiàn)DSB信號的調(diào)制解調(diào)。(2) 繪制出SSB

2、信號調(diào)制解調(diào)前后在時域和頻域中的波形，觀察兩者在解調(diào)前后的變化，通過對分析結(jié)果來加強(qiáng)對 DSB信號調(diào)制解調(diào)原理的理解。(3) 對信號分別疊加大小不同的噪聲后再進(jìn)行解調(diào)，繪制出解調(diào)前后信號的時域和頻域波形，比較未疊加噪聲時和分別疊加大小噪聲時解調(diào)信號的波形有 何區(qū)別，由所得結(jié)果來分析噪聲對信號解調(diào)造成的影響。(4) 在老師的指導(dǎo)下，獨立完成課程設(shè)計的全部內(nèi)容，并按要求編寫課程 設(shè)計論文，文中能正確闡述和分析設(shè)計和實驗結(jié)果。3相關(guān)知識在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。如果將載波抑制，只需在將直流A0去掉，即可輸出抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號(DSB。DSB調(diào)制器模型如圖

3、1所示。W（Z）cosmc/圖1 DSB調(diào)制器模型其中,設(shè)正弦載波為c(t) Acos( ct0)式中,A為載波幅度;為載波角頻率；0為初始相位（假定0為0）。雙邊帶解調(diào)通常采用相干解調(diào)的方式, 和低通濾波器組成。調(diào)的原理框圖如圖2所示:(0調(diào)制過程是一個頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到載頻位置。而解調(diào)是將位于載頻的信號頻譜再搬回來，并且不失真地恢復(fù)出原始基帶信號。它使用一個同步解調(diào)器，即由相乘器 在解調(diào)過程中，輸入信號和噪聲可以分別單獨解調(diào)。 相干解圖2相干解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型信號傳輸信道為高斯白噪聲信道，其功率為24課程設(shè)計分析4.1 DSB信號調(diào)制過程分析假定調(diào)制信號m(t)的平均

4、值為0,與載波相乘，即可形成DSB信號，其時域 表達(dá)式為SDSB m(t)cos ct式中，m(t)的平均值為0。DSB的頻譜為SDSB( )M (c)M (c)DSB言號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致,因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號，需采用相干解調(diào)(同步檢波)。另外，在調(diào)制信號m(t)的 過零點處，高頻載波相位有180°的突變。除了不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜與AM信號的頻譜完全相 同，仍由上下對稱的兩個邊帶組成。所以DSB信號的帶寬與AM言號的帶寬相同,也為基帶信號帶寬的兩倍， 即BdsbBam2fH式中，fH為調(diào)制信號的最高頻率。調(diào)制信號產(chǎn)生的代碼及

5、波形為Cif;%青除窗口中的圖形ts=0.01;%定義變量區(qū)間步長t0=2;%定義變量區(qū)間終止值t=-t0+0.0001：ts:t0;%定義變量區(qū)間fc=10;% 合出相干載波的頻率A=1;淀義輸入信號幅度fa=1;%定義調(diào)制信號頻率mt=A*cos(2* pi *fa.*t);% 俞入調(diào)制信號表達(dá)式ct=cos(2* pi *fc.*t);% 俞入調(diào)制信號表達(dá)式匹配psn t=mt.*cos(2* pi*fc.*t);sub plot(3,1,1);plot(t,mt,'g');title（'輸入信號波形'）;xlabeK'Variable t'

6、;);ylabel('Variable mt');sub plot(3,1,2);plot(t,ct,'b');title（'輸入載波波形'）;xlabeK'Variable t');ylabel('Variable ct');sub plot(3,1,3);pl ot(1:le ngth( psnt),psn t,'r');title（'已調(diào)信號波形'）;xlabeK'Variable t');ylabel('Variable psn t');運(yùn)行結(jié)

7、果:%俞出調(diào)制信號表達(dá)式%劃分畫圖區(qū)間%畫出輸入信號波形%畫出輸入信號波形%length用于長度%畫出已調(diào)信號波形輸入信號波形-1.5-1211t 0.5 m b 0V -0.5-1-0.500.5Variable t輸入載波波形-2-1.5-111.5210.50-0.5-1-0.500.5Variable t已調(diào)信號波形-250100300350400210-1-20s p e a a V150200250Variable t圖3調(diào)制信號、載波、已調(diào)信號波形4.2高斯白噪聲信道特性分析在實際信號傳輸過程中，通信系統(tǒng)不可避免的會遇到噪聲，例如自然界中的 各種電磁波噪聲和設(shè)備本身產(chǎn)生的熱噪聲、

8、散粒噪聲等，它們很難被預(yù)測。而且 大部分噪聲為隨機(jī)的高斯白噪聲，所以在設(shè)計時引入噪聲，才能夠真正模擬實際 中信號傳輸所遇到的問題，進(jìn)而思考怎樣才能在接受端更好地恢復(fù)基帶信號。 信 道加性噪聲主要取決于起伏噪聲， 而起伏噪聲又可視為高斯白噪聲，因此我在此 環(huán)節(jié)將對雙邊帶信號添加高斯白噪聲來觀察噪聲對解調(diào)的影響情況。為了具體而全面地了解噪聲的影響問題，我將分別引入大噪聲（信噪比為20dB）與小噪聲（信噪比為2dB）作用于雙邊帶信號，再分別對它們進(jìn)行解調(diào),觀察解調(diào)后的信號受到了怎樣的影響。在此過程中，我用函數(shù)randn來添加噪聲，此函數(shù)功能為向信號中添加噪聲 功率為其方差的高斯白噪聲。正弦波通過加性

9、高斯白噪聲信道后的信號為r(t) Acos( ct) n(t)故其有用信號功率為噪聲功率為信噪比%滿足公式B 10log io(SN)則可得到公式2 A2_B2?1010我們可以通過這個公式方便的設(shè)置高斯白噪聲的方差。為了便于比較，我顯示了雙邊帶信號加入兩種噪聲后的時頻波形圖。 實現(xiàn)代 碼和波形如圖4：cif；%青除窗口中的圖形ts=0.01;t0=2;%定義變量區(qū)間步長t=-t0+0.000l：ts:t0;%定義變量區(qū)間fc=10;%給出相干載波的頻率A=1;定義輸入信號幅度fa=1;%定義調(diào)制信號頻率mt=A*cos(2* pi *fa.*t);% 俞入調(diào)制信號表達(dá)式xzb=2;%俞入小信

10、躁比（dB）sn r=10.A(xzb/10);h,l=size(mt);%求調(diào)制信號的維數(shù)fan gcha=A*A./(2*s nr);由信躁比求方差n it=sqrt(fa ngcha).*ra ndn( h,l);%產(chǎn)生小信噪比高斯白躁聲P smt=mt.*cos(2* pi*fc*t);%俞出調(diào)制信號表達(dá)式psnt=p smt+nit;%俞出疊加小信噪比已調(diào)信號波形xzb=20;%俞入大信躁比（dB）sn r1=10.A(xzb/10);h,l=size(mt);%求調(diào)制信號的維數(shù)fan gcha1=A*A./(2*s nr1);信躁比求方差n it1=sqrt(fa ngcha1).

11、*ra ndn( h,l);產(chǎn)生大信噪比高斯白躁聲psn t1= psmt+nit1;% 俞出已調(diào)信號波形sub plot(2,2,1);%劃分畫圖區(qū)間plot(t, nit,'g');%畫出輸入信號波形title（' 小信噪比高斯白躁聲'）;xlabeK'Variable t');ylabel('Variable nit');sub plot(2,2,2);%定義變量區(qū)間終止值titleC疊加小信噪比已調(diào)信號波形'）;xlabel('Variable t');ylabel('Variable ps

12、n t');sub plot(2,2,3);plot(t ,n it1,'r');%length用于長度匹配title（' 大信噪比高斯白躁聲'）;%畫出輸入信號與噪聲疊加波形xlabel('Variable t');ylabel('Variable nit');sub plot(2,2,4);plot(t ,psn t1,'k');title（'疊加大信噪比已調(diào)信號波形'）;%畫出輸出信號波形xlabel('Variable t');ylable('Variable

13、 psmt ');0.03tn B 3a- a VL 'r 1 ' 訓(xùn)丫' 'f»1 " J ； V 1 . ,小信噪比高斯白躁聲n e a a V21.510.50-0.5-1-1.5-2-2-1.5-1-0.500.511.52Variable t疊加小信噪比已調(diào)信號波形210-1-2s p e eV-2-1.5-1-0.500.511.52Variable t-3疊加大信噪比已調(diào)信號波形1.5-0.02-2-1.5-1-0.500.511.52Variable t大信噪比高斯白躁聲oo03u J"ill'I J

14、，.<1,1lll' ' IT '"1 |l I 'i |l q I J I 屮I I ' I hi J H 訂汕?！?0.03-1-1.5-2-1.5-1-0.500.511.52Variable t4不同信噪比的噪聲及含噪聲的已調(diào)波形可以清晰地看出,加大噪聲后，解調(diào)信號的波形雜亂無章，起伏遠(yuǎn)大于加小噪聲時的波形。造成此現(xiàn)象的原因是當(dāng)信噪比較小時，噪聲的功率在解調(diào)信號中所占比重較 大，所以會造成雜波較多的情況；而信噪比很大時，噪聲的功率在解調(diào)信號中所 占比重就很小了，噪聲部分造成的雜亂波形相對就不是很明顯，甚至可以忽略。4.3 DSB解

15、調(diào)過程分析所謂相干解調(diào)是為了從接收的已調(diào)信號中，不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號，要求 本地載波和接收信號的載波保證同頻同相。相干解調(diào)的一般數(shù)學(xué)模型如圖所示。P(0 低逋濾波器cos圖5 DSB相干解調(diào)模型設(shè)圖四的輸入為DSB信號Sm(t)SDSB(t) m(t)cos( ct0)乘法器輸出為0)cos( ct)ct0)(t)SDSB(t) m(t)cos( ct1-m(t)cos( o) cos(22通過低通濾波器后1m0(t) - m(t)cos(當(dāng)0常數(shù)時，解調(diào)輸出信號為1mo(t) - m(t)大小不同信噪比的解調(diào)波形，如圖 6：大信噪比解調(diào)信號波形500V-502002503003504004

16、50500550600Variable t小信噪比解調(diào)信號波形50V£1z/1 if1111b£'r1111111 H «'1iII 1111II11|1111J_t 1 !r1 rrr1'1r0-50200250300350400450500550600Variable t圖6不同信噪比解調(diào)波形4.4 DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)抗噪聲性能分析由于加性噪聲只對已調(diào)信號的接收產(chǎn)生影響， 因而調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能主要用解調(diào)器的抗噪聲性能來衡量。為了對不同調(diào)制方式下各種解調(diào)器性能進(jìn)行度量，通常采用信噪比增益 G （又稱調(diào)制制度增益）來表示解調(diào)器的抗噪聲性

17、能。有加性噪聲時解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型如圖 7所示。> BPF解調(diào)器 冷/）I_/Jt圖7有加性噪聲時解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型圖7中S（t）為已調(diào)信號，n（t）為加性高斯白噪聲。®（t）和n（t）首先經(jīng)過帶通濾波器，濾出有用信號，濾除帶外的噪聲。經(jīng)過帶通濾波器后到達(dá)解調(diào)器輸入端的信號為Sm（t）、噪聲為高斯窄帶噪聲ni（t），顯然解調(diào)器輸入端的噪聲帶寬與已調(diào)信號的帶寬是相同的。最后經(jīng)解調(diào)器解調(diào)輸出的有用信號為 mo(t)，噪聲為no(t)。I斗EPF H1 曲cos陀圖8有加性噪聲時解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型設(shè)解調(diào)器輸入信號為sm(t)m(t)cos ct與相干載波cos ct相乘后，得ct2 1 1

18、m(t)cos ct -m(t) - m(t)cos2經(jīng)低通濾波器后，輸出信號為1mo(t)丁(t)因此，解調(diào)器輸出端的有用信號功率為2 1 2So 譏(t) 4m(t)解調(diào)DSBB號時，接收機(jī)中的帶通濾波器的中心頻率o與調(diào)制載頻c相同,因此解調(diào)器輸出端的窄帶噪聲ni(t)可表示為ni(t) nc(t)cos ctns(t)si nct它與相干載波相乘后，得n i(t)cos1-n c(t)2ct n c(t)cos1?nc(t)cos 2ctn s(t)si nctct ns(t)sin 2 ct經(jīng)低通濾波器后，解調(diào)器最終的輸出噪聲為no尹故輸出噪聲功率為 1 1Non o2(t)-nc2(

19、t)-noB44這里，B 2fH，為DSB言號的帶通濾波器的帶寬。解調(diào)器輸入信號平均功率為Ssm(t)2 1 2m(t)cos ct- m (t)可得解調(diào)器的輸入信噪比1 27尹noB同時可得解調(diào)器的輸出信噪比因此制度增益為No1m2(t)4-Ni42m (t)noB%sNi由此可見，DSB調(diào)制系統(tǒng)的制度增益為2。Gdsb也就是說DSB信號的解調(diào)器使信噪比改善了一倍。這是因為采用相干解調(diào)，使輸入噪聲中的正交分量ns(t)被消除的緣故。5仿真源程序:cif;%青除窗口中的圖形ts=O.O1;%定義變量區(qū)間步長t0=2;%定義變量區(qū)間終止值t=-tO+O.OOO1:ts:tO;%定義變量區(qū)間fc=

20、1O;% 合出相干載波的頻率A=1;淀義輸入信號幅度fa=1;%定義調(diào)制信號頻率% 俞入調(diào)制信號表達(dá)式mt=A*cos(2* pi *fa.*t);xzb=20;%俞入信噪比(dB)sn r=10.A(xzb/10);h,l=size(mt);%求調(diào)制信號的維數(shù)fan gcha=A*A./(2*s nr);%由信躁比求方差n it=sqrt(fa ngcha).*ra ndn( h,l);滬生高斯白噪聲sn it=mt+nit;伽制信號與噪聲疊加p smt=mt.*cos(2* pi*fc*t);%俞出調(diào)制信號表達(dá)式%俞出噪聲表達(dá)式輸出已調(diào)信號波形pn it=ni t.*cos(2* pi*f

21、c.*t);psnt=p smt+pn it;jic=psn t.*cos(2* pi *fc.*t);%調(diào)制信號乘以相干載ht=(2* pi*fc*si n(2* pi *fc.*t)./(2* pi*fc.*t)./pi;%氐通濾波器的時域表達(dá)式htw=abs(fft(ht);%氐通濾波器的頻域表達(dá)式j(luò)t=co nv(ht,jic);%解調(diào)信號的時域表達(dá)sub plot(3,3,1);%劃分畫圖區(qū)間plot(t,mt,'g');%畫出輸入信號波形titleC輸入信號波形');xlabel('Variable t');ylabel('Varia

22、ble mt');sub plot(3,3,2);plot(t, nit,'b');titleC輸入噪聲波形');xlabeK'Variable t');ylabel('Variable nit');sub plot(3,3,3);-!%length用于長度plot(1:le ngth(s nit),s nit,'r');匹配title（'輸入信號與噪聲疊加波形'）;%畫出輸入信號與噪聲疊加波形xlabeK'Variable t');ylabel('Variable sn i

23、t');sub plot(3,3,4);plot(t, psmt,'k');%畫出輸出信號波形title（'輸出信號波形'）;xlabeK'Variable t');ylabel('Variable p smt');sub plot(3,3,5);plot(t ,pn it,'k');%畫出輸出噪聲波形title（'輸出噪聲波形'）;xlabeK'Variable t');ylabel('Variable pn it');sub plot(3,3,6);plo

24、t(t ,psn t,'k');title（'輸出信號與輸出噪聲疊加波形'）;%畫出輸出信號與輸出噪聲疊加波形XlabeK'Variable t');ylabel('Variable psn t');sub plot(3,3,7);plot(1:le ngth(htw),htw,'k');title（'低通濾波器頻域波形'）;%畫出低通濾波器頻域波形xlabel('Variable w');ylabel('Variable htw');axis(0 60 0 150);sub plot(3,3,8);p lot(1:le ngth(ht),ht,'k');titleC低通濾波器時域波形');%畫出低通濾波器時域波形xlabeK'Variable t');ylabel('Variable psn t');axis(150 250 -20 25);%給出坐標(biāo)軸范圍sub plot(3,3,9);plot(1:le ngth(jt),jt,'k');titleC輸出信號與輸出噪聲疊加波形');%畫出輸出信號與輸出