根據MATLAB的抑制載波的雙邊帶幅度調制與解調分析

1、,.目錄1 基于 MATLAB 的抑制載波的雙邊帶幅度調制（DSB）與解調分析摘要.22、設計目的 .33、設計要求 .44、系統原理 .44.1系統框圖： .44.2各模塊原理及M 文件實現 .54.2.1. 發(fā)送與接收濾波器 .84.2.2. 解調部分 .85 Simulink 仿真 .115.1：調制仿真 .115.2：調制 + 解調 .155.3：調制 + 高斯噪聲 + 解調 .185.4總結： .216、M 文件完整程序 .227、個人小結 .288、參考文獻 .29,.1 基于 MATLAB的抑制載波的雙邊帶幅度調制（DSB ）與解調分析摘要信號的調制與解調在通信系統中具有重要的作

2、用。調制過程實際上是一個頻譜搬移的過程，即是將低頻信號的頻譜（調制信號）搬移到載頻位置（載波）。而解調是調制的逆過程，即是將已調制信號還原成原始基帶信號的過程。調制與解調方式往往能夠決定一個通信系統的性能。 幅度調制就是一種很常見的模擬調制方法，在 AM 信號中，載波分量并不攜帶信息，仍占據大部分功率，如果抑制載波分量的發(fā)送，就能夠提高功率效率，這就抑制載波雙邊帶調制 DSB-SC （ Double Side Band with Suppressed Carrier ），因為不存在載波分量， DSB-SC 信號的調制效率就是 100% ，即全部功率都,.用于信息傳輸。 但由于 DSB-SC 信

3、號的包絡不再與調制信號的變化規(guī)律一致， 因而不能采用簡單的包絡檢波來恢復調制信號，需采用同步檢波來解調。這種解調方式被廣泛應用在載波通信和短波無線電話通信中。但是由于在信道傳輸過程中必將引入高斯白噪聲，雖然經過帶通濾波器后會使其轉化為窄帶噪聲，但它依然會對解調信號造成影響，使其有一定程度的失真， 而這種失真是不可避免的。 本文介紹了 M 文件編程和 Simulink 兩種方法來仿真 DSB-SC 系統的整個調制與解調過程。關鍵詞DSB-SC 調制同步檢波信道噪聲M 文件Simulink仿真2 、設計目的本課程設計是實現模擬 DSB-SC 信號的調制解調。加深對幅度調制的理解，建立對通信系統整體

4、過程和框架的新認識， 更好的理解幅度調制系統的各個模塊的作用以及仿真實現方法。 同時加強對 MATLAB 操作的熟練度， 在使用中去感受 MATLAB 的應用方式與特色。利用自主的設計過程來鍛煉自己獨立思考，分析和解決問題的能力，加強動手能力，在實驗中提高對理論的領悟層次，明白通信的實質！,.3 、設計要求（ 1 ）熟悉 MATLAB 中 M 文件的使用方法，掌握 DSB-SC 信號的調制解調原理，以此為基礎用 M 文件編程、 Simulink 仿真實現 DSB-SC 信號的調制解調。（2 ）繪制出 DSB-SC 信號調制解調前后在時域和頻域中的波形，觀察兩者在解調前后的變化，通過對結果的分析

5、來加強對 DSB-SC 信號調制解調原理的理解。（3 ）用隨機噪聲來模擬信道中的高斯白噪聲。4 、系統原理4.1 系統框圖：調調發(fā)信接解低解制送收通調制調信濾濾濾信器器號波道波波號載噪波聲,.4.2 各模塊原理及 M 文件實現調制部分如果將 AM 信號中的載波抑制，只需在將直流A0 去掉，即可輸出抑制載波雙邊帶信號（ DSB-SC ）。 DSB-SC 調制器模型如圖1 所示。圖 1 DSB-SC 調制器模型其中，設正弦載波為c(t) A cos( ct0 )式中， A 為載波幅度；c 為載波角頻率；0 為初始相位（假定0 為 0 ）。假定調制信號 m(t ) 的平均值為 0 ，與載波相乘，即可

6、形成DSB-SC 信號，其時域表達式為sDSBm(t )cosct式中，m(t )的平均值為0 。DSB-SC的頻譜為sDSB( )1M (c)M (c)2DSB-SC 信號的包絡不再與調制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡檢波來恢復調制信號，需采用相干解調 (同步檢波 )。另外，在調制信號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-SC 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-SC 信號的帶寬與 AM 信號的帶寬相同，也為基帶信號帶寬的兩倍， 即,.BDSBBAM2 fH式中， f

7、H 為調制信號的最高頻率。仿真程序如下：Fs=500;%抽樣頻率為 Fs/HzT=0:499/Fs;% 定義運算時間Fc=50;%載波頻率為 Fc/Hzf=5;% 調制信號頻率為 f/Hzx1=sin(2*pi*f*T);% 調制信號N=length(x1);%調制信號長度X1=fft(x1);%傅里葉變換到頻域y1=amod(x1,Fc,Fs,'amdsb-sc');%調用函數 amod() 進行調制繪圖得到結果如下 :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備本身產生的熱噪聲、散粒噪聲等，它們很難被預測。而且

8、大部分噪聲為隨機的高斯白噪聲，所以在設計時引入噪聲，才能夠真正模擬實際中信號傳輸所遇到的問題，進而思考怎樣才能在接受端更好地恢復基帶信號。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的影響情況。在此過程中，我用函數randn 來添加噪聲，正弦波通過加性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S噪聲功率為,.A222NS信噪比N 滿足公式B10log 10( S N )到達接收端之前，已調信號通過信道，會疊加上信道噪聲，使信號有一定程度的失真。故接收端收到的信號應為：已調信號+ 信道

9、噪聲仿真程序：noisy=randn(1,N);%模擬信道噪聲y1=y1+noisy;% 接收端收到的信號Y1=fft(y1);% 傅里葉變換到頻域調制信號、已調信號、加噪已調信號的繪圖如下：,.發(fā)送與接收濾波器主要為了濾除帶外噪聲，傳遞有用信息，提高信噪比，減小失真，采用巴特沃斯帶通濾波器實現。仿真程序 ：rp=1;rs=10;% 通帶衰減和阻帶衰減wp=2*pi*43,58;ws=2*pi*40,61;%通帶截止頻率和阻帶截止頻率N,wc=buttord(wp,ws,rp,rs,'s');% 得出巴特沃斯的階數N1 和 3dB 截止頻率B,A=butter(N,wc,

10、9;s');%計算系統函數分子和分母多項式系數Bz,Az=impinvar(B,A,Fs);%用脈沖響應不變法設計IIR ，將模擬轉數字yf=filter(Bz,Az,y1);% 過帶通濾波器濾除帶外噪聲Yf=fft(yf);%變換到頻域得到帶限加噪已調信號如下：解調部分所謂同步檢波是為了從接收的已調信號中，不失真地恢復原調制信號，要求本地載波和接收信號的載波保證同頻同相。同步檢波的一般數學模型如圖所示。,.DSB-SC 同步檢波模型設輸入為 DSB-SC 信號Sm(t ) SDSB(t) m(t )cos( ct0)乘法器輸出為(t) SDSB(t )m(t)cos( ct0)cos

11、(ct)10 ) cos(2 ct)m(t)cos(02通過低通濾波器后1m0(t )m(t)cos(0)2當0常數時，解調輸出信號為m0(t )1 m(t)2程序實現：y2=ademod(y1,Fc,Fs,'amdsb-sc');% 用函數 ademod()解調 y1Y2=fft(y2);%得出解調信號 y2 的頻譜fp1=6;fs1=9;rp1=1;rs1=10;%設計巴特沃斯低通濾波器wp1=2*pi*fp1;ws1=2*pi*fs1;N1,wc1=buttord(wp1,ws1,rp1,rs1,'s');,.B1,A1=butter(N1,wc1,

12、9;s');Bz1,Az1=impinvar(B1,A1,Fs);yout=filter(Bz1,Az1,y2);%將y2過低通濾波器得多最后輸出信號Yout=fft(yout);% 得出輸出信號的頻譜調制信號與解調信號的對比：,.5 Simulink仿真5.1 ：調制仿真調制仿真框圖,.參數設置：,.輸出波形：上面為信號波形下邊為調制之后的波形,.原信號頻譜：調制之后的頻譜圖：,.5.2 ：調制 + 解調調制解調仿真框圖（一）,.解調參數：,.解調后的波形：,.解調后的頻譜圖：5.3 ：調制 + 高斯噪聲 + 解調在調制之后加入均值為0 方差為 1 的高斯噪聲,.調制解調仿真框圖（二

13、）圖中：上部分是原始信號波形中間部分是調制后的波形下部分是解調后的波形最后,.是添加高斯噪聲波形解調后信號的頻譜圖,.5.4 總結：調制信號經過調制之后引入噪聲，經過解調過程后，再經過低通濾波器來將噪聲濾除，將調制信號解調出來，反應原來的信息（由于噪聲必然存在，所以必然造成一定程度的失真，但都在可接受的范圍內） 。,.6 、M 文件完整程序%*調制部分Fs=500;% 抽樣頻率為 Fs/HzT=0:499/Fs;%定義運算時間Fc=50;% 載波頻率為 Fc/Hzf=5;%調制信號頻率為f/Hzx1=sin(2*pi*f*T);% 調制信號,.N=length(x1);%調制信號長度X1=ff

14、t(x1);% 傅里葉變換到頻域y0=amod(x1,Fc,Fs,'amdsb-sc');%調用函數 amod() 進行調制noisy=randn(1,N);% 模擬信道噪聲y1=y0+noisy/3;% 接收端收到的信號Y0=fft(y0);Y1=fft(y1);% 傅里葉變換到頻域figure(1)subplot(3,2,1);plot(T,x1);%調制信號時域波形圖title(' 調制信號波形 ');xlabel(' 時間 ');ylabel(' 幅度 ');s=abs(X1);frq=0:N-1*Fs/N;%橫坐標頻率

15、/Hzsubplot(3,2,2);plot(frq,s);axis(0 100 0 300);%調制信號頻譜圖title(' 調制信號頻譜 ');xlabel(' 頻率 ');ylabel(' 幅度 ');,.subplot(3,2,3);plot(T,y0);% 已調信號時域波形圖title(' 已調信號波形 ');xlabel(' 時間 ');ylabel(' 幅度 ');s0=abs(Y0);subplot(3,2,4);plot(frq,s0);axis(0 100 0 150);titl

16、e(' 已調信號頻譜 ');xlabel(' 頻率 ');ylabel(' 幅度 ');subplot(3,2,5);plot(T,y1);%已調信號時域波形圖title(' 加噪已調信號波形 ');xlabel(' 時間 ');ylabel(' 幅度 ');s1=abs(Y1);subplot(3,2,6);plot(frq,s1);axis(0 100 0 150);title(' 加噪已調信號頻譜 ');xlabel(' 頻率 ');ylabel(' 幅

17、度 ');,.%*帶通濾波器rp=1;rs=10;% 四項指標wp=2*pi*43,58;ws=2*pi*40,61;%通帶角頻率和截止角頻率N,wc=buttord(wp,ws,rp,rs,'s');%得出巴特沃斯的階數N1 和 3dB 截止頻率B,A=butter(N,wc,'s');%計算系統函數分子和分母多項式系數Bz,Az=impinvar(B,A,Fs);%用脈沖響應不變法設計IIR，將模擬轉數字yf=filter(Bz,Az,y1);Yf=fft(yf);figure(2)subplot(2,2,1);plot(T,yf);%調制信號過帶通

18、濾波器title(' 帶限信號波形 ');xlabel(' 時間 ');ylabel(' 幅度 ');s2=abs(Yf);subplot(2,2,2);plot(frq,s2);axis(0 100 0 120);title(' 帶限信號頻譜 ');,.xlabel(' 時間 ');ylabel(' 幅度 ');%*解調部分y2=ademod(y1,Fc,Fs,'amdsb-sc');% 用函數 ademod() 解調 y1Y2=fft(y2);% 得出解調信號 y2 的頻譜sub

19、plot(2,2,3);plot(T,y2);title(' 接收信號波形 ');xlabel(' 時間 ');ylabel(' 幅度 ');s3=abs(Y2);subplot(2,2,4);plot(frq,s3);axis(0 100 0 250);title(' 接收信號頻譜 ');xlabel(' 時間 ');ylabel(' 幅度 ');%*接收低通濾波器fp1=6;fs1=9;rp1=1;rs1=10;% 設計巴特沃斯低通濾波器wp1=2*pi*fp1;ws1=2*pi*fs1;N1,wc1=buttord(wp1,ws1,rp1,rs1,'s');B1,A1=butter(N1,wc1,'s');,.Bz1,Az1=impinvar(B1,A1,Fs);yout=filter(Bz1,Az1,y2);% 將 y2 過低通濾波器得多最后輸出信號Yout=fft(yout);% 得出輸出信號的頻譜figure(3)subplot(2,2,1);plot(T,x1);% 調制信號時域波形圖ti