通信原理課程設(shè)計——DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與仿真通信原理

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上通信原理課程設(shè)計設(shè)計題目：DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與仿真通信原理班 級：學生姓名： 學生學號： 指導老師：目 錄5引 言本課程設(shè)計用于實現(xiàn)DSB信號的調(diào)制解調(diào)過程。信號的調(diào)制與解調(diào)在通信系統(tǒng)中具有重要的作用。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。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，即是將已調(diào)制的信號還原成原始基帶信號的過程。信號的接收端就是通過解調(diào)來還原已調(diào)制信號從而讀取發(fā)送端發(fā)送的信息。因此信號的解調(diào)對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可靠性有著很大的影響。調(diào)制與解調(diào)方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。雙邊帶DSB信號的解調(diào)采用相干解調(diào)法，這種方式被廣泛應用在載波通信和

2、短波無線電話通信中。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，我們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中的實現(xiàn)方法。預期通過這個階段的研習，更清晰地認識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的應用方式與特色。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，為我們今后的自主學習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中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信號

3、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。一、DSB調(diào)制解調(diào)模型的建立1、DSB信號的模型在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，只需在將直流去掉，即可輸出抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號（DSB）

4、。 DSB調(diào)制器模型如圖1所示。圖1 DSB調(diào)制器模型 其中，設(shè)正弦載波為式中，為載波幅度；為載波角頻率；為初始相位（假定為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，并且不失真地恢復出原始基帶信號。雙邊帶解調(diào)通常采用相干解調(diào)的方式，它使用一個同步解調(diào)器，即由相乘器和低通濾波器組成。在解調(diào)過程中，輸入信號和噪聲可以分別單獨解調(diào)。相干解調(diào)的原理框圖如圖2所示：圖2 相干解調(diào)器的數(shù)學模型信號傳輸信道為高斯白噪聲信道，其功率為。2、DSB信號調(diào)制過程分析假定調(diào)制信號的平均值為0，與載波相乘，即可形成DSB信號，其時域表達式為

5、式中，的平均值為0。DSB的頻譜為DSB信號的包絡不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡檢波來恢復調(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信號的帶寬相同，也為基帶信號帶寬的兩倍， 即式中，為調(diào)制信號的最高頻率。 調(diào)制信號產(chǎn)生的代碼及波形為clf; %清除窗口中的圖形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

6、=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); %輸入調(diào)制信號表達式ct=cos(2*pi*fc.*t); %輸入調(diào)制信號表達式psnt=mt.*cos(2*pi*fc.*t); %輸出調(diào)制信號表達式subplot(3,1,1); %劃分畫圖區(qū)間plot(t,mt,'g'); %畫出輸入信號波形title('輸入信號波形');xlabel('Variable t');ylabel('Variable mt');subplot(3,1,2);plot

7、(t,ct,'b'); %畫出輸入信號波形title('輸入載波波形');xlabel('Variable t');ylabel('Variable ct');subplot(3,1,3);plot(1:length(psnt),psnt,'r'); %length用于長度匹配title('已調(diào)信號波形'); %畫出已調(diào)信號波形xlabel('Variable t');ylabel('Variable psnt');運行結(jié)果：圖3 調(diào)制信號、載波、已調(diào)信號波形3、高斯

8、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、散粒噪聲等，它們很難被預測。而且大部分噪聲為隨機的高斯白噪聲，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(diào)的影響情況。為了具體而全面地了解噪聲的影響問題，我們將分別引入大噪聲（信噪比為20dB）與小噪聲（信噪比為2dB）作用于雙邊帶信號，再分別對它們進行解調(diào)，觀察解調(diào)后的信號受到了怎樣的影響。

9、在此過程中，我用函數(shù)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。正弦波通過加性高斯白噪聲信道后的信號為故其有用信號功率為噪聲功率為信噪比滿足公式則可得到公式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，我們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：clf; %清除窗口中的圖形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; %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); %輸

10、入調(diào)制信號表達式xzb=2; %輸入小信躁比(dB)snr=10.(xzb/10); h,l=size(mt); %求調(diào)制信號的維數(shù)fangcha=A*A./(2*snr); %由信躁比求方差nit=sqrt(fangcha).*randn(h,l); %產(chǎn)生小信噪比高斯白躁聲psmt=mt.*cos(2*pi*fc.*t); %輸出調(diào)制信號表達式psnt=psmt+nit; %輸出疊加小信噪比已調(diào)信號波形xzb=20; %輸入大信躁比(dB)snr1=10.(xzb/10); h,l=size(mt); %求調(diào)制信號的維數(shù)fangcha1=A*A./(2*snr1); %由信躁比求方差nit

11、1=sqrt(fangcha1).*randn(h,l); %產(chǎn)生大信噪比高斯白躁聲psnt1=psmt+nit1; %輸出已調(diào)信號波形subplot(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');xlabel('Variable t');ylabel('Variable nit');subplot(2,2,2);plot(t,psnt,'b');title('疊加小信噪比已調(diào)信號波形');xlabel('Variab

12、le t');ylabel('Variable psnt');subplot(2,2,3);plot(t,nit1,'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');subplot(2,2,4);plot(t,psnt1,'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

13、 t');ylabel('Variable psmt');圖4 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，起伏遠大于加小噪聲時的波形。造成此現(xiàn)象的原因是當信噪比較小時，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。綜上所述，疊加噪聲會造成解調(diào)信號的失真，信噪比越小，失真程度越大。所以當信噪比低于一定大小時，會給解調(diào)信號帶來嚴重的失真，導致接收端無法正確地接收有用信號。所以在解調(diào)的實際應用中，應該盡量減少

14、噪聲的產(chǎn)生。4、DSB解調(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)學模型如圖所示。 圖5 DSB相干解調(diào)模型設(shè)圖四的輸入為DSB信號乘法器輸出為通過低通濾波器后當常數(shù)時，解調(diào)輸出信號為大小不同信噪比的解調(diào)波形，如圖6：圖6 不同信噪比解調(diào)波形5、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)器的抗噪聲性能。 有加性噪聲時解調(diào)器的數(shù)學

15、模型如圖7所示。 圖7 有加性噪聲時解調(diào)器的數(shù)學模型圖7中為已調(diào)信號，為加性高斯白噪聲。 和首先經(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解調(diào)器輸入端的信號為 、噪聲為高斯窄帶噪聲，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，噪聲為。圖8 有加性噪聲時解調(diào)器的數(shù)學模型設(shè)解調(diào)器輸入信號為與相干載波相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，輸出信號為因此，解調(diào)器輸出端的有用信號功率為解調(diào)DSB信號時，接收機中的帶通濾波器的中心頻率與調(diào)制載頻相同，因此解調(diào)器輸出端的窄帶噪聲可表示為它與相干載波相乘后，得經(jīng)低通濾波器后，解調(diào)器最終的輸出噪聲為故輸出噪聲

16、功率為這里，為DSB信號的帶通濾波器的帶寬。解調(diào)器輸入信號平均功率為可得解調(diào)器的輸入信噪比同時可得解調(diào)器的輸出信噪比因此制度增益為由此可見，DSB調(diào)制系統(tǒng)的制度增益為2。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被消除的緣故。二、仿真過程源程序：clf; %清除窗口中的圖形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; %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); %輸入調(diào)制信號表達式

17、xzb=20; %輸入信噪比(dB)snr=10.(xzb/10); h,l=size(mt); %求調(diào)制信號的維數(shù)fangcha=A*A./(2*snr); %由信躁比求方差nit=sqrt(fangcha).*randn(h,l); %產(chǎn)生高斯白噪聲snit=mt+nit; %調(diào)制信號與噪聲疊加psmt=mt.*cos(2*pi*fc.*t); %輸出調(diào)制信號表達式pnit=nit.*cos(2*pi*fc.*t); %輸出噪聲表達式psnt=psmt+pnit; %輸出已調(diào)信號波形jic=psnt.*cos(2*pi*fc.*t); %調(diào)制信號乘以相干載波ht=(2*pi*fc.*sin

18、(2*pi*fc.*t)./(2*pi*fc.*t)./pi; %低通濾波器的時域表達式htw=abs(fft(ht); %低通濾波器的頻域表達式jt=conv(ht,jic); %解調(diào)信號的時域表達式subplot(3,3,1); %劃分畫圖區(qū)間plot(t,mt,'g'); %畫出輸入信號波形title('輸入信號波形');xlabel('Variable t');ylabel('Variable mt');subplot(3,3,2);plot(t,nit,'b');title('輸入噪聲波形'

19、;);xlabel('Variable t');ylabel('Variable nit');subplot(3,3,3);plot(1:length(snit),snit,'r'); %length用于長度匹配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xlabel('Variable t');ylabel('Variable snit');subplot(3,3,4);plot(t,psmt,'k');title('輸出信號波形');

20、%畫出輸出信號波形xlabel('Variable t');ylabel('Variable psmt');subplot(3,3,5);plot(t,pnit,'k');title('輸出噪聲波形'); %畫出輸出噪聲波形xlabel('Variable t');ylabel('Variable pnit'); subplot(3,3,6);plot(t,psnt,'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xlabel

21、('Variable t');ylabel('Variable psnt');subplot(3,3,7);plot(1:length(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);subplot(3,3,8);plot(1:length(ht),ht,'k');title('低通濾波器時域波形');

22、%畫出低通濾波器時域波形xlabel('Variable t');ylabel('Variable psnt');axis(150 250 -20 25); %給出坐標軸范圍subplot(3,3,9);plot(1:length(jt),jt,'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xlabel('Variable t');ylabel('Variable jt');axis(200 600 -50 50);仿真結(jié)果圖9 仿真結(jié)果 三、心得體會通過

23、這次的課程設(shè)計，我們覺得最大的收獲就是既了解了噪聲對信號傳輸?shù)挠绊懀只仡櫫薓ATLAB的相關(guān)知識。在代碼的編制過程中 ,我分了三步走。第一步，給出一個確定的噪聲信號，并觀察其對有用信號的影響；第二步，對信號進行調(diào)制，采用的方法是將信號乘以一個相干載波；第三步，對調(diào)制信號進行解調(diào)，其中涉及到一個低通濾波器的設(shè)計。雖然有函數(shù)可以直接實現(xiàn)這個功能，但我們都沒有用，而是自己動手設(shè)計。我們的基本思路是由低通濾波器的頻域特性，通過傅里葉逆變換，得到低通濾波器的時域表達式，進而通過頻域和時域的對稱性，得到解調(diào)信號，通過仿真可直觀的看出解調(diào)信號和原信號的波形。其次，在這次課程設(shè)計中，我們第一次明白了零點的重要性。尤其是在一個自變量作為分母時，必須加上任意一個無窮小數(shù)，使其跨過零點。而且，也正是由于這次課程設(shè)計，我們學會了如何在WORD里面書寫一些數(shù)