武汉理工大学信号处理分析课设报告 - 图文

目录

摘要................................................................................................................................ 1 1 DSB调制与解调的基本原理..................................................................................... 2

1.1 DSB调制原理................................................................................................. 2 1.2 DSB解调原理................................................................................................. 3 2 Simulink仿真电路................................................................................................... 4

2.1 调制模块........................................................................................................ 4 2.2 调制后加入高斯白噪声................................................................................ 6 2.3 解调与低通滤波模块.................................................................................... 8 2.4 总体模型...................................................................................................... 10 3 MATLAB程序代码..................................................................................................... 11

3.1 系统框图...................................................................................................... 11 3.3 噪声部分...................................................................................................... 13 3.4 带通滤波部分.............................................................................................. 14 3.5 解调部分...................................................................................................... 15 3.6 低通滤波部分.............................................................................................. 16 4 心得体会.................................................................................................................. 17 5 参考文献.................................................................................................................. 18 附录.............................................................................................................................. 19

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摘要

信号的调制与解调在通信系统中具有重要的作用。调制过程实际上是一个频谱搬移的过程，即是将低频信号的频谱（调制信号）搬移到载频位置（载波）。而解调是调制的逆过程，即是将已调制信号还原成原始基带信号的过程。调制与解调方式往往能够决定一个通信系统的性能。幅度调制就是一种很常见的模拟调制方法，在AM信号中，载波分量并不携带信息，仍占据大部分功率，如果抑制载波分量的发送，就能够提高功率效率，这就抑制载波双边带调制DSB-SC（Double Side Band with Suppressed Carrier），因为不存在载波分量，DSB-SC信号的调制效率就是100%，即全部功率都用于信息传输。但由于DSB-SC信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需采用同步检波来解调。这种解调方式被广泛应用在载波通信和短波无线电话通信中。但是由于在信道传输过程中必将引入高斯白噪声，虽然经过带通滤波器后会使其转化为窄带噪声，但它依然会对解调信号造成影响，使其有一定程度的失真，而这种失真是不可避免的。本文介绍了M文件编程和Simulink两种方法来仿真DSB-SC系统的整个调制与解调过程。

关键词DSB-SC调制同步检波信道噪声 M文件 Simulink仿真

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1 DSB调制与解调的基本原理

1.1 DSB调制原理

在消息信号m(t)上不加上直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB-SC）调制信号，简称双边带（DSB）信号。DSB调制器模型如图3-1，可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘。

图1-1 DSB信号调制器模型

其时域和频域表示式分别如下

SDSB(?)?1?M(???c)?M(???c)?2 (式3-2)

SDSB(t)?m(t)cos?ct (式3-1)

除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍。

图1-2 DSB信号的波形与频谱

2

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1.2 DSB解调原理

因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。但由于DSB信号的包络不再与m(t)成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调。

图1-3 DSB信号相干解调模型

图3-3中SL(t)为本地载波，也叫相干载波，必须与发送端的载波完成同步。即频率相同时域分析如下：

11m(t)?m(t)cos2?ct 22Sp(t)经过低通滤波器LPF，滤掉高频成份，mo(t)为

Sp(t)?SDSB(t)?SL(t)?m(t)cos?ct?2mo(t)?1m(t)

2频域分析如下：

1?SDSB(?-?c)?SDSB(???c)? 21?Mo(?)?Sp(?)?H(?)?M(?)

2?Sp(?)?式中的H(ω)为LPF的系统函数。频域分析的过程如图3-4所示。事实上SL（t）本地载波和发端载波完全一致的条件是是不易满足的，因此，需要讨论

SL（t）有误差情况下对解调结果的影响。

图1-4 DSB信号相干解调过程示意图

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2 Simulink仿真电路

2.1 调制模块

新建一个仿真空白模型，将DSB信号调至所需要的模块拖入空白模型中。图4-3中Sine wave为正弦基带信号、Sine wave1为正弦载波，均使用离散化的信号。product为乘法器。连接各模块如下图所示。

图2-1 DSB调制模型

双击模块设置基带信号属性：幅度为2，频率为2HZ，初相位为0，离散方式，采样间隔为0.002s。

用同样的方式设置载波信号属性:幅度为2，频率为50HZ，初相位为0，离散方式，采样间隔为0.002s。

图2-2调制信波形

示波器得到的波形及频谱如下：

4

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图2-3载波信号波形

图2-4已调信号波形

图2-5 调制信号的频谱

图2-6 已调信号的频谱

从图中可以清楚地看出，双边带信号时域波形的包络不同于调制信号的变化

规律。在调制信号零点前处已调波的相位发生了180°的突变。在调制信号的正半周期内，已调波的高频相位与载波相同，在调制信号的负半周期内，已调波的高频相位与载波相反。并且双边带的带宽为基带信号的两倍。

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2.2 调制后加入高斯白噪声

加性高斯白噪声 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪声与干扰模型。加性噪声是叠加在信号上的一种噪声，通常记为n(t)，而且无论有无信号，噪声n(t)都是始终存在的。因此通常称它为加性噪声或者加性干扰。若噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数，则称这样的噪声为白噪声。如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布，则称这样的噪声为高斯白噪声。在通信系统中，经常碰到的噪声之一就是白噪声。

在理想信道调制与解调的基础上，在信道中加入高斯白噪声，把Simulink中的AWGN模块加入到模型中。

图2-7 高斯白噪声信道传输模型

图2-8 高斯白噪声信道传输波形

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图2-9 高斯白噪声信道传输波形的频谱

与已调信号相比较可看出，波形出现了一定程度的失真。失真是随着信噪比SNR的变化而变化的，SNR越小，通过AWGN信道的波形就越接近理想信道波形。

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2.3 解调与低通滤波模块

因为DSB信号包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复基带信号，而必须采用相干解调。相干解调也称同步检波，是指用载波乘以一路与载波相干（同频同相）的参考信号，再通过低通滤波器即可输出解调信号。

图2-10 相干解调模块模型

这里的数字滤波器用到了Simulink模型库中的FDATool，双击模块可以选择滤波器类型及更改参数。在这里选择了低通Elliptic滤波器，试验发现它具有很好的频响特性。根据系统基带信号频率范围和载波的频率，设置其通带和截止频率分别为40、60。

图2-11解调滤波后的输出波形

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图2-12 解调滤波后的输出波形的频谱

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2.4 总体模型

图2-13 总体模型图

图2-14总体仿真图

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3 MATLAB程序代码

3.1 系统框图

调接制调信信制 器收滤号 器波 道 载 噪波声 3.2 调制部分

代码:

Fs = 500; t=[0:999]/Fs; Fc = 50;

x = 2*sin(2*pi*2*t); N=length(x); z0=fft(x);

z0 = abs(z0(1:length(z0)/2+1));

frq0 = [0:length(z0)-1]*Fs/length(z0)/2; figure(1);

subplot(2,1,1); plot(x); grid; title('原始信号');

subplot(2,1,2); plot(frq0,z0); grid; title('原始信号的频谱'); %双边带调制

y1 = ammod(x,Fc,Fs); z1 = fft(y1);

z1 = abs(z1(1:length(z1)/2+1));

frq1 = [0:length(z1)-1]*Fs/length(z1)/2; figure(2);

subplot(2,1,1); plot(y1); grid; title('双边带信号');

subplot(2,1,2); plot(frq1,z1); title('双边带信号的频谱');grid;

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解调 器 低通滤波 解调信号

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输出图:

图3-1 原始信号波形及其频谱

图3-2 已调信号波形及其频谱

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3.3 噪声部分

代码:

%噪声

noisy=randn(1,N); y2=y1+noisy/2; z2=fft(y2);

%frq2=[0:N-1]*Fs/N;

frq2 = [0:length(z2)-1]*Fs/length(z2);

figure(3);

subplot(2,1,1); plot(y2); grid; title('加入噪声后的信号');

subplot(2,1,2); plot(frq2,abs(z2)); grid; title('加入噪声后信号的频谱');

输出图:

图3-3 加入噪声后信号波形图及其频谱

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3.4 带通滤波部分

代码：

%带通滤波器 rp=1;rs=10;

wp=2*pi*[45,55];ws=2*pi*[40,60]; [N,wc]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); [B,A]=butter(N,wc,'s'); [Bz,Az]=impinvar(B,A,Fs); y3=filter(Bz,Az,y2); z3=fft(y3); figure(4);

subplot(2,1,1); plot(y3); grid; title('带通滤波后的的信号');

subplot(2,1,2); plot(frq2,abs(z3)); grid; title('带通滤波后信号的频谱');

输出图：

图3-4 带通滤波后信号波形及其频谱

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3.5 解调部分

代码：

%解调

y4 = amdemod(y3,Fc,Fs,0,0); z4=fft(y4);

z4 = abs(z4(1:length(z4)/2+1));

frq4 = [0:length(z4)-1]*Fs/length(z4)/2; figure(5);

subplot(2,1,1); plot(y4); grid; title('解调后的信号');

subplot(2,1,2); plot(frq4,z4);grid; title('解调后的信号的频谱'); 输出图：

图3-5 解调后信号波形图及其频谱

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3.6 低通滤波部分

代码：

%低通滤波器

fp1=1;fs1=4;rp1=1;rs1=10; 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); y5=filter(Bz1,Az1,y4); z5=fft(y5);

z5 = abs(z5(1:length(z5)/2+1));

frq5 = [0:length(z5)-1]*Fs/length(z5)/2; figure(6);

subplot(2,1,1); plot(y5); grid; title('低通滤波后的信号');

subplot(2,1,2); plot(frq5,z5);grid; title('低通滤波后信号的频谱');

输出图：

图3-6 低通滤波后信号波形图及其频谱

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4 心得体会

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5 参考文献

[1] 樊昌信，曹丽娜. 通信原理. 北京：国防工业出版社，2006

[2] 达新宇．通信原理实验与课程设计．北京：北京邮电大学出版社，2003 [3] 徐远明. MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用. 西安：西安电子科技大学出版社， 2005 [4] 张化光, 孙秋野. MATLAB/Simulink实用教程. 北京：人民邮电出版社，2009 [5] 姚俊，马松辉.Simulink建模与仿真基础. 北京：西安电子科技大学出版社，2002

[6] 邓华．MATLAB通信仿真及应用实例详解．北京：国防工业出版社，2003

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附录

MATLAB完整程序代码：

%原始信号 Fs = 500; t=[0:999]/Fs; Fc = 50;

x = 2*sin(2*pi*2*t); N=length(x); z0=fft(x);

z0 = abs(z0(1:length(z0)/2+1));

frq0 = [0:length(z0)-1]*Fs/length(z0)/2; figure(1);

subplot(2,1,1); plot(x); grid; title('原始信号');

subplot(2,1,2); plot(frq0,z0); grid; title('原始信号的频谱');

%双边带调制

y1 = ammod(x,Fc,Fs); z1 = fft(y1);

z1 = abs(z1(1:length(z1)/2+1));

frq1 = [0:length(z1)-1]*Fs/length(z1)/2; figure(2);

subplot(2,1,1); plot(y1); grid; title('双边带信号');

subplot(2,1,2); plot(frq1,z1); title('双边带信号的频谱');grid;

%噪声

noisy=randn(1,N); y2=y1+noisy/2; z2=fft(y2);

%frq2=[0:N-1]*Fs/N;

frq2 = [0:length(z2)-1]*Fs/length(z2); figure(3);

subplot(2,1,1); plot(y2); grid; title('加入噪声后的信号');

subplot(2,1,2); plot(frq2,abs(z2)); grid; title('加入噪声后信号的频谱');

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%带通滤波器 rp=1;rs=10;

wp=2*pi*[45,55];ws=2*pi*[40,60]; [N,wc]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); [B,A]=butter(N,wc,'s'); [Bz,Az]=impinvar(B,A,Fs); y3=filter(Bz,Az,y2); z3=fft(y3); figure(4);

subplot(2,1,1); plot(y3); grid; title('带通滤波后的的信号');

subplot(2,1,2); plot(frq2,abs(z3)); grid; title('带通滤波后信号的频谱');

%解调

y4 = amdemod(y3,Fc,Fs,0,0); z4=fft(y4);

z4 = abs(z4(1:length(z4)/2+1));

frq4 = [0:length(z4)-1]*Fs/length(z4)/2; figure(5);

subplot(2,1,1); plot(y4); grid; title('解调后的信号');

subplot(2,1,2); plot(frq4,z4);grid; title('解调后的信号的频谱');

%低通滤波器

fp1=1;fs1=4;rp1=1;rs1=10; 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); y5=filter(Bz1,Az1,y4); z5=fft(y5);

z5 = abs(z5(1:length(z5)/2+1));

frq5 = [0:length(z5)-1]*Fs/length(z5)/2; figure(6);

subplot(2,1,1); plot(y5); grid; title('低通滤波后的信号');

subplot(2,1,2); plot(frq5,z5);grid; title('低通滤波后信号的频谱');

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%带通滤波器 rp=1;rs=10;

wp=2*pi*[45,55];ws=2*pi*[40,60]; [N,wc]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); [B,A]=butter(N,wc,'s'); [Bz,Az]=impinvar(B,A,Fs); y3=filter(Bz,Az,y2); z3=fft(y3); figure(4);

subplot(2,1,1); plot(y3); grid; title('带通滤波后的的信号');

subplot(2,1,2); plot(frq2,abs(z3)); grid; title('带通滤波后信号的频谱');

%解调

y4 = amdemod(y3,Fc,Fs,0,0); z4=fft(y4);

z4 = abs(z4(1:length(z4)/2+1));

frq4 = [0:length(z4)-1]*Fs/length(z4)/2; figure(5);

subplot(2,1,1); plot(y4); grid; title('解调后的信号');

subplot(2,1,2); plot(frq4,z4);grid; title('解调后的信号的频谱');

%低通滤波器

fp1=1;fs1=4;rp1=1;rs1=10; 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); y5=filter(Bz1,Az1,y4); z5=fft(y5);

z5 = abs(z5(1:length(z5)/2+1));

frq5 = [0:length(z5)-1]*Fs/length(z5)/2; figure(6);

subplot(2,1,1); plot(y5); grid; title('低通滤波后的信号');

subplot(2,1,2); plot(frq5,z5);grid; title('低通滤波后信号的频谱');

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kw8o.html