2022年2022年课设DSB调制系统分析 .pdf

课程设计课程设计名称： DSB 信号的解调和抗噪声性能专 业 班 级 ：学 生 姓 名 ：学号 ：指 导 教 师 ：课程设计时间： 2010-12-27 2010-1-9名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 1 需求分析本次课程设计是在对双边带DSB信号的调制解调过程学习分析后，基于MATLAB 程序仿真，模拟DSB信号的解调过程及结果，并在此过程中加入模拟的高斯白噪声，并分析其抗噪声性能。DSB信号的解调是通过相干解调法，将DSB信号经乘法器后进行低通滤波， 滤除高次项获得无失真的原始电信号的过程。由于加性噪声被认为只对信号的接收产生影响，所以调制系统的抗噪声性能是利用解调器的抗噪声能力来衡量。而抗噪声能力通常用“信噪比”来度量。通过MATLAB 程序设计对噪声的影响及DSB解调中的抗噪声性能进行直观的仿真，并对其信噪比进行分析。2 概要设计1，双边带调制系统的模型如下：在相干解调时， 解调器由相乘器和低通滤波器构成，所以在解调过程中， 输入信号及噪声可以分别单独解调。2，DSB的仿真设计：DSB的时域表达式为：其对应的程序为：s_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t) 这样 DSB的调制完成，再用下列语句将DSB的调制波输出：figure(3) subplot(2,1,1) plot(t,s_dsb);hold on; % 画出 DSB信号波形plot(t,mt,r-); % 标出 mt 的波形title(DSB调制信号 ) xlabel(t); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - DSB只能用相干解调，其解调的表达式为：其对应的程序为：rt=s_dsb.*cos(2*pi*fc*t) 由 DSB信号的解调电路，乘法器后面还需加个低通滤波器，取出低频成分。因此要实现此功能，在用程序实现滤波器功能之前，要先将其转为频域。时域转频域调用程序：functionf,sf=T2F(t,st); dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T; N=length(st); ft=-N/2*df:df:N/2*df-df; fs=ft-480; f=20-fs; sf=fft(st); st=T/N*fftshift(sf); 低通的调用程序中，调用的频域转为时域的为：functiont,st=F2T(f,sf) df=f(2)-f(1); Fmx=(f(end)-f(1)+df); dt=1/Fmx; N=length(sf); T=dt*N; t=0:dt:T-dt; sff=fftshift(sf); st=Fmx*ifft(sff); 因此，低通后直接输出的波形即为解调信号的时域波形。解调和输出程序为：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - f,rf=T2F(t,rt); t,rt=lpf(f,rf,2*fm); subplot(2,1,2) plot(t,rt);hold on; plot(t,mt/2,r-); title(相干解调后的信号波形 ) xlabel(t); 已调信号的频谱图即可通过下面程序实现：figure(4) subplot(2,1,2) f,sf=T2F(t,s_dsb); plot(f,sf);hold on; axis(0 20 0 2000); title(DSB信号频谱 ) xlabel(f/Hz); 最后是低通滤波器的调用程序：functiont,st=lpf(f,sf,B) %This function filter an input data using a lowpass filter %Inputs:f:frequency samples %sf:input data spectrum samples % B:lowpasss bandwidth with a rectangle lowpass %Outputs:t:time samples %st:Output datas time samples hf=zeros(1,length(f); yf=hf.*sf; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - t,st=F2T(f,yf); 3 运行环境硬件环境： Microsoft Windows XP Professional 软件环境： MATLAB 4 开发工具和编程语言开发工具： MATLAB 编程语言： MATLAB 语言5 详细设计1) 主程序dt=0.001; %时间采样间隔fm=1; %信源最高频率fc=10; % 载波中心频率T=5; % 信号时长t=0:dt:T; mt=sqrt(2)*cos(2*pi*fm*t); %信源% N0=0.01; %白噪声单边功率谱密度%DSB 调制s_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t); B=2*fm; % noise=noise_nb(fc,B,N0,t); % s_dsb=s_dsb+noise; figure(1) subplot(3,1,1) plot(t,s_dsb); %画出 DSB信号波形hold on plot (t,mt,r-); %标出 m(t) 波形title(DSB调制信号 ); xlabel(t); %DSB 解调名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - rt=s_dsb.*cos(2*pi*fc*t); f,rf=T2F(t,rt); t,rt=lpf(f,rf,fm); subplot(3,1,2) plot(t,rt); title(相干解调后的信号波形 ); xlabel(t); rt=rt-mean(rt); subplot(3,1,3) f,sf=T2F(t,s_dsb); psf=(abs(sf).2)/T; plot(f,psf); axis(-2*fc 2*fc 0 max(psf); title(DSB信号功率谱 ); xlabel(f); 2) 信号的傅里叶变换函数function f,sf = T2F(t,st) dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T; N=length(st); f=-N/2*df:df:N/2*df-df; sf=fft(st); sf=T/N*fftshift(sf); end 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - 3) 低通滤波函数function t,st = lpf( f,sf,B) df=f(2)-f(1); T=1/df; hf=zeros(1,length(f); bf=-floor(B/df):floor(B/df)+floor(length(f)/2); hf(bf)=1; yf=hf.*sf; t,st=F2T(f,yf); st=real(st); end 4) 高斯白噪声函数function out = noise_nb( fc,B,N0,t ) dt=t(2)-t(1); fmx=1/dt; n_len=length(t); p=N0*fmx; rn=sqrt(p)*randn(1:n_len); f,rf=T2F(t,rn); t,out=bpf(f,rf,fc-B/2,fc+B/2); end 5)%噪声分析figure subplot(2,2,1) plot(t,n(1:length(t)title(采样的噪声 )axis(0 0.15 -1 1)subplot(2,2,2) plot(f,abs(fftshift(N)axis(-500 500 0 0.05)title(信号频谱 )名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - subplot(2,2,3) % 加噪调制信号时域显示plot(t,r(1:length(t)title(信号与噪声 )axis(0 0.15 -3 3)subplot(2,2,4) % 加噪调制信号频域显示plot(f,abs(fftshift(R)title(信号与噪声 )axis(-500 500 0 0.15)6) 信号的反傅里叶变换函数function t,st =F2T(f,sf ) df=f(2)-f(1); fmx=(f(end)-f(1)+df); dt=1/fmx; N=length(sf); T=dt*N; t=0:dt:T-dt; sff=fftshift(sf); st=fmx*ifft(sff); end 6 调试分析由调制波的时域波形可知，DSB 波的包络与调制信号的形状不再完全一样，因为其不含载频成分，调制波不再水平上移一个A，因此就会重叠。将解调出的正弦波和信源比较， 发现解调出的波形与信源频率相同，只是幅度上的差别， 因此信源解调成功。由频谱可以看出， DSB信号的频谱上边带、下边带两部分组成，上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像, 它的带宽仍是是基带信号带宽的 2 倍。关于数学分析如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - 在相干解调时， 解调器由相乘器和低通滤波器构成，所以在解调过程中， 输入信号及噪声可以分别单独解调。线性调制系统的一般模型若解调器输入信号为则其平均功率为若同步解调器的相干载波为，则解调器输出端的信号可以写为于是，输出端的有用信号功率为为了计算解调器输出端的噪声平均功率，我们先求出相干解调的相乘器输出的噪声，即名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - 由于及分别表示及调制到载频上的波形，它们将被解调器的低通滤波器所滤除，故解调器最终的输出噪声为因此，输出噪声功率为则有可得解调器的输入信噪比为(4.5-6) 解调器的输出信噪比为(4.5-7) (4.5-8) 由上式可知， DSB 调制系统的调制制度增益为2。这就是说， DSB 信号的解调器使信噪比改善一倍。 这是因为采用相干解调， 使输入噪声中的一个正交分量被消除的缘故。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 7 测试结果在没有噪声的情况下：当输入噪声 SNR=20 是结果如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 参考文献1 徐明远 邵玉斌 编著. MATLAB 仿真在通信与电子工程中的应用. 西安：西名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - 安电子科技大学出版社，2005.6 2 孙屹 李妍 编著. MATLAB 通信仿真开发手册 . 北京：国防工业出版社，2005.1 3 达新宇 陈树新 等著. 通信原理教程 . 北京：北京邮电大学出版社，2005.1 4 李颖 编著. simulink 动态系统建模与仿真基础 . 西安：西安电子科技大学出版社， 2004.7 5 樊昌信 等编著 . 通信原理教程 . 北京：北京电子工业出版社，2004.1 6 樊昌信 张甫翊 徐炳祥 吴成柯 编著. 通信原理（第5 版）. 北京：国防工业出版社， 2001.5 7 刘泉 主编. 通信电子线路（第2 版）. 武汉：武汉理工大学出版社，2005.1 8 刘敏 魏玲 编著. MATLAB 通信仿真与应用 . 北京：国防工业出版社， 2001.1 9 薛定宇 陈阳泉 著. 基于 MATLAB/Simulik的系统仿真技术与应用 . 北京：清华大学出版社， 2002.4心得体会名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - 通过本次通信系统课程设计， 我对 DSB信号的本身性质及解调过程有了更深刻的了解与认识，对相干解调的优点及其抗噪声性能有了直观的认识。通过把 DSB调制解调信号的公式用MATLAB 语言表示，然后编译仿真出时域波形和频谱图。幅度调制信号的一般公式，一切都是围绕着这个来的。它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。在充分理解原理及其公式的基础上，要写出它们对应的各公式并不困难， 困难的是时域与频域变换和相干解调时要通过一低通滤波器，以及保证DSB的频谱图能正确输出。为期两周的课程设计结束了，我在仿真的同时对以前所学的知识进行了回顾，同时锻炼了自己搜集资料和自学一个应用操作软件的能力，受益匪浅！名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -