基于matlab的AM和DSB信号的调制与解调

塔里木大学信息工程学院课程设计目录1前言12正文12.1设计的目的12.2设计的内容12.3设计的原理12.3.1 AM信号的调制原理12.3.2 AM信号的解调原理22.3.3 DSB信号的调制原理32.3.4 DSB信号解调原理32.4AM信号与DSB信号的仿真52.4.1 AM信号的仿真52.4.2 DSB信号的仿真62.5结论83致谢84参考文献85附录91前言调制就是使一个信号（如光、高频电磁振荡等）的某些参数（如振幅、频率等）按照另一个欲传输的信号（如声音、图像等）的特点变化的过程。用所要传播的语言或音乐信号去改变高频振荡的幅度，使高频振荡的幅度随语言或音乐信号的变化而变化，这个控制过程就称为调制。其中语言或音乐信号叫做调制信号，调制后的载波就载有调制信号所包含的信息，称为已调波。解调是调制的逆过程，它的作用是从已调波信号中取出原来的调制信号。对于幅度调制来说，解调是从它的幅度变化提取调制信号的过程。对于频率调制来说，解调是从它的频率变化提取调制信号的过程。频率解调要比幅度解调复杂，用普通检波电路是无法解调出调制信号的，必须采用频率检波方式，如各类鉴频器电路。关于鉴频器电路可参阅有关资料，这里不再细述。本课题利用MATLAB软件对AM信号DSB信号调制解调系统进行模拟仿真，分别对正弦波进行调制，观察调制信号、已调信号和解调信号的波形和频谱分布，并在解调时引入高斯白噪声，对解调前后信号进行信噪比的对比分析，估计AM信号和DSB信号的调制解调系统的性能。2正文2.1设计的目的1.熟悉掌握AM与DSB信号的调制与解调原理。2.利用Matlab软件进行振幅调制和解调程序设计，输出显示调制信号、以调信号以及解调信号波形，并输出显示三种信号频谱图。3.对产生波形进行分析，并通过参数的改变，观察波形变化，分析实验现象。2.2设计的内容1.设计AM与DSB信号实现的Matlab程序，输出调制信号、载波信号以及已调信号波形以及频谱图，并改变参数观察信号变化情况，进行实验分析。2.设计AM与DSB信号解调实现的Matlab程序，输出并观察解调信号波形，分析实验现象。2.3设计的原理2.3.1 AM信号的调制原理 AM是指调制信号去控制高频载波的幅度，使其随调制信号呈线性变化的过程为基带信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号，但通常认为它的平均值为0.载波为：上式中，为载波振幅，为载波角频率为载波的初始相位。2.3.2 AM信号的解调原理解调是将位于载波的信号频谱再搬回来，并且不失真的恢复出原始基带信号。解调的方式有两种：相干解调与非相干解调。相干解调是利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘；适用于各种线性调制系统，非相干解调一般适用幅度调制（AM）信号。本文中用到的AM信号解调是相干解调图中为已调信号，n(t)为加性高斯白噪声。 和n(t)首先经过一带通滤波器，滤出有用信号，滤除带外的噪声。经过带通滤波器后到达解调器输入端的信号为，噪声为高斯窄带噪声，显然解调器输入端的噪声带宽与已调信号的带宽是相同的。最后经解调器解调输出的有用信号为，噪声为。AM调制系统的相干解调模型如下图所示。图2.1 AM调制系统的相干解调模型AM信号的时域表达式为 通过分析可得AM信号的平均功率为又已知输入功率, 其中B表示已调信号的带宽。由此可得AM信号在解调器的输入信噪比为AM信号经相干解调器的输出信号为因此解调后输出信号功率为在上图中输入噪声通过带通滤波器之后，变成窄带噪声，经乘法器相乘后的输出噪声为经LPF后， 因此解调器的输出噪声功率为可得AM信号经过解调器后的输出信噪比为由上面分析的解调器的输入、输出信噪比可得AM信号的信噪比增益为2.3.3 DSB信号的调制原理DSB调制属于幅度调制。幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。设正弦型载波,式中：为载波幅度, 为载波角频率。根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为： 其中，为基带调制信号。设调制信号的频谱为，则得到已调信号的频谱 由以上表示式可见，在波形上，幅度已调信号随基带信号的规律呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。2.3.4 DSB信号解调原理 解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。相干解调，也称同步检波，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接受的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号，通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。由于DSB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。DSB信号解调时需采用相干解调。DSB相干解调性能分析模型如图1.3所示：图2.2 DSB相干解调性能分析模型 设解调器输入信号为，与相干载波相乘后，得,经低通滤波器后，输出信号为: 。因此，解调器输出端的有用信号功率为 解调DSB信号时，接收机中的带通滤波器的中心频率与调制频率c相同，因此解调器输入端的窄带噪声,它与相干载波相乘后，得: 经低通滤波器后，解调器最终输出噪声为 故输出噪声功率为 式中，,为DSB的带通滤波器的带宽，为噪声单边功率谱密度。解调器输入信号平均功率为 可得解调器的输入信噪比 解调器的输出信噪比 因此制度增益为，也就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。2.4AM信号与DSB信号的仿真2.4.1 AM信号的仿真 图2.3 AM信号的调制信号与已调信号图 2.4 滤波前后的频谱图 2.5 调制信号与解调信号2.4.2 DSB信号的仿真图 2.6 DSB信号的调制信号与已调信号图 2.7 滤波前后的频谱图 2.8 调制信号与解调信号2.5结论 在设计AM与DSB信号的调制与解调时选取的载波频率为25Hz，调制频率为5Hz。 通过用MATLAB对AM频谱的分析，AM信号由载频分量，上边带，下边带三部分组成。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，因此，AM信号时有载波分量的双边带信号，其带宽是基带信号带宽的两倍。通过MATLAB对DSB调制和解调系统的模拟仿真，观察各波形和频谱，在波形上，已调信号的幅度随基带信号的规律呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。通过在已调信号中加入高斯白噪声，通过解调器解调，根据对输入输出信噪比关系曲线绘制观察，在理想情况下，输出信噪比为输入信噪比的二倍，即DSB信号的解调器使信噪比改善一倍；不同的调制信号对系统性能有一定的影响。在频谱图上可以看出AM信号与DSB信号的的相同点是AM信号与DSB信号都是双边带的。不同点就是AM信号的调制信号与已调信号的频谱上都有载频分量，而DSB信号的调制信号频谱与已调信号的频谱图上没有载频分量。3致谢两周的课程设计已经接近尾声，虽然时间很短，但还是收获很多。我做的是AM与DSB信号的调制与解调，在这次设计中，不仅对课本上的知识有了更深层次的了解，也对matlab的运用有了一定的掌握。本次课题设计中遇到了一些难点，与许多同学进行了讨论，除此之外，多亏了蒋老师和张老师的认真讲解，是我最终完成了这篇论文，在这里我要对老师与同学给予我的帮助表示感谢。4参考文献1樊昌信,曹丽娜.通信原理M.北京:国防工业出版社2011.82徐幸然,程玲.现代电子技术M. 南京信息工程大学20123李建新,刘乃安,刘继平.现代通信系统分析与仿真MATLAB通信工具箱.西安:西安电子科技大学出版社，20004邓华. MATLAB通信仿真及应用实例详解.北京:人民邮电出版社20035蓝洋 浅述软件无线电中的解调调制理论 南京大学 2008（27）23-256宋辉. 通信信号的特征分析 自动识别与参数提取D. 南京理工大学, 2003.7胡广书. 现代信号处理M. 北京：清华大学出版社, 2004.8罗明. 数字通信信号的自动识别与参数估计研究D. 西安电子科技大学, 2005.5附录AM信号调制程序 t=0:0.01:1;A1=3; %直流偏量m=3*sin(10*pi*t); %调制信号yk1=fft(m,512); %fuliyebianhuanyw1=2*pi*abs(fftshift(yk1);fw1=-256:255/512*100;plot(fw1,yw1)subplot(221)plot(t,m)xlabel(t/s);ylabel(幅度);title(调制信号)subplot(222)plot(fw1,yw1)xlabel(频率/HZ)title(调制信号的频谱)grid;c=cos(50*pi*t); %载波信号s=(A1+m).*c; %已调信号s=awgn(s,5);yk2=fft(s,512);yw2 = 2*pi*abs(fftshift(yk2);fw2=-256:255/512*100;subplot(223)plot(t,s)xlabel(t/s);ylabel(幅度);title(已调信号)axis(0,1,-10,10);subplot(224)plot(fw2,yw2)xlabel(频率/HZ)title(已调信号的频谱)grid;AM信号解调程序t=0:0.001:1;A=3;m=3*sin(10*pi*t); c=cos(2*25*pi*t);s=(A+m).*c; %已调信号sa=awgn(s,5); %已调信号加zao声S=sa.*c;% tuoyuan滤波器的设计Rp=0.1; %通带最大衰减为0.1dB Rs=40; %阻带最小衰减为40dB Wp=5/100; %通带截止频率Ws=10/100; %阻带起始频率n,Wn = ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)b,a = ellip(n,Rp,Rs,Wn);Sh=filter(b,a,S); %对信号进行滤波figure(1)plot(t,m,t,Sh-A)legend(原调制信号,解调后的调制信号)title(调制信号与解调信号对比)figure(2)yk1=fft(S,512);yw1 = 2*pi*abs(fftshift(yk1);fw1=-256:255/512;yk2=fft(Sh,512);yw2 = 2*pi*abs(fftshift(yk2);fw2=-256:255/512;subplot(211)plot(fw1,yw1)legend(滤波前的频谱图)subplot(212)plot(fw2,yw2)legend(滤波后的频谱图)DSB信号调制程序t=0:0.01:1;m=3*sin(10*pi*t); %调制信号yk1=fft(m,512); %fuliyebianhuanyw1=2*pi*abs(fftshift(yk1);fw1=-256:255/512*100;plot(fw1,yw1)subplot(221)plot(t,m)xlabel(t/s);ylabel(幅度);title(调制信号)subplot(222)plot(fw1,yw1)xlabel(频率/HZ)title(调制信号的频谱)grid;c=cos(50*pi*t); %载波信号s=m.*c; %已调信号s=awgn(s,5);yk2=fft(s,512);yw2 = 2*pi*abs(fftshift(yk2);fw2=-256:255/512*100;subplot(223)plot(t,s)xlabel(t/s);ylabel(幅度);title(已调信号)axis(0,1,-10,10);subplot(224)plot(fw2,yw2)xlabel(频率/HZ)title(已调信号的频谱)grid;DSB信号解调程序t=0:0.001:1;A=3;m=3*sin(10*pi*t); c=cos(50*pi*t);s=m.*c; %已调信号sa=awgn(s,5); %已调信号加zao声S=sa.*c;% 滤波器的设计Rp=0.1; %通带最大衰减为0.1dB Rs=40; %阻带最小衰减为40dB Wp=5/100; %通带截止频率Ws=10/100; %阻带起始频率n,Wn = ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)b,a = ellip(n,Rp,Rs,Wn);Sh=filter(b,a,S); %对信号进行滤波figure(1)plot(t,m,t,Sh-A)legend(原调制信号,解调后的调制信号)title(调制信号与解调信号对比)figure(2)yk1=fft(S,512);yw1 = 2*pi*abs(fftshift(yk1);fw1=-256:255/512;yk2=fft(Sh,512);yw2 = 2*pi*abs(fftshift(yk2);fw2=-256:255/512;subplot(211)plot(fw1,yw1)legend(滤波前的频谱图)subplot(212)plot(fw2,yw2)legend(滤波后的频谱图)第 13 页 共 14 页