基于matlab的AM和DSB信號的調制與解調

目錄 1前言 2正文 12.1設計的目的 12.2設計的內容 12.3設計的原理 11AM信號的調制原理 1AM信號的解調原理 1DSB信號的調制原理 3DSB信號解調原理 32.4AM信號與DSB信號的仿真 41AM信號的仿真 42.4.2DSB信號的仿真 62.5結論 73致謝 8 4參考文獻 5附錄 9word格式-可編輯-感謝下載支持1刖言調制就是使一個信號(如光、高頻電磁振蕩等)的某些參數(shù)(如振幅、頻率等)按照另一個欲傳輸?shù)男盘?如聲音、圖像等)的特點變化的過程。用所要傳播的語言或音樂信號去改變高頻振蕩的幅度，使高頻振蕩的幅度隨語言或音樂信號的變化而變化，這個控制過程就稱為調制。其中語言或音樂信號叫做調制信號，調制后的載波就載有調制信號所包含的信息,稱為已調波。解調是調制的逆過程，它的作用是從已調波信號中取出原來的調制信號。對于幅度調制來說，解調是從它的幅度變化提取調制信號的過程。對于頻率調制來說，解調是從它的頻率變化提取調制信號的過程。頻率解調要比幅度解調復雜，用普通檢波電路是無法解調出調制信號的，必須采用頻率檢波方式，如各類鑒頻器電路。關于鑒頻器電路可參閱有關資料，這里不再細述。2正文本課題利用MATLAB軟件對AM信號DSB信號調制解調系統(tǒng)進行模擬仿真，分別對正弦波進行調制，觀察調制信號、已調信號和解調信號的波形和頻譜分布，并在解調時引入高斯白噪聲，對解調前后信號進行信噪比的對比分析，估計AM信號和DSB2正文2.1設計的目的熟悉掌握AM與DSB信號的調制與解調原理。利用Matlab軟件進行振幅調制和解調程序設計，輸出顯示調制信號、以調信號以及解調信號波形，并輸出顯示三種信號頻譜圖。對產生波形進行分析，并通過參數(shù)的改變，觀察波形變化，分析實驗現(xiàn)象。2.2設計的內容設計AM與DSB信號實現(xiàn)的Matlab程序，輸出調制信號、載波信號以及已調信號波形以及頻譜圖，并改變參數(shù)觀察信號變化情況，進行實驗分析。設計AM與DSB信號解調實現(xiàn)的Matlab程序，輸出并觀察解調信號波形，分析實驗現(xiàn)象。2.3設計的原理AM信號的調制原理AM是指調制信號去控制高頻載波的幅度，使其隨調制信號呈線性變化的過程S(t)=\a,m(t)Los(wt)AM Cm(t)為基帶信號，它可以是確知信號，也可以是隨機信號，但通常認為它的平均值為0.載波為：C(t)=Acos(wt,C)0 C0上式中，A0為載波振幅，"c為載波角頻率?0為載波的初始相位。AM信號的解調原理解調是將位于載波的信號頻譜再搬回來，并且不失真的恢復出原始基帶信號。

word格式-可編輯-感謝下載支持解調的方式有兩種：相十解調與非相十解調。相十解調是利用乘法器，輸入一路與載頻相十(同頻同相)的參考信號與載頻相乘；適用于各種線性調制系統(tǒng)，非相十解調一般適用幅度調制(AM)信號。本文中用到的AM信號解調是相十解調圖中S⑺為已調信號，n(t)為加性高斯白噪聲。S①和n(t)首先經(jīng)過一帶通濾波器，m m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器輸入端的信號為S⑺，噪m聲為高斯窄帶噪聲n(0,顯然解調器輸入端的噪聲帶寬與己調信號的帶寬是相同的。最后經(jīng)解調器解調輸出的有用信號為mQ),噪聲為〃Q)。0 0AM調制系統(tǒng)的相十解調模型如下圖所示。EPF&⑥W)EPF— 吧)IC0￡碼￡圖2.1AM調制系統(tǒng)的相干解調模型AM信號的時域表達式為S(t)=[A+m(t)]coswtAM 0 c通過分析可得AM信號的平均功率為又已知輸入功率N=nB,其中B表示已調信號的帶寬。i0由此可得AM信號在解調器的輸入信噪比為 A2+m2(t)A2+m2(t)

—0 =―0 2nB 4nf0AM 0HAM信號經(jīng)相干解調器的輸出信號為(t)=2m(t)因此解調后輸出信號功率為"AM0"AM0=m2(t)=丄m2(t)一4在上圖中輸入噪聲通過帶通濾波器之后，變成窄帶噪聲n(t)，經(jīng)乘法器相乘后的輸出i噪聲為n(t)=n(t)coswt=[n(t)coswt-n(t)sinwt]coswtTOC\o"1-5"\h\zp i c c cs c c1=—n(t)+—[n(t)cos2wt-n(t)sin2wt]c2c cs c經(jīng)LPF后,word格式-可編輯-感謝下載支持n(t)=：n(t)o2c因此解調器的輸出噪聲功率為N=n2(t)=丄n2(t)=丄N0 0 4c4i可得AM信號經(jīng)過解調器后的輸出信噪比為 n)=些=?！?amnB2nf0 0H由上面分析的解調器的輸入、輸出信噪比可得AM信號的信噪比增益為八SN 2m2(t)G=—0 0= AMSNA2+m2(t)ii0DSB信號的調制原理DSB調制屬于幅度調制。幅度調制是用調制信號去控制高頻載波的振幅，使其按調制信號的規(guī)律而變化的過程。設正弦型載波C(t)=Acos(wt),式中：A為載波幅度，w為載波角頻率。0 C 0 C根據(jù)調制定義，幅度調制信號(己調信號)一般可表示為：S(t)=Am(t)cos(wt)m C其中，m(t)為基帶調制信號。設調制信號m(t)的頻譜為M(w)，則得到己調信號S(t)的頻譜mS(w)=A[M(w+w)+M(w+w)]「2m c C由以上表示式可見，在波形上，幅度已調信號隨基帶信號的規(guī)律呈正比地變化；在頻譜結構上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內的簡單搬移。DSB信號解調原理解調是調制的逆過程，其作用是從接收的己調信號中恢復原基帶信號(即調制信號)。解調的方法可分為兩類：相干解調和非相干解調(包絡檢波)。相干解調，也稱同步檢波，為了無失真地恢復原基帶信號，接收端必須提供一個與接收的已調載波嚴格同步(同頻同相)的本地載波(稱為相干載波)，它與接受的己調信號相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調制信號。包絡檢波器就是直接從已調波的幅度中提取原調制信號，通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。由于DSB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。DSB信號解調時需采用相干解調。DSB相干解調性能分析模型如圖1.3所示：噸)財VI E CO￡碼/

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圖2.2DSB相干解調性能分析模型設解調器輸入信號為S(t)=Am(t)cos(wt),與相干載波cos(wt)相乘后，得TOC\o"1-5"\h\zm C cm(t)cos2(wt)=m(t)「2+m(t)cos(2wt).；2,經(jīng)低通濾波器后，輸出信號為：C ' cm(t)=m(t)2。因此，解調器輸出端的有用信號功率為sm2(t)=m而U0 0解調DSB信號時，接收機中的帶通濾波器的中心頻率w與調制頻率3c相同，因此解c調器輸入端的窄帶噪聲n(t)=n(t)cos(wt)-n(t)sin(wt),它與相干載波cos(wt)相乘后,i c c s c c得：n(t)cos(wt)=n(t).2+\n(t)cos(2wt)一n(t)sin(2wt)?2i c c' c c s c經(jīng)低通濾波器后，解調器最終輸出噪聲為n0經(jīng)低通濾波器后，解調器最終輸出噪聲為n0(t)=n(t)―c 2故輸出噪聲功率為打n2(t)NnBN=n2(t)=——=—=-^

oo4 4 4式中，B=2f，為DSB的帶通濾波器的帶寬，n為噪聲單邊功率譜密度。H 0S=m2(t)解調器輸入信號平均功率為七——廠Sm2(t)可得解調器的輸入信噪比N■一瓦Bi 0S m2(t)解調器的輸出信噪比瓦因此制度增益為g=S0N0=2，也就是說，DSB信號的解調器使信噪比改善一倍。DSbSNii2.4AM信號與DSB信號的仿真2.4.1AM信號的仿真wordword格式-可編輯-感謝下載支持圖圖2.4濾波前后的頻譜-40調制信號420-21度幅0.5t/s已調信號調制信號的頻譜頻率/HZ已調信號的頻譜-1001050-510.5t/s頻率/HZ6000L L L LL 濾波前的頻譜圖UL—圖2.3AM信號的調制信號與已調信號40002000-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.4-0.50.5wordword格式-可編輯-感謝下載支持圖圖2.6DSB信號的調制信 號與已調信號調制信號與解調信號對比-1-2-32.4.2原調制信號解調后的調制信號0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1圖2.5調制信號與解調信號DSB信號的仿真-4010調制信號20-2度幅0.5t/s

已調信號1000500調制信號的頻譜-10050-50.5t/s6004002000500頻率/HZwordword格式-可編輯-感謝下載支持2000L L L L L 濾波前的頻譜圖!II■1111... .I1- ■f.,i. r， \ p-. lr■■ .f 心iV』 0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5200015001000500-0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5圖2.7濾波前后的頻譜調制信號與解調信號對比3210-1-2-3-4-50 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1圖2.8調制信號與解調信號2.5結論在設計AM與DSB信號的調制與解調時選取的載波頻率為25Hz,調制頻率為5Hz。通過用MATLAB對AM頻譜的分析，AM信號由載頻分量，上邊帶，下邊帶三部分組成。word格式-可編輯-感謝下載支持上邊帶的頻譜結構與原調制信號的頻譜結構相同，下邊帶是上邊帶的鏡像，因此，AM信號時有載波分量的雙邊帶信號，其帶寬是基帶信號帶寬的兩倍。通過MATLAB對DSB調制和解調系統(tǒng)的模擬仿真，觀察各波形和頻譜，在波形上，已調信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律呈正比地變化；在頻譜結構上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內的簡單搬移。通過在已調信號中加入高斯白噪聲，通過解調器解調，根據(jù)對輸入輸出信噪比關系曲線繪制觀察，在理想情況下，輸出信噪比為輸入信噪比的二倍，即DSB信號的解調器使信噪比改善一倍；不同的調制信號對系統(tǒng)性能有一定的影響。在頻譜圖上可以看出AM信號與DSB信號的的相同點是AM信號與DSB信號都是雙邊帶的。不同點就是AM信號的調制信號與已調信號的頻譜上都有載頻分量，而DSB信號的調制信號頻譜與已調信號的頻譜圖上沒有載頻分量。，士，3致謝兩周的課程設計已經(jīng)接近尾聲，雖然時間很短，但還是收獲很多。我做的是AM與DSB信號的調制與解調，在這次設計中，不僅對課本上的知識有了更深層次的了解，也對matlab的運用有了一定的掌握。本次課題設計中遇到了一些難點，與許多同學進行了討論，除此之外，多虧了蔣老師和張老師的認真講解，是我最終完成了這篇論文，在這里我要對老師與同學給予我的幫助表示感謝。4參考文獻 樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].北京：國防工業(yè)出版社2011.8徐幸然，程玲.現(xiàn)代電子技術[M].南京信息工程大學2012李建新，劉乃安,劉繼平.現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真MATLAB通信工具箱.西安:西安電子科技大學出版社，2000鄧華.MATLAB通信仿真及應用實例詳解.北京:人民郵電出版社2003藍洋淺述軟件無線電中的解調調制理論南京大學2008（27）23-25宋輝.通信信號的特征分析自動識別與參數(shù)提取[D].南京理工大學,2003.胡廣書.現(xiàn)代信號處理[M].北京：清華大學出版社,2004.羅明.數(shù)字通信信號的自動識別與參數(shù)估計研究[D].西安電子科技大學,2005.wordword格式-可編輯-感謝下載支持5附錄AM信號調制程序t=0:0.01:1;A1=3; %直流偏量m=3*sin(10*pi*t);%調制信號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('調制信號')subplot(222)plot(fw1,yw1)xlabel('頻率/HZ')title('調制信號的頻譜')grid;c=cos(50*pi*t); %載波信號s=(A1+m).*c; %已調信號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('已調信號')axis([0,1,-10,10]);subplot(224)plot(fw2,yw2)xlabel('頻率/HZ')title('已調信號的頻譜')grid;AM信號解調程序t=0:0.001:l;A=3;m=3*sin(10*pi*t);c=cos(2*25*pi*t);s=(A+m).*c; %已調信號sa=awgn(s,5); %已調信號加zao聲S=sa.*c;%tuoyuan濾波器的設計Rp=0.1; %通帶最大衰減為0.1dBRs=40; %阻帶最小衰減為40dBWp=5/100; %通帶截止頻率Ws=10/100; %阻帶起始頻率[n,Wn]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)[b,a]=ellip(n,Rp,Rs,Wn);Sh=filter(b,a,S); %對信號進行濾波figure(1)plot(t,m,t,Sh-A) legend('原調制信號','解調后的調制信號')title('調制信號與解調信號對比')figure(2)ykl=fft(S,512);yw1=2*pi*abs(fftshift(ykl));fw1=[-256:255]/512;yk2=fft(Sh,512);yw2=2*pi*abs(fftshift(yk2));fw2=[-256:255]/512;subplot(211)plot(fw1,yw1)legend('濾波前的頻譜圖')subplot(212)plot(fw2,yw2)legend('濾波后的頻譜圖')DSB信號調制程序t=0:0.01:1;m=3*sin(10*pi*t);%調制信號yk1=fft(m,512);%fuliyebianhuanywl=2*pi*abs(fftshift(ykl));

fw1=[-256:255]/512*100;plot(fw1,yw1)subplot(221)plot(t,m)xlabel('t/s');ylabel(幅度');title('調制信號')subplot(222)plot(fw1,yw1)xlabel('頻率/HZ')title('調制信號的頻譜')grid;c=cos(50*pi*t); %載波信號s=m.*c; %已調信號s=awgn(s,5);yk2=fft(s,512);y