抑制载波双边带调制与相干解调系统仿真

资 源 简 介

本项目旨在利用MATLAB平台实现抑制载波双边带调幅（DSB-SC）及其相干解调过程的完整数值仿真。 系统首先通过数学建模生成基带信号，并利用快速傅里叶变换（FFT）对其进行频谱分析，展示基带信息的时频分布。 接着，通过将基带信号与高频正弦载波进行时域相乘，实现DSB-SC调制过程，确保载波分量被有效抑制以提高功率利用率。 在分析环节，程序将自动计算并绘制已调信号的频谱图以及详细的功率谱密度图（PSD），用以分析信号的带宽占用与能量分布情况。 解调阶段采用相干解调原理，通过将接收信号与同频同相的本地载波相

详 情 说 明

抑制载波双边带调幅(DSB-SC)与相干解调系统仿真项目说明

项目介绍

本项目是一个基于 MATLAB 环境开发的通信系统仿真程序，专门用于演示和分析抑制载波双边带调幅（DSB-SC）及其相干解调的完整生命周期。程序涵盖了从信号源生成、时域调制、频域分析、功率计算到接收端滤波恢复的核心流程。通过高度可视化的方式，该仿真直观地展示了通信系统中信号在各个阶段的特征变化，是学习和研究模拟调制技术的实用工具。

功能特性

• 全流程仿真：覆盖了基带信号产生、高频载波调制、信道传输分析及相干解调还原的全过程。
• 时频双域分析：对每一阶段的信号均提供时间轴波形图和频率轴频谱图，便于观察调制前后的频谱搬移现象。
• 功率谱密度分析：通过计算 PSD 并转换为对数刻度（dB/Hz），精准评估信号的能量分布和带宽占用。
• 高性能滤波：采用高阶巴特沃斯低通滤波器，有效滤除解调过程中产生的高频混叠分量。
• 自动增益补偿：针对相干解调过程中产生的幅度衰减进行自动计算与还原，确保输出信号与原始信号的一致性。
• 对比验证机制：实时对比原始基带信号与解调恢复信号，验证系统实现的准确性和可靠性。

使用方法

1. 启动软件：在计算机上运行 MATLAB 环境。
2. 准备脚本：将提供的仿真源代码复制到 MATLAB 编辑器中。
3. 执行仿真：点击运行按钮（Run）或在命令行窗口输入主函数名称。
4. 观察结果：程序将自动弹出五个独立的图形窗口，分别展示基带分析、载波波形、已调信号、功率谱以及解调对比。
5. 参数调整：用户可以根据需要手动修改代码顶部的采样频率（fs）、基带频率（fm）或载波频率（fc）来观察不同配置下的系统表现。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 工具箱需求：Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱），用于调用滤波器设计函数。
• 硬件配置：标准个人计算机，建议内存 4GB 以上以保证绘图流畅性。

实现逻辑与详细功能说明

1. 系统参数初始化

程序首先定义了仿真的基础物理参数。采样频率设定为 20000Hz，确保满足采样定理；基带信号频率设为 100Hz，载波频率为 1000Hz。通过设定 0.05 秒的观测时长，构建了精确的时间向量和频率轴，为后续的数值分析打下基础。

2. 基带信号生成与处理

系统生成一个标准的余弦基带信号。利用快速傅里叶变换（FFT）将时域信号转换至频域，并应用频谱平移技术（fftshift）将零频分量移动至频谱中心。通过归一化处理，计算出基带信号的幅度频谱。

3. 载波生成与 DSB-SC 调制

程序生成高频正弦载波。调制过程通过基带信号与载波信号在时域的点乘（.*）实现。由于不存在直流分量（载波分量），该操作直接实现了抑制载波的双边带调制。调制后的信号频谱会在载波频率的正负两侧对称分布，体现了典型的频谱搬移特性。

4. 功率谱密度（PSD）计算

为了分析信号的能量特征，程序根据已调信号的频谱振幅平方计算其功率谱密度。通过 10*log10 转换，将结果以分贝每赫兹（dB/Hz）的形式展现，清晰界定了信号的主瓣带宽和旁瓣抑制情况。

5. 相干解调实现

解调过程分为两个关键步骤：

• 混频：将接收到的已调信号再次与本地生成的同频同相载波相乘。这一操作根据三角恒等式会将信号分解为一个基带分量和一个两倍载频的高频分量。
• 低通滤波：设计一个 6 阶巴特沃斯低通滤波器，其截止频率设定为基带信号频率的两倍。通过滤波操作滤除高频成分，提取出原始基带信息。

6. 增益补偿与对比验证

由于相干解调过程中两数相乘会导致信号幅度减半，程序通过乘以系数 2 进行增益还原。最后，系统通过绘图对比原始信号与解调信号，并在显示时自动避开滤波器启动初期的延迟段，从而展示高保真的信号还原效果。

关键算法与细节分析

• FFT 幅度归一化：在频谱计算过程中，程序将 FFT 结果除以采样点数 N，确保了频域图中的幅度值与时域振幅具有真实的对应关系。
• 相干性要求：系统假设本地载波与发送端载波相位绝对同步，这是实现理想相干解调的前提。
• 滤波器选择：采用 6 阶巴特沃斯滤波器是为了在通带平坦度和阻带衰减之间取得平衡，确保恢复出的基带波形无明显的纹波失真。
• 可视化技巧：在载波显示中，程序利用坐标轴缩放（xlim）仅展示极短时间内的周期，方便用户观察高频细节；在解调对比图中，通过设置显示起始点，有效排除了 IIR 滤波器初始状态建立时的过渡过程。