通信原理与MATLAB:VSB的调制解调「建议收藏」-vsbm测试官网入口

通信原理与MATLAB(四):VSB的调制解调「建议收藏」通信原理和MATLAB

目录

1.VSB的调制原理 2.VSB的解调原理 3.VSB调制解调的代码 4.VSB调制解调结果图 5.VSB特点 6.小结

1.VSB的调制原理

VSB和SSB的不同在于DSB经过的滤波器差异，VSB是DSB经过在载频处具有互补对称特性的滤波器生成，其调制原理如下图所示，基带信号m(t)和高频载波相乘实现DSB信号的调制,然后经过一个VSB滤波器生成VSB。

2.VSB的解调原理

VSB的解调原理如下图所示，VSB信号经过信道传输之后，再和载波相乘，然后经过低通滤波后恢复出原始基带信号。

3.VSB调制解调的代码

VSB.m，VSB主文件

% SSB调制解调过程%% 基本参数clear all;                  % 清除变量close all;                  % 关闭所有窗口图像fm = 100;                   % 基带信号频率T = 2;                      % 信号时长fs = 20000;                 % 采样频率 奈奎斯特采样定理为最大频率的两倍，这里取20倍为了绘制更多的细节，让时域信号更平滑dt=1/fs;                    % 时间采样间隔，采样频率的倒数N=T/dt;                     % 采样点个数，总时长除以采样间隔t=[0:N-1]*dt;               % 采样点的时间序列，作为横坐标%% ******************调制信号时域波形******************Am=1;                       % 基带信号幅度 mt=Am*cos(2*pi*fm*t);       % 基带信号figure(1);                  % 绘制第一幅图subplot(221);               % 窗口分割，将一幅图分割成2*2的plot(t,mt,'Linewidth',2);   % 时间t为横坐标，基带信号mt为纵坐标绘图，线宽为2xlabel('t/时间');           % 横坐标标注ylabel('幅度');             % 纵坐标标注title('基带信号');          % 图标题标注axis([0,0.1,-1.1,1.1]);     % 横纵坐标范围设置line([0,0.1],[0,0],'color','b','Linewidth',2);% 绘制一条从(0,0)到(0.1,0)的蓝色实线，线宽为2%% ******************调制信号频域波形******************subplot(222);[mf,msf]=T2F(t,mt);         % 傅里叶变换，得到纵坐标频谱和横坐标频率plot(mf,abs(msf),'Linewidth',2);    % 画出基带信号频谱，线宽为2title('基带信号的频谱');            % 图标题标注xlabel('f/Hz');                     % 横坐标标注ylabel('幅度/H(f)');                % 纵坐标标注axis([-150 150 -inf inf]);          % 横纵坐标范围设置%% ******************载波信号时域波形******************subplot(223);fc=1000;                            % 载波频率zaibo=cos(2*pi*fc*t);               % 载波时域信号plot(t,zaibo,'r','Linewidth',2);    % 时间t为横坐标，载波信号zaibo为纵坐标绘图，线宽为2，红色xlabel('t/时间');                   % 横坐标标注ylabel('幅度');                     % 纵坐标标注title('载波信号');                  % 图标题标注axis([0,0.01,-1.1,1.1]);            % 横纵坐标范围设置line([0,0.01],[0,0],'color','b','Linewidth',2);% 绘制一条从(0,0)到(0.01,0)的蓝色实线，线宽为2%% ******************载波信号频域波形******************subplot(224);[mf1,msf1]=T2F(t,zaibo);            % 傅里叶变换，得到纵坐标频谱和横坐标频率plot(mf1,abs(msf1),'r','Linewidth',2);  % 载波信号频谱，线宽为2,红色title('载波信号的频谱');            % 图标题标注xlabel('f/Hz');                     % 横坐标标注ylabel('幅度/H(f)');                % 纵坐标标注axis([-1200 1200 -inf inf]);        % 横纵坐标范围设置%% ******************DSB波信号时域波形******************dsb=mt.*zaibo;                      % 画出DSB信号波形figure(2);                          % 绘制第二幅图subplot(211);                       % 窗口分割，将一幅图分割成2*1的plot(t,dsb,'Linewidth',2);          % 画出AM信号波形，线宽为2title('DSB调制信号');               % 图标题标注xlabel('t/时间');                   % 横坐标标注ylabel('幅度');                     % 纵坐标标注axis([0,0.02,-3.1,3.1]);            % 横纵坐标范围设置line([0,0.02],[0,0],'color','b','Linewidth',2);% 绘制一条从(0,0)到(0.02,0)的蓝色实线，线宽为2%% ******************DSB波信号频域波形******************[mf2,msf2]=T2F(t,dsb);              % 傅里叶变换，得到纵坐标频谱和横坐标频率subplot(212);plot(mf2,abs(msf2),'Linewidth',2);  % 画出DSB信号频谱title('DSB波信号的频谱');           % 图标题标注xlabel('f/Hz');                     % 横坐标标注ylabel('幅度/H(f)');                % 纵坐标标注axis([-1500 1500 -inf inf]);        % 横纵坐标范围设置%% ******************VSB波信号时域波形******************[samsf1]=lpf_VSB(mf2,msf2,fc);      % VSB滤波[t,vsb]=F2T(mf2,samsf1);            %逆傅里叶变换%% 加噪声SNR=5;                              %信噪比为  dBvsb=awgn(vsb,SNR,'measured');figure(3);                          % 绘制第三幅图subplot(211);                       % 窗口分割，将一幅图分割成2*1的plot(t,2*vsb,'Linewidth',2);        % 绘制VSB波形title('SSB信号波形');               % 图标题标注xlabel('t/时间');                   % 横坐标标注ylabel('幅度');                     % 纵坐标标注axis([0 0.01 -2 2]);                % 横纵坐标范围设置 line([0,0.01],[0,0],'color','b','Linewidth',2);% 绘制一条从(0,0)到(0.1,0)的蓝色实线，线宽为2%% ******************SSB波信号频域波形******************[mf3,msf3]=T2F(t,vsb);              % 傅里叶变换，得到纵坐标频谱和横坐标频率subplot(212);plot(mf3,abs(msf3),'Linewidth',2);  % 画出SSB信号频谱title('VSB波信号的频谱');           % 图标题标注xlabel('f/Hz');                     % 横坐标标注ylabel('幅度/H(f)');                % 纵坐标标注axis([-1500 1500 -inf inf]);        % 横纵坐标范围设置%% ******************相干解调******************%% ******************已调信号与载波信号相乘******************st=vsb.*zaibo;                      % 已调信号与载波信号相乘figure(4);                          % 绘制第四幅图subplot(211);                       % 窗口分割，将一幅图分割成2*1的plot(t,st,'Linewidth',2);           % 时间t为横坐标，相乘信号st为纵坐标绘图，线宽为2title('已调信号与载波信号相乘');    % 图标题标注xlabel('t/时间');                   % 横坐标标注ylabel('幅度');                     % 纵坐标标注axis([0 0.04 -1.5,1.5]);            % 横纵坐标范围设置line([0,0.04],[0,0],'color','b','Linewidth',2);% 绘制一条从(0,0)到(0.04,0)的蓝色实线，线宽为2%% ******************已调信号与载波信号相乘的频谱******************[f,sf]=T2F(t,st);                   % 傅里叶变换，得到纵坐标频谱和横坐标频率subplot(212);                       % 窗口分割，将一幅图分割成2*1的plot(f,sf,'Linewidth',2);           % 绘制相乘信号st的频谱，线宽为2title('已调信号与载波信号相乘的频谱');% 图标题标注xlabel('f/Hz');                     % 横坐标标注ylabel('幅度/H(f)');                % 纵坐标标注axis([-2200 2200 -inf inf]);        % 横纵坐标范围设置%% ******************解调出来的信号******************[t,st]=lpf(f,sf,2*fm);              % 频域低通滤波figure(5);                          % 绘制第五幅图subplot(211);                       % 窗口分割，将一幅图分割成2*1的plot(t,4*st,'Linewidth',2);         % 绘制解调波形title('经过低通滤波的相干解调信号波形');% 图标题标注xlabel('t/时间');                   % 横坐标标注ylabel('幅度');                     % 纵坐标标注axis([0 0.1 -2 2]);                 % 横纵坐标范围设置 line([0,0.1],[0,0],'color','b','Linewidth',2);% 绘制一条从(0,0)到(0.1,0)的蓝色实线，线宽为2%% ******************原信号******************subplot(212);plot(t,mt,'r-','Linewidth',2);      % 绘制原始基带信号title('原始基带信号');              % 图标题标注xlabel('t/时间');                   % 横坐标标注ylabel('幅度');                     % 纵坐标标注axis([0 0.1 -1.1 1.1]);             % 横纵坐标范围设置 line([0,0.1],[0,0],'color','b','Linewidth',2);% 绘制一条从(0,0)到(0.1,0)的蓝色实线，线宽为2

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T2F.m文件，FFT功能

function [f,sf]= T2F(t,st)      % FFT% dt = t(2)-t(1);T=t(end);                       % 输入信号的时间最大值为Tdf = 1/T;                       % dt=1/fs; 时间采样间隔，采样频率的倒数;% N=T/dt;  采样点个数，总时长除以采样间隔% 两式联合推导 df = 1/T N = length(st);                 % 输入信号时间的长度为采样点数f=-N/2*df : df : N/2 * df-df;   % 频率分布sf = fft(st);                   % 做FFTsf = T/N * fftshift(sf);        % 最后输出，将0-fs频谱搬移到-fs/2-fs/2频谱

F2T.m文件，IFFT功能

function[t,st]=F2T(f,Sf)        % IFFTdf=f(2)-f(1);                   % 频率间隔fmax=(f(end)-f(1)+df);          % 最大频率减最低频率加上频率间隔为带宽dt=1/fmax;                      % 采样间隔N=length(f);                    % 采样点数t=[0:N-1] * dt;                 % 时间分布Sf=fftshift(Sf);                % 将0-fs频谱搬移到-fs/2-fs/2频谱st=fmax * ifft(Sf);             % 做IFFTst=real(st);                    % 取实部

lpf.m文件，低通滤波器

function[t,st]=lpf(f,sf,B)          % 频率LPFdf=f(2)-f(1);                       % 频率间隔fN=length(f);                       % 采样点数ym=zeros(1,fN);                     % 生成1行fN列的0向量xm=floor(B/df);                     % 低频带宽频率除以间隔后的点数向下取整xm_shift=[-xm:xm-1]+floor(fN/2);    % 因为前面做FFT将0频率搬移到中心处，% 因此，低通低频频率相应地搬移fN/2，才是对应的频率点ym(xm_shift)=1;                     % 低通通过频率处幅度为1，其余为0，相当于理想低通yf=ym.* sf;                         % FFT信号的频谱和对应低频带宽处频率值为1的行向量相乘[t,st]=F2T(f,yf);                   % IFFT

lpf_VSB.m,VSB滤波器

function[yf]=lpf_VSB(f,sf,B)df=f(2)-f(1);fN=length(f);ym=zeros(1,fN);xm=floor(B/df);ym(-xm+floor(fN/2))=0.5;ym(xm-1+floor(fN/2))=0.5;for i=1:floor(xm/4)ym(-xm+floor(fN/2)-i)=0.4;ym(-xm+floor(fN/2)+i)=0.6;ym(xm-1+floor(fN/2)-i)=0.6;ym(xm-1+floor(fN/2)+i)=0.4;endyf=ym.*sf;end

注意:这五个文件要放在同一文件夹中，第一个是主文件，另外四个是函数文件

4.VSB调制解调结果图

结果图中VSB信号是经过信道，加了高斯白噪声的。
如果不想加噪声，把下面这行代码注释即可。

vsb=awgn(vsb,SNR,'measured');

5.VSB特点

克服了DSB占用频带宽的特点，同时也解决了SSB要求滤波器截止特性比较陡峭的难题。

6.小结

通过AM、DSB、SSB和VSB的调制原理，可以看出它们之间的联系。
AM调制易于实现，但是直流量占用功率且不携带信息，功率利用率低。因此，去除直流量，即DSB，但同时DSB上下边带频谱相同，频谱利用率低。所以，只取单边带，即SSB，可它的滤波器截止特性要求陡峭，难以实现。而VSB采用在载频处具有互补对称特性的滤波器，既克服了DSB占用频带宽的特点，同时也解决了SSB要求滤波器截止特性比较陡峭的难题。