基于Simulink的DSB調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)數(shù)字原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系課程設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)評(píng)分項(xiàng)目得分報(bào)告書寫及格式具有題目、摘要、目錄、正文、參考文獻(xiàn)（5分）正文格式，圖、表、參考文獻(xiàn)引用等正確，排版美觀（5分）基礎(chǔ)原理報(bào)告中是否體現(xiàn)被仿真系統(tǒng)的原理以及原理框圖（5分）仿真目的，仿真方法，仿真結(jié)果的意義表述清楚（5分）M文件仿真做出信源，調(diào)制信號(hào)，解調(diào)信號(hào)波形（10分）仿真參量豐富（如對(duì)頻譜，信噪比，誤碼率等的分析），仿真波形直觀。（10分）Simulink仿真是否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)參數(shù)是否清晰（10分）框圖直觀，有對(duì)不同參數(shù)條件下的仿真對(duì)比及

2、結(jié)論（10分）仿真參量豐富（如對(duì)頻譜，信噪比，誤碼率等的分析），仿真波形直觀。（10分）答 辯是否存在抄襲（10分）對(duì)所仿真系統(tǒng)原理的提問回答情況（10分）對(duì)仿真過程提問的回答情況（10分）總分基于Simulink的DSB調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要在通信技術(shù)的發(fā)展中，通信系統(tǒng)的仿真技術(shù)是一個(gè)技術(shù)重點(diǎn)。本課程設(shè)計(jì)主要運(yùn)用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行DSB調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿真。在本次課程設(shè)計(jì)中先根據(jù)DSB調(diào)制與解調(diào)原理構(gòu)建調(diào)制解調(diào)電路，從Simulink工具相中找各元件，合理設(shè)置好參數(shù)并運(yùn)行，其中可以通過不斷的修改優(yōu)化得到需要信號(hào)，之后分別加入高斯白噪聲，并分析對(duì)信號(hào)的影

3、響，最后通過對(duì)輸出波形和功率譜的分析得到DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真是否成功。關(guān)鍵詞：Simulink；DSB；調(diào)制；相干解調(diào)目錄1、DSB信號(hào)的模型12、DSB信號(hào)調(diào)制過程分析12.1 基于MATLAB仿真結(jié)果23、高斯白噪聲信道特性分析43.1 基于MATLAB仿真結(jié)果54、DSB解調(diào)過程分析64.1 調(diào)制解調(diào)過程仿真75、基于Simulink的仿真105.1調(diào)制模塊設(shè)計(jì)105.2 高斯白噪聲信道135.3解調(diào)模塊設(shè)計(jì)145.4 總體模型156、心得體會(huì)167、參考文獻(xiàn)171、DSB信號(hào)的模型在消息源上不加直流分量，即將直流去掉，即可得到一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式抑制載波雙邊帶信號(hào)（DSB-SC）

4、，簡(jiǎn)稱雙邊帶信號(hào)(DSB)。DSB調(diào)制器模型如圖1-1所示。圖1-1 DSB調(diào)制器模型 其中，設(shè)正弦載波為式中，為載波幅度；為載波角頻率；為初始相位（假定為0）。調(diào)制過程是一個(gè)頻譜搬移的過程，它是將低頻信號(hào)的頻譜搬移到載頻位置。而解調(diào)是將位于載頻的信號(hào)頻譜再搬回來(lái)，并且不失真地恢復(fù)出原始基帶信號(hào)。雙邊帶解調(diào)通常采用相干解調(diào)的方式，它使用一個(gè)同步解調(diào)器，即由相乘器和低通濾波器組成。在解調(diào)過程中，輸入信號(hào)和噪聲可以分別單獨(dú)解調(diào)。信號(hào)傳輸信道為高斯白噪聲信道，其功率為。相干解調(diào)的原理框圖如圖1-2所示：圖1-2 相干解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型2、DSB信號(hào)調(diào)制過程分析其時(shí)域表達(dá)式為：式中，的平均值為0。DSB

5、的頻譜為：其典型波形與頻譜如圖2-1所示圖2-1 DSB信號(hào)的波形和頻譜由于DSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波來(lái)恢復(fù)調(diào)制信號(hào)， 需采用相干解調(diào)，也稱同步檢波。另外，在調(diào)制信號(hào)的過零點(diǎn)處，高頻載波相位有180°的突變。除了不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號(hào)的頻譜與AM信號(hào)的頻譜完全相同，仍由上下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶組成。所以DSB信號(hào)的帶寬與AM信號(hào)的帶寬相同，也為基帶信號(hào)帶寬的兩倍， 即(為調(diào)制信號(hào)的最高頻率)2.1 基于MATLAB仿真結(jié)果無(wú)高斯白噪聲時(shí)，程序代碼如圖2-2所示：圖2-2調(diào)制程序代碼仿真結(jié)果如2-3所示：圖2-3調(diào)制仿真結(jié)果3、高斯

6、白噪聲信道特性分析在實(shí)際信號(hào)傳輸過程中，通信系統(tǒng)不可避免的會(huì)遇到噪聲，例如自然界中的各種電磁波噪聲和設(shè)備本身產(chǎn)生的熱噪聲、散粒噪聲等，它們很難被預(yù)測(cè)。而且大部分噪聲為隨機(jī)的高斯白噪聲，所以在設(shè)計(jì)時(shí)引入噪聲，才能夠真正模擬實(shí)際中信號(hào)傳輸所遇到的問題，進(jìn)而思考怎樣才能在接受端更好地恢復(fù)基帶信號(hào)。信道加性噪聲主要取決于起伏噪聲，而起伏噪聲又可視為高斯白噪聲，因此我在此環(huán)節(jié)將對(duì)雙邊帶信號(hào)添加高斯白噪聲來(lái)觀察噪聲對(duì)解調(diào)的影響情況。為了具體而全面地了解噪聲的影響問題，分別引入大噪聲（信噪比為20dB）與小噪聲（信噪比為2dB）作用于雙邊帶信號(hào)，再分別對(duì)它們進(jìn)行解調(diào)，觀察解調(diào)后的信號(hào)受到了怎樣的影響。在此過

7、程中，我用函數(shù)來(lái)添加噪聲，此函數(shù)功能為向信號(hào)中添加噪聲功率為其方差的高斯白噪聲。正弦波通過加性高斯白噪聲信道后的信號(hào)為：故其有用信號(hào)功率為：噪聲功率為：信噪比滿足公式:則可得到公式: 我們可以通過這個(gè)公式方便的設(shè)置高斯白噪聲的方差。3.1 基于MATLAB仿真結(jié)果噪聲程序代碼如圖3-1所示：圖3-1 噪聲程序代碼分別在大信噪比和小信噪比兩種情況下，已調(diào)信號(hào)的波形仿真結(jié)果如圖3-2所示圖3-2 仿真結(jié)果4、DSB解調(diào)過程分析所謂相干解調(diào)是為了從接收的已調(diào)信號(hào)中，不失真地恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)，要求本地載波和接收信號(hào)的載波保證同頻同相。相干解調(diào)的一般數(shù)學(xué)模型如圖所示。 圖5 DSB相干解調(diào)模型設(shè)圖四的輸入

8、為DSB信號(hào)乘法器輸出為通過低通濾波器后當(dāng)常數(shù)時(shí)，解調(diào)輸出信號(hào)為4.1 調(diào)制解調(diào)過程仿真程序代碼如圖4-2所示：圖4-2 程序代碼仿真結(jié)果如圖4-3所示：圖4-3仿真結(jié)果調(diào)制信號(hào)經(jīng)過調(diào)制解調(diào)過程之后引入白噪聲，分別經(jīng)過帶通濾波器和低通濾波器來(lái)將高斯白噪聲濾波為窄帶白噪聲，再經(jīng)過解調(diào)過程將調(diào)制信號(hào)解調(diào)出來(lái)，反應(yīng)原來(lái)的信息（由于噪聲必然存在，所以必然造成一定程度的失真，但都在可接受的范圍內(nèi)）。5、基于Simulink的仿真5.1調(diào)制模塊設(shè)計(jì)DSB信號(hào)調(diào)制模型如圖5-1所示。圖5-1中Baseband wave為正弦基帶信號(hào)、Carrier wave為正弦載波，均使用離散化的信號(hào)。product為乘

9、法器、scope為示波器。圖5-1 DSB調(diào)制模型設(shè)置基帶信號(hào)參數(shù)：幅度為1，頻率為0.5HZ，初相位為0，離散方式，采樣間隔為1×10-5s，具體如下圖5-2所示：圖5-2 基帶信號(hào)參數(shù)設(shè)置用同樣的方式設(shè)置載波信號(hào)參數(shù):幅度為1，頻率為8HZ，初相位為0，離散方式，采樣間隔為1×10-5s,具體如下圖5-3所示：圖5-3 載波參數(shù)設(shè)置圖仿真結(jié)果如圖5-4所示：圖5-4 DSB信號(hào)調(diào)制波形圖中三路信號(hào)波形，第一路為基帶信號(hào)，第二路為調(diào)制的DSB波形，第三路為載波。從圖中可以清楚地看出，雙邊帶信號(hào)時(shí)域波形的包絡(luò)不同于調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律。在調(diào)制信號(hào)零點(diǎn)前處已調(diào)波的相位發(fā)生了18

10、0°的突變。在調(diào)制信號(hào)的正半周期內(nèi)，已調(diào)波的高頻相位與載波相同，在調(diào)制信號(hào)的負(fù)半周期內(nèi)，已調(diào)波的高頻相位與載波相反。并且雙邊帶的帶寬為基帶信號(hào)的兩倍。5.2 高斯白噪聲信道加性高斯白噪聲 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪聲與干擾模型。加性噪聲是疊加在信號(hào)上的一種噪聲，通常記為n(t)，而且無(wú)論有無(wú)信號(hào)，噪聲n(t)都是始終存在的。因此通常稱它為加性噪聲或者加性干擾。若噪聲的功率譜密度在所有的頻率上均為一常數(shù)，則稱這樣的噪聲為白噪聲。如果白噪聲取值的概率分布服從高斯分布，則稱這樣的噪聲為高斯白噪聲。在通信系統(tǒng)中，經(jīng)常碰到的噪聲之一就是

11、白噪聲。在理想信道調(diào)制與解調(diào)的基礎(chǔ)上，在信道中加入高斯白噪聲，把Simulink中的AWGN模塊加入到模型中。仿真模型如圖5-5所示：圖5-5高斯白噪聲信道傳輸模型噪聲參數(shù)設(shè)置如圖5-6所示：圖5-6高斯噪聲參數(shù)設(shè)置仿真波形圖如圖5-7所示：圖5-7高斯白噪聲信道傳輸波形圖中第一路為調(diào)制后未經(jīng)傳輸?shù)腄SB信號(hào)波形，第二路為加性高斯白噪聲信道中傳輸?shù)牟ㄐ巍Ｏ啾容^可看出，波形出現(xiàn)了一定程度的失真。失真是隨著信噪比SNR的變化而變化的，SNR越小，通過AWGN信道的波形就越接近理想信道波形。5.3解調(diào)模塊設(shè)計(jì)因?yàn)镈SB信號(hào)包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波來(lái)恢復(fù)基帶信號(hào)，而

12、必須采用相干解調(diào)。相干解調(diào)也稱同步檢波，是指用載波乘以一路與載波相干（同頻同相）的參考信號(hào)，再通過低通濾波器即可輸出解調(diào)信號(hào)。基于Simulink的解調(diào)模塊電路如圖5-8所示：圖5-8 DSB解調(diào)電路數(shù)字濾波器參數(shù)設(shè)置如圖5-9所示：圖5-9數(shù)字濾波器參數(shù)設(shè)置仿真結(jié)果如圖5-10所示：圖5-10 解調(diào)模塊波形5.4 總體模型電路模型如圖5-11所示：圖5-11系統(tǒng)總體模型圖仿真結(jié)果如圖5-12所示：圖5-12系統(tǒng)各關(guān)鍵點(diǎn)波形6、心得體會(huì)經(jīng)過幾天的通信原理課程設(shè)計(jì)，可以說過程很辛苦，也遇到很多困難，比如電路圖多次畫錯(cuò)，分析問題查很多資料，然而，我卻學(xué)到很多東西。我學(xué)會(huì)了如何使用MATLAB以及用Simulink對(duì)DSB系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并能夠通過比較相應(yīng)的波形，分析其原因，這樣更好把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，深刻理解DSB調(diào)制解調(diào)的過程以及噪聲對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。雖然一開始無(wú)從下手，不過通過自己查資料以及詢問其他同學(xué)，自己能夠獨(dú)立完成