DSB波的調(diào)制與解調(diào)課程設(shè)計報告

-127-現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理課程設(shè)計說明書題目：DSB-SC調(diào)制與解調(diào)學生姓名：學號：院（系）：專業(yè)：指導教師：年月日

目錄一、調(diào)幅與解調(diào)原理：…………...4二、DSB的調(diào)制調(diào)制與解調(diào)總系統(tǒng)框：…………..4三、DSB調(diào)制與解調(diào)：……………43.1.雙邊帶調(diào)制原理…………...43.2調(diào)幅波的解調(diào)：…...……………………..63.3乘法器原理…………………7四、單元電路設(shè)計：……………….74.1調(diào)幅電路圖、波形圖以及頻譜圖及理論分析……………84.2解調(diào)電路圖、波形圖以及頻譜圖及理論分析……………94.3低通濾波器電路圖、已調(diào)波波形圖以及頻譜圖及理論分析……………10五：總電路圖：…………………18六、自設(shè)問題并解答以及心得體會………………19七、附錄元器件清單：……………..20八、參考文獻…………21摘要模擬通信系統(tǒng)具有直觀，容易實現(xiàn)等優(yōu)點，在早期的通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，例如早期的電話系統(tǒng)就是模擬通信系統(tǒng)。抑制雙邊帶調(diào)幅（DSB-SC）作為最經(jīng)典的模擬通信系統(tǒng)之一，具有調(diào)制效率高,抗噪性能好等優(yōu)點，得到了廣泛的研究與應用。MATLAB仿真軟件具有編程效率高，使用方便等優(yōu)點廣泛應用與電子通信，航空航天等科學領(lǐng)域，而SIMUINK作為一種可視化的仿真工具直觀以及便捷等優(yōu)點。本次仿真就是基于這兩種仿真平臺對DSB通信系統(tǒng)進行仿真建模，在對一個系統(tǒng)進行仿真建模時需要我們對原理部分熟練掌握，在建模過程中達到學以致用的目的，因此仿真建模對于教學研究具有積極作用。本次設(shè)計首先在簡要概述DSB通信系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，建立了基于MATLAB與SIMULINK的仿真建模，其中主要包括調(diào)制部分，信道與解調(diào)部分的仿真建模。整個通信系統(tǒng)中以正弦信號為基帶信號，經(jīng)過加性高斯白噪聲信道后通過巴特沃斯低通濾波器以及相干解調(diào)方式解調(diào)得到解調(diào)信號；在SIMULINK對整個DSB系統(tǒng)進行建模的基礎(chǔ)上再對該系統(tǒng)的各個部分進行了MATLAB仿真建模。在仿真后的數(shù)據(jù)分析中得到了與理論分析一致的結(jié)果，從而也驗證了此次仿真建模的成功。關(guān)鍵詞：模擬通信系統(tǒng)；仿真建模；DSB；MATLAB；SIMULINK緒論課題研究的意義在通信技術(shù)中DSB系統(tǒng)是模擬通信系統(tǒng)中最有代表性的通信系統(tǒng)，我們通過研究DSB系統(tǒng)能夠從中得出一般的規(guī)律，從而指導人們?nèi)パ芯亢烷_發(fā)其它的通信系統(tǒng)。MATLAB軟件是一種高效的并且容易掌握的仿真軟件，通過這個軟件的仿真我們可以加深對DSB通信系統(tǒng)的理解。在常規(guī)雙邊帶通信系統(tǒng)中為了簡化系統(tǒng)，減少成本加入了載波，但是因為載波分量不攜帶任何有關(guān)信源的信息，信息完全由邊帶傳送，因此載波分量耗費了相當多的功率，從而導致系統(tǒng)的利用率很低，以及資源的浪費。為了解決這個問題人們開發(fā)出了DSB通信系統(tǒng)，它的特點是已調(diào)信號中不含載波分量，利用率為100%。本課題在簡單分析DSB原理的基礎(chǔ)上，以抑制載波雙邊帶為例，分析了基于MATLAB平臺的DSB系統(tǒng)仿真方案。我們知道DSB通信系統(tǒng)是一個很簡單的系統(tǒng)，所涉及到的技術(shù)層面的東西并不復雜，因此為了能夠更加了解這個系統(tǒng)我們可以對它進行仿真，課本上的原理是認識部分，仿真部分是對所學知識的實踐。MATLAB仿真就是一款很好的實踐性工具,可以說MATLAB在教學過程中是對所學內(nèi)容的運用，達到學以致用目的。主要研究目的和內(nèi)容本次設(shè)計在簡要概述DSB系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，首先對系統(tǒng)整體作SIMULINK仿真建模，再使用MATLAB對系統(tǒng)各部分進行仿真。本次設(shè)計主要內(nèi)容分四大部分。第一部分闡述DSB通信系統(tǒng)的原理，在引出DSB系統(tǒng)之前簡要介紹了通信系統(tǒng)的基本概念包括通信系統(tǒng)的基本分類，然后對模擬以及數(shù)字通信系統(tǒng)的介紹分析，提出了分析通信系統(tǒng)的性能指標以及分析方法。在此基礎(chǔ)上提出了DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，著重闡述了DSB通信系統(tǒng)的原理，信源信號的產(chǎn)生，調(diào)制技術(shù)，頻譜分析，信道中的高斯白噪聲干擾，以及系統(tǒng)的解調(diào)。最后重點分析了DSB通信系統(tǒng)的性能。第二部分是本課題的重點，利用MATLAB/SIMULINK仿真軟件對DSB通信系統(tǒng)進行仿真研究，首先在SIMULINK平臺中對DSB系統(tǒng)進行整體仿真，對該系統(tǒng)有個整體了解后，在對DSB通信系統(tǒng)中的個部分研究，即對系統(tǒng)各部分分別進行仿真即信源的產(chǎn)生，調(diào)制過程的仿真，信道中高斯白噪聲的產(chǎn)生，濾波器的設(shè)計，以及最后的解調(diào)仿真。第三部分對該系統(tǒng)進行了頻域分析，從頻域方面了解，調(diào)制，解調(diào)的本質(zhì)。第四部分是數(shù)據(jù)分析部分，數(shù)據(jù)分析部分是定量的對所研究課題的分析，能夠產(chǎn)生更為直觀更有說服力的證據(jù)，也是分析所研究課題優(yōu)缺點的有效方法。本文的數(shù)據(jù)分析主要是分析DSB通信系統(tǒng)的有效性與可靠性即抗噪聲性能以及調(diào)制帶寬。研究方法以及研究手段隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術(shù)在電子工程領(lǐng)域的應用正在發(fā)生著無法替代的作用。數(shù)學仿真軟件MATLAB的出現(xiàn)標志著仿真技術(shù)在通信領(lǐng)域的應用中達到了一個新的水平。MATLAB是由美國的MathWorks公司推出的一種科學計算和工程仿真軟件，將高性能的科學計算，結(jié)果可視化和編程集中在一個易于操作的環(huán)境中。目前，在世界范圍內(nèi)被科研工作者，工程技術(shù)人員和院校師生廣泛應用，已經(jīng)成為國際控制世界公認的標準計算機軟件。本次課題研究仿真就是利用MATLAB實現(xiàn)對DSB通信系統(tǒng)的仿真研究，在仿真中我們要對DSB系統(tǒng)的信噪比以及傳送功率等參數(shù)進行比較，得出DSB系統(tǒng)的性能，同時通過波形仿真觀察DSB通信系統(tǒng)的波形以及它的頻譜。一、調(diào)幅與解調(diào)原理：所謂調(diào)幅，就是用調(diào)制信號去控制載波某個參數(shù)的過程。嚴格地說，是使高頻振蕩的振幅與調(diào)制信號成線性關(guān)系，其他參數(shù)（頻率、相位）不變。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是將載于高頻振蕩信號上的調(diào)制信號恢復出來的過程。調(diào)幅電路是把調(diào)制信號和載波信號同時加在一個非線性元件上（例如晶體二極管或三極管）經(jīng)非線性變換成新的頻率分量，再利用諧振回路選出所需的頻率成分。它保持著高頻載波的頻率特性，調(diào)幅波振幅的包絡(luò)變化規(guī)律與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致。當輸入的調(diào)制信號有直流分量時，稱為AM調(diào)制；沒有直流分量時，稱為雙邊帶調(diào)制（DSB調(diào)制）。本設(shè)計設(shè)計內(nèi)容為雙邊帶調(diào)制（DSB調(diào)制）。DSB調(diào)制中，高頻載波與調(diào)制信號相乘，由傅立葉變化的性質(zhì)可知，在時域中兩個信號相乘，則對應在頻域中對這兩個信號進行卷積。而由高等數(shù)學知識可知，一個函數(shù)與單位脈沖函數(shù)卷積的結(jié)果，就是將其圖形由坐標原點平移到該脈沖函數(shù)處。所以，若以高頻載波信號與調(diào)制信號相乘，其結(jié)果就相當于把調(diào)制信號頻譜圖形由原點平移至載波頻率處（因為余弦函數(shù)的頻譜圖形是一對脈沖函數(shù)），其幅值減半。所以幅值調(diào)制過程就相當于頻率搬移過程。為避免調(diào)幅波的重疊失真，要求載波頻率必須大于測試信號的最高頻率，實際應用中，往往選擇載波頻率至少數(shù)倍甚至數(shù)十倍于信號中的最高頻率。二、DSB調(diào)制原理：本地載波低頻信號本地載波低頻信號圖3.1DSB信號調(diào)制與解調(diào)總系統(tǒng)框圖三、DSB調(diào)制與解調(diào)1.雙邊帶調(diào)制原理：（1）雙邊帶調(diào)制波分析1）定義：僅傳輸標準調(diào)幅波中兩個邊帶調(diào)制的方式稱為抑制載波的雙邊帶調(diào)制。

2）DSB傳送原因：調(diào)幅波中惟有上下邊頻分量才反映調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu)，載波分量僅起到頻譜搬移作用。從傳輸觀點來看，占有絕大部分功率的載波分量是無用的，在傳輸中將其抑制掉，可節(jié)省發(fā)射功率。所以用雙邊帶波傳送比AM波傳送好。3）數(shù)學表達式：設(shè)載波為uC(t)=Ucosωct，單頻調(diào)制信號為uΩ(t)=UΩcosΩt(Ω〈〈ωc)，則雙邊帶調(diào)幅信號為:uDSB(t)=kuΩ(t)uc(t)=kUΩUcosΩtcosωct=kUΩUQUOTE［cos(ωc+Ω)t+cos(ωc-Ω)t］，其中k為比例系數(shù)?？梢婋p邊帶調(diào)幅信號中僅包含兩個邊頻,無載頻分量,其頻帶寬度仍為調(diào)制信帶寬的兩倍。需要注意的是,雙邊帶調(diào)幅信號不僅包絡(luò)已不再反映調(diào)制信號波形的變化,而且在調(diào)制信號波形過零點處的高頻相位有180°的突變?？梢钥闯?在調(diào)制信號正半周,cosΩt為正值,雙邊帶調(diào)幅信號uDSB(t)與載波信號uc(t)同相；在調(diào)制信號負半周,cosΩt為負值,uDSB(t)與uc(t)反相。所以,在正負半周交界處,uDSB(t)有180°相位突變。如下圖所示：圖3.2圖圖3.3.DSB調(diào)幅波形與頻譜因為雙邊帶信號不包含載波，所以發(fā)送的全部功率都載有信息，功率有效利用率高。2、DSB的解調(diào)：(１)解調(diào)原理解調(diào)是調(diào)制的逆過程，其作用是從接受的已調(diào)信號中恢復調(diào)制信號。解調(diào)方法分為兩類：相干解調(diào)（同步檢波）與非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。1）同步解調(diào)：也稱相干解調(diào)。將調(diào)幅波與原載波信號再次相乘，則頻域圖形將再一次進行搬移，其結(jié)果就是在頻譜圖上，在正負2f處有信號，其幅值變?yōu)樵瓉淼?／4.而在原點處也出現(xiàn)了幅值為1/2的信號，所以用低通濾波器后，就可以復原信號。這一過程稱為同步解調(diào)?！巴健笔侵附庹{(diào)時所乘信號與調(diào)制時的載波信號具有相同的頻率和相位。2）包絡(luò)檢波：也稱非相干解調(diào)。若把調(diào)制信號進行偏置，疊加一個直流分量A使偏置后的信號都具有正電壓，那么調(diào)幅波的包絡(luò)恢復原調(diào)制信號的形狀。把該調(diào)幅波簡單地整流、濾波就可以恢復原調(diào)制信號。一個簡單的包絡(luò)檢波器，就是調(diào)幅波兩端中一端經(jīng)過一個二極管，然后經(jīng)過一個RC的并聯(lián)電路，再返回另一端。輸出信號從R兩端取出。實際該電路就是由一個二極管和一個RC低通濾波器組成。由于ＤＳＢ信號為抑制載波的調(diào)幅波，其包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復信號，而是要采用同步檢波。解調(diào)與調(diào)制的實質(zhì)一樣，均是頻譜搬移。解調(diào)是把在載頻位置的已調(diào)信號的頻譜回到原來的調(diào)制信號頻譜位置。同步檢波又分為乘積型和疊加型。本設(shè)計采用乘積型同步檢波方式。同步檢波時，為了無失真地恢復調(diào)制信號，接收端必須提供一個與接收的已調(diào)載波同頻同相的本地載波，它與接收的已調(diào)信號相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到調(diào)制信號。其框圖如下圖所示，圖3.5同步檢波系統(tǒng)框圖設(shè)輸入為單頻調(diào)制的雙邊帶信號uDSB(t)=UscosΩtcosωct(Ω〈〈ωc)并假設(shè)載波信號與原載波信號同頻同相，則ur(t)=Urcos(ωct)，相乘器的輸出信號u'o(t)=KUsUrcosΩtcosωctcos(ωc)=KUsUｒcosΩt+KUsUｒ[cos(2ωc+Ω)t]+QUOTEKUsUｒ[cos(2ωc-Ω)t]第一項與cosΩt成正比，是反應調(diào)制信號變化規(guī)律的有用分量，后兩項為2ωC的雙邊帶調(diào)制信號，為無用的寄生分量，通過低通濾波將高頻分量濾除，即可得到uΩ(t)=KUsUｒcosΩt，即實現(xiàn)了檢波。．3、乘法器原理：接在1端的是調(diào)制信號，接在2端與3端的1千歐電阻用作反饋電阻，以擴大調(diào)制信號的線性動態(tài)范圍；接在5端的6.8千歐電阻用來控制電流源電路的電流值I；接在6端與9端的3.9千歐電阻為兩管的集電極負載電阻；從+12V電源到7端、8端的電阻為QUOTE至QUOTE提供基極偏置電壓；7端輸入高頻載波；雙差分對的工作特性取決于載波輸入電壓振幅V。當V>26mV時，電路工作于線性狀態(tài)。當同時加入載波與調(diào)制信號后，輸出回路即為載波被抑制的DSB-SC.四、單元電路設(shè)計：調(diào)制電路圖：圖4.1調(diào)制電路圖1.1輸入波形：①高頻載波頻率=500kHz，載波幅值0.1V；：圖4.2高頻載波波形圖頻譜：調(diào)制信號頻率=3kHz，調(diào)制幅值1V：圖4.3調(diào)制信號波形圖經(jīng)乘法器后輸出波形：圖4.4DSB已調(diào)波波形頻譜分析如圖所示：圖4.5.1DSB已調(diào)波頻譜圖4.5.2DSB已調(diào)波頻譜理論分析：本設(shè)計載波頻率=500kHz，載波幅值0.1V；調(diào)制信號頻率=3kHz，調(diào)制幅值1V由uDSB(t)=kuΩ(t)uc(t)=kUΩUcosΩtcosωct=kUΩUQUOTE［cos(ωc+Ω)t+cos(ωc-Ω)t］可得：uDSB(t)=0.05k［cos(503QUOTE)t+cos(497QUOTE)t］2.解調(diào)電路圖：圖4.6同步檢波電路圖1.輸入波形為圖X=4.4的DSB已調(diào)波與圖4.2的同頻同相的本地載波。2.輸出波形為：圖4.7同步檢波后輸出波形頻譜分析：低頻分量：圖4.8.1同步檢波后輸出波形頻譜其他分量：圖4.8.2同步檢波后輸出波形頻譜圖4.8.3同步檢波后輸出波形頻譜圖4.8.4同步檢波后輸出波形頻譜理論分析：由u'o(t)=KUsUrcosΩtcosωctcos(ωc)=KUsUｒcosΩt+KUsUｒ[cos(2ωc+Ω)t]+QUOTEKUsUｒ[cos(2ωc-Ω)t]可得：u'o(t)=5Kcos3QUOTEt+2.5Kcos1003QUOTEt+2.5Kcos997QUOTEt與頻譜圖相比較，頻譜圖顯示的頻率偏大，即信號發(fā)生了失真，由示波器波形圖也可得到這一結(jié)論。3、低通濾波器電路：圖4.9低通濾波器電路圖輸入波形為圖4.7；2.輸出波形：圖4.10已調(diào)信號波形頻譜分析：圖4.11已調(diào)信號波形頻譜理論分析：由uΩ(t)=KUsUｒcosΩt，可得：uΩ(t)=5Kcos3QUOTEt五總電路圖六、自設(shè)問題并解答：為什么不能夠直接把信號發(fā)射出去時要經(jīng)過調(diào)制:首先，因為所要傳送的信號頻率太低或者頻帶太寬。天線要將低頻信號有效的輻射出去，它的尺寸就必須很大，與實際不符。再則，為了使發(fā)射與接收效率高，在發(fā)射機與接收機方面都必須采用天線和諧振回路。但某些信號的頻率變化范圍很大，因此天線和諧振回路的參數(shù)應該在很寬范圍內(nèi)變化，這也很難做到。最后，如果直接發(fā)射音頻信號，則發(fā)射機將工作于同一頻率范圍。這樣，接收機將同時收到許多不同電臺的信號，無法加以選擇。DSB-SC為什么只能采用同步檢波：因為DSB信號不含QUOTE項，即載波被抑制。因此只能用同步檢波。DSB與AM有何不同？AM調(diào)制模型中輸入端有直流分量QUOTE，將直流分量QUOTE去掉即為DSB。且與AM信號相比，因為不存在載波分量，DSB信號的調(diào)制效率為100%，即全部功率都用于信息傳輸，但帶寬仍與AM信號相同，且DSB在零點處有180度的跳變。4.隔直電容的作用：隔直電容是指將信號中直流成分阻斷，而讓交流成分順利傳遞到后級電路的電容。實際工作中，多級電路的前后兩級往往直流工作狀態(tài)不一樣，彼此之間的狀態(tài)不能互相影響，同時也要求交流信號能夠從前級電路順利傳遞到后級電路，因此就在兩級電路之間接入一個電容，用來阻斷前后兩級電路的直流通路，同時連通交流電路。設(shè)計體會:這次的設(shè)計是組員們在圖書館和網(wǎng)上查閱資料所完成的，課程設(shè)計的任務需要綜合運用“高頻電子線路”課程的知識，通過調(diào)查研究、查閱資料、方案論證與選定；設(shè)計選取電路和元器件；組裝和調(diào)試電路，測試指標及分析討論，完成設(shè)計任務。在這次課程設(shè)計中，學會了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計電路和調(diào)試電路。動手能力得到很大的提高。這次設(shè)計讓我們懂得在以后學習中要加強對使用電路的設(shè)計和選用能力。把過去定性分析、定量計算逐步與工程估算、實驗調(diào)整等手段結(jié)合起來，掌握工程設(shè)計的步驟和方法，了解科學實驗的程序和實施方法。這對今后從事技術(shù)工作無疑是個啟蒙訓練。通過這種綜合訓練，可以掌握高頻電子線路設(shè)計的基本方法，提高動手組織實驗的基本技能，培養(yǎng)分析解決電路問題的際本領(lǐng)，為以后畢業(yè)設(shè)計和從事高頻電子線路實驗實際工作打下基礎(chǔ)。在設(shè)計的過程中我們遇到很多困難，例如multisim軟件的學習，資料的查找，各種虛擬器件的使用。在將近一個月的課程設(shè)計之后，我覺得不僅實際動手能力有所提高，更重要的是懂得設(shè)計流程，從開始設(shè)計思路，到實現(xiàn)，到糾正完善，再到最后設(shè)計論文的撰寫，進一步激發(fā)了我們對專業(yè)知識的興趣，并能夠結(jié)合實際存在的問題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進行更深入的學習。七、附錄元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1Q1-Q16高頻三極管2N171116個2C1,C2，C3，C6電容0.1uF4個3C4電容10uF1個4C5電容0.5uF1個5C3，C5，C12電容10nF3個6C6電容700pF1個7C7電容50uF1個8C8電容20uF1個9C9,C15電容50nF2個10C14電容100nF1個11C16電容40pF1個12R1，R2，R5，R6電阻1KΩ4個13R3,R4，R18,R19電阻3.9KΩ4個14R7，R11，R12,R23,R24電阻51KΩ5個15R8電阻1.5KΩ1個16R9，R10,R20,R21電阻10KΩ4個17R13,R25電阻9.8KΩ2個18R14,R15，R16,R26,R27,R28,R31電阻500Ω7個19R17,R29滑動變阻器47KΩ2個20R19電阻100Ω1個·參考文獻：[1]劉婷婷;楊云.DSB通信系統(tǒng)的Simulink時域頻域模型與仿真分析.辦公自動化:2013-05-15.[2]潘希忠.通信系統(tǒng)對電子信息類課程教學的促進.中國科教創(chuàng)新導刊:2011-11-01.[3]肖楠.基于通信系統(tǒng)載波同步的最佳干擾研究.電子科技大學:2013-03-25.[4]朱杰.電子信息技術(shù)中MATLAB仿真的應用.中國高新技術(shù)企業(yè):2011-05-0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