基于Simulink的DSB调制与解调系统设计.doc

课程设计数字原理课程设计报告班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 电子与信息工程学院信息与通信工程系课程设计评分标评分项目得分报告书写及格式具有题目、摘要、目录、正文、参考文献（5分）正文格式，图、表、参考文献引用等正确，排版美观（5分）基础原理报告中是否体现被仿真系统的原理以及原理框图（5分）仿真目的，仿真方法，仿真结果的意义表述清楚（5分）M文件仿真做出信源，调制信号，解调信号波形（10分）仿真参量丰富（如对频谱，信噪比，误码率等的分析），仿真波形直观。（10分）Simulink仿真是否实现设计功能，各个模块的设计参数是否清晰（10分）框图直观，有对不同参数条件下的仿真对比及结论（10分）仿真参量丰富（如对频谱，信噪比，误码率等的分析），仿真波形直观。（10分）答 辩是否存在抄袭（10分）对所仿真系统原理的提问回答情况（10分）对仿真过程提问的回答情况（10分）总分基于Simulink的DSB调制与解调系统设计摘要在通信技术的发展中，通信系统的仿真技术是一个技术重点。本课程设计主要运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台设计进行DSB调制与相干解调系统仿真。在本次课程设计中先根据DSB调制与解调原理构建调制解调电路，从Simulink工具相中找各元件，合理设置好参数并运行，其中可以通过不断的修改优化得到需要信号，之后分别加入高斯白噪声，并分析对信号的影响，最后通过对输出波形和功率谱的分析得到DSB调制解调系统仿真是否成功。关键词：Simulink；DSB；调制；相干解调目录1、DSB信号的模型12、DSB信号调制过程分析12.1 基于MATLAB仿真结果23、高斯白噪声信道特性分析43.1 基于MATLAB仿真结果54、DSB解调过程分析64.1 调制解调过程仿真75、基于Simulink的仿真105.1调制模块设计105.2 高斯白噪声信道135.3解调模块设计145.4 总体模型156、心得体会167、参考文献171、DSB信号的模型在消息源上不加直流分量，即将直流去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式抑制载波双边带信号（DSB-SC），简称双边带信号(DSB)。DSB调制器模型如图1-1所示。图1-1 DSB调制器模型 其中，设正弦载波为式中，为载波幅度；为载波角频率；为初始相位（假定为0）。调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信号。双边带解调通常采用相干解调的方式，它使用一个同步解调器，即由相乘器和低通滤波器组成。在解调过程中，输入信号和噪声可以分别单独解调。信号传输信道为高斯白噪声信道，其功率为。相干解调的原理框图如图1-2所示：图1-2 相干解调器的数学模型2、DSB信号调制过程分析其时域表达式为：0式中，的平均值为0。DSB的频谱为：其典型波形与频谱如图2-1所示图2-1 DSB信号的波形和频谱由于DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号， 需采用相干解调，也称同步检波。另外，在调制信号的过零点处，高频载波相位有180的突变。除了不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的频谱完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。所以DSB信号的带宽与AM信号的带宽相同，也为基带信号带宽的两倍， 即(为调制信号的最高频率)2.1 基于MATLAB仿真结果无高斯白噪声时，程序代码如图2-2所示：图2-2调制程序代码仿真结果如2-3所示：图2-3调制仿真结果3、高斯白噪声信道特性分析在实际信号传输过程中，通信系统不可避免的会遇到噪声，例如自然界中的各种电磁波噪声和设备本身产生的热噪声、散粒噪声等，它们很难被预测。而且大部分噪声为随机的高斯白噪声，所以在设计时引入噪声，才能够真正模拟实际中信号传输所遇到的问题，进而思考怎样才能在接受端更好地恢复基带信号。信道加性噪声主要取决于起伏噪声，而起伏噪声又可视为高斯白噪声，因此我在此环节将对双边带信号添加高斯白噪声来观察噪声对解调的影响情况。为了具体而全面地了解噪声的影响问题，分别引入大噪声（信噪比为20dB）与小噪声（信噪比为2dB）作用于双边带信号，再分别对它们进行解调，观察解调后的信号受到了怎样的影响。在此过程中，我用函数来添加噪声，此函数功能为向信号中添加噪声功率为其方差的高斯白噪声。正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为：故其有用信号功率为：噪声功率为：信噪比满足公式:则可得到公式: 我们可以通过这个公式方便的设置高斯白噪声的方差。3.1 基于MATLAB仿真结果噪声程序代码如图3-1所示：图3-1 噪声程序代码分别在大信噪比和小信噪比两种情况下，已调信号的波形仿真结果如图3-2所示图3-2 仿真结果4、DSB解调过程分析所谓相干解调是为了从接收的已调信号中，不失真地恢复原调制信号，要求本地载波和接收信号的载波保证同频同相。相干解调的一般数学模型如图所示。 图5 DSB相干解调模型设图四的输入为DSB信号乘法器输出为通过低通滤波器后当常数时，解调输出信号为4.1 调制解调过程仿真程序代码如图4-2所示：图4-2 程序代码仿真结果如图4-3所示：图4-3仿真结果调制信号经过调制解调过程之后引入白噪声，分别经过带通滤波器和低通滤波器来将高斯白噪声滤波为窄带白噪声，再经过解调过程将调制信号解调出来，反应原来的信息（由于噪声必然存在，所以必然造成一定程度的失真，但都在可接受的范围内）。5、基于Simulink的仿真5.1调制模块设计DSB信号调制模型如图5-1所示。图5-1中Baseband wave为正弦基带信号、Carrier wave为正弦载波，均使用离散化的信号。product为乘法器、scope为示波器。图5-1 DSB调制模型设置基带信号参数：幅度为1，频率为0.5HZ，初相位为0，离散方式，采样间隔为110-5s，具体如下图5-2所示：图5-2 基带信号参数设置用同样的方式设置载波信号参数:幅度为1，频率为8HZ，初相位为0，离散方式，采样间隔为110-5s,具体如下图5-3所示：图5-3 载波参数设置图仿真结果如图5-4所示：图5-4 DSB信号调制波形图中三路信号波形，第一路为基带信号，第二路为调制的DSB波形，第三路为载波。从图中可以清楚地看出，双边带信号时域波形的包络不同于调制信号的变化规律。在调制信号零点前处已调波的相位发生了180的突变。在调制信号的正半周期内，已调波的高频相位与载波相同，在调制信号的负半周期内，已调波的高频相位与载波相反。并且双边带的带宽为基带信号的两倍。5.2 高斯白噪声信道加性高斯白噪声 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪声与干扰模型。加性噪声是叠加在信号上的一种噪声，通常记为n(t)，而且无论有无信号，噪声n(t)都是始终存在的。因此通常称它为加性噪声或者加性干扰。若噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数，则称这样的噪声为白噪声。如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布，则称这样的噪声为高斯白噪声。在通信系统中，经常碰到的噪声之一就是白噪声。在理想信道调制与解调的基础上，在信道中加入高斯白噪声，把Simulink中的AWGN模块加入到模型中。仿真模型如图5-5所示：图5-5高斯白噪声信道传输模型噪声参数设置如图5-6所示：图5-6高斯噪声参数设置仿真波形图如图5-7所示：图5-7高斯白噪声信道传输波形图中第一路为调制后未经传输的DSB信号波形，第二路为加性高斯白噪声信道中传输的波形。相比较可看出，波形出现了一定程度的失真。失真是随着信噪比SNR的变化而变化的，SNR越小，通过AWGN信道的波形就越接近理想信道波形。5.3解调模块设计因为DSB信号包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复基带信号，而必须采用相干解调。相干解调也称同步检波，是指用载波乘以一路与载波相干（同频同相）的参考信号，再通过低通滤波器即可输出解调信号。基于Simulink的解调模块电路如图5-8所示：图5-8 DSB解调电路数字滤波器参数设置如图5-9所示：图5-9数字滤波器参数设置仿真结果如图5-10所示：图5-10 解调模块波形5.4 总体模型电路模型如图5-11所示：图5-11系统总体模型图仿真结果如图5-12所示：图5-12系统各关键点波形6、心得体会经过几天的通信原理课程设计，可以说过程很辛苦，也遇到很多困难，比如电路图多次画错，分析问题查很多资料，然而，我却学到很多东西。我学会了如何使用MATLAB以及用Simulink对DSB系统进行仿真，并能够通过比较相应的波形，分析其原因，这样更好把所学的理论知识与实践联系起来，深刻理解DSB调制解调的过程以及噪声对信号传输的影响。虽然一开始无从下手，不过通过自己查资料以及询问其他同学，自己能够独立完成对DS