DSB波的调制与解调课程设计报告

-127-现代通信系统原理课程设计说明书题目：DSB-SC调制与解调学生姓名：学号：院（系）：专业：指导教师：年月日

目录一、调幅与解调原理：…………...4二、DSB的调制调制与解调总系统框：…………..4三、DSB调制与解调：……………43.1.双边带调制原理…………...43.2调幅波的解调：…...……………………..63.3乘法器原理…………………7四、单元电路设计：……………….74.1调幅电路图、波形图以及频谱图及理论分析……………84.2解调电路图、波形图以及频谱图及理论分析……………94.3低通滤波器电路图、已调波波形图以及频谱图及理论分析……………10五：总电路图：…………………18六、自设问题并解答以及心得体会………………19七、附录元器件清单：……………..20八、参考文献…………21摘要模拟通信系统具有直观，容易实现等优点，在早期的通信系统中得到了广泛的应用，例如早期的电话系统就是模拟通信系统。抑制双边带调幅（DSB-SC）作为最经典的模拟通信系统之一，具有调制效率高,抗噪性能好等优点，得到了广泛的研究与应用。MATLAB仿真软件具有编程效率高，使用方便等优点广泛应用与电子通信，航空航天等科学领域，而SIMUINK作为一种可视化的仿真工具直观以及便捷等优点。本次仿真就是基于这两种仿真平台对DSB通信系统进行仿真建模，在对一个系统进行仿真建模时需要我们对原理部分熟练掌握，在建模过程中达到学以致用的目的，因此仿真建模对于教学研究具有积极作用。本次设计首先在简要概述DSB通信系统原理的基础上，建立了基于MATLAB与SIMULINK的仿真建模，其中主要包括调制部分，信道与解调部分的仿真建模。整个通信系统中以正弦信号为基带信号，经过加性高斯白噪声信道后通过巴特沃斯低通滤波器以及相干解调方式解调得到解调信号；在SIMULINK对整个DSB系统进行建模的基础上再对该系统的各个部分进行了MATLAB仿真建模。在仿真后的数据分析中得到了与理论分析一致的结果，从而也验证了此次仿真建模的成功。关键词：模拟通信系统；仿真建模；DSB；MATLAB；SIMULINK绪论课题研究的意义在通信技术中DSB系统是模拟通信系统中最有代表性的通信系统，我们通过研究DSB系统能够从中得出一般的规律，从而指导人们去研究和开发其它的通信系统。MATLAB软件是一种高效的并且容易掌握的仿真软件，通过这个软件的仿真我们可以加深对DSB通信系统的理解。在常规双边带通信系统中为了简化系统，减少成本加入了载波，但是因为载波分量不携带任何有关信源的信息，信息完全由边带传送，因此载波分量耗费了相当多的功率，从而导致系统的利用率很低，以及资源的浪费。为了解决这个问题人们开发出了DSB通信系统，它的特点是已调信号中不含载波分量，利用率为100%。本课题在简单分析DSB原理的基础上，以抑制载波双边带为例，分析了基于MATLAB平台的DSB系统仿真方案。我们知道DSB通信系统是一个很简单的系统，所涉及到的技术层面的东西并不复杂，因此为了能够更加了解这个系统我们可以对它进行仿真，课本上的原理是认识部分，仿真部分是对所学知识的实践。MATLAB仿真就是一款很好的实践性工具,可以说MATLAB在教学过程中是对所学内容的运用，达到学以致用目的。主要研究目的和内容本次设计在简要概述DSB系统原理的基础上，首先对系统整体作SIMULINK仿真建模，再使用MATLAB对系统各部分进行仿真。本次设计主要内容分四大部分。第一部分阐述DSB通信系统的原理，在引出DSB系统之前简要介绍了通信系统的基本概念包括通信系统的基本分类，然后对模拟以及数字通信系统的介绍分析，提出了分析通信系统的性能指标以及分析方法。在此基础上提出了DSB调制解调系统，着重阐述了DSB通信系统的原理，信源信号的产生，调制技术，频谱分析，信道中的高斯白噪声干扰，以及系统的解调。最后重点分析了DSB通信系统的性能。第二部分是本课题的重点，利用MATLAB/SIMULINK仿真软件对DSB通信系统进行仿真研究，首先在SIMULINK平台中对DSB系统进行整体仿真，对该系统有个整体了解后，在对DSB通信系统中的个部分研究，即对系统各部分分别进行仿真即信源的产生，调制过程的仿真，信道中高斯白噪声的产生，滤波器的设计，以及最后的解调仿真。第三部分对该系统进行了频域分析，从频域方面了解，调制，解调的本质。第四部分是数据分析部分，数据分析部分是定量的对所研究课题的分析，能够产生更为直观更有说服力的证据，也是分析所研究课题优缺点的有效方法。本文的数据分析主要是分析DSB通信系统的有效性与可靠性即抗噪声性能以及调制带宽。研究方法以及研究手段随着计算机技术的发展，系统仿真技术在电子工程领域的应用正在发生着无法替代的作用。数学仿真软件MATLAB的出现标志着仿真技术在通信领域的应用中达到了一个新的水平。MATLAB是由美国的MathWorks公司推出的一种科学计算和工程仿真软件，将高性能的科学计算，结果可视化和编程集中在一个易于操作的环境中。目前，在世界范围内被科研工作者，工程技术人员和院校师生广泛应用，已经成为国际控制世界公认的标准计算机软件。本次课题研究仿真就是利用MATLAB实现对DSB通信系统的仿真研究，在仿真中我们要对DSB系统的信噪比以及传送功率等参数进行比较，得出DSB系统的性能，同时通过波形仿真观察DSB通信系统的波形以及它的频谱。一、调幅与解调原理：所谓调幅，就是用调制信号去控制载波某个参数的过程。严格地说，是使高频振荡的振幅与调制信号成线性关系，其他参数（频率、相位）不变。解调是调制的逆过程，是将载于高频振荡信号上的调制信号恢复出来的过程。调幅电路是把调制信号和载波信号同时加在一个非线性元件上（例如晶体二极管或三极管）经非线性变换成新的频率分量，再利用谐振回路选出所需的频率成分。它保持着高频载波的频率特性，调幅波振幅的包络变化规律与调制信号的变化规律一致。当输入的调制信号有直流分量时，称为AM调制；没有直流分量时，称为双边带调制（DSB调制）。本设计设计内容为双边带调制（DSB调制）。DSB调制中，高频载波与调制信号相乘，由傅立叶变化的性质可知，在时域中两个信号相乘，则对应在频域中对这两个信号进行卷积。而由高等数学知识可知，一个函数与单位脉冲函数卷积的结果，就是将其图形由坐标原点平移到该脉冲函数处。所以，若以高频载波信号与调制信号相乘，其结果就相当于把调制信号频谱图形由原点平移至载波频率处（因为余弦函数的频谱图形是一对脉冲函数），其幅值减半。所以幅值调制过程就相当于频率搬移过程。为避免调幅波的重叠失真，要求载波频率必须大于测试信号的最高频率，实际应用中，往往选择载波频率至少数倍甚至数十倍于信号中的最高频率。二、DSB调制原理：本地载波低频信号本地载波低频信号图3.1DSB信号调制与解调总系统框图三、DSB调制与解调1.双边带调制原理：（1）双边带调制波分析1）定义：仅传输标准调幅波中两个边带调制的方式称为抑制载波的双边带调制。

2）DSB传送原因：调幅波中惟有上下边频分量才反映调制信号的频谱结构，载波分量仅起到频谱搬移作用。从传输观点来看，占有绝大部分功率的载波分量是无用的，在传输中将其抑制掉，可节省发射功率。所以用双边带波传送比AM波传送好。3）数学表达式：设载波为uC(t)=Ucosωct，单频调制信号为uΩ(t)=UΩcosΩt(Ω〈〈ωc)，则双边带调幅信号为:uDSB(t)=kuΩ(t)uc(t)=kUΩUcosΩtcosωct=kUΩUQUOTE［cos(ωc+Ω)t+cos(ωc-Ω)t］，其中k为比例系数。可见双边带调幅信号中仅包含两个边频,无载频分量,其频带宽度仍为调制信带宽的两倍。需要注意的是,双边带调幅信号不仅包络已不再反映调制信号波形的变化,而且在调制信号波形过零点处的高频相位有180°的突变。可以看出,在调制信号正半周,cosΩt为正值,双边带调幅信号uDSB(t)与载波信号uc(t)同相；在调制信号负半周,cosΩt为负值,uDSB(t)与uc(t)反相。所以,在正负半周交界处,uDSB(t)有180°相位突变。如下图所示：图3.2图图3.3.DSB调幅波形与频谱因为双边带信号不包含载波，所以发送的全部功率都载有信息，功率有效利用率高。2、DSB的解调：(１)解调原理解调是调制的逆过程，其作用是从接受的已调信号中恢复调制信号。解调方法分为两类：相干解调（同步检波）与非相干解调（包络检波）。1）同步解调：也称相干解调。将调幅波与原载波信号再次相乘，则频域图形将再一次进行搬移，其结果就是在频谱图上，在正负2f处有信号，其幅值变为原来的1／4.而在原点处也出现了幅值为1/2的信号，所以用低通滤波器后，就可以复原信号。这一过程称为同步解调。“同步”是指解调时所乘信号与调制时的载波信号具有相同的频率和相位。2）包络检波：也称非相干解调。若把调制信号进行偏置，叠加一个直流分量A使偏置后的信号都具有正电压，那么调幅波的包络恢复原调制信号的形状。把该调幅波简单地整流、滤波就可以恢复原调制信号。一个简单的包络检波器，就是调幅波两端中一端经过一个二极管，然后经过一个RC的并联电路，再返回另一端。输出信号从R两端取出。实际该电路就是由一个二极管和一个RC低通滤波器组成。由于ＤＳＢ信号为抑制载波的调幅波，其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信号，而是要采用同步检波。解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。解调是把在载频位置的已调信号的频谱回到原来的调制信号频谱位置。同步检波又分为乘积型和叠加型。本设计采用乘积型同步检波方式。同步检波时，为了无失真地恢复调制信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波同频同相的本地载波，它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到调制信号。其框图如下图所示，图3.5同步检波系统框图设输入为单频调制的双边带信号uDSB(t)=UscosΩtcosωct(Ω〈〈ωc)并假设载波信号与原载波信号同频同相，则ur(t)=Urcos(ωct)，相乘器的输出信号u'o(t)=KUsUrcosΩtcosωctcos(ωc)=KUsUｒcosΩt+KUsUｒ[cos(2ωc+Ω)t]+QUOTEKUsUｒ[cos(2ωc-Ω)t]第一项与cosΩt成正比，是反应调制信号变化规律的有用分量，后两项为2ωC的双边带调制信号，为无用的寄生分量，通过低通滤波将高频分量滤除，即可得到uΩ(t)=KUsUｒcosΩt，即实现了检波。．3、乘法器原理：接在1端的是调制信号，接在2端与3端的1千欧电阻用作反馈电阻，以扩大调制信号的线性动态范围；接在5端的6.8千欧电阻用来控制电流源电路的电流值I；接在6端与9端的3.9千欧电阻为两管的集电极负载电阻；从+12V电源到7端、8端的电阻为QUOTE至QUOTE提供基极偏置电压；7端输入高频载波；双差分对的工作特性取决于载波输入电压振幅V。当V>26mV时，电路工作于线性状态。当同时加入载波与调制信号后，输出回路即为载波被抑制的DSB-SC.四、单元电路设计：调制电路图：图4.1调制电路图1.1输入波形：①高频载波频率=500kHz，载波幅值0.1V；：图4.2高频载波波形图频谱：调制信号频率=3kHz，调制幅值1V：图4.3调制信号波形图经乘法器后输出波形：图4.4DSB已调波波形频谱分析如图所示：图4.5.1DSB已调波频谱图4.5.2DSB已调波频谱理论分析：本设计载波频率=500kHz，载波幅值0.1V；调制信号频率=3kHz，调制幅值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.解调电路图：图4.6同步检波电路图1.输入波形为图X=4.4的DSB已调波与图4.2的同频同相的本地载波。2.输出波形为：图4.7同步检波后输出波形频谱分析：低频分量：图4.8.1同步检波后输出波形频谱其他分量：图4.8.2同步检波后输出波形频谱图4.8.3同步检波后输出波形频谱图4.8.4同步检波后输出波形频谱理论分析：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与频谱图相比较，频谱图显示的频率偏大，即信号发生了失真，由示波器波形图也可得到这一结论。3、低通滤波器电路：图4.9低通滤波器电路图输入波形为图4.7；2.输出波形：图4.10已调信号波形频谱分析：图4.11已调信号波形频谱理论分析：由uΩ(t)=KUsUｒcosΩt，可得：uΩ(t)=5Kcos3QUOTEt五总电路图六、自设问题并解答：为什么不能够直接把信号发射出去时要经过调制:首先，因为所要传送的信号频率太低或者频带太宽。天线要将低频信号有效的辐射出去，它的尺寸就必须很大，与实际不符。再则，为了使发射与接收效率高，在发射机与接收机方面都必须采用天线和谐振回路。但某些信号的频率变化范围很大，因此天线和谐振回路的参数应该在很宽范围内变化，这也很难做到。最后，如果直接发射音频信号，则发射机将工作于同一频率范围。这样，接收机将同时收到许多不同电台的信号，无法加以选择。DSB-SC为什么只能采用同步检波：因为DSB信号不含QUOTE项，即载波被抑制。因此只能用同步检波。DSB与AM有何不同？AM调制模型中输入端有直流分量QUOTE，将直流分量QUOTE去掉即为DSB。且与AM信号相比，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率为100%，即全部功率都用于信息传输，但带宽仍与AM信号相同，且DSB在零点处有180度的跳变。4.隔直电容的作用：隔直电容是指将信号中直流成分阻断，而让交流成分顺利传递到后级电路的电容。实际工作中，多级电路的前后两级往往直流工作状态不一样，彼此之间的状态不能互相影响，同时也要求交流信号能够从前级电路顺利传递到后级电路，因此就在两级电路之间接入一个电容，用来阻断前后两级电路的直流通路，同时连通交流电路。设计体会:这次的设计是组员们在图书馆和网上查阅资料所完成的，课程设计的任务需要综合运用“高频电子线路”课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定；设计选取电路和元器件；组装和调试电路，测试指标及分析讨论，完成设计任务。在这次课程设计中，学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大的提高。这次设计让我们懂得在以后学习中要加强对使用电路的设计和选用能力。把过去定性分析、定量计算逐步与工程估算、实验调整等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。通过这种综合训练，可以掌握高频电子线路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的际本领，为以后毕业设计和从事高频电子线路实验实际工作打下基础。在设计的过程中我们遇到很多困难，例如multisim软件的学习，资料的查找，各种虚拟器件的使用。在将近一个月的课程设计之后，我觉得不仅实际动手能力有所提高，更重要的是懂得设计流程，从开始设计思路，到实现，到纠正完善，再到最后设计论文的撰写，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。七、附录元器件清单序号编号名称型号数量1Q1-Q16高频三极管2N171116个2C1,C2，C3，C6电容0.1uF4个3C4电容10uF1个4C5电容0.5uF1个5C3，C5，C12电容10nF3个6C6电容700pF1个7C7电容50uF1个8C8电容20uF1个9C9,C15电容50nF2个10C14电容100nF1个11C16电容40pF1个12R1，R2，R5，R6电阻1KΩ4个13R3,R4，R18,R19电阻3.9KΩ4个14R7，R11，R12,R23,R24电阻51KΩ5个15R8电阻1.5KΩ1个16R9，R10,R20,R21电阻10KΩ4个17R13,R25电阻9.8KΩ2个18R14,R15，R16,R26,R27,R28,R31电阻500Ω7个19R17,R29滑动变阻器47KΩ2个20R19电阻100Ω1个·参考文献：[1]刘婷婷;杨云.DSB通信系统的Simulink时域频域模型与仿真分析.办公自动化:2013-05-15.[2]潘希忠.通信系统对电子信息类课程教学的促进.中国科教创新导刊:2011-11-01.[3]肖楠.基于通信系统载波同步的最佳干扰研究.电子科技大学:2013-03-25.[4]朱杰.电子信息技术中MATLAB仿真的应用.中国高新技术企业:2011-05-01.[5]苏博妮.基于Matlab的幅度调制信号仿真研究.塔里木大学学报:2009-12-15.[6]张宗橙.通信系统的计算机仿真与软件研制.国际电子高等教育学术讨论会论文集.2009-06-07.[7]程铃;徐冬冬.Matlab仿真在通信原理教学中的应用.实验室研究与探索:2010-02-15.[8]高美珍;黄烜;洪家平.MATLAB仿真在自动控制原理课程教学中的应用.HYPERLINK"/