通信原理課程設計--dsb調制解調

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課程設計主要運用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺設計進行DSB調制與相干解調系統仿真。在本次課程設計中先根據DSB調制與解調原理構建調制解調電路，從Simulink工具箱中找所各元件，合理設置好參數并運行，其中可以通過不斷的修改優(yōu)化得到需要信號，之后分別加入高斯白噪聲，并分析對信號的影響，最后通過對輸出波形和

2、功率譜的分析得出DSB調制解調系統仿真是否成功。</p><p>　　關鍵詞:Simulink；DSB；調制；相干解調</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設計目的…………………………………………………………5</p><p>　　2 課程設計要求………………………………………………

3、…………5</p><p>　　3 相關知識………………………………………………………………5</p><p>　　4 課程設計分析…………………………………………………………2</p><p>　　5 仿真……………………………………………………………………4</p><p>　　6結果分析………………………………………………………………6

4、</p><p>　　7 參考文獻………………………………………………………………7</p><p><b>　　1 課程設計目的</b></p><p>　　通信技術的發(fā)展日新月異，通信系統也日趨復雜，在通信系統的設計研發(fā)過程中，軟件仿真已成為必不可少的一部分，電子設計自動化EDA技術已成為電子設計的潮流。隨著信息技術的不斷發(fā)展，涌現出了許多

5、功能強大的電子仿真軟件，如Workbench、Protel、Systemview、Matlab等。</p><p>　　《通信原理》是電子通信專業(yè)的一門極為重要的專業(yè)基礎課，由于內容抽象，基本概念較多，是一門難度較大的課程，要想學好并非易事。采用Matlab及Simulink作為輔助教學軟件，擺脫了繁雜的計算，可以使學生對書本上抽象的原理有進一步的感性認識，加深對基本原理的理解。</p><p

6、><b>　　2 課程設計要求</b></p><p>　　DSB調制與解調系統設計</p><p>　　（1）錄制一段2s左右的語音信號，并對錄制的信號進行8000Hz的采樣，畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖；</p><p>　?。?）采用正弦信號和自行錄制的語音信號（.wav文件）進行DSB調制與解調；信道使用高斯白噪聲；畫出相

7、應的時域波形和頻譜圖。</p><p><b>　　3相關知識</b></p><p><b>　　DSB調制原理</b></p><p>　　在消息信號m(t)上不加上直流分量，則輸出的已調信號就是無載波分量的雙邊帶調制信號，或稱抑制載波雙邊帶（DSB-SC）調制信號，簡稱雙邊帶（DSB）信號。DSB調制器模型如圖1-1

8、，可見DSB信號實質上就是基帶信號與載波直接相乘。</p><p>　　圖1-1 DSB信號調制器模型</p><p>　　其時域和頻域表示式分別如下</p><p><b>　　(式2-1)</b></p><p><b>　　(式2-2)</b></p><p>　　除不

9、再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜與AM信號的完全相同，仍由上下對稱的兩個邊帶組成。故DSB信號是不帶載波的雙邊帶信號，它的帶寬與AM信號相同，也為基帶信號帶寬的兩倍，DSB信號的波形和頻譜分別如圖1-2： </p><p>　　圖1-2 DSB信號的波形與頻譜</p><p><b>　　DSB解調原理</b></p><p>

10、;　　因為不存在載波分量，DSB信號的調制效率是100%，即全部功率都用于信息傳輸。但由于DSB信號的包絡不再與m(t)成正比，故不能進行包絡檢波，需采用相干解調。</p><p>　　圖1-3 DSB信號相干解調模型</p><p>　　圖1-3中SL(t)為本地載波，也叫相干載波，必須與發(fā)送端的載波完成同步。即頻率相同時域分析如下：</p><p><b&

11、gt;　　(式2-3)</b></p><p>　　Sp(t)經過低通濾波器LPF，濾掉高頻成份，為</p><p><b>　　(式2-4)</b></p><p><b>　　頻域分析如下：</b></p><p><b>　　(式2-5)</b></p&

12、gt;<p>　　式中的H(ω)為LPF的系統函數。頻域分析的過程如圖1-4所示。事實上本地載波和發(fā)端載波完全一致的條件是是不易滿足的，因此，需要討論有誤差情況下對解調結果的影響。</p><p>　　圖1-4 DSB信號相干解調過程示意圖</p><p><b>　　4課程設計分析</b></p><p><b>　　

13、錄音功能的實現</b></p><p>　　音頻文件的錄制和分析處理采用MatLab文本編程實現。首先調用函數wavrecord()進行為時2s、采樣率為8000Hz的錄音，然后調用wavwrite()函數將音頻信號保存為test.wav文件，保存完成后再調用wavread('test.wav')來讀取波形，并繪制其時域和頻域波形圖。編寫的腳本文件wav_process.m如下：<

14、;/p><p>　　%--------------------錄音并保存-------------------%</p><p>　　fs=8000; %語音信號采樣頻率為8000</p><p>　　fprintf('按任意鍵開始2秒錄音...\n'); pause</p><p>　　fp

15、rintf('錄音中...\n'); </p><p>　　wavwrite(wavrecord(2*fs,fs),fs,8,'test.wav'); %以8000的采樣率、8bit的位速錄音，并保存錄音為“test.wav”</p><p>　　fprintf('錄音保存完畢！\n');</p><p>　　wa

16、ve=wavread('test.wav'); %讀取保存的錄音文件，將幅值賦給變量wave</p><p>　　fprintf('錄音讀取完畢！\n');</p><p>　　sound(wave,fs); %以8000Hz的采樣率播放語音信號</p><p>　　fprintf('錄音播放完畢！

17、\n');</p><p>　　%---------------------波形圖----------------------%</p><p>　　fprintf('繪制波形圖...\n'); </p><p>　　t=(0:length(wave)-1)/fs; %數組下標乘以采樣周期，得出時間軸</p><p&

18、gt;　　figure(1),plot(t,wave); %做語音信號的時域波形圖</p><p>　　title('語音信號時域波形圖');</p><p>　　xlabel('時間'),ylabel('幅值');</p><p>　　%---------------------頻譜圖------------

19、----------%</p><p>　　fprintf('繪制頻譜圖...\n'); </p><p>　　y1=fft(wave,2048); %語音信號1024點FFT，得出幅值軸</p><p>　　f=fs*(0:2047)/2048; %得出頻率軸</p><p>　　figur

20、e(2),plot(f,abs(y1(1:2048)));</p><p>　　title('語音信號頻譜圖');</p><p>　　xlabel('Hz'),ylabel('幅值');</p><p>　　fprintf('全部處理完畢！\n\n'); </p><p>　　

21、%-------------------------------------------------%</p><p><b>　　調制模塊設計</b></p><p>　　新建一個仿真空白模型，將DSB信號調至所需要的模塊拖入空白模型中。圖1-5中Baseband wave為正弦基帶信號、Carrier wave為正弦載波，均使用離散化的信號。product為乘法器

22、、scope為示波器。連接各模塊如下圖所示。</p><p>　　圖1-5 DSB調制模型</p><p>　　雙擊模塊設置基帶信號屬性：幅度為1，頻率為500HZ，初相位為0，離散方式，采樣間隔為1×10-5s，具體如下圖1-6所示：</p><p>　　圖1-6 基帶信號參數設置</p><p>　　用同樣的方式設置載波信號屬性

23、如下圖1-7所示：</p><p>　　圖1-7 載波參數設置圖</p><p>　　設置完成點擊“運行”按鈕，并雙擊示波器，顯示波形</p><p><b>　　高斯白噪聲信道</b></p><p>　　加性高斯白噪聲 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪聲與干擾模型。

24、加性噪聲是疊加在信號上的一種噪聲，通常記為n(t)，而且無論有無信號，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，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。在通信系統中，經常碰到的噪聲之一就是白噪聲。</p><p>　　在理想信道調制與解調的基礎上，在信道中加入高斯白噪聲，把Simulink中的AWG

25、N模塊加入到模型中。噪聲參數設置、模型與如下：</p><p>　　圖1-8 高斯噪聲參數設置</p><p>　　圖1-9 高斯白噪聲信道傳輸模型</p><p><b>　　解調模塊設計</b></p><p>　　因為DSB信號包絡不再與調制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡檢波來恢復基帶信號，而必須采用相

26、干解調。相干解調也稱同步檢波，是指用載波乘以一路與載波相干（同頻同相）的參考信號，再通過低通濾波器即可輸出解調信號。解調模塊設計模型如圖1-10所示：</p><p>　　圖1-10 相干解調模塊模型</p><p>　　圖中In1為DSB信號輸入端，Refer wave為與載波相干的參考信號，二者相乘后經數字濾波器進行低通濾波，再進行2倍增益后，輸出的既是解調波。</p>

27、<p>　　這里的數字濾波器用到了Simulink模型庫中的FDATool，雙擊模塊可以選擇濾波器類型及更改參數。在這里選擇了低通Elliptic濾波器，試驗發(fā)現它具有很好的頻響特性。根據系統基帶信號頻率范圍和載波的頻率，設置其通帶和截止頻率如下圖1-11所示：</p><p>　　圖1-11 數字濾波器設置</p><p>　　為了方便連線和放置模塊，在這里將解調模塊封裝為子系

28、統Coherent Demodulation，并對帶有高斯白噪聲的DSB信號進行解調，其模型如圖1-12所示。</p><p>　　圖1-12 解調模塊模型</p><p>　　由基帶信號、帶有噪聲的DSB信號和解調信號的波形圖可看出，解調波形較接近基帶信號波形，表明解調模塊特性較好，能夠從帶有高斯白噪聲的DSB信號中解調出需要的原始波形。</p><p><

29、b>　　總體模型</b></p><p>　　連接各模塊并進行仿真調試，不斷修改各模塊參數使系統能正確穩(wěn)定地工作。系統總體模型如圖1-13所示。</p><p>　　圖1-13 系統總體模型圖</p><p><b>　　5 仿真</b></p><p>　　1-14語音信號時域、頻域波形圖</p

30、><p>　　圖1-15 DSB信號調制波形</p><p>　　圖1-16 高斯白噪聲信道傳輸波形</p><p>　　圖1-17 解調模塊波形</p><p>　　圖1-18 系統各關鍵點波形</p><p>　　圖1-19 加入高斯噪聲解調后的波形功率譜</p><p><b>　　

31、6結果分析</b></p><p>　　圖1-15DSB信號調制波形圖中，三路信號波形，第一路為基帶信號，第三路為載波，第二路為調制的DSB波形。從圖中可以清楚地看出，雙邊帶信號時域波形的包絡不同于調制信號的變化規(guī)律。在調制信號零點前處已調波的相位發(fā)生了180°的突變。在調制信號的正半周期內，已調波的高頻相位與載波相同，在調制信號的負半周期內，已調波的高頻相位與載波相反。并且雙邊帶的帶寬為基

32、帶信號的兩倍。</p><p>　　如圖,1-16所示高斯白噪聲信道傳輸波形，第一路為調制后未經傳輸的DSB信號波形，第二路為加性高斯白噪聲信道中傳輸的波形。相比較可看出，波形出現了一定程度的失真。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。</p><p>　　基帶信號、帶有噪聲的DSB信號和解調信號的波形如圖1-17，由圖可看出，解調波

33、形較接近基帶信號波形，表明解調模塊特性較好，能夠從帶有高斯白噪聲的DSB信號中解調出需要的原始波形。</p><p>　　如圖1-19所示，在理想信道下，DSB解調波形對比基帶信號波形發(fā)生延時，分別依此加入高斯、瑞利和萊斯噪聲，解調后波形收到了噪聲的干擾，波形發(fā)生畸變。三種噪聲參數設置不變，前者方差較小，后者方差較大。比較前后功率譜圖可以清楚發(fā)現，隨著方差的加大，失真也隨之變大，前者還較為接近理想信道功率譜圖，而

34、后者已出現了嚴重失真。雖然實際生活中的噪聲不可避免，但我們應當減小噪聲的影響，以滿足我們對信號的需要</p><p><b>　　7 參考文獻</b></p><p>　　[1] 樊昌信，曹麗娜. 通信原理. 北京：國防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[2] 達新宇．通信原理實驗與課程設計．北京：北京郵電大學出版社，2003</

35、p><p>　　[3] 徐遠明. MATLAB仿真在通信與電子工程中的應用. 西安：西安電子科技大學出版社， 2005</p><p>　　[4] 張化光, 孫秋野. MATLAB/Simulink實用教程. 北京：人民郵電出版社，2009</p><p>　　[5] 姚俊，馬松輝.Simulink建模與仿真基礎. 北京：西安電子科技大學出版社，2002</p&