DSB波的調制與解調課程設計報告

1、現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理 課程設計說明書題目：DSB-SC調制與解調學生姓名： 學 號： 院 （系）： 專 業(yè)： 指導教師： 年 月 日目錄一、調幅與解調原理：.4二、DSB的調制調制與解調總系統(tǒng)框： .4三、DSB調制與解調：4 3.1.雙邊帶調制原理.43.2調幅波的解調： . .63.3乘法器原理7四、單元電路設計：.74.1調幅電路圖、波形圖以及頻譜圖及理論分析84.2解調電路圖、波形圖以及頻譜圖及理論分析94.3低通濾波器電路圖、已調波波形圖以及頻譜圖及理論分析10五：總電路圖：.18六、自設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

2、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)。抑制雙邊帶調幅（DSB-SC）作為最經(jīng)典的模擬通信系統(tǒng)之一，具有調制效率高,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。本次設計首先在簡要概述DSB通信系統(tǒng)原理的基礎上，建立了基于MA

3、TLAB與SIMULINK的仿真建模，其中主要包括調制部分，信道與解調部分的仿真建模。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方式解調得到解調信號；在SIMULINK對整個DSB系統(tǒng)進行建模的基礎上再對該系統(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果，從而也驗證了此次仿真建模的成功。關鍵詞：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

4、去研究和開發(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)，所涉及到的技術層面的東西并

5、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 本次設計在簡要概述DSB系統(tǒng)原理的基礎上，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。在此基礎上提出了DS

6、B調制解調系統(tǒng)，著重闡述了DSB通信系統(tǒng)的原理，信源信號的產(chǎn)生，調制技術，頻譜分析，信道中的高斯白噪聲干擾，以及系統(tǒng)的解調。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，調制過程的仿真，信道中高斯白噪聲的產(chǎn)生，濾波器的設計，以及最后的解調仿真。第三部分對該系統(tǒng)進行了頻域分析，從頻域方面了解，調制，解調的本質。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

7、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制帶寬。研究方法以及研究手段隨著計算機技術的發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術在電子工程領域的應用正在發(fā)生著無法替代的作用。數(shù)學仿真軟件MATLAB的出現(xiàn)標志著仿真技術在通信領域的應用中達到了一個新的水平。MATLAB是由美國的Math Works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

8、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、調幅與解調原理：所謂調幅，就是用調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制信號成線性關系，其他參數(shù)（頻率、相位）不變。解調是調制的逆過程，是將載于高頻振蕩信號上的調制信號恢復出來的過程。調幅電路是把調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，調幅波振幅的包

9、絡變化規(guī)律與調制信號的變化規(guī)律一致。 當輸入的調制信號有直流分量時，稱為AM調制；沒有直流分量時，稱為雙邊帶調制（DSB調制）。本設計設計內(nèi)容為雙邊帶調制（DSB調制）。DSB調制中，高頻載波與調制信號相乘，由傅立葉變化的性質可知，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制信號相乘，其結果就相當于把調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。所以幅值調制過程就相當于頻率搬移過程。為避免調幅波的重疊失真，要求

10、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調制原理：本地載波低頻信號 圖3.1 DSB信號調制與解調總系統(tǒng)框圖三、DSB調制與解調1.雙邊帶調制原理：（1）雙邊帶調制波分析1）定義：僅傳輸標準調幅波中兩個邊帶調制的方式稱為抑制載波的雙邊帶調制。 2）DSB傳送原因：調幅波中惟有上下邊頻分量才反映調制信號的頻譜結構，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：設載波為uC(t)=Ucosct，單頻

11、調制信號為u(t)=Ucost (c)，則雙邊帶調幅信號為:uDSB(t)=ku(t)uc(t)=kUUcostcosct=kUUcos (c+)t+cos (c-)t， 其中k為比例系數(shù)?？梢婋p邊帶調幅信號中僅包含兩個邊頻, 無載頻分量, 其頻帶寬度仍為調制信帶寬的兩倍。需要注意的是, 雙邊帶調幅信號不僅包絡已不再反映調制信號波形的變化, 而且在調制信號波形過零點處的高頻相位有180°的突變?？梢钥闯? 在調制信號正半周, cost為正值, 雙邊帶調幅信號uDSB(t)與載波信號uc(t)同相；在調制信號負半周, cost為負值, uDSB(t)與uc(t)反相。 所以, 在正負半

12、周交界處, uDSB(t)有180°相位突變。如下圖所示：圖3.2圖3.3. DSB調幅波形與頻譜 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：()解調原理 解調是調制的逆過程，其作用是從接受的已調信號中恢復調制信號。解調方法分為兩類：相干解調（同步檢波）與非相干解調（包絡檢波）。1）同步解調：也稱相干解調。將調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?！巴健笔侵?/p>

13、解調時所乘信號與調制時的載波信號具有相同的頻率和相位。2）包絡檢波：也稱非相干解調。若把調制信號進行偏置，疊加一個直流分量A使偏置后的信號都具有正電壓，那么調幅波的包絡恢復原調制信號的形狀。把該調幅波簡單地整流、濾波就可以恢復原調制信號。一個簡單的包絡檢波器，就是調幅波兩端中一端經(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。由于信號為抑制載波的調幅波，其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信號，而是要采用同步檢波。解調與調制的實質一樣，均是頻譜搬移。解調是把在載頻位置的已調信號的

14、頻譜回到原來的調制信號頻譜位置。同步檢波又分為乘積型和疊加型。本設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制信號，接收端必須提供一個與接收的已調載波同頻同相的本地載波，它與接收的已調信號相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到調制信號。其框圖如下圖所示，圖3.5 同步檢波系統(tǒng)框圖設輸入為單頻調制的雙邊帶信號uDSB(t)= Uscostcosct (c)并假設載波信號與原載波信號同頻同相，則ur(t)= Urcos(ct)，相乘器的輸出信號u'o(t)=KUsUrcostcosctcos(c)=KUsUcost+KUsU cos(2c+)t+KUsU cos(2c-)

15、t第一項與cost成正比，是反應調制信號變化規(guī)律的有用分量，后兩項為2C的雙邊帶調制信號，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u(t)=KUsUcost，即實現(xiàn)了檢波。3、乘法器原理： 接在1端的是調制信號，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端的電阻為至提供基極偏置電壓；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制信號后，輸出回路

16、即為載波被抑制的DSB-SC.四、單元電路設計：1. 調制電路圖：圖4.1調制電路圖1.1輸入波形：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： 調制信號頻率=3kHz ，調制幅值1V：圖4.3調制信號波形圖經(jīng)乘法器后輸出波形：圖4.4 DSB已調波波形頻譜分析如圖所示：圖4.5.1 DSB已調波頻譜圖4.5.2 DSB已調波頻譜理論分析：本設計載波頻率=500kHz ，載波幅值0.1V；調制信號頻率=3kHz ，調制幅值1V由uDSB(t)=ku(t)uc(t)=kUUcostcosct=kUUcos (c+)t+cos (c-)t可得：uDSB(t)=0.

17、05kcos (503)t+cos (497)t2.解調電路圖：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：1. 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)=KUsUrcostcosctcos(c)=KUsUcost+KUsU cos(2c+)t+KUsU cos(2c-)t可得：u'o(t)=5Kcos3t+2.5Kcos1003t+

18、2.5Kcos997t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論。3、低通濾波器電路：圖4.9 低通濾波器電路圖1. 輸入波形為圖4.7；2.輸出波形： 圖4.10已調信號波形頻譜分析：圖4.11已調信號波形頻譜理論分析：由u(t)=KUsUcost，可得：u(t)=5Kcos3t五總電路圖六、自設問題并解答：1. 為什么不能夠直接把信號發(fā)射出去時要經(jīng)過調制: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

19、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。2. DSB-SC為什么只能采用同步檢波：因為DSB信號不含項，即載波被抑制。因此只能用同步檢波。3. DSB與AM有何不同？AM調制模型中輸入端有直流分量，將直流分量去掉即為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

20、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。設計體會:這次的設計是組員們在圖書館和網(wǎng)上查閱資料所完成的，課程設計的任務需要綜合運用“高頻電子線路”課程的知識，通過調查研究、查閱資料、方案論證與選定；設計選取電路和元器件；組裝和調試電路，測試指標及分析討論，完成設計任務。在這次課程設計中，學會了怎樣去根據(jù)課題的要求去設計電路和調試電路。動手能力得到很大的提高。這次設計讓我們懂得在以后學習中要加強對使

21、用電路的設計和選用能力。把過去定性分析、定量計算逐步與工程估算、實驗調整等手段結合起來，掌握工程設計的步驟和方法，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，為以后畢業(yè)設計和從事高頻電子線路實驗實際工作打下基礎。在設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，更重要的是懂得設計流程，從開始設計思路，到實現(xiàn)，到糾正完善，再到最后設計論文的撰寫，進一步激發(fā)了我們對專業(yè)知識的興趣，并能夠結合實際存在的問題在專業(yè)領域內(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1 Q1-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1