DSB系统仿真

沈阳理工大学通信系统课程设计报告摘要DSB即双边带信号是一种高调制效率的调制方式,其调制效率百分之百,但是其所需的传输带宽是调制信号带宽的两倍.接收时要求同步解调,设备比较复杂.一般只用于点对点的专用通信.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工具箱中找所各元件，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，本次系统仿真模型包含两个子模型既DSB调制模型和相干解调模块模型,DSB调制模型输出DSB信号而相干解调模型则是将DSB信号还原成原始基带信号.最后通过对输出波形的分析得出DSB调制解调系统仿真是否成功关键词：DSB；Simulink；调制；相干解调沈阳理工大学通信系统课程设计报告目录1课程设计目的…………………………………………………………12课程设计要求…………………………………………………………13相关知识………………………………………………………………14课程设计分析…………………………………………………………35仿真……………………………………………………………………116结果分析………………………………………………………………127参考文献………………………………………………………………15沈阳理工大学通信系统课程设计报告11.课程设计目的通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，在通信系统的设计研发过程中，软件仿真已成为必不可少的一部分，电子设计自动化EDA技术已成为电子设计的潮流。随着信息技术的不断发展，涌现出了许多功能强大的电子仿真软件，如Workbench、Protel、Systemview、Matlab等。《通信原理》是电子通信专业的一门极为重要的专业基础课，由于内容抽象，基本概念较多，是一门难度较大的课程，要想学好并非易事。采用Matlab及Simulink作为辅助教学软件，摆脱了繁杂的计算，可以使学生对书本上抽象的原理有进一步的感性认识，加深对基本原理的理解。2.课程设计要求采用正弦信号进行DSB调制与解调；信道使用高斯白噪声；画出相应的时域波形。3相关知识3.1DSB调制原理在消息信号m(t)上不加上直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB-SC）调制信号，简称双边带（DSB）信号。DSB调制器模型如图3-1，可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘。图3-1DSB信号调制器模型除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽沈阳理工大学通信系统课程设计报告2与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍，DSB信号的波形和频谱分别如图3-2：图3-2DSB信号的波形与频谱3.2DSB解调原理因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率是100%，即全部功率都用于信息传输。但由于DSB信号的包络不再与m(t)成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调。图3-3DSB信号相干解调模型图3-3中SL(t)为本地载波，也叫相干载波，必须与发送端的载波完成同步。即频率相同时域分析如下：t2cos)(21)(21tm(t)cos(t)S(t)S(t)cc2LDSBptmtmSSp(t)经过低通滤波器LPF，滤掉高频成份，)(tmo为)(21)(tmtmo沈阳理工大学通信系统课程设计报告3事实上）（tLS本地载波和发端载波完全一致的条件是是不易满足的，因此，需要讨论）（tLS有误差情况下对解调结果的影响。图3-4DSB信号相干解调过程示意图4.课程设计分析4.1仿真平台近几年，在学术界和工业领域，Simulink已经成为在动态系统建模和仿真方面应用最广泛的软件包之一。它的魅力在于强大的功能和使用方法。确切的说，它是对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包。它支持线性和非线性系统、连续时间系统、离散时间系统等，而且系统可以是多进程的。Simulink为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，采用这种方法进行系统设计，就像你用笔和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。用Simulink创建的模型可以具有递接层次结构，及允许用户建立自己的子系统。在察看时，用户可以从最顶层开始，然后用鼠标双击其中的子系统模块，从而进入自信同模块进行察看，这样非常便于模型的条理化，从而帮助用户理解模型的整体结构以及各模块之间的关系。Simulink是MATLAB为模拟动态系统而提供的一个面向用户的交互式程序，它采用鼠标驱动方式，允许用户在屏幕上绘制框图，模拟系统并能动态的控制该系统。它还提供了两个应用程序扩展集，分别是SimulinkEXTENSION和BLOCKSET。Simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知沈阳理工大学通信系统课程设计报告4道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。基于这些特点，在本设计中使用Simulink软件作为仿真平台搭建系统模型。对Simulink的使用步骤简要介绍如下。（1）模型库在MATLAB命令窗口输入“simulink”并回车，就可进入Simulink模型库，单击工具栏上的按钮也可进入。Simulink模块库按功能进行分为以下8类子库：Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。Simulink模型库中的仿真模块组织成三级树结构Simulink子模型库中包含了Continous、Discontinus等下一级模型库Continous模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。Simulink主界面如图4-1所示。图4-1Simulink主界面（2）设计仿真模型在MATLAB子窗口或Simulink模型库的菜单栏依次选择“File”|“New”|“Model”，即可生成空白仿真模型窗口，如图4-2所示。沈阳理工大学通信系统课程设计报告5图4-2新建仿真模型窗口（3）运行仿真两种方式分别是菜单方式和命令行方式，菜单方式：在菜单栏中依次选择Simulation|Start或在工具栏上单击。命令行方式：输入“sim”启动仿真进程比较这两种不同的运行方式：菜单方式的优点在于交互性，通过设置示波器或显示模块即可在仿真过程中观察输出信号。命令行方式启动模型后，不能观察仿真进程，但仍可通过显示模块观察输出，适用于批处理方式。4.2调制模块设计新建一个仿真空白模型，将DSB信号调至所需要的模块拖入空白模型中。图4-3中Basebandwave为正弦基带信号、Carrierwave为正弦载波，均使用离散化的信号。product为乘法器、scope为示波器。连接各模块如下图所示。图4-3DSB调制模型双击模块设置基带信号属性：幅度为1，频率为0.5HZ，初相位为0，离散方式，采样间隔为1×10-5s，具体如下图4-4所示：沈阳理工大学通信系统课程设计报告6图4-4基带信号参数设置用同样的方式设置载波信号属性:幅度为1，频率为8HZ，初相位为0，离散方式，采样间隔为1×10-5s,具体如下图4-5所示：沈阳理工大学通信系统课程设计报告7图4-5载波参数设置图4.3高斯白噪声信道加性高斯白噪声AWGN(AdditiveWhiteGaussianNoise)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。噪声参数设置、模型如下：沈阳理工大学通信系统课程设计报告8图4-6高斯噪声参数设置图4-7高斯白噪声信道传输模型4.4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。解调模块设计模型如图4-10所示：图4-8相干解调模块模型图中In1为DSB信号输入端，Referwave为与载波相干的参考信号，二者相乘后经数字滤波器进行低通滤波，再进行2倍增益后，输出的既是解调波。这里的数字滤波器用到了Simulink模型库中的FDATool，双击模块可以选择滤波器类型及更改参数。在这里选择了低通Elliptic滤波器，试验发现它具有很沈阳理工大学通信系统课程设计报告9好的频响特性。根据系统基带信号频率范围和载波的频率，设置其通带和截止频率如下图4-11所示：图4-9数字滤波器设置为了方便连线和放置模块，在这里将解调模块封装为子系统CoherentDemodulation，并对带有高斯白噪声的DSB信号进行解调，其模型如图4-12所示。图4-10解调模块模型4.5总体模型连接各模块并进行仿真调试，不断修改各模块参数使系统能正确稳定地工作。系统总体模型如图4-14所示，系统各个关键点波形如图4-15。沈阳理工大学通信系统课程设计报告10图4-11系统总体模型图图4-12系统各关键点波形沈阳理工大学通信系统课程设计报告115.仿真图5-1DSB信号调制波形图5-2高斯白噪声信道传输波形沈阳理工大学通信系统课程设计报告12图5-3解调模块波形图5-4系统各关键点波形6.结果分析6.1DSB调制结果分析设置完成点击“运行”按钮，并双击示波器，显示波形如下图6-1：沈阳理工大学通信系统课程设计报告13图6-1DSB信号调制波形图中三路信号波形，第一路为基带信号，第三路为载波，第二路为调制的DSB波形。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。6.2高斯白噪声波形图图6-2高斯白噪声信道传输波形如图6-2所示，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。失沈阳理工大学通信系统课程设计报告14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。6.3解调波形图基带信号、带有噪声的DSB信号和解调信号的波形如图6-3，由图可看出，解调波形较接近基带信号波形，表明解调模块特性较好，能够从带有高斯白噪声的DSB信号中解调出需要的原始波形。图6-3解调模块波形沈阳理工大学通信系统课程设计报告157.参考文献[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2006[2]达新宇．通信原理实验与课程设计[M]．北京：北京邮电大学出版社，2003[3]徐远明.MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005[4]张化光,孙秋野.MATLAB/Simulink实用教程[M].北京：人民邮电出版社，2009[5]姚俊，马松辉.Simulink建模与仿真基础[M]