基于MATLABSimulink模块的DSB系统仿真设计.doc

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沈阳理工大学通信系统课程设计报告

摘要

DSB即双边带调制是一种高调制效率的调制方式,其调制效率是100%,但是其所需的传输带宽是调制信号带宽的两倍.接收时要求相干解调,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，本次系统仿真模型包含两个子模型即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；MATLAB；Simulink；调制；相干解调

目录

1.课程设计目的 2

2.课程设计要求 2

3相关知识 2

3.1DSB调制原理 2

3.2DSB解调原理 3

4.课程设计分析 4

4.1仿真平台 4

4.2调制模块设计 7

4.3解调模块设计 8

4.4总体模型 9

5.仿真 10

6.结果分析 13

6.1DSB调制结果分析 13

6.2解调波形图 14

7.参考文献 15

沈阳理工大学通信系统课程设计报告

1.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；画出相应的时域波形并对结果进行分析。

3相关知识

3.1DSB调制原理

调制是把基带信号的谱搬到了载频位置，这一过程可以通过一个相乘器与载波相乘来实现。

在消息信号m（t）上不加上载波分量，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，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍。

其时域表示式为

（3.1-1）

式中，假设m（t）的平均值为0。

DSB的频谱与AM的谱相近，只是没有了在处的函数，即

（3.1-2）

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

解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。

解调则是调制的反过程，即把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置，因此同样可以用相乘器与载波相乘来实现。

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，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步的本地载波，它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。

相干解调器适用于所有线性调制信号的解调。

送入解调器的已调信号的一般表达式为

（3.2-1）

与同频同相的相干载波c（t）相乘后，得

（3.2-2）

经低通滤波器（LFP）后，得

（3.2-3）

其中是m（t）通过一全通滤波器后的结果。

因此就是解调输出，即

（3.2-4）

由此可见，相干解调器适用于所有线性调制信号的解调，即对于AM，DSB，SSB和VSB都是适用的。

从以上分析可知，实现相干解调的关键是接收端要提供一个与载波信号严格同步的相干载波。

否则，相干解调后将会使原始基带信号减弱，甚至带来严重失真，这是在传输数字信号时尤为严重。

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。

在查看时，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。

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Sinewave为正弦基带信号、Sinewave1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2，频率为2rad/s，初相位为0，采样间隔为0s，具体如下图4-4所示：

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2，频率为10，初相位为0，采样间隔为0s,具体如下图4-5所示：

图4-5载波参数设置图

4.3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。

解调模块设计模型如图4-6所示：

图4-6相干解调模块模型

图中In1为DSB信号输入端，Sinewave2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。

这里的模拟滤波器用到了Simulink模型库中的AnalogFilter，双击模块可以选择滤波器类型及更改参数。

在这里选择了Butterworth低通滤波器，试验发现它具有很好的频响特性。

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4-7所示：

图4-7滤波器设置

4.4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4-8所示，系统各个关键点波形如图4-9。

图4-8系统总体模型图

、

图4-9系统各关键点波形

图中有5路信号波形，第1路为基带信号，第2路为载波信号，第3路为调制的DSB信号，第4路为相干信号，第5路为解调信号。

5.仿真

图5-1DSB信号调制波形

图5-2解调模块波形

图5-3调制信号功率谱

图5-4载波信号功率谱

图5-5DSB信号功率谱

图5-6通过低通滤波器后的解调信号功率谱

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：

图6-1DSB信号调制波形

图中3路信号波形，第1路为基带信号，第2路为载波，第3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解调波形图

图6-2解调模块波形

基带信号、DSB信号和解调信号的波形如图6-2，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DSB信号中解调出需要的原始波形。

7.参考文献

[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].北京：

西安电子科技大学出版社，2002

[6]邓华．MATLAB通信仿真及应用实例详解[M]．北京：

国防工业出版社，2003

[7]陈桂明，张明照，戚红雨，等.应用MATLAB建模与仿真.北京:

科学出版社，2001

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