課程設(shè)計---dsb(移相法)信號抽樣仿真

1、<p>　　DSB(移相法)信號抽樣仿真</p><p>　　學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師：</p><p>　　摘 要 本課程設(shè)計主要解決DSB(移相法)信號的抽樣，信號的抽樣在通信系統(tǒng)中有著重要的作用，在課程設(shè)計中，系統(tǒng)開發(fā)平臺為Windows XP，本程序是利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺。調(diào)制過程是頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到載頻位置。DS

2、B信號的抽樣就是對調(diào)制信號進(jìn)行抽樣。調(diào)制與解調(diào)往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。DSB信號的解調(diào)采用相干解調(diào)法，這種方法廣泛用于載波通信和短波無線電話通信中。</p><p>　　關(guān)鍵詞 信號抽樣；Simulink；DSB；移相法；相干解調(diào)</p><p><b>　　1 引 言</b></p><p>　　通信(Communication)就

3、是信息的傳遞，是指由一地向另一地進(jìn)行信息的傳輸與交換，其目的是傳輸消息。然而，隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，人們對傳遞消息的要求也越來越高?？梢灶A(yù)見，未來的通信對人們的生活方式和社會的發(fā)展將會產(chǎn)生更加重大和意義深遠(yuǎn)的影響。目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。本課程設(shè)計運用了MATLAB集成環(huán)境下的Simulink平臺來建立仿真模型，實現(xiàn)模擬基帶信號經(jīng)DSB混合調(diào)制與相干解調(diào)的傳輸過程，通過分析比較調(diào)制解調(diào)輸出

4、波形以及頻譜圖特征，DSB調(diào)制解調(diào)原理。在其中加入高斯白噪聲，觀察對波形的影響，并對其進(jìn)行分析總結(jié)。</p><p>　　1.1 課程設(shè)計目的</p><p>　　通信課程設(shè)計的目的是為了學(xué)生加深對所學(xué)的通信原理知識理解，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)，提高利用通信原理知識處理通信系統(tǒng)問題的能力，為今后的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和工作打下良好的基礎(chǔ)。使學(xué)生能比較扎實地掌握本專業(yè)的基礎(chǔ)知識和基本理論，掌握

5、數(shù)字通信系統(tǒng)及有關(guān)設(shè)備的分析、開發(fā)等基本技能，受到必要工程訓(xùn)練和初步的科學(xué)研究方法和實踐訓(xùn)練，增強(qiáng)分析和解決問題的能力，了解本通信專業(yè)的新發(fā)展。</p><p>　　本次課程設(shè)計是對DSB信號進(jìn)行抽樣。在此次的設(shè)計中，我將收集相關(guān)資料的同時，結(jié)合書本上的理論知識來理解DSB信號調(diào)制和解調(diào)的具體過程和它在MATLAB中具體實現(xiàn)的方法。同時加深對MATLAB這款軟件的熟練程度。通過這次自主的設(shè)計來鍛煉自己獨立思考和解

6、決問題的能力。為以后的學(xué)習(xí)和工作做好更好的基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2 課程設(shè)計的步驟</p><p>　　用不同頻率和振幅的正弦波信號作為信號源和載波，根據(jù)DSB的原理圖調(diào)制出DSB的調(diào)制信號，并畫出其頻率譜密度函數(shù)圖形。</p><p>　　用周期為0.01s的脈沖對調(diào)制信號進(jìn)行抽樣。</p><p>　　對調(diào)制信號加入高斯白噪聲，

7、并畫出其頻率密度函數(shù)圖形。</p><p>　　對加入高斯白噪聲的信號進(jìn)行解調(diào)。</p><p>　　對本次課程設(shè)計進(jìn)行分析、總結(jié)。</p><p><b>　　2 基本原理</b></p><p>　　2.1 Simulink工作環(huán)境</p><p>　　Simulik模塊庫按功能進(jìn)行分為以下8

8、類子庫：Continuous（連續(xù)模塊）、Discrete（離散模塊）、Function&Tables（函數(shù)和平臺模塊）、Math（數(shù)學(xué)模塊）、Nonlinear（非線性模塊）、Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊）、Sinks（接收器模塊）、Sources（輸入源模塊），每個模塊下面還含有子模塊，還有3級模塊，如下圖2-1所示，用戶可以根據(jù)自己需要的模塊來選擇。</p><p>　　2

9、.2 DSB調(diào)制、抽樣及解調(diào)原理</p><p><b>　　1.濾波調(diào)制</b></p><p>　　在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。如果在AM調(diào)制模型中將直流分量去掉。就得到一種高效調(diào)制效率的調(diào)制方式，即抑制載波雙邊帶信號（DSB-SC），簡稱雙邊帶信號（DSB）。DSB調(diào)制器模型如下圖2-2所示，可見DSB信號實質(zhì)上就是基帶信號與載波直接

10、相乘。</p><p>　　圖2.2-1 DSB信號調(diào)制器模型</p><p><b>　　其時域表達(dá)式為：</b></p><p>　　式中，假設(shè)m(t)的平均值為0。DSB的頻譜與AM的頻譜相近，只是沒有了在+ωc和-ωc處的δ函數(shù)，即：</p><p>　　DSB信號是不帶載波的雙邊帶信號，它的帶寬與AM信號相同，

11、也為基帶信號帶寬的兩倍，DSB信號的波形和頻譜圖分別如下圖2.2-2和2.2-3：</p><p>　　圖2.2-3 DSB信號的頻譜</p><p><b>　　2、線性調(diào)制</b></p><p>　　線性調(diào)制的一般模型都是由一個相乘器和一個沖激響應(yīng)為h(t)的濾波器組成。其輸出已調(diào)信號的時域和頻域表達(dá)式為：</p><

12、p><b>　　式中：</b></p><p>　　在該模型中，只要適當(dāng)選擇濾波器的特性，便可以得到各種幅度調(diào)制信號。</p><p>　　任何模型的調(diào)制信號Sm (t)可以等效為兩個互為正交調(diào)制分量的合成。即：</p><p>　　其中： </p><p>　　由此可以得到下圖2.2-4的等效模型

13、。該模型稱為線性調(diào)制相移法的一般模型，它同樣適用于所有的線性調(diào)制。</p><p><b>　　3、信號抽樣</b></p><p>　　設(shè)基帶信號為m(t)，矩形脈沖形成電路的沖激響應(yīng)為H(t)， m(t)經(jīng)過理想抽樣后得到的信號ms(t)可用下式表示， 即：</p><p>　　上式表明，ms(t)是由一系列被m(n Ts)加權(quán)的沖激序列組

14、成，而m(n Ts)就是第n個抽樣值幅度。經(jīng)過矩形脈沖形成電路，每當(dāng)輸入一個沖激信號， 在其輸出端便產(chǎn)生一個幅度為 m(n Ts)的矩形脈沖H(t)，因此在ms(t)作用下，輸出便產(chǎn)生一系列被m(nT)加權(quán)的矩形脈沖序列，這就是DSB抽樣信號。</p><p><b>　　4、相干解調(diào)</b></p><p>　　解調(diào)時調(diào)試的逆過程。信號的解調(diào)方法有兩種，非相干解調(diào)和

15、相干解調(diào)。解調(diào)與調(diào)制的實質(zhì)一樣，均是頻譜搬移，可以通過一個相乘器與載波相乘來實現(xiàn)。與AM信號比較，因為不存在載波分量，DSB信號的調(diào)制效率是100%，即全部功率都用于信息傳輸。但由于信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致，因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)調(diào)制信號。DSB信號解調(diào)時需采用相干解調(diào)，也可稱同步檢波。本次用相干解調(diào)時，為了無失真的恢復(fù)原來的基帶信號，必須用一個與載波同頻同相的本地載波來與需要調(diào)制的信號相乘。即如下圖2.2-5所

16、示。</p><p>　　上圖中SDSB(t)信號為加了高斯噪聲的調(diào)制信號，cosωct為與載波同頻同相的本地載波LPF為一個低通濾波器，S0(t)為解調(diào)信號。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　3.1 DSB調(diào)制信號抽樣及解調(diào)</p><p>　　新建空白仿真窗口，找到DSB信號調(diào)制

17、、抽樣及解調(diào)所需的仿真器件，加入新建的窗口中，連接好線路，線路如圖3.1-1所示：</p><p>　　圖3.1-1 DSB調(diào)制抽樣及解調(diào)模型</p><p>　　在圖3.1-1中，包括了DSB調(diào)制、抽樣及解調(diào)部分。在調(diào)制部分，采用了移相法對基帶信號進(jìn)行調(diào)制。在抽樣部分，使用的是脈沖抽樣法。在上圖中，比較了加噪聲之前和加噪聲之后功率譜密度函數(shù)的變化。在解調(diào)部分采用了相干解調(diào)。</p&

18、gt;<p>　　在調(diào)制部分，因為基帶信號為正弦信號，在移相法中其sinωct=0，所以hQ(t)=0，sQ (t)=0，所以HQ(ω)=0，所以另一個載波設(shè)為0信號。其參數(shù)設(shè)置如上圖3.1-2所示。</p><p>　　圖3.1-3信號源HI (ω)參數(shù)設(shè)置</p><p>　　因為在Simulink模塊中給出的正弦信號是sin，而我需要的是cos，所以在圖3.1-3中，設(shè)

19、置參數(shù)時應(yīng)移π/2的相位，使得其變?yōu)閏os。因信號源的頻率應(yīng)該比載波的頻率小得多，所以我就把信號源的頻率設(shè)為1 rad/s。為了方便觀察圖形，所以把振幅設(shè)為4。</p><p>　　圖3.3-4 載波1參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖3.1-5 載波2參數(shù)設(shè)置</p><p>　　在上圖3.3-4和圖3.3-5是載波的參數(shù)設(shè)置，載波的頻率應(yīng)比基帶信號的頻率大得多，在

20、本次設(shè)計中，我設(shè)計載波的頻率為基帶信號頻率的20倍，所以載波的頻率為20 rad/s，在圖3.3-4中，根據(jù)移相法的要求，我需要的是cos信號，所以在相位設(shè)置時，我先把它移π/2的相位。在圖3.3-5中，我需要的是sin信號，所以不用移相，保持原樣設(shè)置不變。</p><p>　　圖3.1-6加法器的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖3.1-7脈沖抽樣參數(shù)設(shè)置</p><p

21、>　　在上圖3.1-7中，矩形脈沖抽樣的抽樣周期設(shè)為0.01s，著振幅為1。</p><p>　　圖3.1-9功率譜參數(shù)設(shè)置</p><p>　　上圖3.1-8為以調(diào)信號的功率譜密度函數(shù)，因為載波的頻率為20rad/s，所以中心頻率為20rad/s，基帶信號的頻率為1rad/s，所以上圖的上邊帶的中心頻率為21rad/s，下邊帶的中心頻率為19rad/s。同時由上圖可知其包絡(luò)和合基帶

22、信號的包絡(luò)相同，符合DSB調(diào)制信號的要求。</p><p>　　圖3.1-11高斯白噪聲的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖3.1-12加入高斯白噪聲的之后的功率譜密度函數(shù)波形</p><p>　　由圖3.1-11和圖3.1-12可知，加入方差為1，均值為0的高斯白噪聲之后。功率譜密度函數(shù)出現(xiàn)明顯的變化。</p><p>　　因為上邊帶和下邊帶

23、的中心頻率為19rad/s和21rad/s，所以把帶通濾波器的頻率范圍設(shè)為17rad/s-23rad/s，這樣才能更好的濾除已調(diào)信號中混入的噪聲。如上圖3.1-13所示。</p><p>　　圖3.1-16加了噪聲的解調(diào)信號頻譜波形</p><p>　　圖3.1-17未加噪聲的解調(diào)頻譜參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖3.1-18未加噪聲的頻譜波形圖</p>

24、;<p>　　圖3.1-19加噪聲與未加噪聲波形比較</p><p>　　圖3.1-20調(diào)波圖形</p><p><b>　　仿真電路分析與總結(jié)</b></p><p><b>　　4．1 結(jié)果分析</b></p><p>　　圖4.1-1調(diào)制信號波形</p><p

25、>　　在調(diào)制模塊，從上圖4.1-1可以看出調(diào)制信號的頻率與載波頻率相同，振幅為調(diào)制波振幅與載波振幅相乘。包絡(luò)按照調(diào)制信號的包絡(luò)變化。其調(diào)制結(jié)果表現(xiàn)在頻譜上就是將低頻信號的頻譜搬移到高頻信號上去，從而便于信號的傳輸。</p><p>　　在解調(diào)模塊，將已調(diào)信號與載波相乘，就是將調(diào)制信號的頻譜從高頻上搬移到低頻上并通過低通濾波器過濾出所需要的頻段，即得到解調(diào)信號。</p><p>　　從

26、上面的仿真結(jié)果分析，恢復(fù)出的信號與調(diào)制信號相比，在幅度上有了較大的減小，但波形較為完整，功率譜也符合最初的設(shè)計預(yù)想。在解調(diào)部分，我還加入了方差為1，均值為0 的高斯白噪聲來模擬通信信道。在帶通濾波器的參數(shù)設(shè)置時，也非常合理。從最后的波形來看，可以看出該系統(tǒng)的抗噪聲性能比較好。</p><p><b>　　4．2 遇到的問題</b></p><p>　　在初期熟悉MAT

27、LAB里面的Simulink模塊時，對于Simulink的運用不是非常的熟悉，好多模塊都沒找到。</p><p>　　在設(shè)置參數(shù)時，由于選取的參數(shù)不合理，導(dǎo)致仿真出來的波形不是正確的或者的出來的波形不理想，從而不能完成設(shè)計。</p><p>　　對于DSB的調(diào)制和解調(diào)原理理解得不透徹和動手實踐能力欠缺。</p><p>　　在設(shè)計時，由于自己粗心大意，經(jīng)常把各模塊的

28、連線連錯，該保存的沒保存，做了好多無用功。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　經(jīng)過為期兩周的課程設(shè)計，我基本實現(xiàn)了題目的要求，完成了基于MATLAB中的Simulink平臺DSB信號的調(diào)制、信號抽樣以及解調(diào)的建模和仿真。剛開始做DSB（移相法）信號的抽樣時，自己也無從入手，在課本上只介紹了SSB的移相法的原理和模型，而對于DSB的只介紹了

29、短短的一面。最后在老師的幫助下，自己又收集資料反復(fù)的研究了移相法的相關(guān)原理和模型。按照DSB調(diào)制的基本原理，弄清楚了DSB在移相法當(dāng)中的各個參數(shù)的設(shè)置，又按照原理畫出了它的基本框圖。在設(shè)計過程中，用到Simulink進(jìn)行仿真時，有很多原件找不到在哪里，發(fā)現(xiàn)自己對于Simulink里面的好多模塊都不熟悉，導(dǎo)致影響了設(shè)計的進(jìn)度。而在原件參數(shù)的設(shè)置過程中，由于選取的參數(shù)不合理，導(dǎo)致不能得出正確的波形或者直接是錯誤的波形，不能完成設(shè)計任務(wù)，其根

30、本原因是自己對基本原理理解得不透徹和自己的動手實踐能力不強(qiáng)。還有自己在設(shè)計過程中馬馬虎虎、粗心大意，導(dǎo)致了很多不必要的麻煩，做了很多無用功。并且在設(shè)計DSB信號的調(diào)制和解調(diào)的過程中，不僅僅只是用到DSB的知識，還用到了很多其他的相關(guān)知識。從而使我認(rèn)識到了以后要加強(qiáng)對課本理論知識的掌握，并且要加強(qiáng)理</p><p>　　在這次課程設(shè)計中我遇到過很多困難，但在老師和同學(xué)的幫助下都堅持了下來，這磨練了我的意志，鍛煉了我

31、個人的心里素質(zhì)，我通過此課程設(shè)計，學(xué)到了很多以前沒有學(xué)到的東西。我相信我不僅會在以后的學(xué)習(xí)知識中，也會在以后的工作生活中讓我獲益非線的。</p><p>　　在此，我衷心感謝在本次課程設(shè)計中給予我支持和幫助的同學(xué)和朋友。特別要感謝我的指導(dǎo)老師代玲莉和黃紅兵老師，在我遇到困難的時候，他們給予了我極大的幫助。尤其是在用移相法對基帶信號分解為線性模型時對于HI (ω)和HQ(ω)的取值上。老師們多次給我耐心細(xì)致的指導(dǎo)。

32、很慶幸能有這樣負(fù)責(zé)任、有愛心的指導(dǎo)老師，幫我掃清了課程設(shè)計過程中的許多問題，也讓我看到了師長的風(fēng)范。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]樊昌信，曹麗娜.通信原理. 北京：國防工業(yè)出版社（第六版），2006</p><p>　　[2]達(dá)新宇. 通信原理實驗與課程設(shè)計. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2003&l

33、t;/p><p>　　[3]徐遠(yuǎn)明. MATLAB仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用. 西安：西安電子科技大學(xué)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(chǔ). 北京: 西安電子科技大學(xué)出版社，2002</