通信原理课程设计--DSB调制解调.doc

摘 要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，最后通过对输出波形和功率谱的分析得出dsb调制解调系统仿真是否成功。关键词:simulink；dsb；调制；相干解调目 录1 课程设计目的52 课程设计要求53 相关知识54 课程设计分析25 仿真46结果分析67 参考文献71 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 dsb调制与解调系统设计（1）录制一段2s左右的语音信号，并对录制的信号进行8000hz的采样，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；（2）采用正弦信号和自行录制的语音信号（.wav文件）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和频谱图。3相关知识dsb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1-1，可见dsb信号实质上就是基带信号与载波直接相乘。图1-1 dsb信号调制器模型其时域和频域表示式分别如下 (式2-1) (式2-2)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，dsb信号的波形和频谱分别如图1-2：图1-2 dsb信号的波形与频谱dsb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1-3 dsb信号相干解调模型图1-3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： (式2-3)sp(t)经过低通滤波器lpf，滤掉高频成份，为 (式2-4)频域分析如下： (式2-5)式中的h()为lpf的系统函数。频域分析的过程如图1-4所示。事实上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，需要讨论有误差情况下对解调结果的影响。图1-4 dsb信号相干解调过程示意图4课程设计分析录音功能的实现音频文件的录制和分析处理采用matlab文本编程实现。首先调用函数wavrecord()进行为时2s、采样率为8000hz的录音，然后调用wavwrite()函数将音频信号保存为test.wav文件，保存完成后再调用wavread(test.wav)来读取波形，并绘制其时域和频域波形图。编写的脚本文件wav_process.m如下：%-录音并保存-%fs=8000; %语音信号采样频率为8000fprintf(按任意键开始2秒录音.n); pausefprintf(录音中.n); wavwrite(wavrecord(2*fs,fs),fs,8,test.wav); %以8000的采样率、8bit的位速录音，并保存录音为“test.wav”fprintf(录音保存完毕！n);wave=wavread(test.wav); %读取保存的录音文件，将幅值赋给变量wavefprintf(录音读取完毕！n);sound(wave,fs); %以8000hz的采样率播放语音信号fprintf(录音播放完毕！n);%-波形图-%fprintf(绘制波形图.n); t=(0:length(wave)-1)/fs; %数组下标乘以采样周期，得出时间轴figure(1),plot(t,wave); %做语音信号的时域波形图title(语音信号时域波形图);xlabel(时间),ylabel(幅值);%-频谱图-%fprintf(绘制频谱图.n); y1=fft(wave,2048); %语音信号1024点fft，得出幅值轴f=fs*(0:2047)/2048; %得出频率轴figure(2),plot(f,abs(y1(1:2048);title(语音信号频谱图);xlabel(hz),ylabel(幅值);fprintf(全部处理完毕！nn); %-%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1-5中baseband wave为正弦基带信号、carrier wave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1-5 dsb调制模型双击模块设置基带信号属性：幅度为1，频率为500hz，初相位为0，离散方式，采样间隔为110-5s，具体如下图1-6所示：图1-6 基带信号参数设置用同样的方式设置载波信号属性如下图1-7所示：图1-7 载波参数设置图设置完成点击“运行”按钮，并双击示波器，显示波形高斯白噪声信道加性高斯白噪声 awgn(additive white gaussian noise) 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、模型与如下：图1-8 高斯噪声参数设置图1-9 高斯白噪声信道传输模型解调模块设计因为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1-10所示：图1-10 相干解调模块模型图中in1为dsb信号输入端，refer wave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1-11所示：图1-11 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coherent demodulation，并对带有高斯白噪声的dsb信号进行解调，其模型如图1-12所示。图1-12 解调模块模型由基带信号、带有噪声的dsb信号和解调信号的波形图可看出，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。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1-13所示。图1-13 系统总体模型图5 仿真1-14语音信号时域、频域波形图图1-15 dsb信号调制波形图1-16 高斯白噪声信道传输波形图1-17 解调模块波形图1-18 系统各关键点波形图1-19 加入高斯噪声解调后的波形功率谱6结果分析图1-15dsb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。如图,1-16所示高斯白噪声信道传输波形，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。基带信号、带有噪声的dsb信号和解调信号的波形如图1-17，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。如图1-19所示，在理想信道下，dsb解调波形对比基带信号波形发生延时，分别依此加入高斯、瑞利和莱斯噪声，解调后波形收到了噪声的干扰，波形发生畸变。三种噪声参数设置不变，前者方差较小，后者方差较大。比较前后功率谱图可以清楚发现，随着方差的加大，失真也随之变大，前者还较为接近理想信道功率谱图，而后者已出现了严重失真。虽然实际生活中的噪声不可避免，但我们应当减小噪声的影响，以满足我们对信号的需要7 参考文献1 樊昌信，曹丽娜. 通信原理. 北京：国防工业出版社，20062 达新宇通信