基于fpga的dsb通信系统设计实例研究

成绩基于FPGA的数字通信系统设计实例研究与实践期末考试设计报告设计名称基于FPGA的DSB通信系统设计实例研究院系通信与信息工程学院专业班级学生姓名指导教师报告日期实验成绩评定一览表系统设计合理，模块布局合理，线迹美观清楚系统设计合理，模块布局较合理，线迹清楚系统设计、模块布局较合理，线迹较清楚系统设计基本合理，模块布局较合理，线迹较清楚系统设计与模块布局系统设计不够合理，模块布局较合理，线迹较清楚参数设置合理，仿真波形丰富、准确参数设置合理，仿真波形较丰富、较准确参数设置较合理，仿真波形较丰富参数设置较合理，仿真波形无缺失、无重大错误参数设置较合理，仿真波形有缺失参数设置与仿真波形参数设置不够合理，仿真波形有缺失或重大错误实验分析全面、准确、表达流畅实验分析较全面、基本无误、表述清楚实验分析基本正确、个别地方表述不清实验分析无原则性错误、表述不清楚实验分析实验分析有缺失或存在严重错误实验成绩一、DSB通信系统原理在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果在AM调制模型中将直流A0去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式抑制载波双边带信号（DSBSC），简称双边带信号（DSB）。其时域表达式为COS式中假设MT的平均值为0。DSB的频谱与AM的谱相似，只是没有了在C处的函数，即12其典型波形和频谱如图所示图DSB信号的波形和频谱与AM信号比较，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调制信号。DSB信号解调时需要采用相干解调，也称同步检波。DSB信号虽然节省了载波功率，但它所需的传输带宽仍是调制信号带宽的两倍，即与AM信号带宽相同。DSB信号两个边带中的任意一个都包括了M的所有频谱成分，因此仅传输一个边带即可。解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。解调的方法可分为两类相干解调和非相干解调（包络检波）。DSB信号不能进行包络检波，只能相干解调。相干解调也叫同步检波。解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。调制时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。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。经低通滤波器滤除高次项，得12有加性噪声时解调框图如下图所示和，首先经过带通滤波器，滤出有用信号，滤除带外的噪声。经过带通滤波器后到达解调器输入端的信号为、噪声为高斯窄带噪声，显然解调器输入端的噪声带宽与已调信号的带宽是相同的。最后经解调器解调输出的有用信号为，噪声为。二、DSB通信系统的SIMULINK仿真与分析IDSB通信系统的SIMULINK仿真参数调制信号载波噪声带通滤波器低通滤波器STCTNOISEBPFLPF60HZ600HZ均值0，方差004953067070IIDSB通信系统的SIMULINK仿真框图IIIDSB通信系统的SIMULINK仿真设计思想根据DSB通信系统原理，将DSB的调制解调分为三部分，即DSB信号的调制、DSB信号通过信道、DSB信号的解调。在SIMULINK中实现时，分别对应以下三个步骤ADSB信号的调制在SIMULINK中选用频率为60HZ的正弦信号作为调制信号；选用600HZ的正弦信号作为载波，用乘法器将信号与载波相乘，即DSB信号。BDSB信号通过信道给DSB信号加上均值为0、方差为0049的高斯白噪声。CDSB信号的解调将加噪DSB信号通过带通滤波器，滤出有用信号，滤掉带外噪声。再将通过带通滤波器信号与同频、同相的载波相乘，进行相干解调，再经过低通滤波器，即解调信号。IVDSB通信系统的SIMULINK仿真运行结果图示图像依次表示调制信号；DSB信号；加噪DSB信号；通过BPF的信号；混频信号；解调信号。VDSB通信系统的SIMULINK仿真运行结果分析根据DSB通信系统的SIMULINK仿真运行结果，直观地看出DSB的调制、解调的整个过程。由图可知，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，即载波反相点，此时包络检波无法表示基带信号。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。三、DSB通信系统的SYSTEMGENERATORFPGA设计IDSB通信系统的SYSTEMGENERATORFPGA仿真参数MATLAB信号FPGA信号MATLAB载波FPGA载波噪声A1AB1BC60HZ48HZ600HZ48HZ均值0，方差0049本设计采用ROM方式生成原始信号，载波和高斯噪声。MATLAB与FPGA产生信号比例为1125。其中ROMSIGNAL因为是仿真在FPGA上实现，故选择指定A。ROMCARRIER和ROMCARRIER1指定B。ROMNOISE指定C。其DEPTH均为1000。带通滤波器（BPF）6250140015302670280016011260低通滤波器（LPF）625070160160在该程序运行之前，首先要运行对应的M文件，且将带通滤波器和低通滤波器的变量导出来，分别为D、E，然后在运行该程序，观察运行结果。IIDSB通信系统的SYSTEMGENERATORFPGA仿真框图IIIDSB通信系统的SYSTEMGENERATORFPGA仿真设计思想根据DSB通信系统原理，将DSB的调制解调分为三部分，即DSB信号的调制、DSB信号通过信道、DSB信号的解调。以SIMULINK仿真为基础，搭建出FPGA仿真图框架。对FPGA仿真模块进行参数设置，主要有原始信号、载波、噪声、带通滤波器、低通滤波器，具体参数如上表所示参数表。（原始信号、载波、噪声的设计主要用MATLAB生成，然后与FPGA输出进行匹配，FPGA的频率与MATLAB频率比为125比1；带通滤波器、低通滤波器设置好后，与FPGA的FIRCOMPILER输出进行匹配）。在搭建SYSTEMGENERATORFPGA时，有其特定要求。输出时增加OUT输出口，过低通滤波器后加CONVERT模块，处理数据溢出问题。DSB信号的调制在SIMULINK中选用频率为60HZ的正弦信号作为调制信号。IVDSB通信系统的SYSTEMGENERATORFPGA仿真运行结果图示图像依次表示调制信号；DSB信号；加噪DSB信号；通过BPF的信号；混频信号；解调信号。VDSB通信系统的SYSTEMGENERATORFPGA仿真运行结果分析由图可知，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，即载波反相点，此时包络检波无法表示基带信号。且信号经过系统调制解调后有明显的幅度衰减，这就要求信号在发送时具有较高的能量，这样在解调时才能减少误码率。要是能量过小，信号会淹没在信道的随机噪声中，难以解调出来。四、DSB通信系统的FPGA实现IDSB通信系统的FPGA仿真框图IIDSB通信系统的FPGA仿真运行结果图示实验箱示波器图示实物图IIIDSB通信系统的FPGA仿真运行结果分析由DSB信号的时域波形可知，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，即载波反相点，此时包络检波无法表示基带信号。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。在SIMULINK仿真中，我们可以看到DSB信号的产生，通过信道，调制相对较理想，调制结果与原始信号几乎没有差别。在FPGA仿真中，可以看到信号加噪后，通过解调恢复的信号受到噪声的影响较明显。这一步的解调也是整个FPGA仿真的关键，参数的调制极其重要，对解调结果产生较大影响。最后，在示波器上观察图像，观察图四路信号可以发现其中第三路混频信号、第四路解调信号，与原理分析的结果并不一致，而其他两路信号，即原始信号、DSB信号，与原理分析结果相符合。同一个仿真系统，用软件中的示波器观察并未出现此种问题，而硬件上出现问题，一定是软件与硬件连接的部