通信原理课程设计基于MATLAB的DSB系统的仿真

1、课程设计原理数字课程设计报告班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 电子与信息工程学院信息与通信工程系课程设计评分标准评分项目得分报告书写及格式具有题目、摘要、目录、正文、参考文献（5分）正文格式，图、表、参考文献引用等正确，排版美观（5分）基础原理报告中是否体现被仿真系统的原理以及原理框图（5分）仿真目的，仿真方法，仿真结果的意义表述清楚（5分）M文件仿真做出信源，调制信号，解调信号波形（10分）仿真参量丰富（如对频谱，信噪比，误码率等的分析），仿真波形直观。（10分）Simulink仿真是否实现设计功能，各个模块的设计参数是否清晰（10分）框图直观，有对不同参数条件下的仿真对比

2、及结论（10分）仿真参量丰富（如对频谱，信噪比，误码率等的分析），仿真波形直观。（10分）答 辩是否存在抄袭（10分）对所仿真系统原理的提问回答情况（10分）对仿真过程提问的回答情况（10分）总分目 录摘 要 关键词 第一章 引言 1 1.1 课程设计目的和意义 1 1.2 课程设计内容 1第二章 Matlab和Simulink的相关介绍 1 2.1 Matlab简介 1 2.1.1 Matlab的功能 1 2.1.2 学习Matlab需要掌握的基本知识 1 2.2 Simulink简介 2 2.2.1 Simulink功能 2 2.2.2 特点 2第三章 DSB信号调制、解调原理 3 3.1

3、 DSB信号调制原理 3 3.2 DSB信号解调原理 4 3.2.1 时域分析 4 3.2.2 频域分析 5 第四章 基于Matlab编程DSB系统的仿真 5 4.1 DSB调制 5 4.1.1 DSB调制仿真代码 5 4.1.2 DSB调制仿真波形 6 4.2 高斯白噪声信道 6 4.2.1 高斯白噪声信道仿真代码 6 4.2.2 高斯白噪声信道仿真波形 8 4.3 DSB解调 8 4.3.1 DSB解调仿真代码 8 第五章 基于Simulink对系统建模与仿真 9 5.1 DSB系统调制建模实现 9 5.1.1 DSB调制模块设计 9 5.1.2 DSB信号调制波形 11 5.2 高斯白噪

4、声信道建模实现 11 5.2.1 高斯白噪声模块设计 11 5.2.2 高斯白噪声信道传输波形 12 5.3 DSB系统解调模实现 12 5.3.1 DSB解调模块设计 13 5.3.2 DSB解调模块波 14 5.4 总体模型及波形 14 5.4.1 总体模型 14 5.4.2 系统各关键点波形 15第六章 结果分析 15第七章 心得体会 16第八章 参考文献 16基于MATLAB的DSB系统的仿真摘 要在当前飞速发展的信息时代，随着数字通信技术计算机技术的发展，以及通信网络与计算机网络的相互融合，信息技术已成为21世纪社会国际化的强大动力。Matlab软件包含众多的功能各异的工具箱，涉及领

5、域包括：数字信号处理、通信技术、控制系统、神经网络、模糊逻辑、数值统计、系统仿真和虚拟现实技术等。作为一个功能强大的数学工具软件，在很多领域中得到了广泛的应用。Simulink鼓励人们去尝试，可以用它轻松的搭建一个系统模型，并设置模型参数和方针参数，并且立即观察到改变后的方针结果。本文是对抑制载波的双边带调幅电路设计，并利用Matlab/Simulink软件来对其进行仿真和分析，建立模拟通信系统的仿真模型而且给出仿真模型较为详细的各点仿真模型，结果表明：仿真模型能够反应模拟通信系统的动态工作情况，对于课程学习有很大的帮助。关键字：DSB；Matlab/Simulink；仿真1 引言1.1 课程

6、设计的目的和意义巩固所学的专业技术知识，培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力，培养初步的独立设计能力；通过课程设计实践，了解并掌握通信系统、通信调制解调等技术的一般设计方法，训练并提高学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、运用标准与规范和应用计算机等方面的能力，更好地将理论与实践相结合，提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力。并且掌握Simulink的操作方法。1.2 课程设计内容1） 设计DSB信号调制与解调的MATLAB编程以及Simulink的仿真。2） 仿真波形包括：输入信号、输出调制信号、载波信号以及频谱图。3） 调整仿真的参数得

7、到不同的仿真结果。2 Matlab和Simulink的相关介绍2.1 Matlab简介Matlab是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。2.1.1 Matlab功能Matlab可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用

8、户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。2.1.2 学习Matlab需要掌握的基本知识Matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似。学习Matlab需要掌握的基本知识：1) 基本程序元素：变量、特殊值、关键字、运算符。2) 数据类型：数值型、逻辑性、字符数组、结构数组、单元数组、函数句柄、日期与时间。3) 矩阵操作：创建矩阵、连接矩阵、重塑矩阵形状、矩阵元素移位和排序、向量（数集）操作。4) 程序设计：函数参数、循环结构、条件分支结构、try.catch结构、continu

9、e、break和return、其他常用函数。2.2 Simulink简介Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。2.2.1 Simulink功能Simulink是Matlab中的一种可视化仿真工具，是一种基于Matlab

10、的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频

11、处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与Matlab紧密集成，可以直接访问Matlab大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。2.2.2 特点1） 丰富的可扩充的预定义模块库。 2） 交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图。3） 以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理。 4） 通过Model Explo

12、rer导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码。5） 提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成。6） 使用Embedded Matlab模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用Matlab算法。 7） 使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型。 8） 图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为。 9） 可访问Matlab从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据。 10） 模型分析和诊断

13、工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误。3 DSB信号调制、解调原理3.1 DSB信号调制原理所谓调制，就是在传送信号的一方将所要传送的信号附加在高频振荡上，再由天线发射出去。这里高频振荡载波就是携带信号的运载工具，也叫载波。振幅调制，就是由调制信号去控制高频载波的振幅，直至随调制信号做线性变化。在频域中，已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域中，已调波包络与调制信号波形呈线性关系。双边带调制节省了载波功率，提高了调制效率，但已调信号的带宽仍与调幅信号一样，是基带信号带宽的两倍。双边带信号(DSB)其时域表达式为： （式3-1） 频域表达式： （式3-2）式中: 为基带调制信号, 为

14、载波的角频率。根据已调信号的时域表达式, 可以得出DSB调制的一般模型如图3-1:图3-1 DSB信号调制模型3.2 DSB信号解调原理3.2.1 时域分析同步检波又分为叠加型同步检波和乘积型同步检波。将外加载波信号电压与接收信号在检波器中相乘，再经过低通滤波器，最后检出原调制信号，如图3-2所示。图3-2 DSB信号解调模型设输入的已调波为抑制载波的DSB信号为： (式3-3）另一输入端输入同步信号（即本地载波信号）： (式3-4)即本地载波的角频率等于输入信号的角频率，它们的相位不一定相同,经乘法器相乘 ,可得为 = (式3-5)低通滤波器滤除2附近的频率分量后，得到频率为的低频信号： (

15、式3-6)3.2.2 频域分析因为 （式3-7）所以 （式3-8）式中的为LPF的系统函数。4 基于Matlab 编程DSB系统的仿真4.1 DSB调制4.1.1 DSB调制仿真代码图4-1 DSB调制仿真代码4.1.2 DSB调制仿真波形图4-2 DSB调制仿真波形4.2高斯白噪声信道加性高斯白噪声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

16、信系统中，经常碰到的噪声之一就是白噪声。4.2.1高斯白噪声信道仿真代码图4-3 高斯白噪声信道仿真代码4.2.2高斯白噪声信道仿真波形图4-4 高斯白噪声信道波形4.3 DSB解调4.3.1 DSB解调仿真代码图4-5 DSB解调代码4.3.2 DSB解调仿真波形图4-6 DSB解调波形在已调信号进过乘法器后，其输出波形由低频部分和高频谐波部分构成。低频部分与原调制信号的频谱波形一样。再将乘法器输出波形通过滤波器后，低频部分被滤出来，高频部分消失。最后对解调的频谱进行离散变换输出解调信号时域波形。通过比较调制信号和解调信号波形是一样的。5 基于Simulink对系统建模与仿真5.1 DSB系

17、统调制建模实现5.1.1 DSB调制模块设计新建一个仿真空白模型，将DSB信号调制所需要的模块拖入空白模型中。连接各模块如图5-1所示。图5-1 DSB调制模型 图中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。双击模块设置基带信号属性：幅度为1，频率为500HZ，初始相位为0，离散方式，采样间隔为，具体如下图5-2所示：图5-2 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5KHZ，初始相位为0，离散方式，采样间隔为，具体如下图5-3所示：图5-3 载波信号参数设置5.1.2 D

18、SB信号调制波形设置完成点击“运行”按钮，并双击示波器，显示波形如下图5-4：图5-4 DSB信号调制波形图中三路信号波形，第一路为基带信号，第二路为调制的DSB波形，第三路为载波。从图中可以清楚的看出，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。5.2 高斯白噪声信道建模实现5.2.1 高斯白噪声模块设计高斯白噪声信号模型如下图5-5所示：图5-5 高斯白噪声信号传输模型参数设置如下图5-6所示：图5-6

19、高斯白噪声参数设置5.2.2 高斯白噪声信道传输波形设置完成点击“运行”按钮，并双击示波器，显示波形如下5-7：图5-7 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，通过信道的波形就越接近理想信道波形。5.3 DSB系统解调模实现5.3.1 DSB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，也称为同步检波。同步检波是值用载波乘以一路与载波相干（通频同相）的参考信号，再通过

20、低通滤波器即可输出解调信号。解调设计模型如图5-8所示：图5-8 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，位置相乘后经数字滤波器进行低通滤波，再进行2倍增益后，输出的即是解调波。根据系统基带信号频率范围和载波的频率，设置低通滤波器的参数即通带和截止频率如图5-9所示：图5-9 数字滤波器设置对带有白噪声的DSB信号进行解调，其模型如图5-10所示：图5-10解调模块模型5.3.2 DSB解调模块波波形如下图5-11所示：图5-11 解调模块波形基带信号、带有噪声的DSB信号和解调信号的波形如图5-11，由图可以看出，解调波形较接近基带信号波形，

21、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。5.4 总体模型及波形5.4.1 总体模型连接各模块并进行仿真调试，系统总体模型如图5-12所示：图5-12 系统总体模型图5.4.2 系统各关键点波形各关键点波形如图5-13所示：图5-13 系统各关键点波形6 结果分析DSB信号的频谱由上边带、下边带两部分组成，上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像，它的带宽仍是基带信号带宽的2倍。可见DSB调制的实质是对频谱进行线性搬移，同时抑制了载波；而解调正好是将高频部分信号频谱搬回低频的过程。DSB信号的功率定义为已调信号的均方值，即 （式6-1） （式6-2）显然，DSB信号功率仅由边带功率构成，为边带功率，为调制信号功率。这样其调制效率为100%、由于双边带信号的频谱不存在载波分量，所有的功率都集中在两个边带中，因此它的调制