基于MATLAB-simulink的DSB系統(tǒng)的研究與仿真

1、 課程設(shè)計(jì)數(shù)字原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 成 績： 電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系基于MATLAB/simulink的DSB系統(tǒng)的研究與仿真【摘要】本課程設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)DSB信號的調(diào)制解調(diào)過程。信號的調(diào)制與解調(diào)在通信系統(tǒng)中具有重要的作用。調(diào)制過程是一個(gè)頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到載頻位置。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，即是將已調(diào)制的信號還原成原始基帶信號的過程。信號的接收端就是通過解調(diào)來還原已調(diào)制信號從而讀取發(fā)送端發(fā)送的信息。因此信號的解調(diào)對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可靠性有著很大的影響。調(diào)制與解調(diào)方式往往決定了一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。雙邊帶DSB信號的解調(diào)采用相干

2、解調(diào)法，這種方式被廣泛應(yīng)用在載波通信和短波無線電話通信中。仿真過程主要運(yùn)用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺設(shè)計(jì)進(jìn)行DSB調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿真。在本次課程設(shè)計(jì)中先根據(jù)DSB調(diào)制與解調(diào)原理構(gòu)建調(diào)制解調(diào)電路，從Simulink工具箱中找所各元件，合理設(shè)置好參數(shù)并運(yùn)行，其中可以通過不斷的修改優(yōu)化得到需要信號，并分析對信號的影響，最后通過對輸出波形的分析得出DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真是否成功。【關(guān)鍵字】DSB；MATLAB；Simulink；相干解調(diào)目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc346710061 1.背景知識 PAGEREF _Toc3467100

3、61 h 3 HYPERLINK l _Toc346710062 1.1 DSB系統(tǒng)理論 PAGEREF _Toc346710062 h 3 HYPERLINK l _Toc346710063 1.1.1 DSB調(diào)制理論 PAGEREF _Toc346710063 h 3 HYPERLINK l _Toc346710064 1.1.2 DSB解調(diào)理論 PAGEREF _Toc346710064 h 4 HYPERLINK l _Toc346710065 1.2 利用MATLAB/Simulink仿真的優(yōu)點(diǎn) PAGEREF _Toc346710065 h 5 HYPERLINK l _Toc34

4、6710066 2.仿真系統(tǒng)模型設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc346710066 h 6 HYPERLINK l _Toc346710067 2.1 DSB系統(tǒng)模型框圖 PAGEREF _Toc346710067 h 6 HYPERLINK l _Toc346710068 2.2預(yù)期效果 PAGEREF _Toc346710068 h 7 HYPERLINK l _Toc346710069 3.仿真 PAGEREF _Toc346710069 h 8 HYPERLINK l _Toc346710070 3.1M文件仿真 PAGEREF _Toc346710070 h 8 HYPERLINK l

5、 _Toc346710071 3.2 Simulink仿真 PAGEREF _Toc346710071 h 9 HYPERLINK l _Toc346710072 3.2.1模型建立 PAGEREF _Toc346710072 h 9 HYPERLINK l _Toc346710073 3.2.2參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc346710073 h 9 HYPERLINK l _Toc346710074 3.3仿真波形 PAGEREF _Toc346710074 h 12 HYPERLINK l _Toc346710075 3.3.1M文件仿真波形 PAGEREF _Toc34671007

6、5 h 12 HYPERLINK l _Toc346710076 3.3.2 Simulink仿真波形 PAGEREF _Toc346710076 h 13 HYPERLINK l _Toc346710077 4.結(jié)果分析 PAGEREF _Toc346710077 h 14 HYPERLINK l _Toc346710078 5.心得體會： PAGEREF _Toc346710078 h 15 HYPERLINK l _Toc346710079 參考文獻(xiàn)： PAGEREF _Toc346710079 h 161.背景知識1.1 DSB系統(tǒng)理論1.1.1 DSB調(diào)制理論假定調(diào)制信號的平均值為0

7、，與載波相乘，即可形成DSB信號，其時(shí)域表達(dá)式為 （1.1.1-1）式中，的平均值為0。DSB的頻譜為 (1.1.1-2)除不再含有載頻分量離散譜外，DSB信號的頻譜與AM信號的完全相同，仍由上下對稱的兩個(gè)邊帶組成。故DSB信號是不帶載波的雙邊帶信號，它的帶寬與AM信號相同，也為基帶信號帶寬的兩倍，DSB信號的波形和頻譜分別如圖1.1圖1.1DSB信號的波形與頻譜1.1.2 DSB解調(diào)理論因?yàn)椴淮嬖谳d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DSB信號的包絡(luò)不再與m(t)成正比，故不能進(jìn)行包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)。圖1.2 DSB信號相干解調(diào)模型圖1.2中SL(t

8、)為本地載波，也叫相干載波，必須與發(fā)送端的載波完成同步。即頻率相同時(shí)域分析如下： （1.1.2-1）Sp(t)經(jīng)過低通濾波器LPF，濾掉高頻成份，為 (1.1.2-2)頻域分析如下： (1.1.2-2) (1.1.2-3) 式中的H()為LPF的系統(tǒng)函數(shù)。頻域分析的過程如圖1.3所示。圖1.3DSB信號相干解調(diào)過程示意圖1.2 利用MATLAB/Simulink仿真的優(yōu)點(diǎn)MATLAB是一種可交互式使用又能解釋執(zhí)行的計(jì)算機(jī)編程語言，利用簡單的命令，能快速完成其他高級語言只有通過復(fù)雜編程才能實(shí)現(xiàn)的數(shù)值運(yùn)算和圖形顯示。Simulink是建立在MATLAB基礎(chǔ)上的動態(tài)系統(tǒng)仿真工具。利用MATLAB工具

9、箱可以快速完成各類數(shù)值計(jì)算、符號計(jì)算和數(shù)據(jù)可視化等任務(wù)，可以解決有關(guān)線性代數(shù)、矩陣分析、微積分、微分方程、信號與系統(tǒng)、信號分析與處理、系統(tǒng)控制等領(lǐng)域的問題；利用Simulink機(jī)器模塊庫，則能夠方便地創(chuàng)建各種動態(tài)系統(tǒng)的模型并進(jìn)行仿真，可以用來仿真線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、連續(xù)和離散的混合系統(tǒng)、多速率采樣系統(tǒng)以及單任務(wù)或多任務(wù)的離散事件驅(qū)動系統(tǒng)。通過Simulink，用戶可以快速的構(gòu)建和運(yùn)行仿真模型，根據(jù)仿真結(jié)果分析系統(tǒng)性能，并且從中分離出影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，找出最優(yōu)的系統(tǒng)配置方案。Simulink是一種可視化工具。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulin

10、k多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。通信原理是通信專業(yè)的一門極為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，由于內(nèi)容抽象，基本概念較多，是一門難度較大的課程，要想學(xué)好并非易事。采用Matlab及Simulink作為輔助教學(xué)軟件，擺脫了繁雜的計(jì)算，可以使我們對書本上抽象的原理有進(jìn)一步的感性認(rèn)識，加深對基本原理的理解。2.仿真系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)2.1 DSB系統(tǒng)模型框圖在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

11、將載波抑制，只需在將直流去掉，即可輸出抑制載波雙邊帶信號，簡稱雙邊帶信號（DSB）。DSB調(diào)制器模型如圖2.1-1所示。圖2.1 DSB調(diào)制器模型其中，設(shè)正弦載波為 (2.1-1)式中，A為載波幅度；為載波角頻率；為初始相位（假定為0）。調(diào)制過程是一個(gè)頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到載頻位置。解調(diào)是將位于載頻的信號頻譜再搬回來，并且不失真地恢復(fù)出原始基帶信號。雙邊帶解調(diào)通常采用相干解調(diào)的方式，它使用一個(gè)同步解調(diào)器，即由相乘器和低通濾波器組成。相干解調(diào)的原理框圖如圖2.1-2所示：圖2.2相干解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型2.2預(yù)期效果本課程設(shè)計(jì)希望以MATLAB以及Simulink模塊作為仿真環(huán)境

12、模擬DSB系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)，以低頻正弦信號作為基帶信號，高頻正弦信號作為載波信號，編寫M文件程序并運(yùn)行得到調(diào)制與解調(diào)的波形，在Simulink中搭建DSB系統(tǒng)模型并通過示波器模塊觀察波形，然后使調(diào)幅波通過信道之后完成解調(diào)，比較解調(diào)波形與原基帶信號的波形，并作分析。 3.仿真3.1M文件仿真通過MATLAB編程仿真實(shí)現(xiàn)對DSB系統(tǒng)的模擬，其中基帶信號頻率f=1kHz，載波頻率f=40kHz。M文件程序如下：%*% 對基帶信號進(jìn)行設(shè)置%*dt=0.001; %時(shí)間采樣間隔 fmax=1; %信源最高頻率fc=40; %載波中心頻率T=5; %信號時(shí)長t=0:dt:T; %步長設(shè)置mt=sqrt(2

13、)*cos(2*pi*fmax*t); %信源%*% DSB 調(diào)制%*s_dsb=mt.*cos(2*pi*fc*t); %DSB調(diào)制%*% 信號頻譜%*f,sf=FFT_SHIFT(t,s_dsb); %求調(diào)制信號的頻譜PSD=(abs(sf).2)/T; %求調(diào)制信號的功率譜密度%*% 對DSB與頻譜的作圖%*mtt=s_dsb.*cos(2*pi*fc*t);figure(1)subplot(311)plot(t,s_dsb);hold on; %畫出DSB信號波形plot(t,mt,g-); %標(biāo)示mt的波形title(DSB調(diào)制信號及其包絡(luò));xlabel(t);subplot(31

14、2)plot(f,PSD);axis(-2*fc 2*fc 0 max(PSD);title(DSB信號功率譜);xlabel(f);subplot(313)plot(t,mtt);title(DSB解調(diào)信號);3.2 Simulink仿真3.2.1模型建立3.1Simulink模型3.2.2參數(shù)設(shè)置圖3.2載波參數(shù)設(shè)圖3.3調(diào)制信號參數(shù)設(shè)置圖3.4帶通濾波參數(shù)圖3.5低通濾波器參數(shù)圖3.6系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置3.3仿真波形3.3.1M文件仿真波形圖3.1M文件仿真波形3.3.2 Simulink仿真波形圖3.2調(diào)制系統(tǒng)波形圖3.3解調(diào)波波形4.結(jié)果分析圖3.3.2-1信號調(diào)制波形圖中，三路信號波形，

15、第一路為基帶信號，第三路為載波，第二路為調(diào)制的DSB波形。從圖中可以清楚地看出，雙邊帶信號時(shí)域波形的包絡(luò)不同于調(diào)制信號的變化規(guī)律。在調(diào)制信號零點(diǎn)前處已調(diào)波的相位發(fā)生了180的突變。在調(diào)制信號的正半周期內(nèi)，已調(diào)波的高頻相位與載波相同，在調(diào)制信號的負(fù)半周期內(nèi)，已調(diào)波的高頻相位與載波相反。并且雙邊帶的帶寬為基帶信號的兩倍。對比解調(diào)波和原基帶信號可以看出，両信號波形基本一致說明DSB系統(tǒng)仿真成功，但前提是信道為理想信道，當(dāng)信道中存在少量噪聲時(shí)，解調(diào)波性和調(diào)制波形會有一定差異，但大體形狀應(yīng)該一樣。5.心得體會：本次課程設(shè)計(jì)在剛開始的過程中無從下手，手忙腳亂，時(shí)間又緊，并且對用軟件仿真來實(shí)現(xiàn)DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)

16、也完全沒有概念。通過這次課程設(shè)計(jì)使我能夠比較系統(tǒng)的解決理論知識，掌握DSP系統(tǒng)的工作原理及DSP系統(tǒng)的工作工程，學(xué)會了使用仿真軟件Matlab，并學(xué)會通過應(yīng)用軟件仿真來實(shí)現(xiàn)某些通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對以后的學(xué)習(xí)和工作都起到了一定的作用，加強(qiáng)了動手能力和學(xué)業(yè)技能。 通過這次課程設(shè)計(jì)還讓我知道了，我平時(shí)所學(xué)的知識如果不加以實(shí)踐的話，等于紙上談兵。課程設(shè)計(jì)主要是我們理論知識的延伸，它的目的主要是要在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問題，并且自己要能找到解決問題，無形間提高了我們的動手，動腦能力，并且同學(xué)之間還能相互探討問題，研究解決方案，增進(jìn)大家的團(tuán)隊(duì)意識。 總的來說，這次課程設(shè)計(jì)讓我收益頗多，不僅讓我更深一步理解書本的知識，

17、提高我的分析問題和解決問題的能力，而且讓我體會到團(tuán)隊(duì)的重要性。參考文獻(xiàn)：1 樊昌信等，通信原理（第6版），國防工業(yè)出版社2 曹志剛等，現(xiàn)代通信原理，清華大學(xué)出版社3 (美)John G.Proakis著 張力軍等譯，數(shù)字通信，電子工業(yè)出版社4社武林，高頻電路原理與分析M西安電子科技大學(xué)出版2000.13-15 5李建新，現(xiàn)在通信系統(tǒng)分析與仿真MATLAB通信工具箱M。西安電子科技大學(xué)出版社.2002.附錄資料：matlab畫二次曲面一、螺旋線1.靜態(tài)螺旋線a=0:0.1:20*pi;h=plot3(a.*cos(a),a.*sin(a),2.*a,b,linewidth,2);axis(-50

18、,50,-50,50,0,150);grid onset(h,erasemode,none,markersize,22);xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(靜態(tài)螺旋線); 2.動態(tài)螺旋線t=0:0.1:10*pi;i=1;h=plot3(sin(t(i),cos(t(i),t(i),*,erasemode,none);grid onaxis(-2 2 -2 2 0 35)for i=2:length(t) set(h,xdata,sin(t(i),ydata,cos(t(i),zdata,t(i); drawnow pause(0.01)endtit

19、le(動態(tài)螺旋線);(圖略) 3.圓柱螺旋線t=0:0.1:10*pi;x=r.*cos(t);y=r.*sin(t);z=t;plot3(x,y,z,h,linewidth,2);grid onaxis(square)xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(圓柱螺旋線) 二、旋轉(zhuǎn)拋物面b=0:0.2:2*pi;X,Y=meshgrid(-6:0.1:6);Z=(X.2+Y.2)./4;meshc(X,Y,Z);axis(square)xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);shading flat;title(旋轉(zhuǎn)拋物面)或直接

20、用：ezsurfc(X.2+Y.2)./4) 三、橢圓柱面load clownezsurf(2*cos(u),4*sin(u),v,0,2*pi,0,2*pi)view(-105,40) %視角處理shading interp %燈光處理colormap(map) %顏色處理grid on %添加網(wǎng)格線axis equal %使x,y軸比例一致xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);shading flat;title(橢圓柱面) %添加標(biāo)題四、橢圓拋物面b=0:0.2:2*pi;X,Y=meshgrid(-6:0.1:6);Z=X.2./9+Y.2./4;meshc

21、(X,Y,Z);axis(square)xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);shading flat;title(橢圓拋物面)或直接用：ezsurfc(X.2./9+Y.2./4)五、雙葉雙曲面ezsurf(8*tan(u)*cos(v),8.*tan(u)*sin(v),2.*sec(u),-pi./2,3*pi./2,0,2*pi)axis equalgrid onaxis squarexlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);shading flat;title(雙葉雙曲面)六、雙曲柱面load clownezsurf(2*sec(u

22、),2*tan(u),v,-pi/2,pi/2,-3*pi,3*pi)hold on %在原來的圖上繼續(xù)作圖ezsurf(2*sec(u),2*tan(u),v,pi/2,3*pi/2,-3*pi,3*pi)colormap(map)shading interpview(-15,30)axis equalgrid onaxis equalxlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);shading flat;title(雙曲柱面)七、雙曲拋物面（馬鞍面）X,Y=meshgrid(-7:0.1:7);Z=X.2./8-Y.2./6;meshc(X,Y,Z);view(85,2

23、0)axis(square)xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);shading flat;title(雙曲拋物面)或直接用：ezsurfc(X.2./8-Y.2./6) 八、拋物柱面X,Y=meshgrid(-7:0.1:7);Z=Y.2./8;h=mesh(Z);rotate(h,1 0 1,180) %旋轉(zhuǎn)處理%axis(-8,8,-8,8,-2,6);axis(square)xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);shading flat;title(拋物柱面)或直接用：ezsurfc(Y.2./8) 九、環(huán)面ezmesh(5+2*

24、cos(u)*cos(v),(5+2*cos(u)*sin(v),2*sin(u),0,2*pi,0,2*pi)axis equalgrid onxlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);shading flat;title(環(huán)面)十、橢球ezsurfc(5*cos(u)*sin(v),(3*sin(u)*sin(v),4*cos(v),0,2*pi,0,2*pi)axis equalgrid onxlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);shading flat;title(橢球)十一、單葉雙曲面ezsurf(4*sec(u)*cos(v),2.*sec(u)*sin(v),3.*tan(u),-pi./2,pi./2,0,2*pi)axis equalgrid onxlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);shading flat;title(單葉雙曲面)十二、旋轉(zhuǎn)單葉