设计一个DSB调幅电路

设计一个DSB调幅电路
引言
本课程设计用于实现DSB信号的调制解调过程。

信号的调制与解调在通信系统中具有重要的作用。

调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。

解调是调制的逆过程，即是将已调制的信号还原成原始基带信号的过程。

信号的接收端就是通过解调来还原已调制信号从而读取发送端发送的信息。

因此信号的解调对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。

调制与解调方式往往决定了一个通信系统的性能。

双边带DSB信号的解调采用相干解调法，这种方式被广泛应用在载波通信和短波无线电话通信中。

1课程设计的目的和要求
1.1 课程设计的目的
本课程设计是实现DSB的调制解调。

在此次课程设计中，我将通过多方搜集资料与分析，来理解DSB调制解调的具体过程和它在MATLAB中的实现方法。

预期通过这个阶段的研习，更清晰地认识DSB的调制解调原理，同时加深对MATLAB这款通信仿真软件操作的熟练度，并在使用中去感受MATLAB的应用方式与特色。

利用自主的设计过程来锻炼自己独立思考，分析和解决问题的能力，为我今后的自主学习研究提供具有实用性的经验。

1.2 课程设计的要求
a.用simulink对系统建模
b.输入模拟话音信号观察其输出波形
c.对所设计的系统性能进行仿真分析
d.对其应用举例阐述
2 设计原理
2.1 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，简称双边带（DSB）信号，DSB调制器模型如下图，可见DSB信号实质上就是基带信号与载波信号相乘。

图2-1 DSB 调制器模型 其时域和频域表示式分别表示如下
t t m t S D SB ϖcos )()(= （2-1）
)()([2/1)(c c D SB M M S ϖϖϖϖϖ-++= （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便带组成。

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， 分别如下：
图2-2 DSB 信号的波形和频谱
2.2 DSB 的解调原理
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2-3 DSB 相干解调模型 图中S L （t ）为本地载波，也叫相干载波，必须与发送端的载波完全同步。

即频率相同 时域分析如下：
t t m t m t t m t S t S t S c c L D SB P ϖϖcos )(2/1)(2/1cos )()(*)()(+=== （2-3）
Sp(t)经过低通滤波器LPF ，滤掉高频成分，mw(t)为
)(2/1)(t m t m =ϖ （2-4） 频域分析如下：
因为
)()([2/1)(c D SB c D SB P S S S ϖϖϖϖϖ++-= 所以)(2/1)(*)()(ϖϖϖϖM H S M P O == (2-5) 式中的H （w ）为LPF 的系统函数。

频域分析的过程如图所示。

事实上SL(t)本地载波和发端载波完全一致的条件是不易满足的，因此，需要讨论SL(t)有误差情况下对解调结果的影响。

图2-4 DSB 信号相干解调过程示意图
2.3 DSB 加入高斯白噪声的原理
在实际信号传输过程中，通信系统不可避免的会遇到噪声，而且大部分噪声为随机的高斯白噪声，所以在设计时引入噪声，才能够真正模拟实际中信号所遇到的问题，进而思考怎样才能在接收端更好地恢复基带信号。

信道 嘉兴噪声主要取决于起伏噪声，而起伏噪声又视为高斯白噪声。

为了具体而全面地了解噪声的影响问题，将分别引入大噪声和小噪声作用于双边带信号，再分别观察信号受到了怎样的影响。

正弦波通过嘉兴高斯白噪声信道后的信号为()cos()()c r t A t n t ωθ=++ （2-7） 故其有用信号功率为
2
2A S = （2-8）噪声功率为
2N σ= （2-9） 信噪比S N 满足公式
1010log ()S
B N = (2-10) 则可得到公式
2210
210B A σ=
∙ （2-11） 2 设计过程
3.1 DSB 信号调制
打开similink 工具箱，点击file 图标，选择新建中的model ，新建一个仿真空白模型，将DSB 信号调至所需要的模块拖入模型之中，也克点击鼠标左键单击”add to untitled ”下图中sine wave 为正弦基带信号，sine wave1为载波，product 为乘法器，scope 为示波器，将基带信号的幅度Amplitude 和角频率Frequency 设置为1和1.5，将载波sine wave1幅度设为1，角频率设7.5。

如下图所示，
图3-1 DSB调制模型
图3-2 基带信号参数设置图
图3-3 载波参数设置图
图3-4 DSB信号调制波形
DSB信号调制波形中第一路为基带信号波形，第二路为调制后的波形，第三路为载波波形，由图可见，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度的突变。

在调制信号的半周期内，以调波的高频相位与
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。

3.2 DSB信号的相干解调
相干解调也称同步检波是指利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘。

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恢复信号必须采用相干解调。

解调原理框图如下图所示
图3-5 解调原理框图
图3-6 DSB解调模型
图3-7 DSB信号相干解调低通滤波器参数设置框图
图3-8 DSB相干解调波形图
上图第一个为DSB解调出来的波形图，第二个为原正弦基带信号波形图。

解调波形与基带波形基本相同，只有系统误差而产生的些延迟，所以解调成功。

3.3 加入高斯白噪声的DSB信号相干解调
在实际信号传输过程中，通信系统不可避免的会遇到噪声，而且大部分噪声为随机的高斯白噪声，所以在设计时引入噪声，才能够真正模拟实际中信号所遇到的问题，进而思考怎样才能在接收端更好地恢复基带信号。

信道嘉兴噪声主要取决于起伏噪声，而起伏噪声又视为高斯白噪声。

为了具体而全面地了解噪声的影响问题，将分别引入大噪声和小噪声作用于双边带信号，再分别观察信号受到了怎样的影响。

我们可以通过这个公式方便的设置高斯白噪声的方差。

图3-9 DSB解调后信号加入的高斯白噪声参数设置1.2
图3-10 DSB解调后加入高斯白噪声1.2后输出波形
图形中路均为解调后信号的波形，从而两图中比较得，当修改噪声参数时，波形失真的由图在上边两个图中，第一路均为解调后加入高斯白噪声后的DSB信号输出的波形程度会发生改变，并且失真是随着噪声多的方差和均值的变化而发生变化，方差和均值越小，过加入噪声信道的波形就越接近理想信道的波形。

4 设计结果分析
部分频谱图及信号波形分析，实现了对信号的调制和解调，基本恢复了原始信号。

而且对系统性能进行了仿真分析，对信号加入了高斯白噪声，并且发现失真是随着噪声多的方差和均值的变化而发生变化，方差和均值越小，通过加入噪声信道的波形就越接近理想信道的波形。

5 系统主要应用
抑制载波双边带调幅方式，简称为双边带调幅，几位DSB。

这种调幅方式是在标准AM调幅波中去除其中的载波分量得到的，优点在于这种调幅波的发射功率在不影响信号传输的同时要比AM波小，节省了发射功率，但其解调电路要比AM波解调电路更复杂。

调制解调还可应用在模拟乘法器中，模拟乘法器是实现两个模拟量即电压或电流相乘的功能器件，理想乘法器的输出电压与同一时刻两个输入电压瞬时电压的成绩成正比，而且输入电压与同一时刻两个输入电压瞬时电压值得成绩成正比。

6 心得体会
在这短短一周的课程实践的时间里，我受益匪浅，学到了很多很多我想了解知道的和从未知道的知识。

其实对matlab这个软件早就有所耳闻，而且上专业课的时候老师会降到波形仿真的时候经常提到matlab仿真，当时的感觉就是matlab的功能一定很强大，而且与我所学的专业息息相关，结果这回课程设计老师们给了我们机会让我们了解软件，起初刚开始做这个课程设计的时候有种摸不着头脑的感觉不知道如何下手不知道怎么设计，然后我就一整天一整天的坐在电脑前慢慢接触matlab软件，我在网上搜matlab的资料和教学视频然后进了matlab的论坛看看还在图书馆借了书，慢慢的我发现我对这个软件了解的越来越多，我发现我可以做自己的课题了，然后我就一步一步的把原理图画出来然后进行仿真，检验仿真结果是否与理论相符，不相符就检查错误从新开始直至仿真结果与理论相符，而且在这一遍一遍的尝试中我发现我应用matlab软件可以越来越熟练了，最后成功的完成了课程设计。

通过这一个礼拜学习，我不只了解了matlab这个软件可以应用，而且因为我设计的是DSB条幅电路，所以我也查阅了许多关于DSB的资料，所以这次实践也帮助我回顾了一下课本上的理论知识。

虽然现在我已经通过matlab软件完成了通信原理的课程设计，但是我感觉我了解的并不是很深入，因为想精通一个软件并不是突击就可以的，我以后应该用自己的课余时间多多学习这个软件，然后学以致用。

参考文献
[1]樊昌信，曹丽娜。

通信原理（第六版）。

国防工业出版社。

[2]孙祥，徐流美，吴清。

MATLAB 7.0基础教程。

北京：清华大学出版社。

[3]唐向宏，岳恒立，邓雪峰。

MATLAB及在电子信息类课程中的应用。

电子工业出版社。