1、*師范學院電氣信息工程學院2014屆通信工程專業課程設計報告課程設計報告題 目： 基于Multisim的DSB的調制與解調電路的仿真分析 學生姓名： * 學生學號： * 系 別： 電氣信息工程學院 專 業： 通信工程 屆 別： 2014屆 指導教師： * 電氣信息工程學院制2013年4月基于Multisim的DSB的調制與解調電路的仿真分析學生：*指導教師：*電氣信息工程學院 通信工程專業1 課程設計的任務與要求1.1 課程設計的任務本課程設計是實現DSB的調制解調。在此次課程設計中，我將通過多方搜集資料與分析，來理解DSB調制解調的具體過程和它在multisim中的實現方法。通過這個階段學習

2、，更清晰地認識DSB的調制解調原理，同時加深對multisim這款通信仿真軟件操作的熟練度，并在使用中去感受multisim的應用方式與特色。利用自主的設計過程來鍛煉自己獨立思考，分析和解決問題的能力，為我今后的自主學習研究提供具有實用性的經驗。1.2 課程設計的要求（1）熟悉multisim的使用方法，掌握DSB信號的調制解調原理，以此為基礎在軟件中畫出電路圖。（2）繪制出DSB信號調制解調前后在時域和頻域中的波形，觀察兩者在解調前后的變化，通過對分析結果來加強對DSB信號調制解調原理的理解。（3）在老師的指導下，獨立完成課程設計的全部內容，并按要求編寫課程設計論文，文中能正確闡述和分析設計

3、和實驗結果。 1.3 課程設計的研究基礎（設計所用的基礎理論）（1）DSB調制過程的分析：在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全有邊帶傳送。如果在AM調制模型中將直流分量A0去掉，即可得到一種高調制效率的調制方式抑制載波雙邊帶信號（DSB-SC），簡稱雙邊帶信號（DSB），表示為： 顯然，它與調幅信號的區別就在于其載波電壓振幅不是在上下按調制信號規律變化。這樣，當調制信號進入負半周時，就變為負值。表明載波電壓產生相移。因而當自正值或負值通過零值變化時，雙邊帶調制信號波形均將出現的相移突變。雙邊帶調制信號的包絡已不再反映的變化，但它仍保持頻譜搬移的特性，因而仍是振幅調制波的一種，并可用相乘

4、器作 為雙邊帶調制電路的組成模型，如圖所示，圖中。圖1 雙邊帶調制信號組成模型調制過程的數學表達式：設載波電壓為：。調制信號為： 。經過模擬乘法器A1后輸出電壓為抑制載波雙邊帶調制信號，其數學表達式為： = 圖3 DSB調制過程的波形及頻譜（2）DSB解調過程的分析：調制過程是一個頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到載頻位置。而解調是將位于載頻的信號頻譜再搬回來，并且不失真地恢復出原始基帶信號。雙邊帶解調通常采用相干解調的方式，它使用一個同步解調器，即由相乘器和低通濾波器組成。在解調過程中，輸入信號和噪聲可以分別單獨解調。相干解調的原理框圖 如圖所示： 圖2 雙邊帶解調信號組成模型解調過

5、程的數學表達式：雙邊帶調幅波的電壓可表示為：本機載波電壓為： 解調波的表達式： = = 2 DSB的調制與解調系統方案制定2.1 方案提出（需有系統框圖，系統功能參數）振幅調制方式是用傳遞的低頻信號去控制作為傳送載體的高頻振蕩波（稱為載波）的幅度，是已調波的幅度隨調制信號的大小線性變化，而保持載波的角頻率不變。在振幅調制中，根據所輸出已調波信號頻譜分量的不同，分為普通調幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調幅（DSB）、抑制載波的單邊帶調幅（SSB）等。AM的載波振幅隨調制信號大小線性變化。DSB是在普通調幅的基礎上抑制掉不攜帶有用信息的載波，保留攜帶有用信息的兩個邊帶。SSB是在雙邊帶調幅的基礎上，

6、去掉一個邊帶，只傳輸一個邊帶的調制方式。它們的主要區別是產生的方法和頻譜的結構不同。這里重點研究抑制載波的雙邊帶調幅（DSB）。下圖為DSB調制與解調的系統框圖。調制信號輸入相乘器調制信號輸出相乘器解調信號輸出高頻載波信號高頻載波信號圖4 DSB調制與解調的系統框圖2.2 方案論證在現實的環境中，我們所得到的一般信號振幅，頻率都比較低，不能滿足遠距離，高清度的傳輸要求，必須將信號采用高頻載波調制傳輸。我們在實際的生活中要將聲音，圖像，語言，文字等這些采集的低頻信號進行遠距離的傳輸是不理性的信號。由于要傳輸的基于低頻范圍，如果信號直接發射出去，需要的發射和接受天線尺寸太大，輻射效率太低，不易實現

7、。我們知道，天線如果要想有效的輻射，需要天線的尺寸l與信號的波長v可以比擬。即使天線的尺寸為波長的十分之一，即l=v/10，對于頻率為10kHz的信號，需要的天線長度為3Km，這樣長的天線幾乎是無法實現的。若將信號調制到10MHz的載波頻率上，需要的天線長度僅為3m，這樣的天線尺寸小，實現起來也比較容易。在模擬調制中，AM調制優點在于系統結構簡單，價格低廉，所以至今仍廣泛應用于無線但廣播。DSB與AM信號相比，因為不存在載波分量，DSB調制效率是100%，即將全部功率都用于信息傳輸，所以選擇DSB調制與解調作為課程設計的題目具有很大的實際意義。3 DSB的調制與解調系統方案設計3.1各單元模塊

8、功能介紹及電路設計由于從消息轉換過來的調制信號具有頻率較低的頻譜分量，這種信號在許多信道中不宜傳輸。因此，在通信系統的發送端通常需要有調制過程，同時在接受端則需要有解調過程從而還原出調制信號。所謂調制就是利用原始信號控制高頻載波信號的某一參數，使這個參數隨調制信號的變化而變化。解調是與調制相反的過程，即從接收到的已調波信號中恢復原調制信息的過程。圖5 DSB的調制電路部分圖6 DSB的解調電路部分3.2電路參數的計算及元器件的選擇 在本次課程設計電路圖中，所用到的元器件包括電容、電阻、直流電源、交流電源、單刀雙擲開關、集成功放LM741CN、相乘器、示波器等。3.3 特殊器件的介紹（1）LM7

9、41CN的介紹：LM741CN是一款普通的8腳單通道運算放大器，其工作電壓范圍736V，單位增益帶寬1MHz，輸入失調電壓6mV（最大值）。圖7 實物圖 圖8 外部引腳圖（2）模擬相乘器的介紹：模擬乘法器具有兩個輸入端（常稱X輸入和Y輸入）和一個輸出端（常稱Z輸出）， 是一個三端口網絡，電路符號如圖所示：如果兩個輸入信號只能為單極性的信號的乘法器為“單象限乘法器”；一個輸入信號適應兩種極性，而一個只能是一種單極性的乘法器為“二象限乘法器”；  兩個輸入信號都能適應正、負兩種極性的乘法器為“四象限乘法器”。圖9 模擬相乘器3.4 系統整體電路圖圖10 系統整體電路圖4 Multisim

10、軟件系統仿真和調試 4.1 仿真軟件介紹Multisim軟件前身是加拿大IIT公司在20世紀八十年代后期推出的電路仿真軟件EWB（Electronics Workbench）,后來，EWB將原先版本中的仿真設計更名為multisim，2005年之后，加拿大IIT公司隸屬于美國國家儀器公司（National Instrument，簡稱NI公司），美國NI公司于2006年初首次推出Multisim9.0版本。目前最新版本是美國NI公司推出的multisim10。包含了電路原理圖的圖形輸入、電路的硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真能力。它具有更形象直觀的人機交互界面，并且提供了更加豐富的元件庫、儀

11、表庫和各種分析方法。完全滿足電路的各種仿真需要。Multisim軟件是迄今為止使用最方便、最直觀的仿真軟件，其基本元件的數學模型是基于Spice版本，但增加了大量的VHDL元件模型，可以仿真更復雜的數學元器件，另外解決了Spice模型對高頻仿真不精確的問題。Multisim在保留了EWB形象直觀等優點的基礎上，大大增強了軟件的仿真測試和分析功能，大大擴充了元件庫中的元件的數目，特別是增加了大量與實際元件對應得元件模型，使得仿真設計的結果更加精確、更可靠、更具有實用性。4.2 系統仿真實現圖11 用乘法器組成的抑制載波雙邊帶(DSB)輸入波形及調制波形圖12 同步檢波器輸入的雙邊帶信號（上）及其

12、輸出信號（下）4.3 系統測試（要求測試環境、測試儀器、測量數據）由于加性噪聲只對已調信號的接收產生影響，因而調制系統的抗噪聲性能主要用解調器的抗噪聲性能來衡量。為了對不同調制方式下各種解調器性能進行度量，通常采用信噪比增益G（又稱調制制度增益）來表示解調器的抗噪聲性能。 有加性噪聲時解調器的數學模型如圖所示。圖中為已調信號，為加性高斯白噪聲。 和首先經過帶通濾波器，濾出有用信號，濾除帶外的噪聲。經過帶通濾波器后到達解調器輸入端的信號為 、噪聲為高斯窄帶噪聲，顯然解調器輸入端的噪聲帶寬與已調信號的帶寬是相同的。最后經解調器解調輸出的有用信號為，噪聲為。 圖13 有加性噪聲時解調器的數學模型設解

13、調器輸入信號為與相干載波相乘后，得經低通濾波器后，輸出信號為因此，解調器輸出端的有用信號功率為解調DSB信號時，接收機中的帶通濾波器的中心頻率與調制載頻相同，因此解調器輸出端的窄帶噪聲可表示為它與相干載波相乘后，得經低通濾波器后，解調器最終的輸出噪聲為故輸出噪聲功率為這里，為DSB信號的帶通濾波器的帶寬。解調器輸入信號平均功率為可得解調器的輸入信噪比同時可得解調器的輸出信噪比因此制度增益為由此可見，DSB調制系統的制度增益為2。也就是說DSB信號的解調器使信噪比改善了一倍。這是因為采用相干解調，使輸入噪聲中的正交分量被消除的緣故。4.4 數據分析（對比系統功能及參數與設計要求是否相符）通過觀察

14、調制波形可以得知，示波器中的紅線為高頻載波，綠線為調制信號，載波信號把調制信號搬移到更高頻帶處，與書中DSB信號的調制理論一致。通過觀察解調波形可以得知，示波器中的紅線為同步檢波器輸入的雙邊帶信號，綠線為解調輸出的信號，與調制信號一致。綜上所述，本電路設計能夠實現DSB信號的調制與解調。5 總結5.1 設計小結模擬調制系統是通信工程專業方向最主要的模塊之一，通過在課堂上對理論知識的學習，我們了解到模擬調制系統的基本方式以及其原理。然而，如何將理論在實踐中得到驗證和應用，是我們學習當中的一個問題。而通過本次課程設計，我們在強大的Multisim平臺上對數字信號的調制解調進行了一次仿真，有效的完善

15、了學習過程中實踐不足的問題，同時進一步鞏固了原先的基礎知識。5.2 收獲體會通過這次的課程設計，一方面，我們對調制和解調有了更進一步的認識，尤其是在系統設計方面，盡管是非常基礎的DSB調制與解調的傳輸，也是經過若干設備協同工作，才能保證信號有效傳輸，而小到僅僅是一個電容電阻參數，都有可能導致整個仿真過程無法正常運行。另一方面，我們通過本次的課程設計，著實領教了Multisim強大的功能和實力。通過在Multisim環境下對系統進行模塊化設計與仿真，使我們獲得兩方面具體經驗，第一是Multisim中各個功能模塊的使用方法，第二是圖形化和結構化的系統設計方法。這些經驗雖然并不高深，但是對于剛入門的初學者來說，對以后步入專業領域進行設計或研發無疑具有重大的意義。6 參考文獻1電子線路：非線性部分/謝佳奎主編：謝佳奎，宣月清，馮軍編.4版.北京：高等教育出版社，（2010重印）2通信原理/樊昌信，曹麗娜編著. 6版.北京：國防工業出版社，2011.8重印3張肅文，陸兆熊.高頻電子線路.第三版.高等教育出版社，1993年4董在望，肖華庭.通信電路原理.高等教育出版社，1989年5黃智偉.基于Multisim2001的電子電路計算機仿真設計與分析.北京電子工業出版社。20046 Multisim7電路設計及仿真應用/熊