基于Multisim的SSB的調(diào)制與解調(diào)電路的仿真分析

1、*師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院2014屆通信工程專業(yè)課程設(shè)計報告*課程設(shè)計報告題 目： 基于Multisim的SSB的調(diào)制與解調(diào)電路的仿真分析 學(xué)生姓名： * 學(xué)生學(xué)號： * 系 別： 電氣信息工程系 專 業(yè)： 通信工程 屆 別： 2014屆 指導(dǎo)教師： * 電氣信息工程學(xué)院2013年5月基于Multisim的SSB的調(diào)制與解調(diào)電路的仿真分析學(xué)生：*指導(dǎo)教師：*電氣信息工程學(xué)院 通信工程專業(yè)1 課程設(shè)計的任務(wù)與要求1.1 課程設(shè)計的任務(wù)本課程設(shè)計是實現(xiàn)SSB的調(diào)制解調(diào)。在此次課程設(shè)計中，我將通過多方搜集資料與分析，來理解SSB調(diào)制解調(diào)的具體過程和它在multisim中的實現(xiàn)方法。預(yù)期通過這個階段學(xué)

2、習(xí)，更清晰地認識SSB的調(diào)制解調(diào)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(yīng)用方式與特色。利用自主的設(shè)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(xué)習(xí)研究提供具有實用性的經(jīng)驗。1.2 課程設(shè)計的要求（1）熟悉multisim的使用方法，掌握SSB信號的調(diào)制解調(diào)原理，以此為基礎(chǔ)在軟件中畫出電路圖。（2）繪制出SSB信號調(diào)制解調(diào)前后在時域和頻域中的波形，觀察兩者在解調(diào)前后的變化，通過對分析結(jié)果來加強對SSB信號調(diào)制解調(diào)原理的理解。（3）在老師的指導(dǎo)下，獨立完成課程設(shè)計的全部內(nèi)容，并按要求編寫課程設(shè)計論文，文中能正確闡述和分析設(shè)

3、計和實驗結(jié)果。 1.3 課程設(shè)計的研究基礎(chǔ)（設(shè)計所用的基礎(chǔ)理論）SSB信號的數(shù)學(xué)表達式：單邊帶調(diào)制（SSB）信號是由DSB信號經(jīng)邊帶濾波器濾除一個邊帶或在調(diào)制過程中，直接將一個邊帶抵消而成的。根據(jù)濾除方法的不同，產(chǎn)生SSB信號的方法有：濾波法和移相法。單頻調(diào)制時，SSB信號的表達式為：取上邊帶：取下邊帶：從上式看，單頻時的SSB信號仍是等幅波，但它與原載波電壓是不同的。SSB信號的振幅和調(diào)制信號的幅度成正比，它的頻率隨著調(diào)制信號頻率的不同而不同，因此它含有消息特征。單邊帶信號的包絡(luò)與調(diào)制信號的包絡(luò)形狀相同，在單頻調(diào)制時，它們的包絡(luò)都是一個常數(shù)。圖1 移相法產(chǎn)生SSB信號原理如圖所示，移相法是利

4、用移項網(wǎng)絡(luò)，對載波和調(diào)制信號進行適當?shù)南嘁疲员阍谙嗉舆^程中將其中的一個邊帶抵消而獲得SSB信號，圖為SSB調(diào)制信號的原理框圖，圖中，兩個調(diào)制器相同，但輸入信號不同。調(diào)制器B的輸入信號是移項90度的載頻和調(diào)制信號；調(diào)制信號的輸入沒有相移。兩個分量相加時為下邊帶信號，兩個分量相減時為上邊帶信號。2 DSB的調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)方案制定2.1 方案提出（需有系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)功能參數(shù)）振幅調(diào)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(diào)波的幅度隨調(diào)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(diào)制中，根據(jù)所輸出已調(diào)波信號頻譜分量的不同，分為普通調(diào)幅（AM）、抑制載波的

5、雙邊帶調(diào)幅（DSB）、抑制載波的單邊帶調(diào)幅（SSB）等。AM的載波振幅隨調(diào)制信號大小線性變化。DSB是在普通調(diào)幅的基礎(chǔ)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(diào)幅的基礎(chǔ)上，去掉一個邊帶，只傳輸一個邊帶的調(diào)制方式。它們的主要區(qū)別是產(chǎn)生的方法和頻譜的結(jié)構(gòu)不同。下圖為SSB調(diào)制與解調(diào)的系統(tǒng)框圖。LPF調(diào)制信號輸入相乘器調(diào)制信號輸出相乘器解調(diào)信號輸出高頻載波信號高頻載波信號解調(diào)信號輸出圖2 SSB調(diào)制與解調(diào)的系統(tǒng)框圖2.2 方案論證在現(xiàn)實的環(huán)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(diào)制傳輸。我們在實際的生活

6、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?shù)幕诘皖l范圍，如果信號直接發(fā)射出去，需要的發(fā)射和接受天線尺寸太大，輻射效率太低，不易實現(xiàn)。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(xiàn)的。若將信號調(diào)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(xiàn)起來也比較容易。在模擬調(diào)制中，AM調(diào)制優(yōu)點在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，所以至今仍廣泛應(yīng)用于無線但廣播。DSB與AM信號相比，因為不

7、存在載波分量，DSB調(diào)制效率是100%，即將全部功率都用于信息傳輸，所以選擇DSB調(diào)制與解調(diào)作為課程設(shè)計的題目具有很大的實際意義。3 SSB的調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計由于從消息轉(zhuǎn)換過來的調(diào)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(tǒng)的發(fā)送端通常需要有調(diào)制過程，同時在接受端則需要有解調(diào)過程從而還原出調(diào)制信號。所謂調(diào)制就是利用原始信號控制高頻載波信號的某一參數(shù)，使這個參數(shù)隨調(diào)制信號的變化而變化。解調(diào)是與調(diào)制相反的過程，即從接收到的已調(diào)波信號中恢復(fù)原調(diào)制信息的過程 圖3 SSB的調(diào)制電路部分圖4 SSB的解調(diào)電路部分3.2電路參數(shù)的計算

8、及元器件的選擇 在本次課程設(shè)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(guān)、集成功放LM741CN、相乘器、示波器等。3.3 特殊器件的介紹（1）LM741CN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(diào)電壓6mV（最大值）。圖5 實物圖 圖6 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(wǎng)絡(luò)，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(yīng)兩種極性，而一個只能是一種單極性的乘

9、法器為“二象限乘法器”；  兩個輸入信號都能適應(yīng)正、負兩種極性的乘法器為“四象限乘法器”。圖7 模擬相乘器3.4 系統(tǒng)整體電路圖圖8 系統(tǒng)整體電路圖4 Multisim軟件系統(tǒng)仿真和調(diào)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(shè)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

10、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(shù)學(xué)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(fù)雜的數(shù)學(xué)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(yōu)點的基礎(chǔ)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(shù)目，特別是增加了大量與實際元件對應(yīng)得元件模型，

11、使得仿真設(shè)計的結(jié)果更加精確、更可靠、更具有實用性。4.2 系統(tǒng)仿真實現(xiàn)圖9 用乘法器組成的抑制載波單邊帶(SSB)輸入波形及調(diào)制波形圖10 同步檢波器輸入的單邊帶信號（上）及其輸出信號（下）4.3 系統(tǒng)測試（要求測試環(huán)境、測試儀器、測量數(shù)據(jù)）由于加性噪聲只對已調(diào)信號的接收產(chǎn)生影響，因而調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能主要用解調(diào)器的抗噪聲性能來衡量。為了對不同調(diào)制方式下各種解調(diào)器性能進行度量，通常采用信噪比增益G（又稱調(diào)制制度增益）來表示解調(diào)器的抗噪聲性能。 有加性噪聲時解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型如圖所示。圖中為已調(diào)信號，為加性高斯白噪聲。 和首先經(jīng)過帶通濾波器，濾出有用信號，濾除帶外的噪聲。經(jīng)過帶通濾波器后到達解調(diào)

12、器輸入端的信號為 、噪聲為高斯窄帶噪聲，顯然解調(diào)器輸入端的噪聲帶寬與已調(diào)信號的帶寬是相同的。最后經(jīng)解調(diào)器解調(diào)輸出的有用信號為，噪聲為。圖11 有加性噪聲時解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型帶通濾波器的帶寬=已調(diào)信號帶寬帶通濾波器的帶寬等于SSB信號帶寬 SSB解調(diào)器與DSB結(jié)構(gòu)相同，輸入輸出噪聲功率關(guān)系不變（1）噪聲功率這里，B = fH 為SSB 信號的帶通濾波器的帶寬。（2）信號功率SSB信號與相干載波相乘后，得解調(diào)器輸出信號因此，輸出信號平均功率輸入信號平均功率為信噪比單邊帶解調(diào)器的輸入信噪比為單邊帶解調(diào)器的輸出信噪比為調(diào)制增益結(jié)論：信噪比沒有改善，因為在相干解調(diào)過程中，信號和噪聲中的正交分量均被抑制掉4

13、.4 數(shù)據(jù)分析（對比系統(tǒng)功能及參數(shù)與設(shè)計要求是否相符）通過觀察調(diào)制波形可以得知，示波器中的紅線為高頻載波，綠線為調(diào)制信號，載波信號把調(diào)制信號搬移到更高頻帶處，與書中SSB信號的調(diào)制理論一致。通過觀察解調(diào)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(diào)輸出的信號，與調(diào)制信號一致。綜上所述，本電路設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)SSB信號的調(diào)制與解調(diào)。5 總結(jié)5.1 設(shè)計小結(jié)模擬調(diào)制系統(tǒng)是通信工程專業(yè)方向最主要的模塊之一，通過在課堂上對理論知識的學(xué)習(xí)，我們了解到模擬調(diào)制系統(tǒng)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(yīng)用，是我們學(xué)習(xí)當中的一個問題。而通過本次課程設(shè)計，我們在強大的Mul

14、tisim平臺上對數(shù)字信號的調(diào)制解調(diào)進行了一次仿真，有效的完善了學(xué)習(xí)過程中實踐不足的問題，同時進一步鞏固了原先的基礎(chǔ)知識。5.2 收獲體會通過這次的課程設(shè)計，一方面，我們對調(diào)制和解調(diào)有了更進一步的認識，尤其是在系統(tǒng)設(shè)計方面，盡管是非常基礎(chǔ)的SSB調(diào)制與解調(diào)的傳輸，也是經(jīng)過若干設(shè)備協(xié)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(shù)，都有可能導(dǎo)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(shè)計，著實領(lǐng)教了Multisim強大的功能和實力。通過在Multisim環(huán)境下對系統(tǒng)進行模塊化設(shè)計與仿真，使我們獲得兩方面具體經(jīng)驗，第一是Multisim中各個功能模塊的使用方法，第二是圖形化

15、和結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)設(shè)計方法。這些經(jīng)驗雖然并不高深，但是對于剛?cè)腴T的初學(xué)者來說，對以后步入專業(yè)領(lǐng)域進行設(shè)計或研發(fā)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?。?通信原理/樊昌信，曹麗娜編著. 6版.北京：國防工業(yè)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(shè)計與分析.北京電子工業(yè)出版社。20046 Multisim7電路設(shè)計及仿真應(yīng)用/熊偉等編著。北京:清華大學(xué)出版社，2005.77 Multisim