通信原理課程設計——模擬調(diào)制信號

1、一、課程設計的目的 通過自主設計，加深對模擬調(diào)制信號的了解，鞏固課堂所學知識。同時在熟悉matlab基礎上應用simulink仿真，通過反復調(diào)試和理解，基本掌握該仿真軟件的使用。更重要的是，在設計中培養(yǎng)自主創(chuàng)新意識和動手能力，建立起良好的工作習慣和科學素養(yǎng)。二、課程設計的內(nèi)容 利用matlab集成環(huán)境下的simulink仿真平臺，設計模擬調(diào)制信號中的線性調(diào)制中的調(diào)幅（am），雙邊帶（dsb），單邊帶（ssb），非線性調(diào)制中的調(diào)相（pm），調(diào)頻（fm）用示波器觀察調(diào)制波形和解調(diào)波形，最后結(jié)合理論對比波形得出結(jié)論。 三、課程設計要求 1、熟悉matlab環(huán)境下的simulink仿真平臺，熟悉模擬調(diào)

2、制信號，構建電路圖2、對模擬信號進行處理，建立仿真模型，分析仿真波形。3、技術要求：模擬信號頻率最高限制在12khz內(nèi)。四、課程設計內(nèi)容 matlab仿真簡介 利用matlab 提供的可視化工具simulink 可以建立了擴頻通信系統(tǒng)仿真模型。simulink 是matlab 中的一種可視化仿真工具，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個集成環(huán)境，廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。它包括一個復雜的由接受器、信號源、線性和非線性組件以及連接件組成的模塊庫，用戶也可以根據(jù)需要定制或者創(chuàng)建自己的模塊。simulink 的主要特點在于使用戶可以通過簡單的鼠標操作和拷貝

3、等命令建立起直觀的系統(tǒng)框圖模型，用戶可以很隨意地改變模型中的參數(shù)，并可以馬上看到改變參數(shù)后的結(jié)果，從而達到方便、快捷地建模和仿真的目的。1 模擬調(diào)制信號所謂調(diào)制，就是將基帶信號的頻帶搬移至適合信道傳輸?shù)念l譜位置的過程。通常未調(diào)制的信號（基帶信號）稱為調(diào)制信號，而調(diào)制后的信號稱為已調(diào)信號，完成頻帶搬移的信號則為載波信號。調(diào)制是通過調(diào)制信號（基帶信號）控制載波的某個（或某些）參數(shù)來實現(xiàn)的。線性調(diào)制：常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（am）、抑制載波的雙邊帶調(diào)制（dsb）、單邊帶調(diào)制（ssb）。非線性調(diào)制：相位調(diào)制（pm）、頻率調(diào)制（fm）。線性調(diào)制中的殘留邊帶調(diào)制（vsb）我們暫時不予以研究。2 模擬調(diào)制信號的原理

4、與仿真線性調(diào)制信號：調(diào)幅信號（am）時域表達式： （1）對式（1）進行傅里葉變換，可得到它的頻域特性為： （2）調(diào)幅信號的波形和頻譜分別如圖圖1和如圖圖2所示。圖1 am調(diào)制信號的波形圖圖2 am調(diào)制信號的頻譜調(diào)幅信號（am）是調(diào)制信號加直流分量后與載波相乘。模型如下：圖3 調(diào)幅信號（am）的調(diào)制模型simulink設計圖如圖4：圖4 調(diào)幅信號（am）的仿真設計圖設備參數(shù)設定 signal:64hz signal 1:640000hz signal 2:640000hz 濾波器butter:100*2*pi示波器顯示調(diào)制解調(diào)過程如圖5所示圖5示波器顯示常規(guī)am調(diào)制解調(diào)過程雙邊帶調(diào)幅信號（dsb

5、）時域表達式： （3）將上式進行傅里葉變換，可得到dsb信號的頻域特性為： (4)雙邊帶調(diào)幅信號的波形和頻譜分別如圖圖6和如圖圖7所示。圖6 雙邊帶調(diào)幅（dsb）波形圖7 雙邊帶調(diào)幅信號頻譜示意圖抑制載波雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制過程實際上就是調(diào)制信號與載波的相乘運算，解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時的相乘運算來實現(xiàn)。其模型如下圖8 雙邊帶調(diào)幅信號（dsb）調(diào)制解調(diào)模型simulink設計圖如圖9：圖9 雙邊帶調(diào)幅信號（dsb）的仿真設計圖設備參數(shù)設定 signal:64hz signal 1:640000hz signal 2:640000hz 濾波器butter:100*2*pi示波器顯示調(diào)制解調(diào)過程

6、如圖10所示圖10示波器顯示雙邊帶信號（dsb）調(diào)制解調(diào)過程單邊帶調(diào)幅信號（ssb）時域表達式： （5）單邊帶調(diào)幅信號的頻譜和相干解調(diào)的頻譜圖分別如圖圖11和如圖圖12所示。圖11單邊帶調(diào)幅信號的頻譜圖圖12 單邊帶（下邊帶）相干解調(diào)頻譜圖 simulink設計圖如圖13：圖13 單邊帶調(diào)幅信號（ssb）的仿真設計圖設備參數(shù)設定 signal:64hz signal 1:640khz signal 2:640khz 下邊帶濾波器cheby1:635000*2*pi 濾波器butter:100*2*pi示波器顯示調(diào)制解調(diào)過程如圖14所示圖14示波器顯示單邊帶信號（ssb）調(diào)制解調(diào)過程非線性調(diào)制信

7、號：調(diào)頻信號（fm）與調(diào)相信號（pm）的表達式： （6） （7） fm 波形圖 pm 波形圖圖15 fmpm調(diào)制解調(diào)波形頻率調(diào)制（fm）、相位調(diào)制（pm）仿真fm仿真程序：% fmclose all；clear all；fc=10； %載波頻率為10hzfs=100；%設定采樣速率為100hzt=0：0.02：5；%x=sawtooth(3*t)；%輸入信號x=sin(2*pi*t)；%fm 調(diào)制 解調(diào)sensitivity=3；sensitivity1=0.5；yfm = fmmod(x,fc,fs,sensitivity)；zfm=fmdemod(yfm,fc,fs,sensitivity

8、1)；figure (1)；subplot(3,1,1)；plot(t,x)；title(輸入信號)；subplot(3,1,2)；plot(t,yfm)；title(調(diào)制信號)；subplot(3,1,3)；plot(t,zfm)；title(解調(diào)信號)；仿真結(jié)果如圖16所示：圖16 fm仿真結(jié)果pm仿真程序:%pmclear all；close all；fc=10；%設置載波頻率為10hzfs=100；%設置采樣頻率為100hzt=0：0.02：5；x=sin(2*pi*t)；%輸入信號%調(diào)制解調(diào)phasedev = pi/2；y = pmmod(x,fc,fs,phasedev)； %

9、modulate.z = pmdemod(y,fc,fs,phasedev)； %作圖subplot(3,1,1)；plot(t,x)；title(輸入信號)；subplot(3,1,2)；plot(t,y)；title(調(diào)制信號)；subplot(3,1,3)；plot(t,z)；axis(0,5,-1,1)；title(解調(diào)信號)；仿真結(jié)果如圖17所示：圖17 pm仿真結(jié)果3 結(jié)果分析本文對模擬通信系統(tǒng)進行了仿真研究,在模擬調(diào)制解調(diào)原理的基礎上分別對模擬通信系統(tǒng)的幅度調(diào)制系統(tǒng)以及角度調(diào)制系統(tǒng)進行了仿真，即matlab對am、dsb、ssb、fm、pm系統(tǒng)的仿真。通過模擬調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真結(jié)

10、果分析，得出以下結(jié)論：（1）am： 此種調(diào)制方式占用頻帶較寬，已調(diào)信號的頻帶寬度是調(diào)制信號的頻帶的兩倍8； 由于被調(diào)信號的包絡就是調(diào)制信號疊加一個直流，所以容易實現(xiàn)峰值包絡解調(diào)8； 含有正弦載波分量，即有部分功率耗用在載波上，而沒有用于信息的傳送8； 從效率上看，常規(guī)調(diào)幅調(diào)制方式效率較低，但調(diào)制和解調(diào)過程簡單。（2）dsb： 幅度調(diào)制。dsb信號是過調(diào)幅am波，故它仍是幅度調(diào)制，但此時包絡已不再與m(t) 成線性關系變化，這說明它的包絡不完全載有調(diào)制信號的信息，因此它不是完全的調(diào)幅波8。 幅度調(diào)制，頻率未變。dsb信號的頻率仍與載波相同，沒有受到調(diào)制。 有反相點。dsb信號在調(diào)制信號的過零點處

11、出現(xiàn)了反相點，調(diào)制指數(shù)大于1的am信號在調(diào)制信號過零點處出現(xiàn)反相點。所以有反相點出現(xiàn)，是因為調(diào)制信號在過零點前后取值符號是相反的。 上、下邊帶均包含調(diào)制信號的全部信息；幅度減半，帶寬加倍.（3） ssb8： ssb信號的振幅與調(diào)制信號的幅度成正比，它的頻率隨調(diào)制信號頻率的不同而不同，因此它含消息特征。單邊帶信號的包絡與調(diào)制信號的包絡形狀相同8。 單邊帶調(diào)制從本質(zhì)上說是幅度和頻率都隨調(diào)制信號改變的調(diào)制方式。但由于它產(chǎn)生的已調(diào)信號頻率與調(diào)制信號頻率只有一個線性變換（由 變至 或 的線性搬移），這一點與am和dsb信號相似，所以被歸為振幅調(diào)制8。 ssb調(diào)制方式在傳送消息時，不但功率利用率高，而且它

12、所占用頻帶比am和dsb減少了一半，頻帶利用充分，目前這對于波道特別擁擠的短波通信是有利的, 已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式8。（4） fm 和 pm： 調(diào)頻信號的頻譜同未調(diào)信號的頻譜幾乎沒有相似性，這是調(diào)頻與調(diào)幅的最大的不同； 調(diào)頻信號不改變總功率，而只改變功率在各分量之間的分配關系，如抑制載波上的功率，使某一邊頻的功率占的比例較大； 調(diào)頻系統(tǒng)的抗干擾能力強。 pm和fm非常相似，將調(diào)制信號先微分而后進行調(diào)頻，則得到的即是調(diào)相信號。五 設計總結(jié)本次課程設計中，主要問題是matlab的simulink仿真平臺的應用。由于很少使用matlab，所以用其仿真時，許多的東西都不會，從而查閱書籍，通過本次設