沈陽理工大學(xué)通信課設(shè)課件

1、沈陽理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告AM系統(tǒng)仿真1.課程設(shè)計(jì)目的（1）掌握模擬系統(tǒng)AM調(diào)制和解調(diào)原理。（2）掌握模擬系統(tǒng)AM調(diào)制和解調(diào)的設(shè)計(jì)方法。(3) 掌握用MATLAB分析系統(tǒng)時(shí)域、頻域特性的方法，進(jìn)一步鍛煉應(yīng)用MATLAB進(jìn)行編程仿真的能力。(4) 熟悉基于Simulink的動(dòng)態(tài)建模和仿真的步驟和過程。2.課程設(shè)計(jì)要求（1）了解并掌握AM調(diào)制與解調(diào)的基本原理；（2) 在通信原理課程的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)與分析簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)；（3）學(xué)會(huì)利用MATLAB7.0編寫程序進(jìn)行仿真，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果能分析所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能。（4） 學(xué)習(xí)MATLAB的基本知識(shí)，熟悉MATLAB集成環(huán)境下的Simulink的仿真平臺(tái)。（

2、5） 利用通信原理相關(guān)知識(shí)在仿真平臺(tái)中設(shè)計(jì)AM調(diào)制與解調(diào)仿真系統(tǒng)并用濾波器觀察解調(diào)后的波形（6）在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容，能正確的闡述和分析設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。3.相關(guān)知識(shí)3.1 Matlab簡(jiǎn)介MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，

3、代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的

4、版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。3.2 Matlab下的simulink簡(jiǎn)介Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信

5、號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。 Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直

6、接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink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(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。3.3 通信系統(tǒng)模型通

7、信系統(tǒng)模型如下圖3.3.1所示：信號(hào)發(fā)生器（產(chǎn)生一個(gè)調(diào)制信號(hào)）對(duì)信號(hào)進(jìn)行AM調(diào)制對(duì)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)輸出波形及調(diào)制信號(hào)頻譜 圖3.3.1 通信系統(tǒng)模型4.課程設(shè)計(jì)分析4.1 AM調(diào)制原理所謂調(diào)制，就是在傳送信號(hào)的一方將所要傳送的信號(hào)附加在高頻振蕩上，再由天線發(fā)射出去。這里高頻振蕩波就是攜帶信號(hào)的運(yùn)載工具，也叫載波。振幅調(diào)制，就是由調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅，直至隨調(diào)制信號(hào)做線性變化。在線性調(diào)制系列中，最先應(yīng)用的一種幅度調(diào)制是全調(diào)幅或常規(guī)調(diào)幅，簡(jiǎn)稱為調(diào)幅（AM）。在頻域中已調(diào)波頻譜是基帶調(diào)制信號(hào)頻譜的線性位移；在時(shí)域中，已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形呈線性關(guān)系。設(shè)正弦載波為式中，A為載波幅度；為

8、載波角頻率；為載波初始相位(通常假設(shè)=0).調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）為。根據(jù)調(diào)制的定義，振幅調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）一般可以表示為 設(shè)調(diào)制信號(hào)的頻譜為，則已調(diào)信號(hào)的頻譜：4.1.1 AM介紹通信的目的是傳輸信息，如何準(zhǔn)確地傳輸信息是通信的一個(gè)重要目標(biāo)。通常從信源產(chǎn)生的原始的基帶信號(hào)具有較低的頻譜分量，這種信號(hào)在多信道復(fù)用、無線電傳輸?shù)葓?chǎng)合不適宜直接進(jìn)行傳輸。因此。在通信系統(tǒng)的發(fā)送端通常要將基帶信號(hào)調(diào)制在較高的載頻上，而在接收端則需要有相反的過程-解調(diào)。根據(jù)調(diào)制前的信號(hào)是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可以把信號(hào)調(diào)制方式分為模擬調(diào)制方式和數(shù)字調(diào)制方式。模擬調(diào)制方式是載頻信號(hào)的幅度、頻率或相位隨著欲傳輸?shù)哪M輸入基

9、帶信號(hào)的變化而相應(yīng)發(fā)生變化的調(diào)制方式，包括：幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）、相位調(diào)制（PM）三種。 幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，其它參數(shù)不變。是使高頻載波的振幅載有傳輸信息的調(diào)制方式。振幅調(diào)制分為三種方式：普通調(diào)幅方式（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）和單邊帶調(diào)制（SSB）。所得的已調(diào)信號(hào)分別稱為調(diào)幅波信號(hào)、雙邊帶信號(hào)和單邊帶信號(hào)。4.1.2 AM調(diào)制原理框圖AM調(diào)制器模型如圖4.1.2所示：圖4.1.2 AM調(diào)制原理框圖4.2 相干解調(diào)由AM信號(hào)的頻譜可知，如果將已調(diào)信號(hào)的頻譜搬回到原點(diǎn)位置，即可得到原始的調(diào)制信號(hào)頻譜，從而恢復(fù)出原始信

10、號(hào)。解調(diào)中的頻譜搬移同樣可用調(diào)制時(shí)的相乘運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。相干解調(diào)的關(guān)鍵是是必須產(chǎn)生一個(gè)與調(diào)制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。5.仿真5.1 AM調(diào)制方式的Matlab仿真5.1.1 載波信號(hào)分析打開Matlab7.1，出現(xiàn)下圖界面如圖5.1.1：圖5.1.1 Matlab7.1 界面程序如下：t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅f=6000; %載波信號(hào)頻率w0=f*pi;Uc=A0*cos(w0*t); %載波信號(hào)figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,Uc);title(載頻信號(hào)波形);axis(0,0

11、.01,-15,15);subplot(2,1,2);Y1=fft(Uc); %對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y1);title(載波信號(hào)頻譜);axis(5800,6200,0,1000000);5.1.2 AM調(diào)制程序如下：t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅A2=3; %已調(diào)信號(hào)振幅f=3000; %載波信號(hào)頻率w0=2*f*pi;m=0.15; %調(diào)制度mes=A1*cos(0.001*w0*t); %消調(diào)制信號(hào)Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號(hào) subplot(2,1,1);p

12、lot(t,Uam);grid on;title(AM調(diào)制信號(hào)波形);subplot(2,1,2);Y3=fft(Uam); % 對(duì)AM已調(diào)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y3),grid;title(AM調(diào)制信號(hào)頻譜);axis(5950,6050,0,500000); 5.2 AM調(diào)制方式的Matlab-simulink仿真打開SImuilink，點(diǎn)擊新建文件，在文件夾中加入元器件，連線，并創(chuàng)建模型文件。 5.2.1仿真框圖 AM調(diào)制Simulink仿真框圖如圖5.2.1所示：圖5.2.1 AM調(diào)制Simulink仿真框圖圖5.2.1中的Sine Wave Function1和Sin

13、e Wave Function2模塊分別產(chǎn)生發(fā)送端和接收端的載波信號(hào)，角頻率c都設(shè)為60rad/s，調(diào)幅系數(shù)為；調(diào)制信號(hào)m(t)由Sine Wave Function模塊產(chǎn)生，其為正弦信號(hào)，角頻率為5rad/s，幅度為1V；直流分量A0由Constant模塊產(chǎn)生，為1V；低通濾波器模塊的截止角頻率設(shè)為6rad/s。此處Sine Wave Function2、product1和低通濾波器為下節(jié)解調(diào)過程所用，故未連接示波器。參數(shù)設(shè)定如圖5.2.2至圖5.2.4所示。圖5.2.2 低通濾波器截止角頻率參數(shù)設(shè)置圖5.2.3 調(diào)制信號(hào)角頻率參數(shù)設(shè)置圖5.2.4 發(fā)送端、接收端的載波信號(hào)Sine Wave

14、 Function1、Sine Wave Function2角頻率參數(shù)設(shè)置5.3 AM解調(diào)方式Matlab仿真5.3.1濾波前AM解調(diào)信號(hào)波形程序如下：t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅A2=3; %已調(diào)信號(hào)振幅f=3000; %載波信號(hào)頻率w0=2*f*pi;m=0.15; %調(diào)制度k=0.5 ; %DSB 前面的系數(shù)mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號(hào)Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號(hào)Dam=Uam.*cos(w0*t); %對(duì)AM調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)subplot(2,1,1

15、);plot(t,Dam);grid on;title(濾波前AM解調(diào)信號(hào)波形);subplot(2,1,2);Y5=fft(Dam); % 對(duì)AM解調(diào)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y5),grid;title(濾波前AM解調(diào)信號(hào)頻譜);axis(187960,188040,0,200000);5.3.2 AM調(diào)制信號(hào)解調(diào)程序如下：clearclcclose all;t=0:0.01:2*pi;y0=2(1/2)*cos(2*pi*t);y1=(2+2(1/2)*cos(2*pi*t); %信源頻率為1Hz的余弦y2=cos(2*pi*10*t); %載波10Hzy3=y1.*y2;

16、%已調(diào)信號(hào)y4=y3.*y2; %同步解調(diào)，與載波相乘figure(1);b,a=cheby1(12,0.5,100/500); %切比雪夫?yàn)V波器y5=filter(b,a,y4); %濾波y6=y5*2;figure(1);subplot(5,1,1);plot(y0); %畫出信源的圖形title(余弦信號(hào));subplot(5,1,2);plot(y2); %畫出載波圖形title(載波信號(hào));subplot(5,1,3);plot(y3); %畫出已調(diào)信號(hào)的信號(hào)圖形title(調(diào)制信號(hào));subplot(5,1,4);plot(y4);title(相干解調(diào)信號(hào));subplot(5,1

17、,5);plot(y5); %畫出解調(diào)信號(hào)的圖形title(解調(diào)信號(hào));N=100;t=0:0.01:1;T=1;Pxx=(abs(fftshift(fft(y5).2)/T);f=-length(Pxx)/2:length(Pxx)/2-1figure(2);plot(f,Pxx);title(解調(diào)信號(hào)的功率譜密度);xlabel(頻率);ylabel(功率（dB）);grid on;5.4 AM解調(diào)方式的Matlab-simulink仿真5.4.1 仿真框圖圖5.4.1 AM解調(diào)方式Simulink仿真框圖圖5.4.1中的Sine Wave Function1和Sine Wave Func

18、tion2模塊分別產(chǎn)生發(fā)送端和接收端的載波信號(hào)，角頻率c都設(shè)為60rad/s，調(diào)幅系數(shù)為；調(diào)制信號(hào)m(t)由Sine Wave Function模塊產(chǎn)生，其為正弦信號(hào)，角頻率為5rad/s，幅度為1V；直流分量A0由Constant模塊產(chǎn)生，為1V；低通濾波器模塊的截止角頻率設(shè)為6rad/s。6.結(jié)果分析通過理論與編程實(shí)踐，我完成了這次設(shè)計(jì)的任務(wù)，其運(yùn)行結(jié)果如圖所示：用Matlab運(yùn)行5.1.1程序結(jié)果如圖6.1所示：圖6.1 載波信號(hào)波形用Matlab運(yùn)行5.1.2 AM調(diào)試程序結(jié)果如圖6.2所示：圖6.2 AM調(diào)制信號(hào)波形運(yùn)行5.2.1模型，AM調(diào)制Simulink仿真輸出波形如圖6.3所示：圖6.3 AM調(diào)制Simulink仿真輸出波形用Matlab運(yùn)行5.3.1程序，結(jié)果如圖