AM調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿

1、amam 調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿仿摘摘要要本課程設(shè)計(jì)主要利本課程設(shè)計(jì)主要利用用 matlabmatlab 集成環(huán)境下的集成環(huán)境下的 simulinksimulink 仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)一仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè) amam 調(diào)制與相干解調(diào)通信系統(tǒng)，分別在理想信道和非調(diào)制與相干解調(diào)通信系統(tǒng)，分別在理想信道和非理想信道中運(yùn)行，并把運(yùn)行仿真結(jié)果輸入顯示器，根理想信道中運(yùn)行，并把運(yùn)行仿真結(jié)果輸入顯示器，根據(jù)顯示結(jié)果分析所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能。經(jīng)過調(diào)制，初步據(jù)顯示結(jié)果分析所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能。經(jīng)過調(diào)制，初步實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，并且經(jīng)過適當(dāng)?shù)耐晟坪?，?shí)驗(yàn)成實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，并且經(jīng)過適當(dāng)?shù)耐晟坪螅瑢?shí)驗(yàn)成功。功。關(guān)鍵詞

2、 simulink；仿真；am 調(diào)制；相干解調(diào)1 引言本課程設(shè)計(jì)是在 matlab 集成環(huán)境下，設(shè)計(jì)一個(gè) am 調(diào)制與相干解調(diào)通信系統(tǒng)，并在 simulink 平臺(tái)上仿真，并把運(yùn)行仿真結(jié)果輸入顯示器，拿解調(diào)輸出的波形與基帶信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)顯示結(jié)果分析所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能。matlab 是一種可交互式使用又能解釋執(zhí)行的計(jì)算機(jī)編程語言，利用簡(jiǎn)單的命令，能快速完成其他高級(jí)語言只有通過復(fù)雜編程才能實(shí)現(xiàn)的數(shù)值運(yùn)算和圖形顯示。simulink 是建立在matlab 基礎(chǔ)上的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具。利用 matlab 工具箱可以快速完成各類數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算和數(shù)據(jù)可視化等任務(wù)，可以解決有關(guān)線性代數(shù)、矩陣分析、微積分

3、、微分方程、信號(hào)與系統(tǒng)、信號(hào)分析與處理、系統(tǒng)控制等領(lǐng)域的問題；利用simulink 機(jī)器模塊庫，則能夠方便地創(chuàng)建各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模型并進(jìn)行仿真，可以用來仿真線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、連續(xù)和離散的混合系統(tǒng)、多速率采樣系統(tǒng)以及單任務(wù)或多任務(wù)的離散事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。通過 simulink，用戶可以快速的構(gòu)建和運(yùn)行仿真模型，根據(jù)仿真結(jié)果分析系統(tǒng)性能，并且從中分離出影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，找出最優(yōu)的系統(tǒng)配置方案。1.1 課程設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)一個(gè) am 調(diào)制與相干解調(diào)通信系統(tǒng)，分別在理想信道和非理想信道中運(yùn)行，并把運(yùn)行仿真結(jié)果輸入顯示器，根據(jù)顯示結(jié)果分析所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能【1】。1.2 課程設(shè)計(jì)的要求

4、（1）構(gòu)建調(diào)制電路，并用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形，用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化。（2）再以調(diào)制信號(hào)為輸入，構(gòu)建解調(diào)電路，用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形，用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化。（3）在調(diào)制與解調(diào)電路間加上噪聲源，模擬信號(hào)在不同信道中的傳輸：a 用高斯白噪聲模擬有線信道，b 用瑞利噪聲模擬有直射分量的無線信道，c 用萊斯噪聲模擬無直射分量的無線信道。將三種噪聲源的方差均設(shè)置為 0.1，分析比較通過三種不同信道后的接收信號(hào)的性能。（4）在老師的指導(dǎo)下，要求獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容，并按要求編寫課程設(shè)計(jì)學(xué)年論文，能正確闡述和分析設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1 .3 設(shè)計(jì)平臺(tái)s

5、imulink 是 matlab 環(huán)境下的一部分，它通過使用框圖的方式編輯建模，比較直觀。simulink 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【2】。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

6、理論和數(shù)字信號(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【3】。simulink 是一種可視化工具。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

7、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。2 設(shè)計(jì)原理2.1am 調(diào)制原理幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化的過程。幅度調(diào)制器的一般模型如圖 2.1 所示。圖 2.1 幅度調(diào)制模型在圖 2-1 中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（1），調(diào)制信號(hào)疊加直流后再與載波相乘，則輸出的信號(hào)就是常規(guī)雙邊帶（am）調(diào)幅 .am 調(diào)制器模型如圖2-2 所示圖 2.2 am 調(diào)制模型am 信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。 但為了保證包絡(luò)檢波時(shí)不發(fā)生失真，必須滿足，否則將出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象

8、而帶來失真。am 信號(hào)的頻譜是由載頻分量和上、下兩個(gè)邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息。故 am 信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬信號(hào)帶寬的兩倍。2.2 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)。3 設(shè)計(jì)步

9、驟3.1 構(gòu)建 am 調(diào)制與相干解調(diào)框圖按照課程設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，以及 am 信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理，在仿真模型窗口選擇合適的器件并在模塊中畫出 am 調(diào)制和解調(diào)的電路級(jí)框圖，如圖 3.1 所示，并創(chuàng)建模型文件。圖 3.1 am 調(diào)制和相干解調(diào)電路框圖3.2 模型文件的參數(shù)配置將電路圖連好后，依次對(duì)各模塊和器件進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)配置。在進(jìn)行 am 調(diào)制時(shí)，根據(jù)實(shí)際要求分別要對(duì)基帶信號(hào)，直流信號(hào)，載波信號(hào),基帶信號(hào)的功率譜密度與調(diào)制信號(hào)的功率譜密度參數(shù)進(jìn)行設(shè)置?；鶐盘?hào)的的參數(shù)設(shè)置如圖 3.2 所示。圖 3.2 基帶信號(hào)參數(shù)設(shè)置圖載波信號(hào)參數(shù)設(shè)置如圖 3.3 所示圖 3.3 載波信號(hào)參數(shù)設(shè)置圖低通濾波器參

10、數(shù)設(shè)置如圖 3.4 所示圖 3.4 低通濾波器參數(shù)設(shè)置圖3.4 仿真與結(jié)果分析接下來就是對(duì)構(gòu)建的系統(tǒng)進(jìn)行仿真。運(yùn)行完后，可以通過示波器和功率譜模塊觀察調(diào)制和解調(diào)結(jié)果。在理想信道時(shí)的調(diào)制波形圖如圖 3.5 所示。圖 3.5am 調(diào)制波形圖上圖中，第一路為基帶信號(hào)，第二路為 am 調(diào)制信號(hào)，第三路為 am 調(diào)制信號(hào)。從圖中可以看出，am 波的包絡(luò)與基帶信號(hào)的形狀完全一致。調(diào)制后的波形符合理論課中描述的波形，調(diào)制電路設(shè)計(jì)成功。解調(diào)后的電路圖如圖 3.6 所示。圖 3.6am 解調(diào)信號(hào)圖在上圖種，第一路為解調(diào)后的信號(hào)，第二路為基帶信號(hào)，由圖形可以看出調(diào)制信號(hào)經(jīng)過包絡(luò)解波后能恢復(fù)成原始輸入信號(hào)。第三路為

11、加入了高斯噪聲后的解調(diào)信號(hào)，第四路為加入了萊斯噪聲后的解調(diào)信號(hào)，第五路為加入了瑞利噪聲后的解調(diào)信號(hào).由上圖可以看出，加入噪聲后對(duì)解調(diào)信號(hào)有影響，其中高斯噪聲對(duì)信號(hào)的影響最大。在設(shè)計(jì)的過程中，還用到了功率譜分析模塊，對(duì)基帶信號(hào)，am 調(diào)制信號(hào)和解調(diào)信號(hào)進(jìn)行了分析，am 調(diào)制功率密度譜如圖 3.7，基帶信號(hào)功率密度譜如圖 3.8，解調(diào)信號(hào)功率密度譜如圖 3.9 所示。3.7am 調(diào)制功率密度譜圖圖 3.8 基帶信號(hào)功率密度譜圖 3.9 解調(diào)信號(hào)功率密度譜由調(diào)制前的的基帶信號(hào)的波形與頻譜圖（功率、頻率、相位）與解調(diào)之后的解調(diào)信號(hào)的波形與頻譜圖的比較知基帶信號(hào)被正常解調(diào)出來了，該 am 調(diào)制與相干解調(diào)

12、電路系統(tǒng)通過仿真之后達(dá)到了理論的要求，從改波形與頻譜圖可以得出調(diào)制前的波形在通過相干解調(diào)之后能夠還原到原來的波形。4 出現(xiàn)的問題及解決方法（1） 第一次接觸 simulink，對(duì)軟件不熟悉，很多模塊找不到，為此花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力。后面，去圖書館借了本專業(yè)的書籍進(jìn)行參考，經(jīng)過一個(gè)下午的學(xué)習(xí)，終于熟悉了 simulink，現(xiàn)在已能迅速找到相關(guān)模塊了。（2） 對(duì)于參數(shù)的設(shè)置不能正確的把握，結(jié)果有時(shí)導(dǎo)致圖像很粗糙或者不完整，特別是低通濾波器的參數(shù)影響著最后的結(jié)果。在老師的幫助下，在老師的幫助下，我明白了各種參數(shù)設(shè)置的原理，然后設(shè)置好了各個(gè)參數(shù)。（3） 在加完噪聲后，檢測(cè)噪聲對(duì)信號(hào)的影響，在示波器上

13、觀察，沒有看到明顯的變化，最后加上一個(gè)誤差分析儀，測(cè)試誤差。5 結(jié)束語經(jīng)過兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，我有了很大的感受。不同于平時(shí)的學(xué)習(xí)，做作業(yè)，課程設(shè)計(jì)每個(gè)人都有一個(gè)自己的題目，完全得靠自己，不能有依賴心理。剛開始做設(shè)計(jì)之前，心里有點(diǎn)忐忑不安，不知道這課程設(shè)計(jì)是什么樣子的。拿到題目后，我一看，是“am 的調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿真”，心里覺得還好，內(nèi)容都是上課學(xué)過的，只是對(duì)于應(yīng)用軟件一竅不通，心里有點(diǎn)怕，老師就安慰我們，說這的個(gè)基本上還是比較容易，只要用心做。我去圖書館借了書，熟悉了軟件后，就開始設(shè)計(jì)了。我先找出了相應(yīng)的模塊，再連好線，設(shè)好參數(shù)，就仿真出來了。只是開始不知道參數(shù)應(yīng)該怎么設(shè)置沖的，在那里折騰了蠻久，后面還是請(qǐng)教了下老師才輕松的解決了。后面我才發(fā)現(xiàn)，其實(shí)我們這個(gè)設(shè)計(jì)真的不難，只要稍微看些資料，然后有不懂的積極問老師就行了。這幾年學(xué)習(xí)里，學(xué)了幾門專業(yè)課，雖然都是屬于我們專業(yè)的學(xué)科，但是總覺得它們之間聯(lián)系不是很大。但是通過這課程設(shè)計(jì)，我才發(fā)現(xiàn)，各科知識(shí)的聯(lián)系平時(shí)是沒那么容易感受出來，只有真正應(yīng)用的時(shí)候才能發(fā)現(xiàn)是聯(lián)系的多么緊密。所以，以后一定要