AM調制系統(tǒng)仿真解析

1、指導教師對學生在課程設計中的評價評分項目優(yōu)良中及格不及格課程設計中的創(chuàng)造性成果學生掌握課程內容的程度課程設計完成情況課程設計動手能力文字表達學習態(tài)度規(guī)范要求課程設計論文的質量指導教師對課程設計的評定意見綜合成績 指導教師簽字 2014年1月10日AM調制系統(tǒng)仿真 摘 要 本課程設計主要利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺，設計一個AM調制通信系統(tǒng)，分別在理想信道和非理想信道中運行，并把運行仿真結果輸入顯示器，根據顯示結果分析所設計的系統(tǒng)性能。經過調制，初步實現了設計目標，并且經過適當的完善后，實驗成功。關鍵詞 Simulink；仿真；AM調制；相干解調 1 引言本課程設計是在M

2、ATLAB集成環(huán)境下，設計一個AM調制通信系統(tǒng)，并在Simulink平臺上仿真，并把運行仿真結果輸入顯示器，拿解調輸出的波形與基帶信號進行比較，根據顯示結果分析所設計的系統(tǒng)性能。MATLAB是一種可交互式使用又能解釋執(zhí)行的計算機編程語言，利用簡單的命令，能快速完成其他高級語言只有通過復雜編程才能實現的數值運算和圖形顯示。Simulink是建立在MATLAB基礎上的動態(tài)系統(tǒng)仿真工具。利用MATLAB工具箱可以快速完成各類數值計算、符號計算和數據可視化等任務，可以解決有關線性代數、矩陣分析、微積分、微分方程、信號與系統(tǒng)、信號分析與處理、系統(tǒng)控制等領域的問題；利用Simulink機器模塊庫，則能夠方

3、便地創(chuàng)建各種動態(tài)系統(tǒng)的模型并進行仿真，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)以及單任務或多任務的離散事件驅動系統(tǒng)。通過Simulink，用戶可以快速的構建和運行仿真模型，根據仿真結果分析系統(tǒng)性能，并且從中分離出影響系統(tǒng)性能的關鍵因素，找出最優(yōu)的系統(tǒng)配置方案。1.1課程設計目的設計一個AM調制通信系統(tǒng)，分別在理想信道和非理想信道中運行，并把運行仿真結果輸入顯示器，根據顯示結果分析所設計的系統(tǒng)性能。本課程設計課題主要研究AM 調制與解調模擬系統(tǒng)的理論設計和軟件仿真方法。通過完成本課題的設計，擬主要達到以下幾個目的： (1)掌握模擬系統(tǒng)AM 調制與

4、解調的原理； (2)掌握AM 調制與解調模擬系統(tǒng)的理論設計方法； (3)掌握應用MATLAB分析系統(tǒng)時域、頻域特性的方法，進一步鍛煉應用Matlab進行編程仿真的能力； (4)熟悉基于Simulink的動態(tài)建模和仿真的步驟和過程； 1.2課程設計的要求（1）構建調制電路，并用示波器觀察調制前后的信號波形，用頻譜分析模塊觀察調制前后信號頻譜的變化。（2）再以調制信號為輸入，構建解調電路，用示波器觀察調制前后的信號波形，用頻譜分析模塊觀察調制前后信號頻譜的變化。（3）在調制與解調電路間加上噪聲源，模擬信號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

5、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置為0.1，分析比較通過三種不同信道后的接收信號的性能。 （4）在老師的指導下，要求獨立完成課程設計的全部內容，并按要求編寫課程設計學年論文，能正確闡述和分析設計和實驗結果。1.3設計任務及技術指標(1）設計實現AM調制與解調的模擬系統(tǒng)，給出系統(tǒng)的原理框圖,對系統(tǒng)的主要參數進行設計說明。 (2）采用Matlab語言設計相關程序,實現系統(tǒng)的功能，要求采用兩種方式進行仿真，即直接采用Matlab語言編程的靜態(tài)仿真方式、采用Simulink進行動態(tài)建模和仿真的方式。要求采用兩種以上調制信號源進行仿真，并記錄系統(tǒng)的各個輸出點的波形和頻譜圖。 (

6、3)采用LabVIEW進行仿真設計,實現系統(tǒng)的功能,要求給出系統(tǒng)的前面板和框圖，采用兩種以上調制信號源進行仿真，并記錄仿真結果。 (4)要求對系統(tǒng)的時域、頻域特性進行分析，并與理論設計結果進行比較分析。 (5)對系統(tǒng)功能進行綜合測試，整理數據，撰寫設計報告。1 .4設計平臺Simulink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的框圖設計環(huán)境，是實現動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中【2】。Simulink是Matlab最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系

7、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，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、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其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試【3】。Simul

8、ink是一種可視化工具。構架在Simulink基礎之上的其他產品擴展了Simulink多領域建模功能，也提供了用于設計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。Simulink與MATLAB; 緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數和測試數據的定義。 1.5 拓展部分 (1) 設計實現AM調制與解調的模擬系統(tǒng)，給出系統(tǒng)的原理框圖,對系統(tǒng)的主要參數進行設計說明,具體參數包括：載波頻率、調制信號頻率、載波大小、調制信號大小、濾波器參數等。并對所設計的系統(tǒng)進行理論分析計算。 (2)根據所設計的AM調制與解調的模擬系統(tǒng)，進行

9、基于Matlab語言的靜態(tài)仿真設計。分別實現單音調制的普通調幅方式（AM）、抑制載波的雙邊帶調制（DSB-SC）和單邊帶調制（SSB）的系統(tǒng)仿真設計，要求給出系統(tǒng)的Matlab編程仿真程序及結果，并要求寫出程序的具體解釋說明，記錄系統(tǒng)的各個輸出點的波形和頻譜圖。 要求調制信號分別采用不同類型的信號進行仿真，至少給出兩種以上調制信號源，如：單音信號、合成復雜音信號、直接錄制的模擬語音信號。 (3) 根據所設計的AM調制與解調的模擬系統(tǒng)，采用Simulink進行動態(tài)建模仿真設計。分別實現普通調幅方式（AM）、抑制載波的雙邊帶調制（DSB-SC）和單邊帶調制（SSB）的系統(tǒng)動態(tài)仿真設計，要求包括調制

10、和解調的部分，并給出采用Simulink進行動態(tài)建模仿真的系統(tǒng)方框圖，同時記錄系統(tǒng)的各個輸出點的波形和頻譜圖。 要求采用兩種以上調制信號源進行仿真，具體參數自定。載波信號頻率根據設計情況設定。 (4)根據仿真結果,對系統(tǒng)的時域、頻域特性進行分析，并與理論設計結果進行比較分析。 1.6 選作部分 (1) 根據所設計的AM調制與解調的模擬系統(tǒng)，說明具體的參數，進行基于LabVIEW環(huán)境的仿真，分別實現普通調幅方式（AM）、抑制載波的雙邊帶調制（DSB-SC）和單邊帶調制（SSB）的系統(tǒng)仿真設計，要求包括調制和解調的部分，給出系統(tǒng)的前面板和框圖，并記錄仿真結果。 (2)要求調制信號采用不同類型的信號

11、源，進行進一步的仿真，給出系統(tǒng)的前面板和框圖，并記錄仿真結果，觀察分析頻譜的變化情況。 (3) 比較分析采用以上兩種軟件環(huán)境：Matlab與LabVIEW，進行仿真的各自的特點，分析說明不同語言環(huán)境的各自優(yōu)勢。根據所設計的AM調制與解調的模擬系統(tǒng)，采用Matlab語言設計相關程序，并且利用GUI設計圖形用戶界面，完成必選部分所要求的功能。分析比較采用Matlab語言的GUI設計圖形用戶界面與采用LabVIEW進行設計的各自的特點。 2 設計原理2.1AM調制原理幅度調制是用調制信號去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調制信號的規(guī)律變化的過程。幅度調制器的一般模型如圖2.1所示。幅度調制模型在圖2-

12、1中，若假設濾波器為全通網絡（1），調制信號疊加直流后再與載波相乘，則輸出的信號就是常規(guī)雙邊帶（AM）調幅 .AM調制器模型如圖2-2所示AM調制模型AM信號波形的包絡與輸入基帶信號成正比，故用包絡檢波的方法很容易恢復原始調制信號。 但為了保證包絡檢波時不發(fā)生失真，必須滿足，否則將出現過調幅現象而帶來失真。AM信號的頻譜是由載頻分量和上、下兩個邊帶組成（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制信號的頻譜結構相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調制信號的完整信息。故AM信號是帶有載波的雙邊帶信號，它的帶寬信號帶寬的兩倍。2.2

13、 相干解調 由AM信號的頻譜可知，如果將已調信號的頻譜搬回到原點位置，即可得到原始的調制信號頻譜，從而恢復出原始信號。解調中的頻譜搬移同樣可用調制時的相乘運算來實現。相干解調的關鍵是是必須產生一個與調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，則會破壞原始信號的恢復。3設計步驟3.1構建AM調制與相干解調框圖按照課程設計的各項要求，以及AM信號的調制解調原理，在仿真模型窗口選擇合適的器件并在模塊中畫出AM調制和解調的電路級框圖。（1）打開Matlab7.0，出現下圖界面（2）打開SImuilink. (3)點擊新建文件。 在文件夾中加入元器件，連線，并創(chuàng)建模型文件。AM調制

14、解調電路框圖3.2模型文件的參數配置將電路圖連好后，依次對各模塊和器件進行相應的參數配置。在進行AM調制時，根據實際要求分別要對基帶信號，直流信號，載波信號,基帶信號的功率譜密度與調制信號的功率譜密度參數進行設置。基帶信號的的參數設置如圖所示?；鶐盘枀翟O置圖載波信號參數設置如圖所示載波信號參數設置圖低通濾波器參數設置如圖所示低通濾波器參數設置圖3.4 仿真與結果分析接下來就是對構建的系統(tǒng)進行仿真。運行完后，可以通過示波器和功率譜模塊觀察調制和解調結果。在理想信道時的調制波形圖如圖所示。 AM調制波形圖上圖中，第一路為基帶信號，第二路為AM調制信號，第三路為AM調制信號。從圖中可以看出，AM

15、波的包絡與基帶信號的形狀完全一致。調制后的波形符合理論課中描述的波形，調制電路設計成功。解調后的電路圖如圖所示。 AM解調波形圖在上圖種，第一路為解調后的信號，第二路為基帶信號，由圖形可以看出調制信號經過包絡解波后能恢復成原始輸入信號。第三路為加入了高斯噪聲后的解調信號，第四路為加入了萊斯噪聲后的解調信號，第五路為加入了瑞利噪聲后的解調信號.由上圖可以看出，加入噪聲后對解調信號有影響，其中高斯噪聲對信號的影響最大。在設計的過程中，還用到了功率譜分析模塊，對基帶信號，AM調制信號和解調信號進行了分析，AM調制功率密度譜如圖，基帶信號功率密度譜如圖，解調信號功率密度譜如圖所示。 AM調制功率密度譜

16、基帶信號功率密度譜解調信號功率密度譜由調制前的的基帶信號的波形與頻譜圖（功率、頻率、相位）與解調之后的解調信號的波形與頻譜圖的比較知基帶信號被正常解調出來了，該AM調制與相干解調電路系統(tǒng)通過仿真之后達到了理論的要求，從改波形與頻譜圖可以得出調制前的波形在通過相干解調之后能夠還原到原來的波形。4出現的問題及解決方法（1） 第一次接觸Simulink，對軟件不熟悉，很多模塊找不到，為此花費了大量的時間和精力。后面，去圖書館借了本專業(yè)的書籍進行參考，經過一個下午的學習，終于熟悉了Simulink，現在已能迅速找到相關模塊了。（2） 對于參數的設置不能正確的把握，結果有時導致圖像很粗糙或者不完整，特別

17、是低通濾波器的參數影響著最后的結果。在老師的幫助下，在老師的幫助下，我明白了各種參數設置的原理，然后設置好了各個參數。（3） 在加完噪聲后，檢測噪聲對信號的影響，在示波器上觀察，沒有看到明顯的變化，最后加上一個誤差分析儀，測試誤差。5結束語 經過兩個星期的課程設計學習，我有了很大的感受。不同于平時的學習，做作業(yè)，課程設計每個人都有一個自己的題目，完全得靠自己，不能有依賴心理。剛開始做設計之前，心里有點忐忑不安，不知道這課程設計是什么樣子的。拿到題目后，我一看，是“AM調制系統(tǒng)仿真”，心里覺得還好，內容都是上課學過的，只是對于應用軟件一竅不通，心里有點怕，老師就安慰我們，說這的個基本上還是比較容

18、易，只要用心做。我去圖書館借了書，熟悉了軟件后，就開始設計了。我先找出了相應的模塊，再連好線，設好參數，就仿真出來了。只是開始不知道參數應該怎么設置沖的，在那里折騰了蠻久，后面還是請教了下老師才輕松的解決了。后面我才發(fā)現，其實我們這個設計真的不難，只要稍微看些資料，然后有不懂的積極問老師就行了。這幾年學習里，學了幾門專業(yè)課，雖然都是屬于我們專業(yè)的學科，但是總覺得它們之間聯系不是很大。但是通過這課程設計，我才發(fā)現，各科知識的聯系平時是沒那么容易感受出來，只有真正應用的時候才能發(fā)現是聯系的多么緊密。所以，以后一定要認真學好各科專業(yè)，一門都不能懈怠。通過這一次課程設計，我了解很多關于專業(yè)的知識，以前每次學這些知識時，總是不知道這些東西具體拿來有什么用，現在才知道，幾個短短輸入信號，在有了一個簡單的電路流程后，就能仿真成我們生活中很多常見的東西?？偟膩碚f，這次課程設計過程還是比較愉快輕松的，雖然中間有過一些困難，但是在老師與同學的指點下我還是渡過了，在這里我要謝謝幫助我的老師和同學。而經過人生中的第一次課程設計，我相信我以后會越做越