電信畢業(yè)設計

1、隨著現代電子技術的發(fā)展，通信技術正向著數字化、網絡化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。隨著科學技術的進步，人們對通信的要求越來越高，各種技術會不斷地應用于通信領域，各種新的通信業(yè)務將不斷地被開發(fā)出來。通信技術，特別是數字通信技術近年來發(fā)展非常迅速，它的應用越來越廣泛。通信從本質上來講就是實現信息傳遞功能的一門科學技術，它要將大量有用的信息無失真，高效率地進行傳輸，同時還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。當今的通信不僅要有效地傳遞信息，而且還有儲存、處理、采集及顯示等功能，通信已成為信息科學技術的一個重要組成部分。通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術設備和傳輸媒質的總和，包括信息源、發(fā)送設備、

2、信道、接收設備和信宿(受信者)。通信系統(tǒng)可分為數字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)3。1.2 模擬調制及其意義最常用和最重要的模擬調制方式是用正弦波作為載波的幅度調制和角度調制。常見的調幅，雙邊帶和單邊帶調制就是幅度調制的幾個典型實例?；鶐盘枌d波調制是為了實現下列一個或多個目標：第一，在無線傳輸中，信號是以電磁波的形式輻射到空間的。為了獲得較高的輻射率，天線的尺寸必須與發(fā)射信號的波長相比擬4。而基帶信號包含較低頻率分量的波長較長，致使天線過長而難以實現。例如，天線長度一般應大于四分之一波長，對于3000Hz的基帶信號，如果不通過載波而直接耦合到天線發(fā)送

3、，則需要尺寸為25km的天線。顯然，這是無法實現的。但若通過調制，把基帶信號頻譜搬移至較高的載波頻率上，是已調信號頻譜與新到的帶通特性相匹配，這樣就可以提高傳輸性能，以較小的發(fā)送功率和較短的天線來輻射電磁波。如在GSM體制移動通信使用的9000MHz頻段，所需天線尺寸僅為8cm。第二，把多個基帶信號搬移到不同的載頻處，以實現信道的多路復用，提高信道利用率。第三，擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾，抗衰落能力，還可以實現信號帶寬與傳輸信噪比之間的轉換。因此，調制對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有著很大的作用和影響。采用什么樣的調制方式將直接影響著通信系統(tǒng)的性能5。1.3 Simulink簡介Simulink

4、是MATLAB提供的用于動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的工具包。Smiulink提供了專門用于顯示輸出信號的模塊，可以在仿真過程中隨時觀察仿真結果。同時，通過Smiulink的存儲模塊，仿真數據可以方便地以各種形式保存在工作區(qū)或文件中，供用戶在仿真結束之后對數據進行分析和處理。另外，Simulink把具有特定功能的代碼組織成模塊的方式，并且這些模塊可以組織成具有等級結構的子系統(tǒng)，因此具有內在的模塊化設計要求。基于上述優(yōu)點，Simulink成為一種通用的仿真建模工具，廣泛應用于通信系統(tǒng)仿真、數字信號處理、模糊邏輯、神經網絡、機械控制和虛擬現實等領域6。根據輸出信號與輸入信號的關系，Simulink

5、提供3種類型的模塊:連續(xù)模塊、離散模塊和混合模塊。連續(xù)模塊是指輸出信號隨著輸入信號發(fā)生連續(xù)變化的模塊，離散模塊則是輸出信號以固定間隔變化的模塊。對于連續(xù)模塊，Smiulink采用積分方式計算輸出信號的數值，因此，連續(xù)模塊主要涉及導數的計算及其積分。離散模塊的輸出信號在下一個抽樣時刻到來之前保持恒定，這時候Smiulnik只需以一定的間隔計算輸出信號的數值?；旌夏K是根據輸入信號的類型來確定輸出信號類型的，它既能夠產生連續(xù)輸出信號，也能夠產生離散輸出信號7。Simulink仿真有以下特點：（1）交互建模Simulink提供了大量的功能模塊，方便用戶快速地建立動態(tài)系統(tǒng)模型，建模時只需要使用鼠標拖放

6、庫中的功能模塊并將它們連接起來。用戶可以通過將模塊組成子系統(tǒng)建立多級模型。對塊和連接的數目沒有限制。（2）交互仿真Simulink框圖提供了交互性很強的非線性仿真環(huán)境。用戶可以通過下拉菜單執(zhí)行仿真，或使用命令行進行批處理。仿真結果可以在運行的同時通過示波器或圖形窗口顯示。有了Simulink，用戶可以在仿真的同時，采用交互或批處理的方式，方便地更換參數來進“What-if”分析。（3）能夠擴充和定制Simulink的開放式結構允許用戶擴展仿真環(huán)境的功能：采用MATLAB，Fortran和C代碼生成自定義塊庫，并擁有自己的圖標和界面；然后將用戶原有的Fortran或C編寫的代碼連接進來。（4）與

7、MATLAB和工具箱集成由于Simulink可以直接利用MATLAB的數學、圖形和編程功能，用戶可以直接在Simulink下完成諸如數據分析、過程自動化、優(yōu)化參數等工作。工具箱提供的高級的設計和分析能力可以通過Simulink的屏蔽手段在仿真過程中執(zhí)行。（5）專用模型庫（Blocksets）Simulink的模型庫可以通過專用元件集進一步擴展。DSP Blockset可以用于DSP算法的開發(fā)。Fixed-Point Blockset擴展了Simulink，用于建立和模擬數字控制系統(tǒng)和數字濾波器8。2 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。系統(tǒng)中需要兩種變換。首先，發(fā)送

8、端的連續(xù)消息要變換成原始電信號，接收端收到的信號要反變換成原來的連續(xù)消息。由于原始電信號通常具有很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，因此常常需要有第二種變換：將原始電信號變換成其頻帶適合信道傳輸的信號，并在接收端進行反變換。這種變換和反變換通常稱為調制和解調。經過調制后的信號稱為已調信號，有三個基本特征：一是攜帶有效信息；二是適合在信道中傳輸；三是信號的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠離零頻9。已調信號又稱頻帶信號。原始電信號又稱基帶信號，其基本特征是：頻譜從零頻附近開始，如語音信號為3003400Hz，圖像信號為06MHz。需要指出的是：消息從發(fā)送端到接收端的傳遞過程中，不僅僅只有上述兩種變換，實

9、際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。模擬通信系統(tǒng)模型如圖1所示：模擬信息源噪聲源調制器信道解調器受信者圖1 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)的發(fā)送端包括信號調制和多址接入兩部分。多址接入是一種共享技術，依靠信號的按序發(fā)送，多個終端可以共享同一個信道資源。模擬通信系統(tǒng)的接收端包括信號濾波器組和信號解調兩部分10。3 模擬調制解調的原理模擬調制在通信系統(tǒng)中的作用至關重要，它的主要作用和目的是：（1）將基帶信號（調制信號）變換成適合在信道中傳輸的已調信號；（2）實現信道的多路復用；（3）改善系統(tǒng)的抗噪聲性能。所謂調制，是指按調制信號的變化規(guī)律去控制高頻載波的某個參數的過程。根據正弦載波

10、受調參數的不同，模擬調制分為：幅度調制和角度調制。幅度調制是指高頻載波的振幅按照基帶信號振幅瞬時值變化規(guī)律而變化的調制方式。它是一種線性調制。角度調制是指高頻載波的頻率或相位按照基帶信號的變化規(guī)律而變化的一種調制方式。它是一種非線性調制11。3.1 AM調制解調的原理AM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。的時域和頻域的表達式分別為：AM信號的解調是把接收到的已調信號還原為調制信號。 AM信號的解調方法有兩種：相干解調和包絡檢波解調12。AMAM信號波形的包絡與輸入基帶信號成正比，故可以用包絡檢波的方法恢復原始調制信號。包絡檢波器一般由半波或全波整流器和低

11、通濾波器組成。3.2 DSB調制解調的原理在幅度調制的一般模型中，調制信號中無直流分量，則輸出的已調信號就是無載波分量的雙邊帶調制信號（DSB）。SSB調制分為濾波法和相移法。濾波法SSB調制原理中的為單邊帶濾波器。產生SSB信號最直觀方法的是，將設計成具有理想高通特性或理想低通特性的單邊帶濾波器，從而只讓所需的一個邊帶通過，而濾除另一個邊帶。產生上邊帶信號時即為，產生下邊帶信號時即為 14。濾波法SSB調制的頻域表達式為： (5)相移法SSB調制時域表達式如下。式中，“”對應上邊帶信號，“+”對應下邊帶信號，表示把的所有頻率成分均相移，稱是的希爾伯特變換15。 （6）4 模擬通信系統(tǒng)的Sim

12、ulink仿真及結果顯示4.1 AM模擬通信系統(tǒng)的仿真及結果顯示4.1.1 AM相干解調（1）仿真框圖圖2 AM相干解調仿真框圖（2）參數設置信源參數參數：幅度1，頻率10rad/s載波參數：幅度1，頻率100rad/sBPF參數：下限頻率90rad/s，上限頻率110rad/sLPF參數：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數：均值0，標準差0.01（3）仿真結果圖3 AM相干解調波形4.1.2 AM包絡檢波解調（1）仿真框圖圖4 AM包絡檢波解調仿真框圖（2）參數設置信源參數：幅度1，頻率10rad/s載波參數：幅度1，頻率100rad/sBPF參數：下限頻率90rad/s，上限頻率110

13、rad/sLPF參數：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數：均值0，標準差0.01全波整流器參數參數：下限0，上限inf（3）仿真結果圖5 AM包絡檢波解調波形4.2 DSB模擬通信系統(tǒng)的仿真及結果顯示(1)仿真框圖圖6 DSB仿真框圖（2）參數設置信源參數參數：幅度1，頻率10rad/s載波參數：幅度1，頻率100rad/sBPF參數：下限頻率90rad/s，上限頻率110rad/sLPF參數：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數：均值0，標準差0.01（3）仿真結果圖7 DSB解調波形4.3 SSB模擬通信系統(tǒng)的仿真及結果顯示濾波法USB(1)仿真框圖圖8濾波法USB仿真框圖（2）參數

14、設置信源參數參數：幅度1，頻率10rad/s載波參數：幅度1，頻率100rad/sUSB的BPF參數：下限頻率100rad/s，上限頻率110rad/sLPF參數：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數：均值0，標準差0.01（3）仿真結果圖9濾波法USB解調波形濾波法LSB(1)仿真框圖圖10濾波法LSB仿真框圖（2）參數設置信源參數參數：幅度1，頻率10rad/s載波參數：幅度1，頻率100rad/sLSB的BPF參數：下限頻率90rad/s，上限頻率100rad/sLPF參數：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數：均值0，標準差0.01（3）仿真結果圖11濾波法LSB解調波形相移法US

15、B(1)仿真框圖圖12相移法USB仿真框圖（2）參數設置信源參數參數：幅度1，頻率10rad/s信源的希爾伯特變換參數：幅度1，頻率10rad/s，相位3*pi/2載波參數：幅度1，頻率100rad/sUSB的BPF參數：下限頻率100rad/s，上限頻率110rad/sLPF參數：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數：均值0，標準差0.01（3）仿真結果圖13相移法USB解調波形相移法LSB(1)仿真框圖圖14相移法LSB仿真框圖（2）參數設置信源參數參數：幅度1，頻率10rad/s信源的希爾伯特變換參數：幅度1，頻率10rad/s，相位3*pi/2載波參數：幅度1，頻率100rad/sL

16、SB的BPF參數：下限頻率90rad/s ，上限頻率100rad/sLPF參數：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數：均值0，標準差0.01（3）仿真結果圖15相移法LSB解調波形5性能分析從波形圖可以看出，不論是AM、SSB、DSB，由于系統(tǒng)模型經歷多個模塊，會造成一定的時延。解調過后的信號波形不僅有相位的延遲，而且在幅度上也低于信源波形。AM解調時，應注意濾除直流分量，AM相干解調減去的直流分量與計算結果相符，然而AM包絡檢波需要減去一個工程值，這個數值并非計算所能得出，需要進行仿真嘗試得出。（1）（2）相干解調的關鍵（3）包絡檢波解調電路簡單，特別是接收端不需要與發(fā)送端同頻同相位的載波

17、信號，大大降低實現難度。（4）相移法形成SSB信號的困難在于寬帶相移網絡的制作，該網絡要對調制信號的所有頻率分量嚴格相移，這一點即使近似達到也是困難的。（5）系統(tǒng)存在延遲，且解調后信號幅度變小，最好能對其進行放大。（6）高斯白噪聲模塊只能模擬噪聲，而不能完全替代信號環(huán)境，可以考慮使用信道模塊進行替換。6結論經過本次畢業(yè)設計，我深深感到模擬通信系統(tǒng)仿真這一領域要探討的內容還非常多，自己探討的內容在很多地方還需要不斷改進，有以下兩個方面是可以繼續(xù)改進或深入分析的：（1）本文在深刻理解模擬通信系統(tǒng)理論的基礎上設計了具體的仿真模型，但是這些模型主要是針對模擬通信系統(tǒng)某一方面的性能而設計的，雖然能說明一

18、定問題，但整體規(guī)模比較小，今后應該按照協議的規(guī)范，構建較大規(guī)模、較復雜的通信系統(tǒng)仿真模型。（2）本文所使用的仿真軟件是具有可視化、模塊化等特性的仿真工具Simulink。在Simulink中，仿真模型表現為若干仿真模塊的集合以及這些模塊之間的連接關系，使得仿真的設計和分析過程變得相對直觀和便捷，同時有利于仿真模型的擴充。但還有其他仿真性能優(yōu)異的仿真軟件，所以，在今后設計仿真模型時，可利用多種仿真軟件，發(fā)揮各個仿真軟件的長處，使得系統(tǒng)仿真效果更好。參考文獻：1 沈振元，聶志泉，趙學荷通信系統(tǒng)原理M西安：西安電子科技大學出版社，1993：63-672 樊昌信通信原理教程M北京：電子工業(yè)出版社，20

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