线性幅度调制系统的仿真设计最终报告.docx

线性幅度调制系统的仿真设计最终报告.docx

《线性幅度调制系统的仿真设计最终报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《线性幅度调制系统的仿真设计最终报告.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

线性幅度调制系统的仿真设计最终报告

通信专业课程设计

学生姓名

指导教师

设计（论文）题目

线性幅度调制系统的仿真设计

主要研

究内容

以双线性变换法为主要研究内容，结合MATLAB进行实现

研究方法

双线性变换法，脉冲响应法

主要技术指标（或研究目标）

对MALTAB原理进行分析，用双线性变换法在MATLAB上进行仿真

主要参考文献

MATLAB/SIMULINK通信系统建模与仿真实例分析，数字信号处理与实现

目录

序言2

第1章绪论3

1.1几种常见调制解调技术3

1.2matlab仿真技术在现代通信中的应用3

第2章通信系统课程设计基本要求与题目5

第3章线性调制与解调的基本原理6

3.1幅度调制的一般模型6

3.2普通调幅（AM）的基本原理6

3.2.1AM信号的表达式、频谱及带宽6

3.2.2AM信号的解调8

3.3双边带调制（DSB）的基本原理10

3.3.1DSB信号的表达式、频谱及带宽10

3.3.2DSB信号的解调11

3.4单边带调制（SSB）的基本原理11

3.4.1SSB信号的表达式、频谱及带宽11

3.4.2SSB信号的解调13

第4章幅度调制系统的MATLAB仿真与分析14

4.1普通调幅（AM）的仿真与分析14

4.2双边带调制（DSB）的仿真与分析14

4.3单边带调制（SSB）的仿真与分析15

参考文献17

附录18

序言

在通信技术的发展中，通信系统的仿真是一个技术重点。

这次课程设计的重点就是模拟通信系统中的调制解调系统的基本原理以及仿真，并在MATLAB软件平台上的仿真实现几种常见的模拟调制方式。

最常用最重要的模拟方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。

常见的的调幅（AM）,双边带（DSB）和单边带（SSB）等调制就是幅度的几个典型实例。

在线性调制系统中，此次课程设计主要用调幅（AM）,双边带（DSB）和单边带（SSB）等调制为说明对象，从原理等方面进行分析阐述并进行仿真分析，说明其调制原理，并进行仿真分析。

利用MATLAB对模拟调制系统进行仿真，结合MATLAB模块和Simulink工具箱的实现，对仿真结果进行分析，从而能够更深入地掌握通信原理中掌握模拟调制系统的相关知识。

通常，调制可以分为模拟调制和数字调制两种方式。

在模拟调制中，调制信号的取值是连续的：

而数字调制中的调制信号的取值则为离散的。

调制在通信系统中具有重要的作用。

通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成合适于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。

调制方式往往决定了一个通信系统的性能。

第1章绪论

1.1几种常见调制解调技术

在通信系统中，信道的频段往往是有限的，而原始的通道信号的频段与信道要求的频段是不匹配的，这就要求将原始信号进行调制再进行发送。

相应的在接收端对调制的信号进行调解，恢复原始的信号，而且调制解调还可以在一定的程度上抑制噪声对通信型号的干扰。

调制解调技术按照通信信号是模拟的还是数字的可分为模拟调制调制和数字调制解调。

但不论是模拟调制解调还是数字调制解调，都是通过将通信信号的信息加载到载波的幅度、频率或者相位上，因此调制解调可有分为幅度调制、频率调制和相位调制。

模拟调制：

（1）线性调制：

AM是调幅，SSB是单边带调制，DSB是双边带调制，VSB是残留边带调制；SSB是将双边带信号的一个边带滤掉形成的；VSB是介于SSB和DSB的一种折中的调制方式，它不像SSB那样完全抑制DSB信号的一个边带，而是逐渐切割，使其残留一小部分。

（2）非线性调制：

FM是频率调制（调频）是载波的频率随时间变化，PM是相位调制（调相）是载波的相位随时间变化，由于这两种调制过程中，载波的幅度保持恒定不变，而频率和相位的变化都表现为载波瞬时相位的变化，所以把调频和调相统称为角度调制或调角。

数字调制：

ASK是振幅键控，FSK是频移键控，PSK是相移键控，DPSK是差分相移键控；ASK是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而且频率和初始相位保持不变；FSK是利用载波的频率的变化来传递数字信息；PSK是利用载波的相位变化来传递数字信息；DPSK是利用前后码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称为相对相移键控。

通信系统有不同的分类的方法，根据是否采用调制，将通信系统分为基带传输和频带传输。

基带传输是将未经频带调制的信号直接传送，调制的方式有很多。

1.2matlab仿真技术在现代通信中的应用

随着通信系统复杂性的增加,传统的手工分析与电路板试验等分析设计方法已经不能适应发展的需要,通信系统计算机模拟仿真技术日益显示出其巨大的优越性.。

计算机仿真是根据被研究的真实系统的模型,利用计算机进行实验研究的一种方法.它具有利用模型进行仿真的一系列优点,如费用低,易于进行真实系统难于实现的各种试验,以及易于实现完全相同条件下的重复试验等。

Matlab仿真软件就是分析通信系统常用的工具之一。

Matlab是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境,它用于科学和工程的计算与可视化。

Matlab的编程功能简单,并且很容易扩展和创造新的命令与函数。

应用Matlab可方便地解决复杂数值计算问题。

Matlab具有强大的Simulink动态仿真环境,可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。

Simulink支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统,也支持多种采样速率的多速率系统;Simulink为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,它与传统的仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比,更直观、方便和灵活。

用户可以在Matlab和Simulink两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。

用于实现通信仿真的通信工具包（Communicationtoolbox,也叫Commlib,通信工具箱）是Matlab语言中的一个科学性工具包,提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统设计和分析的功能,可以在Matlab环境下独立使用,也可以配合Simulink使用。

另外，Matlab的图形界面功能GUI（GraphicalUserInterface）能为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作。

因此，Matlab在通信系统仿真中得到了广泛应用，本文也选用该工具对数字调制系统进行仿真。

第2章通信系统课程设计基本要求与题目

基于Matlab的通信系统课程设计要求

要求：

1.建立通信系统的数学模型

根据通信系统的基本原理，确定总的系统功能，将各部分功能模块化，并找出各部分之间的关系，画出系统框图

2.熟悉仿真工具，采用m编程或Simulink模块化设计，组建通信系统

首先新建一个m文件，再根据系统原理框图画出软件实现流程图，然后根据流程编写相应程序，最后对代码进行修正优化，最终实现系统功能

3.根据系统新能指标，设置和调整各模块参量及初始变量值

4.实现系统运行仿真，观察分析结果（计算的数据，显示的图形）

线性幅度调制系统的仿真设计

指标要求：

（1）信源为fm=1Hz,Am=1V的余弦信号，载波fc=10Hz

（2）根据线性幅度调制原理，确定调制系统设计方案

（3）画出AM,DSB,SSB调制解调信号时域波形和频谱图

（4）对数据结果进行分析

第3章线性调制与解调的基本原理

3.1幅度调制的一般模型

幅度调制时用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。

幅度调制器的一般模型如图所示：

图4-1-1幅度调制器的一般模型

图中，

为调制信号，

为已调信号，

为滤波器的冲激响应，则已调信号的时域和频域一般表达式分别为

（3-1）

式中，

为调制信号

的频谱，

为载波角频率。

由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。

由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统。

在上图的一般模型中，适当选择滤波器的特性

，便可得到各种幅度调制信号，例如：

常规普通调幅（AM）、双边带调幅（DSB）、单边带调制（SSB）等。

3.2普通调幅（AM）的基本原理

3.2.1.AM信号的表达式、频谱及带宽

在上图中，若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号叠加直流后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带调幅（AM）信号。

AM调制器模型如下图所示。

图4-2-1AM调制器模型

AM信号的时域和频域表达式分别为

式中，

为外加的直流分量；

可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即

，

AM信号的典型波形和频谱分别如下图（a）、（b）所示，图中假定调制信号

的上限频率为

。

显然，调制信号

的带宽为

。

图4-2-2AM信号的典型波形和频谱图

由图（a）可见，AM信号波形的包络与输入基带信号

成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。

但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足

，否则将出现过调幅现象而带来失真。

由它的频谱图可知，AM信号的频谱

是由载频分量和上、下两个边带组成（通常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带）。

上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。

显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。

故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即

式中，

为调制信号

的带宽，

为调制信号的最高频率。

3.2.2.AM信号的解调

  调制过程的逆过程叫做解调。

AM信号的解调是把接收到的已调信号

还原为调制信号

。

AM信号的解调方法有两种：

相干解调和包络检波解调。

1）相干解调

  由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。

解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。

相干解调的原理框图

图4-2-3相干解调原理图

将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得

由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号

相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。

如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。

2）包络检波法

  由

的波形可见，AM信号波形的包络与输入基带信号

成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。

包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成，如下图所示。

图4-2-4包络检波原理图

上图为串联型包络检波器的具体电路及其输出波形，电路由二极管D、电阻R和电容C组成。

当RC满足条件

时，包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即

的波纹，可由LPF滤除。

包络检波器输出的信号中，通常含有频率为

的波纹，可由LPF滤除。

图4-2-5串联型包络检波器电路及其输出波形

包络检波法属于非相干解调法，其特点是：

解调效率高，解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难度。

故几乎所有的调幅（AM）式接收机都采用这种电路。

综上所述，可以看出，采用常规双边带幅度调制传输信息的好处是解调电路简单，可采用包络检波法。

缺点是调制效率低，载波分量不携带信息，但却占据了大部分功率，白白浪费掉。

如果抑制载波分量的传送，则可演变出另一种调制方式，即抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）。

3.3