通信原理課程設(shè)計(jì)——模擬調(diào)制信號(hào)

1、<p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)的目的</b></p><p>　　通過自主設(shè)計(jì)，加深對(duì)模擬調(diào)制信號(hào)的了解，鞏固課堂所學(xué)知識(shí)。同時(shí)在熟悉MATLAB基礎(chǔ)上應(yīng)用simulink仿真，通過反復(fù)調(diào)試和理解，基本掌握該仿真軟件的使用。更重要的是，在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)自主創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，建立起良好的工作習(xí)慣和科學(xué)素養(yǎng)。</p><p><b>　　二、課程設(shè)計(jì)的

2、內(nèi)容</b></p><p>　　利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)模擬調(diào)制信號(hào)中的線性調(diào)制中的調(diào)幅（AM），雙邊帶（DSB），單邊帶（SSB），非線性調(diào)制中的調(diào)相（PM），調(diào)頻（FM）用示波器觀察調(diào)制波形和解調(diào)波形，最后結(jié)合理論對(duì)比波形得出結(jié)論。 </p><p><b>　　三、課程設(shè)計(jì)要求</b></p>&

3、lt;p>　　1、熟悉matlab環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)，熟悉模擬調(diào)制信號(hào)，構(gòu)建電路圖</p><p>　　2、對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理，建立仿真模型，分析仿真波形。</p><p>　　3、技術(shù)要求：模擬信號(hào)頻率最高限制在12KHz內(nèi)。</p><p><b>　　四、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　

4、　MATLAB仿真簡(jiǎn)介</p><p>　　利用MATLAB 提供的可視化工具Simulink 可以建立了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真模型。Simulink 是MATLAB 中的一種可視化仿真工具，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)集成環(huán)境，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。它包括一個(gè)復(fù)雜的由接受器、信號(hào)源、線性和非線性組件以及連接件組成的模塊庫，用戶也可以根據(jù)需要定制或者創(chuàng)建自己的模塊

5、。Simulink 的主要特點(diǎn)在于使用戶可以通過簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作和拷貝等命令建立起直觀的系統(tǒng)框圖模型，用戶可以很隨意地改變模型中的參數(shù)，并可以馬上看到改變參數(shù)后的結(jié)果，從而達(dá)到方便、快捷地建模和仿真的目的。</p><p><b>　　1 模擬調(diào)制信號(hào)</b></p><p>　　所謂調(diào)制，就是將基帶信號(hào)的頻帶搬移至適合信道傳輸?shù)念l譜位置的過程。通常未調(diào)制的信號(hào)（基帶信

6、號(hào)）稱為調(diào)制信號(hào)，而調(diào)制后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，完成頻帶搬移的信號(hào)則為載波信號(hào)。調(diào)制是通過調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）控制載波的某個(gè)（或某些）參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。線性調(diào)制：常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）、單邊帶調(diào)制（SSB）。非線性調(diào)制：相位調(diào)制（PM）、頻率調(diào)制（FM）。線性調(diào)制中的殘留邊帶調(diào)制（VSB）我們暫時(shí)不予以研究。</p><p>　　2 模擬調(diào)制信號(hào)的原理與仿真</p><

7、;p><b>　　線性調(diào)制信號(hào)：</b></p><p>　　調(diào)幅信號(hào)（AM）時(shí)域表達(dá)式：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　對(duì)式（1）進(jìn)行傅里葉變換，可得到它的頻域特性為：</p><p><b>　　（2）</b></p>

8、<p>　　調(diào)幅信號(hào)的波形和頻譜分別如圖圖1和如圖圖2所示。</p><p>　　圖1 AM調(diào)制信號(hào)的波形圖</p><p>　　圖2 AM調(diào)制信號(hào)的頻譜</p><p>　　調(diào)幅信號(hào)（AM）是調(diào)制信號(hào)加直流分量后與載波相乘。模型如下：</p><p>　　圖3 調(diào)幅信號(hào)（AM）的調(diào)制模型</p><p&g

9、t;　　Simulink設(shè)計(jì)圖如圖4：</p><p>　　圖4 調(diào)幅信號(hào)（AM）的仿真設(shè)計(jì)圖</p><p><b>　　設(shè)備參數(shù)設(shè)定</b></p><p>　　Signal:64Hz</p><p>　　Signal 1:640000Hz</p><p>　　Signal 2:640000

10、Hz</p><p>　　濾波器butter:100*2*pi</p><p>　　示波器顯示調(diào)制解調(diào)過程如圖5所示</p><p>　　圖5示波器顯示常規(guī)AM調(diào)制解調(diào)過程</p><p>　　雙邊帶調(diào)幅信號(hào)（DSB）時(shí)域表達(dá)式：</p><p><b>　?。?）</b></p>

11、<p>　　將上式進(jìn)行傅里葉變換，可得到DSB信號(hào)的頻域特性為：</p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的波形和頻譜分別如圖圖6和如圖圖7所示。</p><p>　　圖6 雙邊帶調(diào)幅（DSB）波形</p><p>　　圖7 雙邊帶調(diào)幅信號(hào)頻譜示意圖</p>

12、<p>　　抑制載波雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制過程實(shí)際上就是調(diào)制信號(hào)與載波的相乘運(yùn)算，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)。其模型如下</p><p>　　圖8 雙邊帶調(diào)幅信號(hào)（DSB）調(diào)制解調(diào)模型</p><p>　　Simulink設(shè)計(jì)圖如圖9：</p><p>　　圖9 雙邊帶調(diào)幅信號(hào)（DSB）的仿真設(shè)計(jì)圖</p><p>

13、;<b>　　設(shè)備參數(shù)設(shè)定</b></p><p>　　Signal:64Hz</p><p>　　Signal 1:640000Hz</p><p>　　Signal 2:640000Hz</p><p>　　濾波器butter:100*2*pi</p><p>　　示波器顯示調(diào)制解調(diào)過程如圖1

14、0所示</p><p>　　圖10示波器顯示雙邊帶信號(hào)（DSB）調(diào)制解調(diào)過程</p><p>　　單邊帶調(diào)幅信號(hào)（SSB）時(shí)域表達(dá)式：</p><p><b>　　（5）</b></p><p>　　單邊帶調(diào)幅信號(hào)的頻譜和相干解調(diào)的頻譜圖分別如圖圖11和如圖圖12所示。</p><p>　　圖11

15、單邊帶調(diào)幅信號(hào)的頻譜圖</p><p>　　圖12 單邊帶（下邊帶）相干解調(diào)頻譜圖</p><p>　　Simulink設(shè)計(jì)圖如圖13：</p><p>　　圖13 單邊帶調(diào)幅信號(hào)（SSB）的仿真設(shè)計(jì)圖</p><p><b>　　設(shè)備參數(shù)設(shè)定</b></p><p>　　Signal:64Hz&

16、lt;/p><p>　　Signal 1:640KHz</p><p>　　Signal 2:640KHz</p><p>　　下邊帶濾波器cheby1:635000*2*pi</p><p>　　濾波器butter:100*2*pi</p><p>　　示波器顯示調(diào)制解調(diào)過程如圖14所示</p><p

17、>　　圖14示波器顯示單邊帶信號(hào)（SSB）調(diào)制解調(diào)過程</p><p><b>　　非線性調(diào)制信號(hào)：</b></p><p>　　調(diào)頻信號(hào)（FM）與調(diào)相信號(hào)（PM）的表達(dá)式：</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></

18、p><p>　　FM 波形圖 PM 波形圖</p><p>　　圖15 FM\PM調(diào)制解調(diào)波形</p><p>　　頻率調(diào)制（FM）、相位調(diào)制（PM）仿真</p><p><b>　　FM仿真程序：</b></p><p><b>　　%

19、fm</b></p><p>　　close all；</p><p>　　clear all；</p><p>　　Fc=10； %載波頻率為10Hz</p><p>　　Fs=100；%設(shè)定采樣速率為100Hz</p><p>　　t=0：0.02：5；</p><p>　　%x

20、=sawtooth(3*t)；%輸入信號(hào)</p><p>　　x=sin(2*pi*t)；</p><p><b>　　%fm 調(diào)制 解調(diào)</b></p><p>　　sensitivity=3；</p><p>　　sensitivity1=0.5；</p><p>　　yfm = fmmod(

21、x,Fc,Fs,sensitivity)；</p><p>　　zfm=fmdemod(yfm,Fc,Fs,sensitivity1)；</p><p>　　figure (1)；</p><p>　　subplot(3,1,1)；plot(t,x)；title('輸入信號(hào)')；</p><p>　　subplot(3,1,2

22、)；plot(t,yfm)；title('調(diào)制信號(hào)')；</p><p>　　subplot(3,1,3)；plot(t,zfm)；title('解調(diào)信號(hào)')；</p><p>　　仿真結(jié)果如圖16所示：</p><p>　　圖16 FM仿真結(jié)果</p><p><b>　　PM仿真程序:</b

23、></p><p><b>　　%pm</b></p><p>　　clear all；</p><p>　　close all；</p><p>　　fc=10；%設(shè)置載波頻率為10Hz</p><p>　　fs=100；%設(shè)置采樣頻率為100Hz</p><p>

24、　　t=0：0.02：5；</p><p>　　x=sin(2*pi*t)；%輸入信號(hào)</p><p><b>　　%調(diào)制解調(diào)</b></p><p>　　phasedev = pi/2；</p><p>　　y = pmmod(x,fc,fs,phasedev)； % Modulate.</p><

25、p>　　z = pmdemod(y,fc,fs,phasedev)； </p><p><b>　　%作圖</b></p><p>　　subplot(3,1,1)；plot(t,x)；title('輸入信號(hào)')；</p><p>　　subplot(3,1,2)；plot(t,y)；title('調(diào)制信號(hào)'

26、;)；</p><p>　　subplot(3,1,3)；plot(t,z)；axis([0,5,-1,1])；title('解調(diào)信號(hào)')；</p><p>　　仿真結(jié)果如圖17所示：</p><p>　　圖17 PM仿真結(jié)果</p><p><b>　　3 結(jié)果分析</b></p><

27、;p>　　本文對(duì)模擬通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究,在模擬調(diào)制解調(diào)原理的基礎(chǔ)上分別對(duì)模擬通信系統(tǒng)的幅度調(diào)制系統(tǒng)以及角度調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，即MATLAB對(duì)AM、DSB、SSB、FM、PM系統(tǒng)的仿真。通過模擬調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真結(jié)果分析，得出以下結(jié)論：</p><p><b>　　（1）AM：</b></p><p>　?、?此種調(diào)制方式占用頻帶較寬，已調(diào)信號(hào)的頻帶寬度是調(diào)

28、制信號(hào)的頻帶的兩倍[8]； </p><p>　?、?由于被調(diào)信號(hào)的包絡(luò)就是調(diào)制信號(hào)疊加一個(gè)直流，所以容易實(shí)現(xiàn)峰值包絡(luò)解調(diào)[8]； </p><p>　?、?含有正弦載波分量，即有部分功率耗用在載波上，而沒有用于信息的傳送[8]； </p><p>　?、?從效率上看，常規(guī)調(diào)幅調(diào)制方式效率較低，但調(diào)制和解調(diào)過程簡(jiǎn)單。</p><p><

29、b>　?。?）DSB：</b></p><p>　?、?幅度調(diào)制。DSB信號(hào)是過調(diào)幅AM波，故它仍是幅度調(diào)制，但此時(shí)包絡(luò)已不再與m(t) 成線性關(guān)系變化，這說明它的包絡(luò)不完全載有調(diào)制信號(hào)的信息，因此它不是完全的調(diào)幅波[8]。 </p><p>　?、?幅度調(diào)制，頻率未變。DSB信號(hào)的頻率仍與載波相同，沒有受到調(diào)制。 </p><p>　?、?有反相

30、點(diǎn)。DSB信號(hào)在調(diào)制信號(hào)的過零點(diǎn)處出現(xiàn)了反相點(diǎn)，調(diào)制指數(shù)大于1的AM信號(hào)在調(diào)制信號(hào)過零點(diǎn)處出現(xiàn)反相點(diǎn)。所以有反相點(diǎn)出現(xiàn)，是因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)在過零點(diǎn)前后取值符號(hào)是相反的。 </p><p>　?、?上、下邊帶均包含調(diào)制信號(hào)的全部信息；幅度減半，帶寬加倍.</p><p>　?。?） SSB[8]：</p><p>　　① SSB信號(hào)的振幅與調(diào)制信號(hào)的幅度成正比，它的頻率隨

31、調(diào)制信號(hào)頻率的不同而不同，因此它含消息特征。單邊帶信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)形狀相同[8]。</p><p>　?、?單邊帶調(diào)制從本質(zhì)上說是幅度和頻率都隨調(diào)制信號(hào)改變的調(diào)制方式。但由于它產(chǎn)生的已調(diào)信號(hào)頻率與調(diào)制信號(hào)頻率只有一個(gè)線性變換（由 變至 或 的線性搬移），這一點(diǎn)與AM和DSB信號(hào)相似，所以被歸為振幅調(diào)制[8]。</p><p>　?、?SSB調(diào)制方式在傳送消息時(shí)，不但功率利用率高，

32、而且它所占用頻帶比AM和DSB減少了一半，頻帶利用充分，目前這對(duì)于波道特別擁擠的短波通信是有利的, 已成為短波通信中一種重要的調(diào)制方式[8]。</p><p>　　（4） FM 和 PM：</p><p>　?、?調(diào)頻信號(hào)的頻譜同未調(diào)信號(hào)的頻譜幾乎沒有相似性，這是調(diào)頻與調(diào)幅的最大的不同； </p><p>　?、?調(diào)頻信號(hào)不改變總功率，而只改變功率在各分量之間的分配

33、關(guān)系，如抑制載波上的功率，使某一邊頻的功率占的比例較大； </p><p>　?、?調(diào)頻系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)。</p><p>　?、?PM和FM非常相似，將調(diào)制信號(hào)先微分而后進(jìn)行調(diào)頻，則得到的即是調(diào)相信號(hào)。</p><p><b>　　五 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)中，主要問題是MATLAB的Si

34、mulink仿真平臺(tái)的應(yīng)用。由于很少使用MATLAB，所以用其仿真時(shí)，許多的東西都不會(huì)，從而查閱書籍，通過本次設(shè)計(jì)，我們不僅加深理解和鞏固了理論課上所學(xué)習(xí)的有關(guān)模擬調(diào)制技術(shù)的基本概念、基本理論和基本方法，而且鍛煉了分析和解決問題的能力；同時(shí)對(duì)位我們進(jìn)行了良好工作習(xí)慣和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，為以后參加科學(xué)工作打下基礎(chǔ)。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】 </b></p>&