通信原理課程設計——模擬調制信號

1、<p><b>　　一、課程設計的目的</b></p><p>　　通過自主設計，加深對模擬調制信號的了解，鞏固課堂所學知識。同時在熟悉MATLAB基礎上應用simulink仿真，通過反復調試和理解，基本掌握該仿真軟件的使用。更重要的是，在設計中培養(yǎng)自主創(chuàng)新意識和動手能力，建立起良好的工作習慣和科學素養(yǎng)。</p><p><b>　　二、課程設計的

2、內容</b></p><p>　　利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺，設計模擬調制信號中的線性調制中的調幅（AM），雙邊帶（DSB），單邊帶（SSB），非線性調制中的調相（PM），調頻（FM）用示波器觀察調制波形和解調波形，最后結合理論對比波形得出結論。 </p><p><b>　　三、課程設計要求</b></p>&

3、lt;p>　　1、熟悉matlab環(huán)境下的Simulink仿真平臺，熟悉模擬調制信號，構建電路圖</p><p>　　2、對模擬信號進行處理，建立仿真模型，分析仿真波形。</p><p>　　3、技術要求：模擬信號頻率最高限制在12KHz內。</p><p><b>　　四、課程設計內容</b></p><p>　

4、　MATLAB仿真簡介</p><p>　　利用MATLAB 提供的可視化工具Simulink 可以建立了擴頻通信系統(tǒng)仿真模型。Simulink 是MATLAB 中的一種可視化仿真工具，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個集成環(huán)境，廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。它包括一個復雜的由接受器、信號源、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 的主要特點在于使用戶可以通過簡單的鼠標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)后的結果，從而達到方便、快捷地建模和仿真的目的。</p><p><b>　　1 模擬調制信號</b></p><p>　　所謂調制，就是將基帶信號的頻帶搬移至適合信道傳輸?shù)念l譜位置的過程。通常未調制的信號（基帶信

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

7、;p><b>　　線性調制信號：</b></p><p>　　調幅信號（AM）時域表達式：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　對式（1）進行傅里葉變換，可得到它的頻域特性為：</p><p><b>　　（2）</b></p>

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

9、t;　　Simulink設計圖如圖4：</p><p>　　圖4 調幅信號（AM）的仿真設計圖</p><p><b>　　設備參數(shù)設定</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>　　示波器顯示調制解調過程如圖5所示</p><p>　　圖5示波器顯示常規(guī)AM調制解調過程</p><p>　　雙邊帶調幅信號（DSB）時域表達式：</p><p><b>　　（3）</b></p>

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

12、<p>　　抑制載波雙邊帶調幅的調制過程實際上就是調制信號與載波的相乘運算，解調中的頻譜搬移同樣可用調制時的相乘運算來實現(xiàn)。其模型如下</p><p>　　圖8 雙邊帶調幅信號（DSB）調制解調模型</p><p>　　Simulink設計圖如圖9：</p><p>　　圖9 雙邊帶調幅信號（DSB）的仿真設計圖</p><p>

13、;<b>　　設備參數(shù)設定</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>　　示波器顯示調制解調過程如圖1

14、0所示</p><p>　　圖10示波器顯示雙邊帶信號（DSB）調制解調過程</p><p>　　單邊帶調幅信號（SSB）時域表達式：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　單邊帶調幅信號的頻譜和相干解調的頻譜圖分別如圖圖11和如圖圖12所示。</p><p>　　圖11

15、單邊帶調幅信號的頻譜圖</p><p>　　圖12 單邊帶（下邊帶）相干解調頻譜圖</p><p>　　Simulink設計圖如圖13：</p><p>　　圖13 單邊帶調幅信號（SSB）的仿真設計圖</p><p><b>　　設備參數(shù)設定</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>　　示波器顯示調制解調過程如圖14所示</p><p

17、>　　圖14示波器顯示單邊帶信號（SSB）調制解調過程</p><p><b>　　非線性調制信號：</b></p><p>　　調頻信號（FM）與調相信號（PM）的表達式：</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調制解調波形</p><p>　　頻率調制（FM）、相位調制（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</p><p>　　x=sin(2*pi*t)；</p><p><b>　　%fm 調制 解調</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')；</p><p>　　subplot(3,1,2

22、)；plot(t,yfm)；title('調制信號')；</p><p>　　subplot(3,1,3)；plot(t,zfm)；title('解調信號')；</p><p>　　仿真結果如圖16所示：</p><p>　　圖16 FM仿真結果</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；%設置載波頻率為10Hz</p><p>　　fs=100；%設置采樣頻率為100Hz</p><p>

24、　　t=0：0.02：5；</p><p>　　x=sin(2*pi*t)；%輸入信號</p><p><b>　　%調制解調</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')；</p><p>　　subplot(3,1,2)；plot(t,y)；title('調制信號'

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

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

28、制信號的頻帶的兩倍[8]； </p><p>　　② 由于被調信號的包絡就是調制信號疊加一個直流，所以容易實現(xiàn)峰值包絡解調[8]； </p><p>　　③ 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)調幅調制方式效率較低，但調制和解調過程簡單。</p><p><

29、b>　　（2）DSB：</b></p><p>　?、?幅度調制。DSB信號是過調幅AM波，故它仍是幅度調制，但此時包絡已不再與m(t) 成線性關系變化，這說明它的包絡不完全載有調制信號的信息，因此它不是完全的調幅波[8]。 </p><p>　　② 幅度調制，頻率未變。DSB信號的頻率仍與載波相同，沒有受到調制。 </p><p>　?、?有反相

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

31、調制信號頻率的不同而不同，因此它含消息特征。單邊帶信號的包絡與調制信號的包絡形狀相同[8]。</p><p>　　② 單邊帶調制從本質上說是幅度和頻率都隨調制信號改變的調制方式。但由于它產(chǎn)生的已調信號頻率與調制信號頻率只有一個線性變換（由 變至 或 的線性搬移），這一點與AM和DSB信號相似，所以被歸為振幅調制[8]。</p><p>　?、?SSB調制方式在傳送消息時，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制方式[8]。</p><p>　?。?） FM 和 PM：</p><p>　?、?調頻信號的頻譜同未調信號的頻譜幾乎沒有相似性，這是調頻與調幅的最大的不同； </p><p>　　② 調頻信號不改變總功率，而只改變功率在各分量之間的分配

33、關系，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>　?、?調頻系統(tǒng)的抗干擾能力強。</p><p>　　④ PM和FM非常相似，將調制信號先微分而后進行調頻，則得到的即是調相信號。</p><p><b>　　五 設計總結</b></p><p>　　本次課程設計中，主要問題是MATLAB的Si

34、mulink仿真平臺的應用。由于很少使用MATLAB，所以用其仿真時，許多的東西都不會，從而查閱書籍，通過本次設計，我們不僅加深理解和鞏固了理論課上所學習的有關模擬調制技術的基本概念、基本理論和基本方法，而且鍛煉了分析和解決問題的能力；同時對位我們進行了良好工作習慣和科學素質的培養(yǎng)，為以后參加科學工作打下基礎。</p><p><b>　　【參考文獻】 </b></p>&