基于Simulink的數(shù)字通信系統(tǒng)仿真 采用 AM調(diào)制技術(shù)

1、 信電學(xué)院 通信系統(tǒng)仿真二級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （2013/2014學(xué)年第二學(xué)期） 課程名稱 ： 通信系統(tǒng)仿真二級(jí)項(xiàng)目 題 目 ： 基于Simulink數(shù)字通信系統(tǒng)仿真 采用AM調(diào)制技術(shù) 專業(yè)班級(jí) ： 通信工程12-1 學(xué)生姓名 ： 曾靜 李鵬飛 張秀穎 董曉霞 學(xué) 號(hào) ： 110310120 120310101 120310102 120310103 指導(dǎo)教師 ： 李志華、任丹萍、張龍 設(shè)計(jì)周數(shù) ： 1周 設(shè)計(jì)成績(jī) ： 2014年6月25日 目 錄 摘要 . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 第1章 概述 . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 1.1課題內(nèi)容 . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 1.2設(shè)計(jì)目的 . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。

2、1.3 設(shè)計(jì)要求 . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 第2章 理論基礎(chǔ) . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 2.1 AM信號(hào)的調(diào)制原理 . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 2.2 AM信號(hào)的解調(diào)相干解調(diào) . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 2.3 模型設(shè)計(jì) . 3 第3章 仿真模塊及仿真結(jié)果 . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 3.1基于Simulink的仿真模塊 . 4 3.1.1 Simulink仿真結(jié)果 . 5 3.2基于M文件的仿真模塊 . 5 3.2.1 M文件仿真結(jié)果 . 8 第4章 結(jié)果分析 . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 4.1 Simulink結(jié)果分析 . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 4.2 M文件結(jié)果分析 . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 第5章 項(xiàng)目總結(jié)

3、. 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 參考文獻(xiàn) . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 教師評(píng)語(yǔ) . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。 摘要 通信系統(tǒng)仿真項(xiàng)目是通信工程專業(yè)CDIO教學(xué)體系中重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容。它以數(shù)字電路、模擬電子線路（低頻部分和高頻部分）、信息論與編碼、MATLAB等課程為基礎(chǔ)，將學(xué)生所學(xué)理論有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，樹(shù)立通信系統(tǒng)的概念，建立通信系統(tǒng)的模型，并通過(guò)仿真軟件實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的模擬仿真。加強(qiáng)學(xué)生利用仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、參數(shù)調(diào)整等基本技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)運(yùn)算、繪圖及分析能力、提高理論聯(lián)系實(shí)踐的水平。通過(guò)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)讓學(xué)生掌握利用仿真軟件進(jìn)行通信系統(tǒng)的構(gòu)建及調(diào)試的方法。 本實(shí)踐周開(kāi)設(shè)的通信仿真課程為軟件仿真，利用mat

4、lab中的建模仿真工具Simulink對(duì)通信原理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真。隨著通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，通信系統(tǒng)也日趨復(fù)雜，在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中，軟件仿真已成為必不可少的一部分，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA 技術(shù)已成為電子設(shè)計(jì)的潮流。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電子EDA 仿真技術(shù)也在突飛猛進(jìn)之中。涌現(xiàn)出了許多功能強(qiáng)大的電子仿真軟件，如Workbeench、Protel、Systemview、Matlab等。許多知名IT企業(yè)其實(shí)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段也是應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，一些在現(xiàn)實(shí)世界無(wú)法開(kāi)展的科研項(xiàng)目可借助于虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)完成，例如交通網(wǎng)的智能控制、軍事上新型武器開(kāi)發(fā)等。 第1章

5、概述 1.1課題內(nèi)容 1.設(shè)計(jì)AM信號(hào)實(shí)現(xiàn)的Matlab程序，輸出調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)以及已調(diào)信號(hào)波形以及頻譜圖，并改變參數(shù)觀察信號(hào)變化情況，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。 2.設(shè)計(jì)AM信號(hào)解調(diào)實(shí)現(xiàn)的Matlab程序，輸出并觀察解調(diào)信號(hào)波形，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 3.繪制調(diào)制及解調(diào)時(shí)域圖、頻譜圖。 4.改變采樣頻率后，繪制調(diào)制及解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖、頻譜圖。 5.加上高斯噪聲，繪制調(diào)制及解調(diào)的時(shí)域圖和頻譜頻圖，分析噪聲對(duì)調(diào)制信號(hào)和解調(diào)信號(hào)的影響。 1.2設(shè)計(jì)目的 1.掌握振幅調(diào)制和解調(diào)原理。 2.掌握參數(shù)設(shè)置方法和性能分析方法。 3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)中波形的變換，學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 4.學(xué)會(huì)Matlab仿真軟件在振幅調(diào)制和解調(diào)中

6、的應(yīng)用。 5.鍛煉自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。 1 1.3 設(shè)計(jì)要求 利用Matlab軟件進(jìn)行振幅調(diào)制和解調(diào)程序設(shè)計(jì)，輸出顯示調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)以及已調(diào)信號(hào)波形，并輸出顯示三種信號(hào)頻譜圖。對(duì)產(chǎn)生波形進(jìn)行分析，并通過(guò)參數(shù)的改變，觀察波形變化，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 第2章 理論基礎(chǔ) 2.1 AM信號(hào)的調(diào)制原理 疊加直流后再與載波相乘，），調(diào)制信號(hào)中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（1在圖1則輸出的信號(hào)就是常規(guī)雙邊帶調(diào)幅AM調(diào)制器模型如圖1所示。 調(diào)制器模型常規(guī)雙邊帶調(diào)幅圖1 AM 信號(hào)的時(shí)域和頻域表達(dá)式分別為：AM 可以是確知信號(hào)也可以是隨機(jī)信號(hào)，但通常認(rèn)為其平均值為為外加的直流分量；0，式中，

7、 。 即 AM2 圖 信號(hào)的典型波形和頻譜2 圖中假定調(diào)制信號(hào)的上限頻率為。b）所示，、AM信號(hào)的典型波形和頻譜分別如圖2（a）（ 的帶寬為。顯然，調(diào)制信號(hào) 信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容a）可見(jiàn)，AM由圖2（ 易恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。但為了保證包絡(luò)檢波時(shí)不發(fā)生失真，必須滿足 ，否則將出現(xiàn)過(guò)調(diào)幅現(xiàn)象而帶來(lái)失真。 信號(hào)的頻譜是由載頻分量和上、下兩個(gè)邊帶組成（通常稱頻譜中畫(huà)斜線的部分為上邊AM帶，不畫(huà)斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無(wú)論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調(diào)制信號(hào)的完整信息。故AM信號(hào)是帶有載波的雙邊帶信號(hào)，

8、帶寬為基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即BAM=2BM=2fH。 的帶寬，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率。式中， 為調(diào)制信號(hào) 信號(hào)的解調(diào)相干解調(diào)2.2 AM由AM信號(hào)的頻譜可知，如果將已調(diào)信號(hào)的頻譜搬回到原點(diǎn)位置，即可得到原始的調(diào)制信號(hào)頻譜，從而恢復(fù)出原始信號(hào)。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(lái)實(shí)現(xiàn)。相干解調(diào)的原理框圖如圖3所示。 相干解調(diào)的原理框圖圖3 將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)與調(diào)制器同頻同相的載波，得 項(xiàng)分離，無(wú)失1項(xiàng)與第2由上式可知，只要用一個(gè)低通濾波器，就可以將第 真的恢復(fù)出原始的調(diào)制信號(hào) 模型設(shè)計(jì)2.3 調(diào)制的模型框圖，如圖4 所示。AM根據(jù)以上原理，我們?cè)O(shè)計(jì)了 3 對(duì)調(diào)制的信對(duì)信號(hào)進(jìn)行輸出信號(hào)發(fā)生器波

9、形號(hào)相干解A調(diào)（產(chǎn)生一信號(hào)頻調(diào)制信號(hào) 均值，方差的高斯白噪 圖4 AM調(diào)制模型框圖 第3章 仿真模塊及仿真結(jié)果 3.1基于Simulink的仿真模塊 圖5 仿真模塊 其中調(diào)制信號(hào)的頻率為20Hz，幅值為1.載波信號(hào)的頻率為200Hz，幅值為1。如圖5所示的示波器從上到下依次表示調(diào)制信號(hào)、解調(diào)信號(hào)經(jīng)低通后的信號(hào)、載波、調(diào)制后信號(hào)、噪聲、噪聲加調(diào)制后信號(hào)、經(jīng)過(guò)的帶通的信號(hào)、解調(diào)信號(hào)。 4 3.1.1 Simulink仿真結(jié)果 圖6 Simulink仿真結(jié)果 M文件的仿真模塊 3.2基于【載波信號(hào)】 t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅 f=6000; %載波信號(hào)頻率 w0=

10、f*pi; Uc=A0*cos(w0*t); %載波信號(hào) figure(1); subplot(2,1,1); plot(t,Uc); title(載頻信號(hào)波形); axis(0,0.01,-15,15); subplot(2,1,2); 5 Y1=fft(Uc); %對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y1);title(載波信號(hào)頻譜); axis(5800,6200,0,1000000); 【調(diào)制信號(hào)】 t=-1:0.00001:1; A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅 f=6000; %載波信號(hào)頻率 w0=f*pi; mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號(hào) subpl

11、ot(2,1,1); plot(t,mes); xlabel(t),title(調(diào)制信號(hào)); subplot(2,1,2); Y2=fft(mes); % 對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y2); title(調(diào)制信號(hào)頻譜); axis(198000,202000,0,1000000); 【AM已調(diào)信號(hào)】 t=-1:0.00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅 A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅 A2=3; %已調(diào)信號(hào)振幅 f=3000; %載波信號(hào)頻率 w0=2*f*pi; m=0.15; %調(diào)制度 mes=A1*cos(0.001*w0*t); %Q 調(diào)制信號(hào) Uam=A2*(1

12、+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號(hào) subplot(2,1,1); plot(t,Uam); grid on; title(AM調(diào)制信號(hào)波形); subplot(2,1,2); Y3=fft(Uam); % 對(duì)AM已調(diào)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y3),grid; title(AM調(diào)制信號(hào)頻譜); axis(5950,6050,0,500000); 【加入高斯白噪聲的已調(diào)信號(hào)】 sn1=80 計(jì)算對(duì)應(yīng)噪聲方差db1=A12/(2*(10(sn1/10); % n1=1000*sqrt(db1)*randn(size(t); %生成高斯白噪聲 Uam=n1+U

13、am1; subplot(7,2,7); plot(t,Uam); );加噪已調(diào)信號(hào)title(6 T8=fft(Uam); subplot(7,2,8); plot(abs(T8); );加噪已調(diào)信號(hào)頻譜title(axis(5950,6050,0,500000); 【通過(guò)帶通濾波器的已調(diào)信號(hào)】 采樣頻率Ft=100000;% wp1=5900Hz通帶截止頻率wp1=5900;% wp2=6100Hz通帶截止頻率wp2=6100;% ws1=5850Hz阻帶截止頻率ws1=5850;% ws2=6150Hz阻帶截止頻率ws2=6150;% rp=0.5dBrp=0.5;%通帶最大衰減 rs=

14、60dBrs=60;%阻帶最小衰減 wp=wp1,wp2/(Ft/2);ws=ws1,ws2/(Ft/2); N,wc=cheb1ord(wp,ws,rp,rs); b=fir1(N,wc); z22=fftfilt(b,Uam); %FIR低通濾波 subplot(7,2,9); plot(t,z22,b); );title(濾波后的加噪已調(diào)信號(hào)波形 信號(hào)的頻譜求AMT6=fft(z22); % subplot(7,2,10); plot(abs(T6),b); );濾波后的加噪已調(diào)信號(hào)頻譜title( axis(5950,6050,0,500000);【濾波前AM解調(diào)信號(hào)】 t=-1:0.

15、00001:1; A0=10; %載波信號(hào)振幅 A1=5; %調(diào)制信號(hào)振幅 A2=3; %已調(diào)信號(hào)振幅 f=3000; %載波信號(hào)頻率 w0=2*f*pi; m=0.15; %調(diào)制度 k=0.5 ; %DSB 前面的系數(shù) mes=A1*cos(0.001*w0*t); %調(diào)制信號(hào) Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已調(diào)信號(hào) Dam=Uam.*cos(w0*t); %對(duì)AM調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào) subplot(2,1,1); plot(t,Dam); grid on; title(濾波前AM解調(diào)信號(hào)波形); subplot(2,1,2); Y5=fft(Dam);

16、 % 對(duì)AM解調(diào)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換 plot(abs(Y5),grid; 7 title(濾波前AM解調(diào)信號(hào)頻譜); axis(187960,188040,0,200000); 【通過(guò)低通濾波器的解調(diào)信號(hào)】 axis(187960,188040,0,200000); 采樣頻率Ft=2000;% fs=120Hzfp=100Hz通帶邊界頻率，阻帶截止頻率fpts=100 120;% mag=1 0; 5%1%，阻帶波動(dòng)dev=0.01 0.05;%通帶波動(dòng) n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft); 設(shè)計(jì)濾波器由Fir1b21=fir1(n21

17、,wn21,kaiser(n21+1,beta);% 低通濾波z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR subplot(7,2,13); plot(t,z21,r); );解調(diào)信號(hào)波形濾波后的AMtitle( 信號(hào)的頻譜求AMT5=fft(z21); % subplot(7,2,14); plot(abs(T5),r); );解調(diào)信號(hào)頻譜title(濾波后的AMaxis(198000,202000,0,200000); M文件仿真結(jié)果3.2.1 圖6 AM解調(diào)前各波形及頻譜 8 7 加噪及去噪已調(diào)信號(hào)圖 濾波后解調(diào)信號(hào)8 圖9 第4章 結(jié)果分析 4.1 Simulink結(jié)果分析 仿

18、真過(guò)程中，我們根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇了上限截止頻率為220Hz，下限截止頻率為180Hz的8階帶通濾波器，以及截止頻率為170Hz的8階低通濾波器。結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)8階的帶通濾波器，雖然濾波效果好，但是其濾波時(shí)間延遲，導(dǎo)致波形之前有一段直線。 最后經(jīng)過(guò)仔細(xì)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)解調(diào)后的信號(hào)與原信號(hào)大致相同，但在波形和幅度上均有偏差，幅度上的偏差是由于噪聲和調(diào)制系統(tǒng)的性能共同引起的，可以通過(guò)增強(qiáng)振幅恢復(fù)至原始狀態(tài)。波形偏差主要是由噪聲引起，在整個(gè)系統(tǒng)中，我添加了均值為0，方差為1的高斯白噪聲，以模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。如圖7所示的仿真結(jié)果，（a）圖為有噪聲的輸出，（b）圖為無(wú)噪聲的輸出。證明，當(dāng)去掉造聲時(shí)，幅度失真仍然存在，

19、但波形失真基本消失，證明我們之前的推測(cè)是正確的。對(duì)比圖如下。 圖9 調(diào)制信號(hào)與解調(diào)信號(hào)對(duì)比圖 M文件結(jié)果分析 4.2本設(shè)計(jì)圓滿的完成了對(duì)AM信號(hào)實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)，與課題的要求十分相符；也較好的完成了對(duì)AM信號(hào)的時(shí)域分析，通過(guò)fft變換，得出了調(diào)制信號(hào)和解調(diào)信號(hào)的頻譜圖；在設(shè)計(jì)FIR低通濾波器的時(shí)候，通帶邊界頻率設(shè)定為載波信號(hào)頻率Fp=f，阻帶截止頻率Fs=f+20,采樣頻率Ft=8f；在設(shè)計(jì)IIR低通濾波器的時(shí)候，通帶邊界頻率設(shè)定為Fp=f-50，阻帶截止頻率Fs=f，采樣頻率Ft=10f。10 這樣設(shè)定后，在改變載波信號(hào)頻率的時(shí)候就有可能使濾波器無(wú)法進(jìn)行正常的濾波，從而得不到正確的結(jié)果。載波頻

20、率f可以選的高一些，在設(shè)計(jì)的時(shí)候時(shí)間采樣t的間隔就要大一些。經(jīng)仿真，調(diào)制信號(hào)與濾波后AM解調(diào)信號(hào)相似，對(duì)比圖如下。 調(diào)制信號(hào)與解調(diào)信號(hào)對(duì)比圖10 圖 項(xiàng)目總結(jié)5章 第調(diào)制與解調(diào)技術(shù)是通信電子線路課程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)通信必不可少的一門技術(shù)，即一課題在這里是把要處理的信號(hào)當(dāng)做一種特殊的信號(hào)，也是通信專業(yè)學(xué)生必須掌握的一門技術(shù)。 種“復(fù)雜向量”來(lái)看待。也就是說(shuō)，課題更多的還是體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。調(diào)制與解調(diào)制系統(tǒng)仿真”是希望將AM-DSB從課題的中心來(lái)看，課題“基于Matlab的AM-DSB其本調(diào)技術(shù)應(yīng)用于某一實(shí)際領(lǐng)域，這里就是指對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。作為存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的調(diào)制信號(hào)，這一過(guò)程的就可以對(duì)其進(jìn)行處理了。身就是離散化了的向量，我們只需將這些離