通信系統(tǒng)仿真實驗

1、實驗一 高頻小信號放大器的MULTISIM仿真一、實驗目的：1、 了解MULTISIM的基本功能、窗口界面、元器件庫及工具欄等；2、 掌握MULTISIM的基本仿真分析方法、常用仿真測試儀表等；3、 掌握高頻小信號放大器MULTISIM仿真的建模過程。二、實驗內容及步驟：（一）單頻正弦波小信號放大器的MULTISIM仿真。1）根據圖一所示高頻小信號放大器電路，創(chuàng)建仿真電路原理圖。要求輸入信號的幅度在2mV-1V之間、頻率在1MHz-20MHz之間；2）根據實際情況設置好電路圖選項，接入虛擬儀器并設置合適的參數。打開仿真開關，運行所設計好的電路，給出輸入輸出信號的波形圖和頻譜圖。根據初步仿真結果

2、改變電路元器件的型號和參數，使輸出信號波形無失真、幅度放大10倍以上；3）用交流分析方法和波特儀分別估計電路的諧振頻率，給出可視化仿真結果。改變輸入信號的頻率，再用交流分析方法和波特儀觀察電路諧振頻率的變化情況；4）改變輸入信號的幅度，用示波器觀察輸出電壓波形，測量輸出波形不失真情況下輸入信號幅度的變化范圍；5）改變輸入信號的頻率，用示波器觀察輸出電壓幅度的變化，計算通頻帶B和矩形系數K0.1，繪制通頻帶曲線；6）改變R1的值，用示波器觀察輸出電壓波形，在波形不失真的情況下，用直流分析法記錄三極管基極的直流電壓和通過VCC的直流電流，分別繪制R1和它們關系曲線；5）改變R5（負載）的值，用示波

3、器觀察輸出電壓波形和峰峰值的變化情況，在波形不失真的情況下，繪制R5和峰峰值的關系曲線。 （二）多頻正弦波合成小信號放大器的MULTISIM仿真。1）根據圖一所示高頻小信號放大器電路，創(chuàng)建仿真電路原理圖。要求輸入為幅度在2mV-1V之間（各不相同）、頻率在1MHz-20MHz之間（各不相同）三個以上的正弦波合成小信號；2）根據實際情況設置好電路圖選項，接入虛擬儀器并設置合適的參數。打開仿真開關，運行所設計好的電路，給出輸入輸出信號的波形圖和頻譜圖。根據初步仿真結果改變電路元器件的型號和參數，使輸出信號波形無失真、幅度放大10倍以上；3）用瞬態(tài)分析法觀察電路運行之初輸出信號的變化情況；去掉R5，

4、再次用瞬態(tài)分析法觀察輸出信號的變化情況，分析仿真結果。一、單頻正弦波小信號放大器的MULTISIM仿真。1、實驗原理圖2、由示波器觀測到的輸入輸出波形：放大倍數A=1003、由波特圖知F0=9.902MHz，由原理圖計算理論值F0=9.778MHz4、 改變輸入信號的幅度，用示波器觀察輸出電壓波形，測量出輸出波形不失真情況下輸入信號幅度的變化范圍為1mV到21mV。輸入信號fs（MHz） 8.6輸入信號Vi（mv）0.912341416172125輸出信號Vo（v）891002524004005707808168208255、 改變輸入信號的頻率，用示波器觀察輸出電壓幅度的變化情況輸入信號Vi

5、（mv） 7.5輸入信號fs（MHz）10111213141516203040輸出信號Vo（v）822814800794786660560500120190通過改變輸入信號的頻率觀察到電路諧振頻率保持不變.通頻帶B為22MHz（通頻帶曲線見坐標紙），矩形系數K0.1為3.555、改變R5（負載）的值，用示波器觀察輸出電壓波形和峰峰值的變化情況R5/k1510152050100500800輸出V/mv201002003004501000200040004000（二）多頻正弦波合成小信號放大器的MULTISIM仿真測試及其分析。1. 多頻正弦波合成小信號放大器的MULTISIM仿真電路圖輸入信號幅

6、值及頻率分別為20mv，14MHz、22mv，16MHz、25mv，15MHz 2. 多頻正弦波合成小信號放大器的輸入輸出波形測試 通過虛擬示波器觀察輸入輸出信號基本放大10倍且只有小部分波形失真分析其原因是輸入信號的頻率參數分散導致一部分頻率的放大倍數較小從而導致波形的部分失真。3. 多頻正弦波合成小信號放大器的頻譜圖通過頻譜儀的測試可以看到輸入輸出都是相同的三個頻率，只是輸出信號中多了一些較小的雜波。實驗二 振幅調制與解調制電路的MATLAB仿真一、實驗目的：1、深入理解各種振幅調制與解調制電路的工作原理；2、掌握振幅調制與解調制電路的MATLAB仿真方法。二、實驗內容及步驟：1、編寫ma

7、tlab程序實現AM振幅調制與解調制的設計與仿真；1）設計AM振幅調制與解調制仿真電路，要求調制信號的幅度A和頻率F可變；載波信號的幅度A和頻率F可變，調制度ma可變； 2）繪制調制信號u11、載波信號uc1和已調波信號uam1的時域波形圖和頻譜圖（要求譜線清晰）；3）要求調制信號為三個以上正弦波信號的合成，幅度和頻率均可變，繪制調制信號u12、載波信號uc1和已調波信號uam2的時域波形圖和頻譜圖（要求譜線清晰）；4）用同步檢波對已調波信號uam1進行解調制，在同一幅圖中繪制原調制信號u11和解調后的信號y11，并繪制這兩個信號的頻譜圖；5）用同步檢波對已調波信號uam2進行解調制，在同一幅

8、圖中繪制原調制信號u12和解調后的信號y12，并繪制這兩個信號的頻譜圖。三、設計思想AM波的設計思想：1） 首先給出調制信號和載波信號，利用AM調幅公式y(tǒng)=uc*(1+ma*coswt)*coswct,得到調制信號y,再將y與載波信號相乘后通過低通濾波器得出檢波。 程序中具體參數設置：Matlab程序：function y=Am(Ac,Fc,ma,Aw,Fw)T=0:1/(10*Fc):3/Fw;ul1=Aw*cos(2*pi*Fw*T);uc1=Ac*cos(2*pi*Fc*T);uam1=Ac*(1+ma*cos(2*pi*Fw*T).*cos(2*pi*Fc*T);subplot(3,1

9、,1)plot(T,ul1,'r');gridylabel('ull');xlabel('t');subplot(3,1,2)plot(T,uc1,'r');gridylabel('ucl');xlabel('t');subplot(3,1,3)plot(T,uam1,'r');gridylabel('uam');xlabel('t'); %畫調制信號，載波信號，已調波信號頻譜圖X=fftshift(fft(ul1);%做快速dft變換并移位Y=fft

10、shift(fft(uc1);Z=fftshift(fft(uam1);figure;%保持時域波形圖不變F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T);%取變換范圍和點數m=fix(length(T)*3/8);n=fix(length(T)*5/8);%取頻譜圖畫圖范圍subplot(3,1,1);plot(F(m:n),abs(X(m:n);grid onsubplot(3,1,2);plot(F(m:n),abs(Y(m:n);grid onsubplot(3,1,3);plot(F(m:n),abs(Z(m:n);grid on輸入命令y=Am(10,1000,0.3

11、,4,50)時域波形圖： 頻譜圖：調制信號與解調后波形圖：調制信號與解調波頻譜：3）調制信號為三個以上正弦波信號的合成，幅度和頻率均可變，繪制調制信號u12、載波信號uc1和已調波信號uam2的時域波形圖和頻譜圖（要求譜線清晰）；Matlab程序：function y=Am2（Ac,Fc,ka,A1,F1,A2,F2,A3,F3)F=min(F1,F2);f=max(F1,max(F2,F3);%求頻率最大值T=0:1/(10*Fc):6/min(F,F3);%抽樣ul2=A1*cos(2*pi*F1*T)+A2*cos(2*pi*F2*T)+A3*cos(2*pi*F3*T);%生成調制信號

12、uc2=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%載波信號u=(ka*A1/Ac)*cos(2*pi*F1*T)+(ka*A2/Ac)*cos(2*pi*F2*T)+(ka*A3/Ac)*cos(2*pi*F3*T);uam2=Ac*(1+u).*cos(2*pi*Fc*T);%AM已調波信號subplot(3,1,1)plot(T,ul2,'r');grid;ylabel('ul2');xlabel('t');subplot(3,1,2)plot(T,uc2,'r');grid;ylabel('uc2');xlabe

13、l('t');subplot(3,1,3)plot(T,uam2,'r');grid;ylabel('uam2');xlabel('t');%畫調制信號，載波信號，已調波信號頻譜圖X=fftshift(fft(ul2);%做快速dft變換并移位Y=fftshift(fft(uc2);Z=fftshift(fft(uam2);figure;%保持時域波形圖不變F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T);%取變換范圍和點數m=fix(length(T)*3/8);n=fix(length(T)*5/8);%取頻譜圖

14、畫圖范圍subplot(3,1,1);plot(F(m:n),abs(X(m:n);grid onsubplot(3,1,2);plot(F(m:n),abs(Y(m:n);grid onsubplot(3,1,3);plot(F(m:n),abs(Z(m:n);grid on輸入命令y=Am2(10,20000000,1,3,1400000,3.4,2000000,2,1000000)時域波形圖：頻譜圖：4）用同步檢波對已調波信號uam1進行解調制，在同一幅圖中繪制原調制信號u11和解調后的信號y11，并繪制這兩個信號的頻譜圖；%生成檢波信號figure;s=uam2.*uc2;%同步檢波生

15、成信號Rp=3;%通帶最大波紋Rs=60;%阻帶最小衰減Wp=f/Fc;%通帶截止頻率（數字濾波器時為頻率與抽樣頻率的比值）Ws=f/Fc+f/Fc*3;%阻帶截止頻率（數字濾波器時為頻率與抽樣頻率的比值）n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);%確定橢圓濾波器最小階數和截止頻率b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn);%確定傳遞函數分子分母b，aX1=5*filter(b,a,s);%濾除高頻信號subplot(2,1,2);plot(T,ul2);grid onsubplot(2,1,1);plot(T,X1);grid on5）用同步檢波對已調波信號uam2進行解調制，在

16、同一幅圖中繪制原調制信號u12和解調后的信號y12，并繪制這兩個信號的頻譜圖。%畫調制信號和檢波信號頻譜圖Y2=fftshift(fft(X1);figure;%保持波形圖不變m1=fix(length(T)*4/9);n1=fix(length(T)*5/9);%取頻譜圖畫圖范圍subplot(2,1,1);plot(F(m1:n1),abs(X(m1:n1);grid onsubplot(2,1,2);plot(F(m1:n1),abs(Y2(m1:n1);grid onDSB波的設計：2、編寫matlab程序實現DSB振幅調制與解調制的設計與仿真；1）設計DSB振幅調制與解調制仿真電路，

17、要求調制信號的幅度A和頻率F可變；載波信號的幅度A和頻率F可變； 2）繪制調制信號u21、載波信號uc2和已調波信號udsb1的時域波形圖和頻譜圖（要求譜線清晰）；Matlab程序：function y=DSB1(Ac,Fc,ka,A1,F1)T=0:1/(10*Fc):6/F1;%抽樣ul1=A1*cos(2*pi*F1*T);%生成調制信號uc1=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%載波信號uam1=ka*Ac*ul1.*cos(2*pi*Fc*T);%DSB已調波信號subplot(3,1,1)plot(T,ul1,'r');grid;ylabel('ul1&#

18、39;);xlabel('t');subplot(3,1,2)plot(T,uc1,'r');grid;ylabel('uc1');xlabel('t');subplot(3,1,3)plot(T,uam1,'r');grid;ylabel('uam1');xlabel('t');%畫調制信號，載波信號，已調波信號頻譜圖X=fftshift(fft(ul1);%做快速dft變換并移位Y=fftshift(fft(uc1);Z=fftshift(fft(uam1);figure;%保持

19、時域波形圖不變F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T);%取變換范圍和點數m=fix(length(T)*3/8);n=fix(length(T)*5/8);%取頻譜圖畫圖范圍subplot(3,1,1);plot(F(m:n),abs(X(m:n);grid onsubplot(3,1,2);plot(F(m:n),abs(Y(m:n);grid onsubplot(3,1,3);plot(F(m:n),abs(Z(m:n);grid on命令窗口：>> y=DSB1(10,1000,0.5,4,100)時域波形圖：頻譜圖：4）用同步檢波對已調波信號uam1

20、進行解調制，在同一幅圖中繪制原調制信號u11和解調后的信號y11，并繪制這兩個信號的頻譜圖；%生成檢波信號figure;s=uam1.*uc1;%同步檢波生成信號Rp=3;%通帶最大波紋Rs=60;%阻帶最小衰減Wp=F1/Fc;%通帶截止頻率（數字濾波器時為頻率與抽樣頻率的比值）Ws=F1/Fc+F1/Fc*3;%阻帶截止頻率（數字濾波器時為頻率與抽樣頻率的比值）n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);%確定橢圓濾波器最小階數和截止頻率b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn);%確定傳遞函數分子分母b，aX1=5*filter(b,a,s);%濾除高頻信號subplot(2,

21、1,2);plot(T,ul1);grid onsubplot(2,1,1);plot(T,X1);grid on%調制信號和解調信號頻譜圖Y2=fftshift(fft(X1);figure;%保持波形圖不變m1=fix(length(T)*4/9);n1=fix(length(T)*5/9);%取頻譜圖畫圖范圍subplot(2,1,1);plot(F(m1:n1),abs(X(m1:n1);grid onsubplot(2,1,2);plot(F(m1:n1),abs(Y2(m1:n1);grid on3）調制信號為三個以上正弦波信號的合成，幅度和頻率均可變，繪制調制信號u22、載波信號

22、uc2和已調波信號udsb2的時域波形圖和頻譜圖（要求譜線清晰）；觀察相位突變點處的波形；只需將調制信號為一個時的程序前換位下列程序即可實現，function y=DSB2(Ac,Fc,ka,A1,F1,A2,F2,A3,F3)F=min(F1,F2);f=max(F1,max(F2,F3);%求頻率最大值T=0:1/(10*Fc):6/min(F,F3);%抽樣ul2=A1*cos(2*pi*F1*T)+A2*cos(2*pi*F2*T)+A3*cos(2*pi*F3*T);%調制uc2=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%載波信號uam2=ka*Ac*ul2.*cos(2*pi*Fc*T

23、);%DSB已調波信號時域波形圖：給出調制信號u21=a1*cos(2*pi*f1*t) 和載波信號uc2=a2*cos(2*pi*f2*t)，用公式y(tǒng)=k*u21*uc2,得出了已調制信號，與AM波類似，已調制波乘以載波信號，再通過低通濾波器，出來的是檢波信號。二、振幅調制與解調制仿真電路的輸入輸出波形對比圖和頻譜圖AM波：單個調制信號的調制波形4）用同步檢波對已調波信號udsb1進行解調制，在同一幅圖中繪制原調制信號u21和解調后的信號y21，并繪制這兩個信號的頻譜圖；5）用同步檢波對已調波信號udsb2進行解調制，在同一幅圖中繪制原調制信號u22和解調后的信號y22，并繪制這兩個信號的頻

24、譜圖。6、 根據仿真結果，和理論知識進行對比分析，得出以下結論：.由AM,DSB時域波形可以看到與理論的AM,DSB波形相同；AM波形的包絡與調制信號的幅度成正比，DSB信號波形包絡與調制信號的幅度的絕對值成正比，其相位可表示調制信號的極性。 由AM,DSB頻域波形可以看到與理論的AM,DSB頻域波形相同；AM含有載波頻率和上下邊頻，DSB波只含有上下邊頻。.經過相乘和濾波后的解調波形與調制信號波形相同，且頻譜成份相同。實驗三 振幅調制與解調制電路的SIMULINK仿真一、實驗目的：1、深入理解各種振幅調制與解調制電路的工作原理；2、掌握振幅調制與解調制電路的SIMULINK仿真方法。二、實驗

25、原理：幅度調制是由調制信號去控制高頻載波的幅度，使正弦載波的幅度隨著調制信號而改變的調制方案，屬于線性調制。AM信號的時域表示式：頻譜：調制器模型如圖所示： AM調制器模型AM的時域波形和頻譜如圖所示：時域 頻域 AM調制時、頻域波形AM信號的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成。它的帶寬是基帶信號帶寬的2倍。在波形上，調幅信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律而呈正比地變化，在頻譜結構上，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內的簡單搬移。在解調時，根據AM調制的特性，既可以采用相干解調，也可以采用包絡檢波。在AM信號中，載波分量并不攜帶信息，信息完全由邊帶傳送。AM調制模型中將直流分量去掉，即可得到一種

26、高調制效率的調制方式抑制載波雙邊帶信號，即雙邊帶信號（DSB）。DSB信號的時域表示式頻譜：DSB的時域波形和頻譜如圖所示：時域 頻域 DSB調制時、頻域波形DSB的相干解調模型如圖所示： DSB調制器模型:與AM信號相比，因為不存在載波分量，DSB信號的調制效率時100%，DSB信號解調時需采用相干解調。三、設計思想AM設計思想：搭建SIMULINK仿真圖，如圖所示調制信號的幅度為0.3V、頻率為1kHz，載波信號的幅度為1V、頻率為1MHz，調制度為0.3，低通濾波器passband edge frequency的值為2*pi*1500 。示波器Scope顯示的是調制信號、載波信號、已調制信號的波形，示波器sco