AM調制與相干解調系統(tǒng)仿

1、amam 調制與相干解調系統(tǒng)調制與相干解調系統(tǒng)仿仿摘摘要要本課程設計主要利本課程設計主要利用用 matlabmatlab 集成環(huán)境下的集成環(huán)境下的 simulinksimulink 仿真平臺，設計一仿真平臺，設計一個個 amam 調制與相干解調通信系統(tǒng)，分別在理想信道和非調制與相干解調通信系統(tǒng)，分別在理想信道和非理想信道中運行，并把運行仿真結果輸入顯示器，根理想信道中運行，并把運行仿真結果輸入顯示器，根據(jù)顯示結果分析所設計的系統(tǒng)性能。經(jīng)過調制，初步據(jù)顯示結果分析所設計的系統(tǒng)性能。經(jīng)過調制，初步實現(xiàn)了設計目標，并且經(jīng)過適當?shù)耐晟坪?，實驗成實現(xiàn)了設計目標，并且經(jīng)過適當?shù)耐晟坪螅瑢嶒灣晒?。功。關鍵詞

2、 simulink；仿真；am 調制；相干解調1 引言本課程設計是在 matlab 集成環(huán)境下，設計一個 am 調制與相干解調通信系統(tǒng)，并在 simulink 平臺上仿真，并把運行仿真結果輸入顯示器，拿解調輸出的波形與基帶信號進行比較，根據(jù)顯示結果分析所設計的系統(tǒng)性能。matlab 是一種可交互式使用又能解釋執(zhí)行的計算機編程語言，利用簡單的命令，能快速完成其他高級語言只有通過復雜編程才能實現(xiàn)的數(shù)值運算和圖形顯示。simulink 是建立在matlab 基礎上的動態(tài)系統(tǒng)仿真工具。利用 matlab 工具箱可以快速完成各類數(shù)值計算、符號計算和數(shù)據(jù)可視化等任務，可以解決有關線性代數(shù)、矩陣分析、微積分

3、、微分方程、信號與系統(tǒng)、信號分析與處理、系統(tǒng)控制等領域的問題；利用simulink 機器模塊庫，則能夠方便地創(chuàng)建各種動態(tài)系統(tǒng)的模型并進行仿真，可以用來仿真線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、連續(xù)和離散的混合系統(tǒng)、多速率采樣系統(tǒng)以及單任務或多任務的離散事件驅動系統(tǒng)。通過 simulink，用戶可以快速的構建和運行仿真模型，根據(jù)仿真結果分析系統(tǒng)性能，并且從中分離出影響系統(tǒng)性能的關鍵因素，找出最優(yōu)的系統(tǒng)配置方案。1.1 課程設計目的設計一個 am 調制與相干解調通信系統(tǒng)，分別在理想信道和非理想信道中運行，并把運行仿真結果輸入顯示器，根據(jù)顯示結果分析所設計的系統(tǒng)性能【1】。1.2 課程設計的要求

4、（1）構建調制電路，并用示波器觀察調制前后的信號波形，用頻譜分析模塊觀察調制前后信號頻譜的變化。（2）再以調制信號為輸入，構建解調電路，用示波器觀察調制前后的信號波形，用頻譜分析模塊觀察調制前后信號頻譜的變化。（3）在調制與解調電路間加上噪聲源，模擬信號在不同信道中的傳輸：a 用高斯白噪聲模擬有線信道，b 用瑞利噪聲模擬有直射分量的無線信道，c 用萊斯噪聲模擬無直射分量的無線信道。將三種噪聲源的方差均設置為 0.1，分析比較通過三種不同信道后的接收信號的性能。（4）在老師的指導下，要求獨立完成課程設計的全部內容，并按要求編寫課程設計學年論文，能正確闡述和分析設計和實驗結果。1 .3 設計平臺s

5、imulink 是 matlab 環(huán)境下的一部分，它通過使用框圖的方式編輯建模，比較直觀。simulink 是一種基于 matlab 的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被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【2】。simulink 是 matlab 最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。simulink 具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點 simulink 已被廣泛應用于控制

6、理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于 simulink。simulink 是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，simulink 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試【3】。simulink 是一種可視化工具。構架在 simulink 基礎之上的其他產(chǎn)品擴展了simulink 多領域建模功能，也提供了用于設計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。simulink 與 matlab; 緊密集成，可以直接訪問 matlab 大量的工具

7、來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。2 設計原理2.1am 調制原理幅度調制是用調制信號去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調制信號的規(guī)律變化的過程。幅度調制器的一般模型如圖 2.1 所示。圖 2.1 幅度調制模型在圖 2-1 中，若假設濾波器為全通網(wǎng)絡（1），調制信號疊加直流后再與載波相乘，則輸出的信號就是常規(guī)雙邊帶（am）調幅 .am 調制器模型如圖2-2 所示圖 2.2 am 調制模型am 信號波形的包絡與輸入基帶信號成正比，故用包絡檢波的方法很容易恢復原始調制信號。 但為了保證包絡檢波時不發(fā)生失真，必須滿足，否則將出現(xiàn)過調幅現(xiàn)象

8、而帶來失真。am 信號的頻譜是由載頻分量和上、下兩個邊帶組成（通常稱頻譜中畫斜線的部分為上邊帶，不畫斜線的部分為下邊帶）。上邊帶的頻譜與原調制信號的頻譜結構相同，下邊帶是上邊帶的鏡像。顯然，無論是上邊帶還是下邊帶，都含有原調制信號的完整信息。故 am 信號是帶有載波的雙邊帶信號，它的帶寬信號帶寬的兩倍。2.2 相干解調由 am 信號的頻譜可知，如果將已調信號的頻譜搬回到原點位置，即可得到原始的調制信號頻譜，從而恢復出原始信號。解調中的頻譜搬移同樣可用調制時的相乘運算來實現(xiàn)。相干解調的關鍵是是必須產(chǎn)生一個與調制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會破壞原始信號的恢復。3 設計步

9、驟3.1 構建 am 調制與相干解調框圖按照課程設計的各項要求，以及 am 信號的調制解調原理，在仿真模型窗口選擇合適的器件并在模塊中畫出 am 調制和解調的電路級框圖，如圖 3.1 所示，并創(chuàng)建模型文件。圖 3.1 am 調制和相干解調電路框圖3.2 模型文件的參數(shù)配置將電路圖連好后，依次對各模塊和器件進行相應的參數(shù)配置。在進行 am 調制時，根據(jù)實際要求分別要對基帶信號，直流信號，載波信號,基帶信號的功率譜密度與調制信號的功率譜密度參數(shù)進行設置。基帶信號的的參數(shù)設置如圖 3.2 所示。圖 3.2 基帶信號參數(shù)設置圖載波信號參數(shù)設置如圖 3.3 所示圖 3.3 載波信號參數(shù)設置圖低通濾波器參

10、數(shù)設置如圖 3.4 所示圖 3.4 低通濾波器參數(shù)設置圖3.4 仿真與結果分析接下來就是對構建的系統(tǒng)進行仿真。運行完后，可以通過示波器和功率譜模塊觀察調制和解調結果。在理想信道時的調制波形圖如圖 3.5 所示。圖 3.5am 調制波形圖上圖中，第一路為基帶信號，第二路為 am 調制信號，第三路為 am 調制信號。從圖中可以看出，am 波的包絡與基帶信號的形狀完全一致。調制后的波形符合理論課中描述的波形，調制電路設計成功。解調后的電路圖如圖 3.6 所示。圖 3.6am 解調信號圖在上圖種，第一路為解調后的信號，第二路為基帶信號，由圖形可以看出調制信號經(jīng)過包絡解波后能恢復成原始輸入信號。第三路為

11、加入了高斯噪聲后的解調信號，第四路為加入了萊斯噪聲后的解調信號，第五路為加入了瑞利噪聲后的解調信號.由上圖可以看出，加入噪聲后對解調信號有影響，其中高斯噪聲對信號的影響最大。在設計的過程中，還用到了功率譜分析模塊，對基帶信號，am 調制信號和解調信號進行了分析，am 調制功率密度譜如圖 3.7，基帶信號功率密度譜如圖 3.8，解調信號功率密度譜如圖 3.9 所示。3.7am 調制功率密度譜圖圖 3.8 基帶信號功率密度譜圖 3.9 解調信號功率密度譜由調制前的的基帶信號的波形與頻譜圖（功率、頻率、相位）與解調之后的解調信號的波形與頻譜圖的比較知基帶信號被正常解調出來了，該 am 調制與相干解調

12、電路系統(tǒng)通過仿真之后達到了理論的要求，從改波形與頻譜圖可以得出調制前的波形在通過相干解調之后能夠還原到原來的波形。4 出現(xiàn)的問題及解決方法（1） 第一次接觸 simulink，對軟件不熟悉，很多模塊找不到，為此花費了大量的時間和精力。后面，去圖書館借了本專業(yè)的書籍進行參考，經(jīng)過一個下午的學習，終于熟悉了 simulink，現(xiàn)在已能迅速找到相關模塊了。（2） 對于參數(shù)的設置不能正確的把握，結果有時導致圖像很粗糙或者不完整，特別是低通濾波器的參數(shù)影響著最后的結果。在老師的幫助下，在老師的幫助下，我明白了各種參數(shù)設置的原理，然后設置好了各個參數(shù)。（3） 在加完噪聲后，檢測噪聲對信號的影響，在示波器上

13、觀察，沒有看到明顯的變化，最后加上一個誤差分析儀，測試誤差。5 結束語經(jīng)過兩個星期的課程設計學習，我有了很大的感受。不同于平時的學習，做作業(yè)，課程設計每個人都有一個自己的題目，完全得靠自己，不能有依賴心理。剛開始做設計之前，心里有點忐忑不安，不知道這課程設計是什么樣子的。拿到題目后，我一看，是“am 的調制與相干解調系統(tǒng)仿真”，心里覺得還好，內容都是上課學過的，只是對于應用軟件一竅不通，心里有點怕，老師就安慰我們，說這的個基本上還是比較容易，只要用心做。我去圖書館借了書，熟悉了軟件后，就開始設計了。我先找出了相應的模塊，再連好線，設好參數(shù)，就仿真出來了。只是開始不知道參數(shù)應該怎么設置沖的，在那里折騰了蠻久，后面還是請教了下老師才輕松的解決了。后面我才發(fā)現(xiàn)，其實我們這個設計真的不難，只要稍微看些資料，然后有不懂的積極問老師就行了。這幾年學習里，學了幾門專業(yè)課，雖然都是屬于我們專業(yè)的學科，但是總覺得它們之間聯(lián)系不是很大。但是通過這課程設計，我才發(fā)現(xiàn)，各科知識的聯(lián)系平時是沒那么容易感受出來，只有真正應用的時候才能發(fā)現(xiàn)是聯(lián)系的多么緊密。所以，以后一定要