模拟AM、DSB、SSB线性调制.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.22M 资料格式：doc 举报版权申诉

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前言

工程概括

正文

3.1设计的目的和意义

3.2 设计方法和内容

3.2.1 幅度调制与解调原理

3.2.2 AM信号仿真

3.2.3 DSB信号仿真

3.2.4 SSB信号仿真

3.3 结论

致谢

参考文献

目录 1 前言 ................................................................. 1 2 工程概括 ............................................................... 1 3 正文 ................................................................. 2 3.1 设计的目的和意义 .................................................... 2 3.2 设计方法和内容 ......................................................2 3.2.1 幅度调制与解调原理 ............................................. 2 3.2.2 AM 信号仿真 .....................................................2 3.2.3 DSB 信号仿真 ....................................................4 3.2.4 SSB 信号仿真 ....................................................6 3.3 结论 ................................................................8 4 致谢 ................................................................. 8 5 参考文献 ............................................................... 9

塔里木大学信息工程学院课程设计前言在当今飞速发展的信息时代，随着数字通信技术计算机技术的亏阿苏发展以及通信网络与计算机网络的相互融合，信息科学技术已成为 21 世纪国际社会和世界经济发展飞新的强大动力。信息作为一种资源，只有通过广泛的传播与交流，才能差生利用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产力的发展，创造巨大的经济效益。而信息的传播和交流，是依靠各种通信方式和技术来实现的。学习和掌握现代通信理论和技术是信息社会每一位成员，尤其是未来通信工作着的迫切要求。近两年来，伴随着美国 MathWorks 公司的 MATLAB6.0 和 MATLAB6.5 的发布，MATLAB 由最初的“矩阵实验室”，已经发展成适合多科多工作平台的大型科技应用软件。它包含众多的功能各异的工具箱，涉及领域包括：数字信号处理、通信技术、控制系统、神经网络、模糊逻辑、数值统计、系统仿真和虚拟现实技术等。作为一个功能强大的数学工具软件，在很多领域中得到了广泛的应用。近年来已逐渐列入许多大学理工科学生的教学内容，成为广大师生、研究人员的重要数学分析工具和有利助手；也为广大科研工作者进行系统仿真与分析提供了极大的方便。在过去几年中，Simulink 已经成为院校和工程领域中广大师生和研究人员用来建模和方针动态系统的软件包。Simulink 鼓励人们去尝试，可以用它轻松的搭建一个系统模型，并设置模型参数和方针参数，并且立即观察到改变后的方针结果。通信仿真是衡量通信系统性能的工具。通信仿真可以分成离散事件仿真和连续仿真。在寓教事件仿真中，仿真系统只对离散事件做出响应，而在连续仿真中，仿真系统对输入信号“生连续的输出信号。离散事件仿真是对实际通信系统的一种简化，它的仿真建模比较简单，整个仿真过程需要花费的时间也比连续仿真少。虽然离散事件仿真舍弃了一些仿真细节，在旨些场合显得不够具体，但仍然是通信仿真的主要形式。通过调制可以使信号适用于无线信道传输，AM、DSB、SSB 是短波通信的三种主要方式。其中 SSB 调制已经成为短波通信的一种重要的调制方式。AM 调制的优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差，目前主要用于中波和短波的调幅广播中。DSB 调制设备较复杂，应用较少，一般只用于点对点的专用通信。SSB 制式普遍用于频带比较拥挤的场合，如短波的无线电广播和频分多路复用系统中。工程概括根据调制前的信号是模拟信号还是数字信号可以把信号调制方式分成两类：模拟调制方式和数字调制方式。模拟调制方式还可以分成模拟幅度调制、模拟频率调制和模拟相位调制，这 3 种调制方式分别根据输入的模拟信号的强度改变载频信号的幅度、频率和相位来区分。在这次课程设计的主要概况是了解幅度调制与解调的基本原理。利用 MATLAB7.0 中的模拟仿真软件 Simulink 仿真设计 AM、DSB、SSB 调制与解调系统。完成调制信号分析，并绘制相关的波形图及频谱图。分析信号波形及其频谱特点。采用包络检波和相干解调的发放分别对 DSB、SSB、 AM 信号进行解调。第 1 页共 8 页

塔里木大学信息工程学院课程设计正文 3.1 设计的目的和意义通过利用 matlab simulink 模拟仿真线性幅度调制与解调。掌握线性调制与解调的基本原理。熟悉 matlab simulink 仿真工具。通过调制将基带信号转换成适合于信道传输的已调信号、实现信道的多路复用、提高信道利用率、减小干扰，提高系统抗干扰能力、实现传输带宽与信噪比之间的互换。 3.2 设计方法和内容 3.2.1 幅度调制与解调原理幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按照调制信号的规律而变化的过程。将基带信号  tm 加入一个直流分量 0A 后与载波相乘，即可形成 AM 信号。将直流分量 0A 去掉，即可输出抑制载波的双边带信号。若让双边带信号通过一个带同滤波器或利用相移法即可产生 SSB 信号。即滤波法和相移法。解调是调制的逆过程，其作用是从接受信号中恢复出原基带信号。解调的方法分为两类：相干解调和非相干解调（如包络检波）。相干解调也称同步检波，适用于所有线性调制信号的解调。其关键是必须在已调信号的接受端产生与信号载波同频同相的本地载波。包络检波多用于广播接受机中，也适用于 AM 信号中。简单的模块如图 3-1：  tm S AM  t  tSm  tm0 LPF 0A cos twc 3.2.2 AM 信号仿真   tc  cos tw c 图 3-1 幅度调制与解调基本原理图 AM 调制的基本原理是将基带信号加一个直流分量 0A 后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域和频域表示式分别为    tmA 0   t   S  AM cos Atw 0 c  cos mtw c   t +   tm cos tw c S AM   t    A  0 ww c      ww c     1 2  wwM c     wwM   c  因此，已调信号的频谱由载频分量和上、下两个边带组成，上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。其带宽是基带信号的两倍，为 B AM 2 f H 。AM 信号频谱中，载波分量占据大部分的功率，而含有用信息的两个边带占有的功率较小。因此，从功率上讲，AM 信号的功率利用率比较低。利用 matlab /simulink 模拟 AM 信号的仿真原理图如图 3-2：第 2 页共 8 页

塔里木大学信息工程学院课程设计图 3-2 AM 信号仿真原理图图中各个模块的作用及参数分别： (1) Singal Generrater 信号信号发生器。其主要作用是产生各种信号。本次实验中采用的是正弦波信号。正弦波的频率设置为 f=10 赫兹。幅值 A=1. (2) DSB Modulater ，AM 信号调制器。其主要作用相当于一个加法器和相乘器，使原信号与直流分量相加后再与本地载波相乘，实现对原信号的调制。该模块中主要的参数如下： nout signal offset（输入信号偏移）输入信号偏移 K。本参数应该大于或等于输入信号最小值的绝对值；Carrier frequency(HZ)，波频率为 200 赫兹。Initial phase(rad) 初始相位为 pi/3。 (3)DSB Dmodulater，解调器。其主要作用是将原信号从已调信号中恢复出来。需注意的是加入的同步信号必须与本地载波同频同相，因此其频率和初相分别为 200 赫兹、pi/3. (4) Analog Filter Design 低通滤波器。它在通信系统中主要其的作用是滤除带外噪声等。Filter oder 值为 9，Passband edgefrequency 为 5000. (5) Scope 示波器。用来显示各个仿真信号的时域波形图。设置坐标轴数为 4，使其能够同时显示 4 组信号。仿真信号的时域波形图为如图图 3-3 AM 信号仿真时域波形图第 3 页共 8 页

该滤波器分为四组，从下之上分别为：基带信号、已调信号、解调信号、经低通滤波器的解调信号的时域波形图。每个波形图显示了 9 个周期的波形。信号的频谱图如图 3-4：塔里木大学信息工程学院课程设计图 3-4 AM 信号仿真频谱图图中各个模块的作用及参数分别：正弦基带信号的频率为 10 赫兹，正弦载波信号的频率为 200 赫兹。因为其带宽是基带信号的两倍。因此，其载波频率为 200 赫兹，而上、下边带的频率分别为 190 赫兹和 210 赫兹。带宽为 20 赫兹。 3.2.3 DSB 信号仿真在 AM 信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果抑制载波，只需将直流 0A 去掉，即可输出抑制载波双边带信号。其时域和频域表示式分别为：     tmt  cos tw c  wwM c      ww  c  。 S DSB  DSB S 1w  2 因此 DSB 信号的频谱含有两个边带，即上、下边带。两个边带所含的信息相同。它的带宽是基带信号带宽的两倍为 B DSB 2 f H 。因为其频谱中不含有载有无用信息的载波分量，只含有载有无用信息的边带分量，因此其信号的功率利用率较 AM 信号要大的多。利用 matlab simulink 模拟 AM 信号的仿真原理图如图 3-5：第 4 页共 8 页

塔里木大学信息工程学院课程设计图 3-5 DSB 信号仿真原理图图中各个模块的作用及参数分别： (1) Singal Generrater 信号信号发生器。其主要作用是产生各种信号。本次实验中采用的是正弦波信号。正弦波的频率设置为 f=5 兹。幅值 A=1. (2) DSBC Modulater 双边带信号调制器。其主要作用相当于一个相乘器，使基带信号与本地载波相乘，实现对原信号的 DSB 调制。该模块中主要的参数如下： nout signal offset（输入信号偏移）输入信号偏移 K。本参数应该大于或等于输入信号最小值的绝对值；载波频率为 120 赫兹，初始相位为 pi/3。 (3) DSBC Dmodulater 解调器。其主要作用是将原信号从已调信号中恢复出来。需注意的是加入的同步信号也必须与本地载波同频同相，因此其频率和初相分别为 120 赫兹，pi/3。 (4) Analog Filter Design 低通滤波器。在通信系统中它的主要其的作用是滤除带外噪声等。Filter oder 值为 9，Passband edgefrequency 为 5000. (6)FFT 频谱仪。用来显示仿真信号的频谱。设置其横轴以千赫兹为单位。仿真信号的时域波形图为如图：图 3-6 DSB 信号时域波形图第 5 页共 8 页

滤波器分为四组，从下之上分别为：基带信号、已调信号、解调信号、经低通滤波器的解调信号的时域波形图。每个波形图显示了 3 个周期的波形。信号频谱图如图 3-7：塔里木大学信息工程学院课程设计对于该仿真系统，基带信号的频率为 5 赫兹，载波信号的频率为 120 赫兹。由于 DSB 信号的频谱为 B DSB 2 f H 。因此，信号的带宽为 10 赫兹，频谱成分以 200 赫兹为中心频率，两侧的图 3-7 DSB 信号频谱图上、下边带的频谱分量分别为：115 赫兹与 125 赫兹。 3.2.4 SSB 信号仿真产生 SSB 信号最直观的方法是让双边带信号通过一个边带滤波器，保留所需要的边带，滤除不要的边带。但是，这要求单边带滤波器在 cf 附近具有陡峭的截止特性。是的滤波器的设计和制作很困难。因此，我们借助希尔伯特变换来实现相移法形成 SSB 信号。其时域和频域的表示式分别为： 1   t  2 1w  4  wwM c 1 2    tm  wM  tw c    tm ww     j sgn sin twc SSSB  sin    w S SSB  其中 sgn w ， 1 0w sgn w 1 c   1 4 0w  。 f H SSB 信号所占用的带宽为 AM、DSB 的一半。它的带宽与基带信号的带宽相同，为 B SSB 利用 matlab simulink 模拟 AM 信号的仿真原理图如图 3-8：第 6 页共 8 页

塔里木大学信息工程学院课程设计图 3-8 SSB 信号仿真原理图图中各个模块的作用及参数分别： (1) Singal Generrater 信号信号发生器。产生各种信号。本次实验中采用的是正弦波信号。正弦波的频率设置为 f=8 赫兹。幅值 A=1。 (2) SSB Modulater 调制器。其主要作用相当于 DSB 调制器让 DSB 信号在通过一个边带滤波器，保留所需要的边带，滤除不要的边带。实现对原信号的调制。该模块中主要的参数如下： nout signal offset（输入信号偏移）输入信号偏移 K。本参数应该大于或等于输入信号最小值的绝对值；Carrier frequency(HZ)，波频率为 180 赫兹，I nitial phase(rad) 初始相位为 pi/3。 (3) SSB Dmodulater 解调器。其主要作用是将原信号从已调信号中恢复出来。同步信号必须与本地载波同频同相，因此其频率和初相分别为 180 赫兹。 (4) Analog Filter Design 低通滤波器。在通信系统中主要的作用是滤除带外噪声等。Filter oder 值为 9，Passband edgefrequency 为 5000. (5)Zero-Oder Hold,临界保持显示的仿真信号的时域波形图如下：图 3-9 SSB 信号时域波形图第 7 页共 8 页

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