现代通信原理课程设计 基于systemview的模拟通信仿真.doc

存档资料 成绩： 华东交通大学理工学院课 程 设 计 报 告 书所属课程名称 现代通信原理课程设计 题 目 基于SystemView的模拟通信系统仿真设计 分 院 电信分院 专业班级 09通信工程（2）班 学号 学生姓名 指导教师 2012年 6 月 8日 目 录 目 录2第一章 绪论31.1 System View软件介绍31.2 模拟通信系统概述41.3 模拟信号调制解调5第二章 AM调制解调62.1 AM的调制与解调原理62.2 AM调制与解调系统的仿真图8第三章 DSB调制解调103.1 DSB调制与解调的基本原理103.2 DSB调制与解调系统的仿真图11第四章SSB调制解调134.1 SSB调制与解调的基本原理134.2 SSB调制与解调系统的仿真图15第五章FM调制解调185.1 FM的调制解调原理185.2 FM调制与解调系统的仿真图20第六章本次可设心得22第六章 参考文献23第一章 绪论1.1 System View软件介绍System View是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真分析的可视化软件工具。它界面友好，使用方便。SystemView 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域，SystemView 在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。利用SystemView 可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统。因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；尤其特色的是，利用它可以从各种不同角度，以不同方式按要求设计多种滤波器，并可自动完成滤波器各指标如幅频特性（伯特图）、传递函数、根轨迹图等之间的转换。它还自带有通讯、逻辑、数字信号处理、射频/模拟等专业库以备选择，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。它还可以实时的仿真各种DSP结构，并进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析等。随着现代通信技术的不断发展，无线通信技术已日趋成熟和完善。利用System View带有的CDMA、DVB等扩展库即可十分方便的完成这些系统的设计和仿真。利用SystemView，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释，它具有与外部文件的接口，可直接获得并处理输入/输出真实世界的数据。另外，它还提供了与编程语言VC+或仿真工具Matlab的接口，可以方便的调用其函数。1.2 模拟通信系统概述随着社会生产力的发展，人们对传递消息的要求越来越高，通信，则承载着这个重要的任务。通信中要进行消息的传递，必须有发送者和接收者，发送者和接收者可以是人也可以是各种通信终端设备。换言之，通信可以在人与人之间，也可以在人与机器活机器与机器之间进行。必须有三大部分：一是发送端；二是接收端；三是收发两端之间的信道。通信系统主要分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统通常由模拟信息源，调制器，信道，解调器与收信者组成。模型如下：图1-1 模拟通信系统模型图模拟通信在信道中传输的信号频谱比较窄，因此可通过多路复用使信道的利用率提高，但它的缺点是: 1)传输的信号是连续的，叠加噪声干扰后不易消除，即抗干扰能力较差; 2)不易保密通信; 3)设备不易大规模集成; 4)不适应飞速发展的计算机通信的要求1.3 模拟信号调制解调模拟通信系统中，调制与解调是通信系统中的重要环节，它使信号发生本质性的变化。本文主要对线性调制（AM,DSB,SSB）与非线性调制(FM,NBFM)的信号产生（调制）与接受（解调）的基本原理，方法技术加以讨论，并通过System View仿真验证常规双边带调幅（AM），双边带调幅（DSB），单边带调幅（SSB），频率调制（FM），窄带频率调制（NBFM）。通过此软件观察信号的调制与解调过程，并对输出波形进行分析。模拟调制和解调是实现是实现模拟通信系统的重要组成部分。调制是将原始电信号变换成其频带适合信道传输的信号；解调是在接收端将信道中传输的信号还原成原始的电信号；经过调制后的信号成为已调信号;发送端调制前和接收端解调后的信号成为基带信号。因此，原始电信号又称为基带信号，而已调信号又称为频带信号。 模拟信号的调制与解调是通信原理课程的经典内容，也是模拟通信时代的核心技术。虽然当代技术已发展为数字通信新时代，但模拟信号的调制与解调理论仍然是通信技术中的基础内容之一。第二章 AM调制解调2.1 AM的调制与解调原理（1）调制原理如果输入基带信号为带直流分量，则它可以表示为与之和，其中，是的直流分量，是表示消息变化的交流分量，且假设也是理想带通滤波器的冲激响应，如果满足，则信号为调幅信号，其时域表示形式为:由其表达式可知，假设输入基带信号没有直流分量时，可用载波信号的增益和载波与基带信号乘积的和来模拟AM调制系统，如图3-1原理图所示。图2-1 AM调制原理图（2）解调原理AM的解调系统分为两种：相干解调和费相干解调。两种解调方式的根本差别在于，相干解调必须要恢复出相干载波，所以比相干解调方式要简单，但是相干解调方式在大多数情况下解调效果要好些。图2-2相干解调原理×低通滤波器已调信号相干载波解调信号相干解调是已调信号与相干载波相乘后再经过低通滤波器便可实现基带信号的恢复，原理图如图3-2所示。非相干解调是已调信号经过包络整波器后再经过一个低通滤波器便可实现原始信号的恢复，但在干扰大时恢复的误差也比较大。非相干解调的原理图如图3-3所示。低通滤波器包络检波器解调信号已调信号图2-3非相干解调原理2.2 AM调制与解调系统的仿真图该系统的解调采用相干解调，依据原理图2-1和原理图2-2可以在SystemView设计出AM系统. 如图2-4 图2-4具体参数如下：token 2载波频率设置为200Hz. Token 9 本地载波200Hztoken 3基带信号为20Hz；增益参数为8；token 0低通滤波器：20HZ运行软件后模拟图分别为 如图2-5,2-6,2-7,2-8基带信号 图2-5 载波信号 图 2-6 解调信号 图 2-7 已调信号 图 2-8第三章 DSB调制解调3.1 DSB调制与解调的基本原理（1）调制的基本原理如果输入的基带信号没有直流分量，它与载波的乘积就是双边带信号，或称双边带抑制载波信号。故其表达式为故其原理图如图3-13所示。调制信号基带信号带通滤波器×载波图3-1 DSB调制系统（2）解调的基本原理DSB调制信号只能用线性解调方法。原理和AM的线性解调原理一样。这里将不再赘述。参见原理图2-2 相干解调原理3.2 DSB调制与解调系统的仿真图 依据DBS的调制解调原理，可以做出以下的DSB调制解调系统设计，如图3-2所示。 图3-2其基本参数设计如下： Token 1 载波 80HZ token 8 本地载波 80HZ Token 10 基带信号 15HZ Token 低通滤波器 15HZ运行完后的基带信号，解调信号 ，载波信号 ，已调信号，分别如图3-3,3-4,3-5,3-6所示 基带信号 图 3-3 解调信号 图 3-4载波信号 图 3-5已调信号信号 图 3-6综上图所示，可以看出，抑制载波的双边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高；调制电路简单，仅用一个乘法器就可实现。缺点是占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍。第四章SSB调制解调4.1 SSB调制与解调的基本原理1) 用相移法实现SSB信号的产生:SSB信号的时域表达式为： 式中，“”对应上边带信号，“+”对应下边带信号；表示把的所有频率成分均相移，称是的希尔波特变换。根据上式可得到用相移法行成SSB信号的模型： 图4-1 SSB信号调制原理框图相移法形成SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作，该网络要对调制信号的所有频率分量严格相移，这一点即使近似达到也是困难的。2)解调原理：从SSB信号调制原理图中不难看出，SSB信号的包络不再与调制信号成正比，因此SSB信号的解调采用相干解调。如下图： 图4-2 相干解调原理图此时，乘法器输出 经低通滤波后的解调输出为 因而可得到无失真的调制信号。4.2 SSB调制与解调系统的仿真图本系统采用的是SSB移相法调制和线性解调，设计图如图4-3所示。 图4-3其基本参数如下： Token 0 :基带信号 15HZ Token 1:载波信号80 HZ， token 16 :本地载波 80HZ token 17:本地载波 80HZ Token 18: 低通滤波器 15 HZ ,token 19 低通滤波器 15HZ仿真后的上边带已调信号，上边带解调信号，下边带已调信号下边带解调信号分别如图4-4，4-5，4-6，4-7所示。 上边带已调信号 图4- 上边带解调信号 图4-4 上边带已调信号 4-5 下边带已调信号 图4-6下边带解调信号 图4-7 下边带频谱 4-8 上边带频谱4-9综上图分析，单边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高；频带宽度只有双边带的一半，频带利用率提高一倍。缺点是单边带滤波器实现难度大。第五章FM调制解调5.1 FM的调制解调原理图 5.1窄带调频原理框图(1) FM角度调制原理角度调制是用调制信号去控制载波信号角度（频率或相位）变化的一种信号变换方式，信号经过角度调制后，频率结构将发生变化。角度调制的一般原理: 其中:为已调信号的瞬时相位（rad）为已调信号的瞬时相位偏移（rad）为已调信号的瞬时角频率（rad/s）为已调信号的瞬时角频率偏移（rad/s）频率调制（FM）即已调信号的瞬时角频率偏移随原始基带信号线性变化，亦即： ，其中为调频灵敏度或有 其中，A 是载波的振幅，是角度调制信号的瞬时相位，而是瞬时相位偏移;为信号的瞬时频率，而称为瞬时频率偏移，即相对于的瞬时频率偏移。(2) FM角度解调原理非相干解调 由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅度，因而调频信号的解调必须能产生正比于输入频率的输出电压，也就是当输入调频信号为: 时，解调器的输出应当为。相干解调 由于窄带调频信号可分解成正交分量与同相分量之和，因而可以采用线性调制中的相干解调法来进行解调。设窄带调频信号为，相干载波为，则乘法器输出为，经低通滤波器滤除高频分量，得再经微分，得输出信号。5.2 FM调制与解调系统的仿真图仿真原理图如图5.2 图 5.1 参数设置如下： Token 4基带信号：8HZ Token 0 增益：10 Token6 载波:150HZ Token 12低通滤波器：8HZ以上各图从做到右从上到下分别为：SINK 13解调信号，SINK 15载波信号，SINK14 基带信号 SINK15 已调信号。第六章本次可设心得这次课程设计是基于system view 进行模拟或者数字的调制解调仿真。我选择的是模拟调制，主要是仿真AM DSB SSB的调制解调的全过程。由于是第一次接触system view，对一些软件操作不熟悉，在第一天的课设过程中，总是要话费很多时间去找调制解调中所需的器件。半天过后，渐渐对这个软件有了一定了解。但新的问题又出现了，理论学习时感觉对模拟调制解调还掌握的不错，但做起东西来又感觉比较陌生，对一些概念还是一知半解。现在我将三个调制解调过程中出现的问题简述如下。² 在做AM调制时首先遇到的是理论上的问题，AM调制需要的基带信号含有直流分量，但是怎样来解决这个直流分量。查阅相关书籍后才知道通过一个增益器就能实现。这里的增益系数原则上设置大一点，设为8。接下来需要注意的是在解调过程中，本地载波一定要和基带信号同频同相。低通滤波器的频率要和基带信号的频率一样。² DSB仿真应该是本次模拟调制解调时中比较简单的一个，基本上没有遇到问题。只要基带信号，本地载波，参数设置合适。波形都比较真确² 在做SSB仿真时，注意的问题比较多。首先需要注意的是基带信号和本地载波的输出信号。在连线时我们会发现有两种选择。0是正弦信号。1是余弦信号。注意上边带，下边带信号的表达式。本地载波 低通滤波器的设置参数和AM中需要注意的问题一样。² 另外，时钟设置需要注意的是，一般抽样频率为 载波的7到8倍第七章 参考文献1樊昌信 编通信原理国防大学出版社，2003. 2达新宇 编 现代通信原理 北京邮电大学出版社 2004.3宫锦文、刘忠成等编著，通信原理及系统实验，电子工业出版社.