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基于Simulink的模拟通信 系统仿真—采用AM调制系统


科信学院

通信系统仿真二级项目

设计说明书
(2012/2013 学年第二学期)
课程名称 : 题 目 : 通信系统仿真二级项目 基于 Simulink 的模拟通信

系统仿真—采用 AM 调制系统 专业班级 : 学生姓名 : 学 号 : 通信工程 11-2 班 刘璐 李庭敏 李梦璐 孙玉 110312203 110312205 110312208 指导教师 : 设计周数 : 设计成绩 : 110312209

侯华、任丹萍、张龙 1周

2013 年 7 月 12 日

基于 Simulink 的模拟通信系统仿真—采用 AM 调制系统

目录
1 2 3 项目目的 ....................................................3 项目设计平台 ................................................3 项目设计内容 ................................................3 3.1 双边带幅度调制及解调原理 ...............................3 3.1.1 AM 信号的表达式、频谱及带宽 ........................3 3.1.2 AM 信号的解调——相干解调 .........................4 3.2 数学模型 ...............................................5 3.3 基于 Simulink 的仿真模块 ................................5 3.4 参数设定 ...............................................6 3.5 仿真结果 ...............................................7 4 5 6 项目总结 ....................................................7 心得体会 ....................................................7 参考文献 ....................................................8

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基于 Simulink 的模拟通信系统仿真—采用 AM 调制系统

1 项目目的 本课程设计是在 MATLAB 集成环境下,设计一个 AM 调制与相干解调通信系统,并在 Simulink 平 台上仿真,并把运行仿真结果输入显示器,拿解调输出的波形与基带信号进行比较,根据显示结果 分析所设计的系统性能。它以数字电路、模拟电子线路(低频部分和高频部分)、信息论与编码等 课程为基础,将学生所学理论有机地结合起来,树立通信系统的概念,建立通信系统的模型,并通 过仿真软件实现通信系统的模拟仿真。加强学生利用仿真软件进行系统的设计、参数调整等基本技 能的训练,培养学生科学运算、绘图及分析能力、提高理论联系实践的水平。通过本项目的设计让 学生掌握利用仿真软件进行通信系统的构建及调试的方法。 2 项目设计平台 Simulink 是 Matlab 环境下的一部分,它通过使用框图的方式编辑建模,比较直观。Simulink 是一种基于 MATLAB 的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用 于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。 Simulink 是 Matlab 最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环 境。在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。 Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以 上优点 Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。 Simulink 是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。 对各种时变系统, 包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统,Simulink 提供了交互式图形化环境和可定 制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。 Simulink 是一种可视化工具。构架在 Simulink 基础之上的其他产品扩展了 Simulink 多领域建 模功能,也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink 与 MATLAB; 紧密集成, 可以直接访问 MATLAB 大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模 环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。 3 项目设计内容 3.1 双边带幅度调制及解调原理 3.1.1 AM 信号的表达式、频谱及带宽 若假设滤波器为全通网络( =1),调制信号 叠加直流 后再与载波相乘,则输出的信

号就是常规双边带调幅 AM 调制器模型如图 1 所示。

图 1 常规双边带调幅 AM 调制器模型

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基于 Simulink 的模拟通信系统仿真—采用 AM 调制系统

AM 信号的时域和频域表达式分别为

s AM (t ) ? [ A0 ? m(t )]cos?c (t ) ? A0 cos?c (t ) ? m(t ) cos?c (t )
1 S AM (? ) ? ?A0 [? (? ? ? c ) ? ? (? ? ? c )] ? [ M (? ? ? c )] ? M (? ? ? c )] 2
式中, 为外加的直流分量; 示,图中假定调制信号 是调制信号, AM 信号的典型波形和频谱分别如图2(a)(b)所 、 。显然,调制信号 的带宽为 。 的上限频率为

图 2 AM 信号的波形和频 谱 由图 2(a)可见,AM 信号波形的包络与输入基带信号 成正比,故用包络检波的方法很容易 恢复原始调制信号。 但为了保证包络检波时不发生失真,必须满足 调幅现象而带来失真。 AM 信号的频谱 是由载频分量和上、下两个边带组成(通常称频谱中画斜线的部分为上边 ,否则将出现过

带,不画斜线的部分为下边带) 。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同,下边带是上边带的镜 像。显然,无论是上边带还是下边带,都含有原调制信号的完整信息。故 AM 信号是带有载波的双边 带信号,带宽为基带信号带宽的两倍,即 式中, Bm ? f H 为调制信号 的带宽,

BAM ? 2Bm ? 2 f H
为调制信号的最高频率。

3.1.2 AM 信号的解调——相干解调 由 AM 信号的频谱可知, 如果将已调信号的频谱搬回到原点位置, 即可得到原始的调制信号频谱, 从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现[2]。相干解调的原理框 图如图 3 所示。

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基于 Simulink 的模拟通信系统仿真—采用 AM 调制系统

图 3 相干解调原理框图 将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波,得

1 1 s AM (t ) ? cos ? c t ? [ A0 ? m(t )] cos 2 ? c t ? [ A0 ? m(t )] ? [ A0 ? m(t )] cos 2? c t 2 2
由上式可知,只要用一个低通滤波器,就可以将第 1 项与第 2 项分离,无失真的恢复出原始的调制 信号

1 m0 (t ) ? [ A0 ? m(t )] 2
3.2 数学模型

信号发生器(产生一个调制信号) ?对信号进行 AM 调制 ?对调制的信号相干解调 ?输出波形及 调制信号频谱 3.3 基于 Simulink 的仿真模块

图 4 仿真模块
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基于 Simulink 的模拟通信系统仿真—采用 AM 调制系统

3.4 参数设定

图 5-1 调制信号 调制信号:频率 10HZ,振幅 1V。

图 5-2 载波信号 载波:频率 100HZ,振幅 1V。

图 5-3 带通滤波器 带通滤波器:带宽 100-120HZ。

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基于 Simulink 的模拟通信系统仿真—采用 AM 调制系统

3.5 仿真结果

图6 波形 1 波形 2 波形 3 波形 4 波形 5 波形 6 波形 7 解调后通过低通滤波器的波形 信号发生源(调制信号)的波形 解调后的波形 调制后的波形 调制波加入高斯白噪声后的波形 载波信号波形 调制波加噪声后经过带通滤波器后的波形

4 项目总结 调制信号 f=10HZ A=1V,载波信号 f=100HZ A=1V,由上图可知经过调制后的波形频率基本不变, 即波形基本不变,加入高斯白噪声后,不仅振幅有所改变,波形也发生失真,但经过带通滤波器后 失真情况消失得到频率不变,振幅变为原来的 1/2,将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波 得到解调波形,经过低通滤波器波形恢复原来的那样,振幅变为原来的 1/4,与理论运算结果基本 一致。 5 心得体会 这周的课程设计很短,但收获很多。我用 MATLAB 中的 Simulink 进行了 AM 调制解调及抗噪性的
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基于 Simulink 的模拟通信系统仿真—采用 AM 调制系统

研究。不但又加深了课本的知识,而且也对 Simulink 的基本知识有了一定掌握。 本次课程设计中实现了通信基本知识与 MATLAB 的结合,并在实际中设计并仿真 AM 调制解调的 过程。 这次课程设计中我不得不对 AM 原理其设计步骤进行更深一层次的理解,对书中原来学到的只 知其果不懂其因的理论,在设计中也有了更深刻的认识。 这次设计需要自己设计而我的 MATLAB 的基础不是很好。这次课程设计虽然很简单,由于没有 基础,查找了很多相关的资料,并且上网搜集了很多的相关设计,但由于很多资料上面对于 AM 都是 只简单介绍了原理以及调制解调,还都不是很全。而且这让我在编译和调试过程中除了很多次错误, 这是过程,学习就是在过程中进行的,经过自己几天的劳动,再加上同学们和老师的帮助,不仅对 读 Simulink 了很大提高,更加熟系了 MATLAB 的应用,也对其中的函数有了大概的了解 总之这次课程设计收获很大,是一场难得的锻炼机会。 6 参考文献 [1] 樊昌兴 ,曹丽娜.通信原理 [M ].北京:国防工业出版社 ,2007: 872 96 . [2] 王立宁 ,乐光新 ,詹菲. Matlab 与通信仿真 [M ].北京:人民邮电出版社 , 2000: 1432 186 . [3] 邵玉斌. Matlab /Simulink 通信系统建模与仿真实例分析[M ].北京:清华大学出版社 , 2008: 2152 246 .

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项目设计 评 语

项目设计 成 绩

指导教师 (签字) 年 月 日

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