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AM调制解调系统仿真


设计(论文) 设计(论文)任务书

课题名称: 调制系统的仿真与原理实验分析 课题名称:AM 调制系统的仿真与原理实验分析

完成期限: 完成期限:2009 年 11 月 28 日至 2010 年 1 月 3 日

院系名称 外经贸学院 专业班级 电信 0722 班 学生姓名 许 XX

指 导 教 师 李 XX 指导教师职称 副教授 071409xxx 学号 071409xxx

院系课程设计(论文) 院系课程设计(论文)工作领导小组组长签字 课程设计

摘 要
通信按照传统的理解就是信息的传输。在当今高度信息化的社会,信息和通 信已经成为现代社会的“命脉” 。信息作为一种资源,只有通过广泛的传播与交 流,才能产生利用价值,促进社会成员之间的合作,推动社会生产力的发展,创 造出巨大的经济效益。而通信作为传输信息的手段或方式,与传感技术、计算机 技术相互融合,已成为 21 世纪国际社会和世界经济发展的强大动力。可以预见, 未来的通信对人们的生活方式和社会的发展将会产生更加重大和意义深远的影 响。 在此我们将分别介绍各种调制系统,并将重点放在发展迅猛的数字调制上。 调制在通信系统中的作用至关重要。 所谓调制就是把信号转换成适合在信道中传 输的形式的一种过程。调制的方式有很多。根据调制信号时模拟信号还是数字信 号,载波是连续波还是脉冲序列,相应的调制方式有模拟连续波调制、数字连续 波调制、模拟脉冲调制和数字脉冲调制等。

关键字: 关键字:模拟调制系统、调制解调、超外差、仿真

2





引言 ................................................ 4 1. 通信系统简介 ...................................... 5
1. 1 通信的基本概念 ...................................... 5 1. 2 通信的发展史 ........................................ 5 1.3 通信系统的组成 ....................................... 5 1.4 通信系统的分类 ....................................... 6

2. AM 调制原理 ....................................... 6
2. 1 基本概念 ............................................ 6 2.2 AM 调制的 SystemView 仿真 ............................. 7 2.3 仿真模型参数 ...................................... 10

2.3.1 正弦波发生器..................................... 11 2.3.2 运放 .............................................. 11 2.3.3 噪声源 ............................................ 11 2.3.4 低通滤波器 ........................................ 11

3. 结语 ............................................. 12 参考文献: .......................................... 13

3

引 言
在通信系统中, 从消息变换过来的原始信号所占的有效频带往往具有频率较 低的频谱分量(例如语音信号),如果将这种信号直接在信道中进行传输,则会严 重影响信息传送的有效性和可靠性,因此这种信号在许多信道中均是不适宜直接 进行传输的。在通信系统的发射端通常需要有调制过程,将调制信号的频谱搬移 到所希望的位置上,使之转换成适于信道传输或便于信道多路复用的已调信号; 而在接收端则需要有解调过程,以恢复原来有用的信号。调制解调方式常常决定 了一个通信系统的性能。随着数字化波形测量技术和计算机技术的发展,可以使 用数字化方法实现调制与解调过程。 调制在通信系统中具有重要的作用。通过调制,不仅可以进行频谱搬移,把 调制信号的频谱搬移到所希望的位置上, 从而将调制信号转换成适合于信道传输 或便于信道多路复用的已调信号, 而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着 很大的影响。调制方式往往决定了一个通信系统的性能。调制技术是指把基带信 号变换成传输信号的技术。 基带信号是原始的电信号, 一般是指基本的信号波形, 在数字通信中则指相应的电脉冲。 在无线遥测遥控系统和无线电技术中调制就是 用基带信号控制高频载波的参数(振幅、频率和相位) ,使这些参数随基带信号 变化。用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。未调制的高频电振荡称 为载波(可以是正弦波,也可以是非正弦波,如方波、脉冲序列等) 。被调制信 号调制过的高频电振荡称为已调波或已调信号。已调信号通过信道传送到接收 端,在接收端经解调后恢复成原始基带信号。

4

1.通信系统简介
1.1 通信的基本概念
通信的目的是传送消息所包含的信息。异地间人与人、人与机器、机器与机 通信 器进行信息的传递和交换。语言、文字、图像等信息是不能直接在通信系统中传 递,为此需在发送端将它们转换成电(光)信号(即信源)来载荷语言、文字、 图像等信息, 电信号经通信系统传送至接收端, 收端将电信号还原成语言、 文字、 图像等信息。

1.2 通信的发展史
1948 年,贝尔实验室向公众展示了用以取代真空管的晶体管。 1948 年,Claude E.Shannon 发表了信息论。 1957 年 10 月 4 日,原苏联发射了第一颗人造地球卫星,地球上第一次收到 了来自人造卫星的电波。它不仅标志着航天时代的开始, 也意味着一个利用卫 星进行通信的时代即将到来。 1958 年,发明了集成电路。 1964 年,电子电话交换机投入使用。 1979 年,64KB 随机存储器的出现宣告超大规模集成(VLSI)电路时代的到 来。 1980 年,贝尔公司推出 FT3 光纤通信系统。 1985 年,传真机(FAX)广泛使用。 1989 年,卫星全球定位系统(GPS)完成部署 。 2000 年至今,进入基于微处理器的数字信号处理、高速个人计算机、扩频 通信系统、数字卫星系统、数字电视、数字广播以及个人通信系统时代。

1.3 通信系统的组成
通信系统的一般模型
信息源 发送设备 (发送端) 噪声源 信道 接收设备 受信者

(接收端)

5

1.4 通信系统的分类
1.模拟通信系统模型

2.数字通信系统模型

2. AM 调制原理
2.1 基本概念
标准调幅就是常规双边带调制,简称调幅(AF) 。假设调制信号 m(t)的平均 值为 0,将其叠加一个直流偏量后与载波相乘(图 1),即可形成调幅信号。

m(t )

sm (t )

A0

cos ωc t 图1 AM 调制模型

时域分析

s AM (t ) = [ A0 + m(t )] cos[ω c (t ) + θ 0 ]
6

要求 假设 则

A0 ≥ m (t ) max

m(t ) = Am cos(ω m t + θ m )

s AM (t ) = [ A0 + Am cos (ωmt + θ m )]cos [ωc (t ) + θ 0 ]
? m ( t ) ? max ? ? m ( t ) ? min ? ? ? β=?

= A0 [1 + β AM cos (ωmt + θ m )]cos [ωc (t ) + θ 0 ]
? m ( t ) ? max + ? m ( t ) ? min ? ? ? ?
可以是确知信号也可以是随机信号,但通

调幅度:

式中, 为外加的直流分量; 常认为其平均值为 0,即 AM 信号频谱表达式: 。

1 S AM (ω ) = π A0 [δ (ω + ωc ) + δ (ω ? ωc )] + [ M (ω + ωc ) + M (ω ? ωc )] 2
AM 信号的典型波形和频谱分别如图 2(a)(b)所示,图中假定调制信 、 号 的上限频率为
m(t )
t

。显然,调制信号

的带宽为



A0 + m(t )

M (ω )

t

cos ω c t
t

?ωH

ωH
S AM (ω )

ω

sAM (t)

πA0

πA0

t
(a)

? ωc
(b)

ωc
2ω H

ω

图2

AM 信号的波形和频谱

2.2 AM 调制的 SystemView 仿真
AM 信号对应的 SystemView 调制解调系统如图 3 所示。 图 4、图 5、图 6、图 7、图 8 所示分别为常规的 AM 调制信号、载波信号、 已调信号、已调信号的频谱和解调后的信号。要使输出已调信号的幅度与输入调

7

制信号 f(t)呈线性对应关系,应满足 A 0 ≥ f(t) max ,否则会出现过调制现象。调 整图 3 中的 增益可观察到过调制波形。

图3

AM 信号对应的 SystemView 调制解调系统

SystemVi ew 0 1 4e-3

载载 调制信号 8e-3 12e-3 16e-3 20e-3 24e-3

A p iu e mltd

500e-3

0

-500e-3

-1 0 4e-3 8e-3 12e-3 16e-3 20e-3 24e-3

T i me i n Seconds

图4

AM 调制信号

8

SystemView 0 1 500e-3 0 -500e-3 -1 0 4e-3 8e-3 4e-3 8e-3

载 载 (t1 12e-3 16e-3 20e-3 24e-3

A p iu e mltd

12e-3

16e-3

20e-3

24e-3

Time in Seconds

图5
SystemView

载波信号

已 已已 0 4e-3 8e-3 12e-3 16e-3 20e-3 24e-3

1

500e-3

A li ud mp t e

0

-500e-3

-1

0

4e-3

8e-3

12e-3

16e-3

20e-3

24e-3

Time in Seconds

图6

已调信号输出

9

SystemView 0 0 2.5e+3

已已已  5e+3 7.5e+3 10e+3

P w rd m oe B

-20

-40

-60 0 2.5e+3 5e+3 7.5e+3 10e+3

Frequency i n Hz (dF = 39.06 Hz )

图7
SystemView

已调信号频谱

解 已解 解 已  0 400e-3 4e-3 8e-3 12e-3 16e-3 20e-3 24e-3

200e-3

A li ud mp t e

0

-200e-3

-400e-3 0 4e-3 8e-3 12e-3 Time in Seconds 16e-3 20e-3 24e-3

图8 2.3 仿真模型参数 2.3.1 正弦波发生器

解调后的信号

10

参 项 目 数

大小 正弦波发生器 0 1 V 2e+3 Hz 0 deg 正弦波发生器 3 1 V 300 Hz 0 deg 正弦波发生器 12 1 V 2e+3 Hz 0 deg

Amplitude Frequency Phase 2.3.2 运放

项目 Gain units Gain 2.3.3 噪声源

大小 Linear 0

项目 Constant parameter Std Dev Mean 2.3.4 低通滤波器

大小 Std Deviation 30e-3 V 0 V

项目 NO. of Poles Low Cuttoff Filter input sample rate
11

大小 6 25 Hz 300 Hz

3.结论 3.
通过这次通信原理课程设计,可得调制在通信系统中的重要性,还有懂得了 为什么现有的收音机要用 AM 调制而不用其它的调制类型。由此也可得调幅波在 波形上,幅度随基带信号的规律而呈正比的变化;在频谱结构上,它的频谱完全 是基带信号频谱在频域内的简单搬移 (精确到常数因子) 由于这种搬移是线性的, 因此,幅度调制通常又称为线性调制。 在仿真的过程中由于没有学过相关的仿真软件,所以一切都是自学,从头开 始,所以这其中遇到了许多困难。但同时也感受到了学习的快乐。在此过程中能 把学到的东西运用到实践中来变成自己的实验结果,即验证了课本知识的正确 性,又巩固了所学知识。所以这是一次有意义的课程设计。我将在以后的学习中 继续努力,学习相关软件知识,提高自己的水平。同时也感谢老师同学的栽培, 帮助。没有你们的帮助就没有我今天的成果。

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参考文献
[1].《 通 信 原 理 》 第 五 版 ) 樊 昌 信 等 , 国 防 工 业 出 版 社 ( , [2].《 现 代 通 信 原 理 》 曹 志 刚 钱 亚 生 清 华 大 学 出 版 社 [3].《 通 信 原 理 》 黄 载 禄 殷 蔚 华 编 著 科 学 出 版 社 [4].《 通 信 原 理 简 明 教 程 》 南 利 平 , 清 华 大 学 出 版 社 , [5]. 《数字通信》(第四版)[美]john G.Proakis 著 [6]. 《通信原理—基于 MATLAB 的计算机仿真》 ,郭文彬等 北京邮电大学出版社 [7]. 《通信系统原理》 ,冯玉珉,清华大学出版社 [8]. 《通信原理学习指导与题解》 ,王福昌,西安电子科技大学 [9]. 《现代通信基础与技术》 张辉 等主编 西安电子科技大学出版社 [10].《通信原理学习指导》 ,张辉,西安电子科技大学 [11].《现代通信原理》 宋祖顺 电子工业出版社

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