[信息與通信]基于systemview的模擬通信通信系統(tǒng)的仿真

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1、 天津天獅學(xué)院 畢業(yè)實(shí)踐報(bào)告 題目：基于System View的模擬通信系統(tǒng)的仿真 二級(jí)學(xué)院 _____電子計(jì)算機(jī)學(xué)院 專 業(yè) __ 通信技術(shù) 學(xué)生姓名 ___戴曉辰 指導(dǎo)教師 ________沈振惠 __ 2011年5月31日 摘 要 通信系統(tǒng)是用于完成信息傳輸過(guò)程的技術(shù)系統(tǒng)的總稱。現(xiàn)代通信系統(tǒng)分為無(wú)線通信和有線通信，它在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。而通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要先

2、進(jìn)行模擬仿真，以提升系統(tǒng)的可用性。 動(dòng)態(tài)仿真軟件System View，利用它可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌贤ㄐ畔到y(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)，也可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。它是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，可進(jìn)行包括數(shù)字信號(hào)處理（DSP）系統(tǒng)、模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的仿真分析。System View以模塊化和交互式的界面，在Windows窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個(gè)嵌入式的分析引擎。 System View是一個(gè)用于電路與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真的動(dòng)態(tài)分析工具，它實(shí)現(xiàn)了功能的軟件化，避開(kāi)了復(fù)雜的硬件搭建，在不具備先進(jìn)儀器的條件下同樣也能完成復(fù)雜的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與

3、仿真本文利用System view軟件設(shè)計(jì)模擬調(diào)制和解調(diào)電路，通過(guò)分析其輸入輸出波形驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路的正確性。 本論文內(nèi)容主要包括通信系統(tǒng)的概述、模擬通信系統(tǒng)的基本內(nèi)容以及用System View仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬通信系統(tǒng)的仿真。模擬通信系統(tǒng)的基本內(nèi)容主要有通信系統(tǒng)的基本模型，模擬信號(hào)的線性調(diào)制（AM、DSB、SSB）與解調(diào)，非線性調(diào)制（FM、NBFM）與解調(diào)，本論文同時(shí)也對(duì)仿真軟件（System View）簡(jiǎn)單介紹，同時(shí)用仿真軟件實(shí)現(xiàn)上述模擬通信系統(tǒng)的仿真。 關(guān)鍵詞：System View 通信系統(tǒng) 調(diào)制解調(diào) 仿真  來(lái)源：( - 雙路語(yǔ)音通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真論文_畢業(yè)論文120

4、_新Abstract Communication system is the general appellation of complete the process of information transmission system. Modern communication system is divided into wireless communication and wired communication. It plays an important role in all fields. The communication system design needs to m

5、ake the simulation first, in order to improve the availability of the system. Dynamic Simulation Software System View, it can be used for constructing a variety of complex analog, digital, mixed communication systems and various multi-rate system, and also can be used for a variety of linear or non

6、linear control system design and simulation. It is a powerful tool for dynamic system analysis, including digital signal processing (DSP), analog and digital communication systems, and signal processing system and control system simulation analysis. According to a modular and interactive interface,

7、under the Window in the Windows environment, System View provides users with an embedded analytical engine. System View is a tool of programming for circuit and communication system design, simulation of dynamic analysis. It avoids the complex hardware structures. On the conditions that don’t have

8、the advanced equipment, it also can complete a complex communication system design and simulation. True Software Design System view this thesis, analog modulation and demodulation circuit. By analyzing the input and output waveforms of the correctness of the circuit design. The thesis mainly includ

9、ing an overview of communications systems, analog communications system and the basic contents and use System View, simulation software simulation of communication systems to achieve the simulation. Analog communication systems are the main elements of the basic communication system model, the line

10、ar analog signal modulation (AM,DSB,SSB) and demodulator, non-linear modulation(FM,NBFM) and demodulator, the thesis also give a brief introduction on the simulation software(System View), while using simulation software to achieve the simulation of the communications system simulation. Keywords

11、：System View Communication Systems Modulation Demodulation Simulation 目 錄 一、緒論 1 1.1 模擬通信系統(tǒng)概述 1 1.2 模擬信號(hào)調(diào)制解調(diào) 1 1.3 調(diào)制的基本概念 2 1.4 System View系統(tǒng)簡(jiǎn)介 3 1.4.1 System View軟件介紹 3 1.4.2 System View仿真系統(tǒng)的特點(diǎn) 3 二、模擬幅度調(diào)制系統(tǒng) 5 2.1 幅度調(diào)制基本概念 5 2.2 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM） 5 2.2.1 AM的調(diào)制與解調(diào)原理 5 2.2.2 仿真模型及

12、結(jié)果波形圖 7 2.3 雙邊帶調(diào)幅（DSB） 10 2.3.1 DSB的調(diào)制與解調(diào)原理 10 2.3.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 11 2.4 單邊帶調(diào)幅（SSB） 13 2.4.1 SSB的調(diào)制與解調(diào)原理 13 2.4.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 14 三、模擬角度調(diào)制系統(tǒng) 17 3.1 角度調(diào)制基本概念 17 3.2 頻率調(diào)制（FM） 17 3.2.1 FM的調(diào)制與解調(diào)原理 17 3.2.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 20 3.2.3 仿真結(jié)果分析 23 3.3 窄帶調(diào)頻（NBFM） 26 3.3.1 NBFM的調(diào)制與解調(diào)原理 26 3.3.2 仿真

13、模型及結(jié)果波形圖 28 四、總 結(jié) 31 五、謝 辭 32 參 考 文 獻(xiàn) 33 一、緒論 1.1 模擬通信系統(tǒng)概述 隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人們對(duì)傳遞消息的要求越來(lái)越高，通信，則承載著這個(gè)重要的任務(wù)。通信中要進(jìn)行消息的傳遞，必須有發(fā)送者和接收者，發(fā)送者和接收者可以是人也可以是各種通信終端設(shè)備。換言之，通信可以在人與人之間，也可以在人與機(jī)器活機(jī)器與機(jī)器之間進(jìn)行。必須有三大部分：一是發(fā)送端；二是接收端；三是收發(fā)兩端之間的信道。通信系統(tǒng)主要分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)通常由模擬信息源，調(diào)制器，信道，解調(diào)器與收信者組成。模型如下： 圖1-1 模擬通信

14、系統(tǒng)模型圖 模擬通信在信道中傳輸?shù)男盘?hào)頻譜比較窄，因此可通過(guò)多路復(fù)用使信道的利用率提高，但它的缺點(diǎn)是: 1)傳輸?shù)男盘?hào)是連續(xù)的，疊加噪聲干擾后不易消除，即抗干擾能力較差; 2)不易保密通信; 3)設(shè)備不易大規(guī)模集成; 4)不適應(yīng)飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)通信的要求 1.2 模擬信號(hào)調(diào)制解調(diào) 模擬通信系統(tǒng)中，調(diào)制與解調(diào)是通信系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，它使信號(hào)發(fā)生本質(zhì)性的變化。本文主要對(duì)線性調(diào)制（AM,DSB,SSB）與非線性調(diào)制(FM,NBFM)的信號(hào)產(chǎn)生（調(diào)制）與接受（解調(diào)）的基本原理，方法技術(shù)加以討論，并通過(guò)System View仿真驗(yàn)證常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM），雙邊帶調(diào)幅（DSB），單

15、邊帶調(diào)幅（SSB），頻率調(diào)制（FM），窄帶頻率調(diào)制（NBFM）。通過(guò)此軟件觀察信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)過(guò)程，并對(duì)輸出波形進(jìn)行分析。 模擬調(diào)制和解調(diào)是實(shí)現(xiàn)是實(shí)現(xiàn)模擬通信系統(tǒng)的重要組成部分。調(diào)制是將原始電信號(hào)變換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘?hào)；解調(diào)是在接收端將信道中傳輸?shù)男盘?hào)還原成原始的電信號(hào)；經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)成為已調(diào)信號(hào);發(fā)送端調(diào)制前和接收端解調(diào)后的信號(hào)成為基帶信號(hào)。因此，原始電信號(hào)又稱為基帶信號(hào)，而已調(diào)信號(hào)又稱為頻帶信號(hào)。 模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)是通信原理課程的經(jīng)典內(nèi)容，也是模擬通信時(shí)代的核心技術(shù)。雖然當(dāng)代技術(shù)已發(fā)展為數(shù)字通信新時(shí)代，但模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)理論仍然是通信技術(shù)中的基礎(chǔ)內(nèi)容之一。 1.3

16、 調(diào)制的基本概念 為什么要進(jìn)行調(diào)制呢？一般來(lái)講，信源直接產(chǎn)生的信號(hào)頻帶范圍處于低頻，甚至零頻范圍，這種信號(hào)稱為基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)未經(jīng)過(guò)調(diào)制直接被發(fā)送到信道中而進(jìn)行的傳輸稱為基帶傳輸。但是實(shí)際中的很多信道不是基帶形式，不能進(jìn)行基帶信號(hào)的直接傳輸，因此需要將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，變換為適合于信道的形式再進(jìn)行傳輸。例如：傳播聲音時(shí)，可以用話筒把人聲變成電信號(hào)，通過(guò)擴(kuò)音器放大后再用喇叭（揚(yáng)聲器）播放出去，這屬于基帶傳輸。若想將聲音傳得更遠(yuǎn)一些，比如幾十千米甚至更遠(yuǎn)，就要考慮采用電纜或無(wú)線電了。但隨之會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題，其一是如果鋪設(shè)一條幾十千米甚至上百千米的電纜而只傳一路聲音信號(hào)，傳輸成本高，線路利用率低

17、。若采用頻分復(fù)用技術(shù)將多路聲音信號(hào)分別調(diào)制到不同的頻段上進(jìn)行復(fù)合傳輸就可以有效地解決此問(wèn)題。另一問(wèn)題是若采用無(wú)線電通信，則需滿足欲發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)與發(fā)射天線的幾何尺寸具有可比性（通常認(rèn)為天線尺寸應(yīng)大于波長(zhǎng)的1/10）的基本條件，信號(hào)才能通過(guò)天線有效地發(fā)射出去。而基帶音頻信號(hào)的頻率范圍是30Hz~30kHz，據(jù)公式波長(zhǎng)λ=可知，其最小波長(zhǎng)也在千米以上。也就是說(shuō)，如果將基帶音頻信號(hào)直接通過(guò)天線發(fā)送出去，所需天線尺寸應(yīng)在百米以上，這顯然不符合實(shí)際。采用調(diào)制技術(shù)將信號(hào)頻帶搬移到高頻段上去，就能有效地降低信號(hào)波長(zhǎng)，從而減小而天線尺寸。 到底什么是調(diào)制呢？一般對(duì)調(diào)制的定義為：讓原始基帶信號(hào)去改變高頻載波的

18、某個(gè)（或某些）參量，使載波的這個(gè)（或這些）參量隨基帶信號(hào)的變化而變化，或者說(shuō)使載波的這個(gè)（或這些）參量攜帶有基帶信號(hào)的信息，這個(gè)過(guò)程就稱為調(diào)制。比如：人步行從天津到北京，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而改為乘車方式，就能夠節(jié)省人力和時(shí)間。將人比作是基帶信號(hào)，汽車是載波，徒步方式比作是基帶傳輸，而乘車方式就是調(diào)制傳輸。 調(diào)制是通信原理中一個(gè)十分重要的概念，是一種信號(hào)處理技術(shù)，無(wú)論在模擬通信、數(shù)字通信系統(tǒng)還是數(shù)據(jù)通信中都具有非常重要的作用。 1.4 System View系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1.4.1 System View軟件介紹 1)System View是美國(guó)ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境的用

19、于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具。它界面友好，使用方便。 2)System View是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具盒，能滿足從數(shù)字信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)、直到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)，仿真要求。它可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合及多速率系統(tǒng)，可用于各種線性、非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。 3)System View以模塊化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個(gè)嵌入式的分析引擎。使用System View你只需要關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過(guò)程，而不必花費(fèi)大量的時(shí)間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。用戶只需要

20、使用鼠標(biāo)器點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模、設(shè)計(jì)和測(cè)試，而不必學(xué)習(xí)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序編制，也不必?fù)?dān)心程序中是否存在編程錯(cuò)誤。 1.4.2 System View仿真系統(tǒng)的特點(diǎn) 1)能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng) 能在DSP、通訊的控制系統(tǒng)應(yīng)用中構(gòu)造復(fù)雜的模擬、數(shù)字、混合和多速率系統(tǒng)。具有大量可選擇的庫(kù)，允許用戶有選擇地增加通訊、邏輯、DSP和射頻/模擬功能模塊。 2)快速方便的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 使用用戶熟悉的Windows界面和功能鍵（單擊、雙擊鼠標(biāo)的左右鍵），System View可以快速建立和修改系統(tǒng)，并在對(duì)話框中快速訪問(wèn)和調(diào)整參數(shù)，實(shí)時(shí)修改實(shí)時(shí)顯示。只需簡(jiǎn)單用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖符即可創(chuàng)建連續(xù)性系統(tǒng)

21、、DSP濾波器，并輸入/輸出基于真實(shí)系統(tǒng)模型的仿真數(shù)據(jù)。不用寫(xiě)一行代碼即可建立用戶習(xí)慣的子系統(tǒng)庫(kù)（Meta System）. 3)在報(bào)告中方便地加入System View的結(jié)論 System View通過(guò)Notes（注解）很容易在屏幕上描述系統(tǒng)；生成System View系統(tǒng)和輸出的波形可以很方便地使用復(fù)制（copy）和粘貼（paste）命令插入word等文字處理。 4)提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(jì) 通過(guò)利用System View中的圖符和Meta System（子系統(tǒng)）對(duì)象的無(wú)限制分層結(jié)構(gòu)功能，System View能很容易地建立復(fù)雜的系統(tǒng)。 5)多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng) Syste

22、m View允許合并多種數(shù)據(jù)采樣率輸入的系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化FIR濾波器的執(zhí)行。這種特性尤其適合于同時(shí)具有低頻和高頻部分的仿真速度，而在局部又不會(huì)降低仿真的精度。同時(shí)還可以降低對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置的要求。 6)完備的濾波器和線性系統(tǒng)設(shè)計(jì) System View包含一個(gè)功能強(qiáng)大的、很容易使用的圖形模板設(shè)計(jì)模擬和數(shù)字以及離散和連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的環(huán)境，還包含大量的FIR/IIR濾波類型或線性系統(tǒng)的參數(shù)。 7)先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)塊處理 System View提供的分析窗口是一個(gè)能夠提供系統(tǒng)波形詳細(xì)檢查的交互式可視環(huán)境。分析窗口還提供一個(gè)能對(duì)仿真生成數(shù)據(jù)進(jìn)行先進(jìn)的塊處理操作的接受計(jì)算器 8)可擴(kuò)展性 Sy

23、stem View允許用戶插入自己用C/C++編寫(xiě)的用戶代碼庫(kù)，插入的用戶庫(kù)自動(dòng)集成到System View中，如同系統(tǒng)內(nèi)建的庫(kù)一樣使用。 9)完善的自我診斷功能 System View能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，通知用戶連接出錯(cuò)并通過(guò)指示出錯(cuò)的圖符。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)用戶系統(tǒng)的診斷是十分有效的。 System View是一個(gè)用于電路與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真的動(dòng)態(tài)分析工具,它實(shí)現(xiàn)了功能的軟件化,避開(kāi)了復(fù)雜的硬件搭建,在不具備先進(jìn)儀器的條件下同樣也能完成復(fù)雜的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真.本文利用System View軟件設(shè)計(jì)模擬調(diào)制和解調(diào)電路,通過(guò)分析其輸入輸出波形驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路的正確性。 二、模擬幅度調(diào)制

24、系統(tǒng) 2.1 幅度調(diào)制基本概念 模擬幅度調(diào)制是指用模擬基帶信號(hào)去改變正弦型載波的幅度，使載波的幅度隨著基帶信號(hào)的變化而變化。根據(jù)頻譜特性的不同，通常把模擬幅度調(diào)制分為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅（AM）、抑制載波雙邊帶調(diào)幅（SC-DSB）、單邊帶調(diào)幅（SSB）、和殘留邊帶調(diào)幅（VSB）4種.本章將介紹常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM），雙邊帶調(diào)幅（DSB），單邊帶調(diào)幅（SSB）。 2.2 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM） 2.2.1 AM的調(diào)制與解調(diào)原理 1）調(diào)制原理: 任意的AM已調(diào)信號(hào)可以表示為Sam(t)=c(t)m(t)，當(dāng)m(t)=A0+f(t);c(t)=cos(ωct+θ0)，且A0不等于0時(shí)，稱為常規(guī)調(diào)

25、幅，其時(shí)域表達(dá)式為：Sam(t)= c(t)m(t)= [A0 +f(t)] cos(ωct+θ0) AO A0cos(ωct) Cos(ωct) f(t) Sωct am(t) = [A0+f(t) ]cos(ωct) 圖2-1 常規(guī)AM調(diào)制系統(tǒng)框圖 其中A0是外加的直流分量，f(t)是調(diào)制信號(hào)，它可以是確知信號(hào)，也可以是隨機(jī)信號(hào)。ωc=2πfc為載波信號(hào)的角頻率，θ0為載波信號(hào)的起始相位，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，通常設(shè)為0。常規(guī)AM通?？梢杂蒙蠄D所示的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2）解調(diào)原理: 采用同步檢波法(相干解調(diào)法)： 同步檢波必須采用一個(gè)與發(fā)射端載波同頻同相（或固定相

26、位差）的信號(hào)，成為同步信號(hào)。 同步檢波可由乘法器和低通濾波器實(shí)現(xiàn)，其原理見(jiàn)圖2-2 設(shè)輸入普通調(diào)幅信號(hào)uAM(t)仍如式所示，乘法器另一輸入同步信號(hào)為 ur(t)=URMcosωct 圖2-2 同步檢波原理圖 其中k2是乘法器增益。 可見(jiàn)，輸出信號(hào)中含有直流，Ω，2ωc,2ωcω幾個(gè)頻率分量。用低通濾波器取出直流和Ω分量，再去掉直流分量，就可恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。 如果同步信號(hào)與發(fā)射端載波同頻不同相，有一相位差θ，即ur=Urmcos(ωct+θ)，則乘法器輸出中的Ω分量為K2UcmUrmMacosθcosΩt 若θ是一常數(shù)，即同步信號(hào)與發(fā)射端載波的相位差始終保持恒定，則解

27、調(diào)出來(lái)的Ω分量仍與原調(diào)制信號(hào)成正比，只不過(guò)振幅有所減小。當(dāng)然θ≠90，否則cosθ=0, Ω分量也就為零了。若θ是隨時(shí)間變化的，即同步信號(hào)與發(fā)射端載波之間的相位不穩(wěn)定，則解調(diào)出來(lái)的Ω分量就不能正確反映調(diào)制信號(hào)了。 2.2.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 1) 根據(jù)AM調(diào)制與解調(diào)原理，用System View軟件建立一個(gè)仿真電路，如下圖所示： 圖 2-3 AM調(diào)幅的System View仿真圖 2)參數(shù)設(shè)置： ①載波頻率設(shè)置為100Hz，調(diào)制信號(hào)為18Hz； ②增益參數(shù)為2； ③低通濾波器： Design: Analog; Lowpass, Butterworth Low Cut

28、toff=20Hz; No.of Poles=3 Filter input sample rate:1e+3 3)波形說(shuō)明及分析： 圖 2-4 AM調(diào)幅各信號(hào)波形總圖 圖2-5載波波形圖 圖2-6 調(diào)制波形圖 圖2-7 已調(diào)波形圖 圖2-8 解調(diào)波形圖 綜上所述，可以看出，采用常規(guī)雙邊帶幅度調(diào)制傳輸信息的好處是解調(diào)電路簡(jiǎn)單，可采用包絡(luò)檢波法。缺點(diǎn)是調(diào)制效率低，載波分量不攜帶信息，但卻占據(jù)了大部分功率，白白浪費(fèi)掉。如果抑制載波分量的傳送，則可演變出另一種調(diào)制方式，即抑制載波的雙邊帶調(diào)幅（SC-DSB）。 2.3 雙邊帶調(diào)幅（D

29、SB） 2.3.1 DSB的調(diào)制與解調(diào)原理 1)調(diào)制原理： 在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅時(shí)，由于已調(diào)波中含有不攜帶信息的載波分量，故調(diào)制效率較低。為了提高調(diào)制效率，在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅的基礎(chǔ)上抑制掉載波分量，使總功率全部包含在雙邊帶中。這種調(diào)制方式稱為抑制載波雙邊帶調(diào)制，簡(jiǎn)稱雙邊帶調(diào)制(DSB)。 雙邊帶調(diào)制信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式：SDSB(t)=f(t)cosωct 雙邊帶調(diào)制信號(hào)的頻域表達(dá)式：SDSB(ω)=[F(ω+ωc)+F(ω－ωc)]/2 DSB信號(hào)的實(shí)現(xiàn)： 圖2-9 DSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)原理圖 實(shí)現(xiàn)雙邊帶調(diào)制就是完成調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)的相乘運(yùn)算。原則上，可以選用很多種非線性器件或時(shí)變參量電路

30、來(lái)實(shí)現(xiàn)乘法器的功能，如平衡調(diào)制器或環(huán)形調(diào)制器。通常采用的平衡調(diào)制器的電路簡(jiǎn)單、平衡性好，并可將載波分量抑制到-30~-40dB。雙邊帶調(diào)制節(jié)省了載波功率，提高了調(diào)制效率，但已調(diào)信號(hào)的帶寬仍與調(diào)幅信號(hào)一樣，是基帶信號(hào)帶寬的兩倍。 2)解調(diào)原理： DSB信號(hào)只能采用相干解調(diào)。其模型與AM相干解調(diào)原理相同。此時(shí)，乘法器輸出: 經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除高次項(xiàng)，得： 即無(wú)失真地恢復(fù)出原始電信號(hào)。 2.3.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 1) 根據(jù)DSB調(diào)制與解調(diào)原理，用System View軟件建立一個(gè)仿真電路，如下圖所示: 圖 2-10 DSB調(diào)幅的System View仿真圖 2

31、)參數(shù)設(shè)置： ① 載波頻率為100HZ； ② 調(diào)制信號(hào)頻率為10HZ； ③ 低通濾波器的截止頻率為30HZ,如下圖示： 圖 2-11 低通濾波器參數(shù)設(shè)置圖 3)波形說(shuō)明:各波形的名稱如波形圖示（載波，調(diào)制波，已調(diào)波，解調(diào)波）。 圖2-12 DSB調(diào)幅各信號(hào)波形總圖 綜上所述，可以看出，抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高；調(diào)制電路簡(jiǎn)單，僅用一個(gè)乘法器就可實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是占用頻帶寬度比較寬，為基帶信號(hào)的2倍。 2.4 單邊帶調(diào)幅（SSB） 2.4.1 SSB的調(diào)制與解調(diào)原理 1) 用相移法實(shí)現(xiàn)SSB信號(hào)的產(chǎn)生: SSB信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為

32、： ` 式中，“－”對(duì)應(yīng)上邊帶信號(hào)，“+”對(duì)應(yīng)下邊帶信號(hào)；表示把的所有頻率成分均相移，稱是的希爾波特變換。 根據(jù)上式可得到用相移法行成SSB信號(hào)的模型： 圖2-13 SSB信號(hào)調(diào)制原理框圖 相移法形成SSB信號(hào)的困難在于寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作，該網(wǎng)絡(luò)要對(duì)調(diào)制信號(hào)的所有頻率分量嚴(yán)格相移，這一點(diǎn)即使近似達(dá)到也是困難的。 2)解調(diào)原理： 從SSB信號(hào)調(diào)制原理圖中不難看出，SSB信號(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)成正比，因此SSB信號(hào)的解調(diào)采用相干解調(diào)。如下圖： 圖2-14 相干解調(diào)原理圖 此時(shí)，乘法器

33、輸出 經(jīng)低通濾波后的解調(diào)輸出為 因而可得到無(wú)失真的調(diào)制信號(hào)。 2.4.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 1) 根據(jù)SSB調(diào)制與解調(diào)原理，用System View軟件建立一個(gè)仿真電路，如下圖所示： 圖2-15 SSB調(diào)幅的System View仿真圖 2)波形圖如下： 圖 2-16 SSB調(diào)幅各信號(hào)波形總圖 圖 2-17 上邊帶和下邊帶頻譜圖 3)參數(shù)設(shè)置： 系統(tǒng)時(shí)間：采樣點(diǎn)數(shù)256，采樣率10000Hz 表2-1 SSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的各圖符的參數(shù)設(shè)置表 圖符序號(hào) 庫(kù)/圖符名稱 參數(shù) 0 So

34、urce: Sinusoid Amp=0.5v, Freq=300Hz,Phase=0deg 1 Source: Sinusoid Amp=1v, Freq=2000Hz,Phase=0deg 10 Source: Sinusoid Amp=1v, Freq=2000Hz,Phase=0deg 12 Operator: Filter/System Design:Analog;Lowpass,Butterworth,Low Cuttoff=300Hz;No.of Poles=6 綜上所述，單邊帶幅度調(diào)制的好處是，節(jié)省了載波發(fā)射功率，調(diào)制效率高；頻帶寬度只有雙邊帶的一半，

35、頻帶利用率提高一倍。缺點(diǎn)是單邊帶濾波器實(shí)現(xiàn)難度大。 三、模擬角度調(diào)制系統(tǒng) 3.1 角度調(diào)制基本概念 角度調(diào)制與線性調(diào)制不同，已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制。 角度調(diào)制可分為頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）,即載波的幅度保持不變，而載波的頻率或相位隨基帶信號(hào)變化的調(diào)制方式。 如果載波的頻率變化量與調(diào)制信號(hào)電壓成正比，則稱為調(diào)頻（FM）；如果載波的相位變化量與調(diào)制信號(hào)電壓成正比，則稱為調(diào)相（PM）。由于載波頻率的變化和相位的變化都表現(xiàn)為載波總相角的變化，因此將調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角。本節(jié)將介紹頻率

36、調(diào)制（FM）。 3.2 頻率調(diào)制（FM） 3.2.1 FM的調(diào)制與解調(diào)原理 1)調(diào)制原理: 角度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制載波信號(hào)角度（頻率或相位）變化的一種信號(hào)變換方式，信號(hào)經(jīng)過(guò)角度調(diào)制后，頻率結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化。 也就是說(shuō)，比如在調(diào)頻信號(hào)中，載波信號(hào)的頻率隨著基帶調(diào)制信號(hào)的幅度變化而變化。調(diào)制信號(hào)幅度變大時(shí)，載波信號(hào)的頻率也變大（或變小），調(diào)制信號(hào)幅度變小時(shí)，載波信號(hào)的頻率也變?。ɑ蜃兇螅?；在角度調(diào)制中，載波的幅度保持不變。 在模擬調(diào)制中，一個(gè)連續(xù)波有三個(gè)參數(shù)可以用來(lái)攜帶信息而構(gòu)成已調(diào)信號(hào)。當(dāng)幅度和相位保持不變時(shí)，改變載波的頻率使之隨未調(diào)信號(hào)的大小而改變，這就是調(diào)頻的概念。 ①角

37、度調(diào)制的一般原理: 其中:為已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)相位（rad） 為已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)相位偏移（rad） 為已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)角頻率（rad/s） 為已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)角頻率偏移（rad/s） 頻率調(diào)制（FM）即已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)角頻率偏移隨原始基帶信號(hào)線性變化，亦即： ，其中為調(diào)頻靈敏度 或有 其中，A 是載波的振幅，是角度調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)相位，而是瞬時(shí)相位偏移;為信號(hào)的瞬時(shí)頻率，而稱為瞬時(shí)頻率偏移，即相對(duì)于的瞬時(shí)頻率偏移。 其框圖如下圖所示： 圖 3-1頻率調(diào)制系統(tǒng)框圖 2)解調(diào)原理: ①頻率調(diào)制的非相干解調(diào)（鑒頻法） 鑒頻器的作用是輸出一個(gè)與輸入信號(hào)頻率成線

38、性關(guān)系的信號(hào)，包括斜率鑒頻器、鎖相環(huán)鑒頻器、頻率負(fù)反饋解調(diào)器等類型，理想鑒頻器可以等效成帶微分器的包絡(luò)檢波器。 圖3-2 頻率調(diào)制鑒頻法原理圖 r過(guò)微分器： 解調(diào)輸出： 其中：為鑒頻器靈敏度 鑒頻器的缺點(diǎn)是對(duì)信道噪聲以及其他因素引起的已調(diào)信號(hào)幅度畸變有反應(yīng)，故常在鑒頻器前加限幅器和帶通濾波器。在小信噪比情況下，由于鑒頻器的非線性解調(diào)作用，F(xiàn)M信號(hào)的解調(diào)存在門(mén)限效應(yīng)。 FM解調(diào)器就是所謂的積分鑒頻器或積分檢波器。如下圖所示， 圖3-3 FM解調(diào)器原理圖 輸入的調(diào)頻信號(hào)被連接到乘法器的一個(gè)輸入端。經(jīng)過(guò)一個(gè)耦合電容與一個(gè)LC并

39、聯(lián)諧振回路組成的移相電路產(chǎn)生正交信號(hào)，作為乘法器的另一個(gè)輸入。電容及諧振回路的相移可以用簡(jiǎn)單的延遲電路來(lái)產(chǎn)生。該延遲電路可以產(chǎn)生相當(dāng)于載波信號(hào)四分之一周期的延遲。 3.2.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 本模型是將一個(gè)聲音文件（.WAV）表示的信號(hào)通過(guò)FM調(diào)制，再經(jīng)過(guò)一個(gè)具有高斯噪聲的信道傳輸，然后用延遲積分鑒頻器將聲音解調(diào)出來(lái)。其仿真電路原理圖如下： 圖3-4 設(shè)計(jì)模型圖 模塊說(shuō)明及參數(shù)設(shè)置： (1) 模塊0：Source Library 說(shuō)明：該模塊是一個(gè)信號(hào)源，通過(guò)外部文件輸入一個(gè).wav的音頻信號(hào)，然后被系統(tǒng)重新采樣3倍后輸出。 WAV 1ch：Windows X

40、P 電話撥入聲.wav 16-bit WAV 1channel 16位的1聲道wav文件 Audio Rate=22050Hz 音頻22050Hz Audio Player=Off 關(guān)閉播放器 Pad=3 samples 每節(jié)拍3倍采樣頻率 Pad with last value Start sample=1 Token=0 (2) 模塊7：Operator Library 說(shuō)明：該模塊是一個(gè)巴特沃思低通濾波器，截止頻率為5000Hz，將輸入的波形濾掉高頻部分后輸出。 Linear Sys Butterwo

41、rth Lowpass IIR 3 Ploes Fc=5000Hz 截止頻率為 5000Hz Quant bits=none Init cndtn=Transient Dsp mode disabled 數(shù)字調(diào)制 Toke7 (3) 模塊6：Function Library 說(shuō)明：該模塊是一個(gè)FM調(diào)制器，將輸入的信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，從而獲得10倍的增益輸出。 Freq mod Amp=1v 振幅為1v Freq=5000Hz 頻率為5000Hz

42、 Phase=0 deg Mod Gain=10 Hz/v 調(diào)制增益為 10Hz/V Output 0=quadrature(sin) t6 Output 1=In-Phase(Cos) Token6 (4) 模塊1：Gauss Noise 說(shuō)明：該模塊是一個(gè)加噪模塊，給信道中加入高斯噪聲，模擬實(shí)際生活中的信號(hào)傳輸。 Std Dev=0.001v 標(biāo)準(zhǔn)差為0.001v Mean=0v 均值是0v Token 1 (5) 模塊9：Multiplier 說(shuō)明：該模塊是一個(gè)乘

43、法器，將輸入的信號(hào)相乘后輸出。 Non Parametirc Inputs from 6 and 8 輸入信號(hào)為 模塊6到8的輸出 Outputs to 10 輸出到模塊10 Token 9 (6) 模塊4：Operator Library 說(shuō)明：該模塊是一個(gè)延遲模塊，根據(jù)積分鑒頻器的原理，給輸入信號(hào)一個(gè)250ms的延遲，然后輸出 Delay Interpolating Delay=250e-6 sec 250ms的延遲 Output 0= delay t9 輸出0

44、 Output 1= delay-dt 輸出1 Token 4 (7) 模塊15：Sink Library 說(shuō)明：該模塊是一個(gè)音頻信號(hào)輸出模塊，積分鑒頻器最后解調(diào)出來(lái)的信號(hào)通過(guò)一個(gè)巴特沃思濾波器濾波后輸出到該模塊，最后以音頻文件的形式輸出。 Received voice Wav 1ch:VoiceOut.wav 8-bit Wav 1 channel 8位的1聲道wav波形 Audio rate=(set at run time) Audio player=on 打開(kāi)播放器 Input

45、 from t4 output port 0 t4端口輸入，0口輸出 Token 15 3.2.3 仿真結(jié)果分析 圖3-5 X(t)處的時(shí)域波形圖 圖 3-6 X(t)處的頻域波形圖 圖 3-7 Xc(t)的時(shí)域波形圖 圖 3-8 Xc(t) 的頻域波形 圖 3-9 N(t)的時(shí)域波形圖 圖 3-10 Xc(t)+N(t)的時(shí)域波形圖 圖 3-11解調(diào)后未濾波波形圖 圖 3-12 X(t)的時(shí)域波形圖 圖 3-13 X(t)的頻域波形圖 通過(guò)對(duì)仿真圖形分析可以得出，這次仿真中，輸入與輸出有輕微失真，其原因可以概括為兩點(diǎn)：（

46、1）所選波形文件頻率與參數(shù)設(shè)置匹配沒(méi)有理論上理想，導(dǎo)致解調(diào)輪廓出現(xiàn)少量失真；（2）該波形文件受高斯白噪聲的影響太大，以致解調(diào)輸出波形出現(xiàn)輕微失真。 3.3 窄帶調(diào)頻（NBFM） 3.3.1 NBFM的調(diào)制與解調(diào)原理 根據(jù)已調(diào)信號(hào)瞬時(shí)相偏的大小，可將角度調(diào)制分為寬帶調(diào)制和窄帶調(diào)制。如果調(diào)制信號(hào)的最大瞬時(shí)相位偏移保持在很小的范圍內(nèi)，即滿足條件 則稱為窄帶調(diào)頻；當(dāng)上述條件不滿足時(shí)，就稱為寬帶調(diào)頻。 1) 調(diào)制部分 窄帶調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式： 窄帶調(diào)頻信號(hào)的頻域表達(dá)式： 圖3-14 窄帶調(diào)頻產(chǎn)生的原理圖 2)解調(diào)部分 窄帶調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)方式分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)，

47、這里采用相干解調(diào)，其原理框圖為： 圖3-15 相干解調(diào)原理框圖 調(diào)制過(guò)程表達(dá)式： 相干載波： 乘法器輸出為： 經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，得 再經(jīng)微分，得輸出信號(hào) 3.3.2 仿真模型及結(jié)果波形圖 1）根據(jù)FM調(diào)制與解調(diào)原理，用System View 軟件建立一個(gè)仿真電路，如下圖所示： 圖3-16 NBFM調(diào)幅的System View仿真圖 2)參數(shù)設(shè)置： 系統(tǒng)時(shí)間：為了使對(duì)調(diào)頻信號(hào)的FFT計(jì)算能夠更加準(zhǔn)確，時(shí)間設(shè)置的采樣率和采樣時(shí)間都比較大。采樣點(diǎn)數(shù)：1024；采樣率：2000Hz 表3-1 NBFM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的各圖符的參數(shù)設(shè)置表 圖符 序號(hào)

48、 庫(kù)/圖符名稱 參數(shù) 0 Source:Sinusoid Amp=1v.Freq=10Hz,Phase=0deg 2 Operator:Gain/Scale:Gain Gain Units=Linear,Gain=3 5 Source:Sinusoid Amp=3v,Freq=100Hz,Phase=0deg 7 Operator:Filter/Systems: Linear Sys Filters Design:Analog;Bandpass,Chebyshev,Low Cuttoff=80Hz,Hi Cuttoff=120Hz,No.of Poles=5 8

49、 Source:Sinusid Amp=1v,Freq=100Hz,Phase=0deg 11 Operator:Filters/Systems:Linear Sys Filters Design:Analog;Lowpass,Chebyshev,Low Cuttoff=25Hz,No.of Poles=5 3)波形說(shuō)明： 圖3-17 NBFM調(diào)幅的System View仿真圖 圖3-18 載波信號(hào)圖 圖3-19 調(diào)制信號(hào)圖 圖3-20 窄帶調(diào)頻信號(hào)圖 圖3-21 解調(diào)信號(hào)圖 四、總 結(jié) 這次的課程設(shè)計(jì)給我很大的收獲，使我對(duì)System V

50、iew操作系統(tǒng)的基本知識(shí)有了初步的認(rèn)識(shí)，并在實(shí)踐中對(duì)所學(xué)習(xí)的基本知識(shí)和原理方法有了進(jìn)一步的深化，和形象具體的理解。本次課設(shè)我選擇了模擬調(diào)制系統(tǒng)的AM和FM，通過(guò)對(duì)它們的調(diào)制解調(diào)過(guò)程的實(shí)踐達(dá)到課設(shè)的目的。 首先，我對(duì)System View仿真系統(tǒng)進(jìn)行了了解和學(xué)習(xí)，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)其操作有了較為熟練的掌握。通過(guò)認(rèn)真老師給的System View系統(tǒng)的參考資料，結(jié)合課本AM,DSB,SSB,FM,NBFM的調(diào)制與解調(diào)原理，我能夠較為順利的建立好仿真模型圖。 其次，能夠把調(diào)制解調(diào)的理論原理較好的在仿真系統(tǒng)中體現(xiàn)出來(lái)，加以理解和運(yùn)用，這樣更加深了我對(duì)課本所學(xué)只是的理解，更具形象和生動(dòng)性，具體并容易理解。

51、 但是，操作過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。主要是對(duì)一些參數(shù)的設(shè)置以及由此引起的波形失真。例如對(duì)載波頻率的設(shè)置，對(duì)濾波器參數(shù)的設(shè)置以及增益設(shè)置等等。參數(shù)的設(shè)置直接影響到波形是否失真的情況。開(kāi)始的時(shí)候，由于對(duì)此過(guò)程理解的不夠好，波形有較明顯的失真，但是經(jīng)過(guò)修改，比較，反復(fù)多次，最后輸出較為理想的波形。 最后，就是對(duì)課設(shè)的整理完善工作，以及按照課設(shè)報(bào)告的要求來(lái)編寫(xiě)報(bào)告冊(cè)。此工作進(jìn)行的比較順利，還起到了進(jìn)一步疏理知識(shí)的作用，使需要掌握的知識(shí)更加的清晰有條理性。 這次課程設(shè)計(jì)，我個(gè)人感覺(jué)有較大的收獲。一是學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真性的體現(xiàn)，只有抱著認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度才能干好任何一件事。二是學(xué)期末的課程設(shè)計(jì)，對(duì)與本學(xué)期所學(xué)

52、知識(shí)的整理，總結(jié)以及鞏固起到不可忽視的作用，更提高了我們的學(xué)習(xí)積極性。 五、謝 辭 在沒(méi)有做課程設(shè)計(jì)以前覺(jué)得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。 在此要感謝我們的指導(dǎo)老師沈老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱有關(guān)資料，自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)

53、手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的不是很完善，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。 再次向沈老師致以深切的謝意！ 由于時(shí)間倉(cāng)促和本人的水平有限，在設(shè)計(jì)中難免有不足之處，懇請(qǐng)老師們指正。 參 考 文 獻(xiàn) [1]朱力恒 編《電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)教程》電子工業(yè)出版社，2003. [2]何豐 主編《通信電子電路》人民郵電出版社，2004. [3]南利平 編《通信原理簡(jiǎn)明教程》清華大學(xué)出版社，2003. [4]達(dá)新宇 編 《現(xiàn)代通信原理》 北京郵電大學(xué)出版社 2004. [5]宮錦文、劉忠成等編著，《通信原理及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)》，電子工業(yè)出版社, [6]張力, 羅忠相. 基于軟件無(wú)線電的QPSK 解調(diào)器仿真及實(shí)現(xiàn) [J].中國(guó)有線電視, 2005. [7]李興, 魏波, 錢(qián)敬華, 吳詩(shī)其. 第三代移動(dòng)通信衛(wèi)星/面信道建模與仿真技術(shù) [J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2004. [8]徐素妍, 曹坤梅. 基于SYSTEMVIEW語(yǔ)言的現(xiàn)代通信仿真分析 [J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2001. [9]羅超, 陳宇海. 薛福珍基于SYSTEMVIEW仿真研究 [J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2004. -33-