宝顺通信原理论文628.doc

唐山学院课程设计1引言在当今信息社会，通信已经成为整个社会的高级“神经中枢”， 通信技术变得越来越重要，没有通信的人类社会将是不堪设想的。通信按传统的理解就是信息的传递与交换。一般来说，通信系统是由信源、发送设备、信道、接收设备、信宿组成。一般发送端要有调制器，接收端要有解调器，这就用到了调制与解调技术。调制可分为模拟调制和数字调制，模拟调制常用的方法有AM调制、DSB调制及SSB调制等。数字调制常用的方法有2ASK调制、2FSK调制、2PSK调制及2DPSK调制等。经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的可靠性有着很大的影响。调制方式往往决定着一个通信系统的性能。本次课程设计主要对常见的模拟和数字调制解调、抽样定理、增量调制系统和数字基带传输系统进行设计与仿真分析，并进一步设计和仿真AM超外差收音机以熟练System View软件的运用。通信技术在日新月异的发展，通信系统也日趋复杂多样。因此，在通信系统的设计研发过程中，通信系统的软件仿真已成为必不可少的一部分。目前，电子设计自动化EDA(Electronic Design Automatic)已成为通信系统设计的主潮流。为了使复杂的设计过程更加便捷高效，使分析与设计所需的时间和费用降低，美国Elanix公司推出的基于PC机Windows平台的System View动态系统仿真软件。这是一款比较流行的，优秀的仿真软件，目前大多数通信系统的仿真都是用这款软件。因此，本次课程设计亦采用System View软件进行通信系统的设计与仿真分析，以加深对通信原理这门课程理论的理解和提高对理论知识的实际应用能力。2 System View简介System View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。System View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。它是由美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，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。2.1 System View的基本特点System View是美国ELANIX公司于1995年开始推出的软件工具，它为用户提供了一个完整的动态系统设计、仿真与分析的可视化软件环境，能进行模拟、数字、数模混合系统、线性和非线性系统的分析设计，可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。System View基本属于一个系统级工具平台，可进行包括数字信号处理（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析，并配置了大量图符块（Token）库，用户很容易构造出所需要的仿真系统，只要调出有关图符块并设置好参数，完成图符块间的连线后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱、星座图和各类曲线形式给出系统的仿真分析结果。利用System View，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。用户在进行系统设计时，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。System View的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（Main Library）及专业库(Optional Library)，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；专业库有通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可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。 System View能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。 System View的另一重要特点是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。 2.2 System View视窗进入System View后，屏幕上首先出现该工具的系统视窗，系统视窗最上边一行为主菜单栏，包括：文件（File）、编辑（Edit）、参数优选（Preferences）、视窗观察（View）、便笺（NotePads）、连接（Connetions）、编译器（Compiler）、系统（System）、图符块（Tokens）、工具（Tools）和帮助（Help）共11项功能菜单。如下图2-1所示。图2-1 System View的主界面系统视窗左侧竖排为图符库选择区。图符块（Token）是构造系统的基本单元模块，相当于系统组成框图中的一个子框图，用户在屏幕上所能看到的仅仅是代表某一数学模型的图形标志（图符块），图符块的传递特性由该图符块所具有的仿真数学模型决定。创建一个仿真系统的基本操作是，按照需要调出相应的图符块，将图符块之间用带有传输方向的连线连接起来。这样一来，用户进行的系统输入完全是图形操作，不涉及语言编程问题，使用十分方便。进入系统后，在图符库选择区排列着8个图符选择按钮创建系统的首要工作就是按照系统设计方案从图符库中调用图符块，作为仿真系统的基本单元模块。可用鼠标左键双击图符库选择区内的选择按钮。2.3 System View快捷功能按钮在主菜单栏下，System View为用户提供了16个常用快捷功能按钮，按钮功能如下： 清除系统 删图符块 切断连线 布放连线 复制图符 便笺注释 终止运行 系统运行 系统定时 分析窗口 进亚系统 建亚系统 根轨迹 波特图 重画图形 图符翻转 图2-2 System View快捷键2.4 System View图符库选择系统视窗左侧竖排为图符库选择区。图符块（Token）是构造系统的基本单元模块，相当于系统组成框图中的一个子框图，用户在屏幕上所能看到的仅仅是代表某一数学模型的图形标志（图符块），图符块的传递特性由该图符块所具有的仿真数学模型决定。创建一个仿真系统的基本操作是，按照需要调出相应的图符块，将图符块之间用带有传输方向的连线连接起来。这样一来，用户进行的系统输入完全是图形操作，不涉及语言编程问题，使用十分方便。进入系统后，在图符库选择区排列着8个图符选择按钮，即： 信源库 亚器件库 加法器 输入/输出 操作库 函数库 乘法器 信宿库 图2-3 System View图符库在上述8个按钮中，除双击“加法器”和“乘法器”图符按钮可直接使用外，双击其它按钮后会出现相应的对话框，应进一步设置图符块的操作参数。单击图符库选择区最上边的主库开关按钮 main ，将出现选择库开关按钮 Option下的用户库（User）、通信库（Comm）、DSP库（DSP）、逻辑库（Logic）、射频模拟库（RF/Analog）和数学库（Matlab）选择按钮，可分别双击选择调用本次通信原理课程设计正是运用System View强大的系统设计仿真与分析功能，对通信系统常用的调制解调系统进行设计与仿真分析。3模拟调制解调系统的设计与仿真模拟调制系统可分为线性调制和非线性调制，本课程设计只研究线性调制系统中常用的AM、DSB、SSB调制与解调系统的设计与仿真分析。3.1 线性调制的一般原理线性调制（幅度调制）是正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。设正弦载波为：那么，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成：式中 基带调制信号。线性调制器的一般模型如图3-1所示，它有一个相乘器和一个冲击响应为的带通滤波器组成。图3-1 线性调制系统的一般模型在该模型中，适当选择带通滤波器的冲击响应，便可以得到各种线性调制信号，如AM信号、DSB信号、SSB信号等。3.2 AM调制解调系统3.2.1 AM调制解调原理1.调制原理如果输入基带信号含直流分量，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（AM）信号，其时域表示形式为：其对应的频域表示式为：式中 。2.解调原理通常AM信号可以用相干解调（同步检测）和非相干解调（包络检波）两种方法进行解调。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。将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，可得由上式可知，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：低通滤波器本设计采用了相干解调的方法进行解调，其原理框图如图3-2所示。图3-2 相干解调原理框图3.2.2 AM调制解调系统仿真设计根据以上AM信号的调制与解调原理，用system view仿真的电路图如图3-3所示。图3-3 AM调制解调系统的仿真设计具体设计参数为：基带信号：幅值2V，频率500Hz载波信号：幅值2V，频率4000Hz3.2.3 AM调制解调系统仿真结果与分析由以上设计的AM调制解调系统进行仿真后的波形如图3-4、图3-5、图3-6所示。图3-4 载波信号与已调信号波形由图3-4可以明显看出已调信号波形中，载波信号的幅值随基带信号线性变化，即实现了振幅调制的目的。图3-5 基带信号、载波信号和已调信号的频谱由图3-5可以明显看出调制系统对基带信号进行了频谱搬移，将基带信号的频谱搬移到了载波频率的两侧，且包含离散谱。图3-6 基带信号与解调信号由图3-6可以看出，用相干解调法解调出来的信号与基带信号波形除幅值外基本一致，解调系统无失真地恢复出了基带信号，实现了基带信号的无失真传输。3.3 DSB调制解调系统3.3.1 DSB调制解调原理（1）调制原理在图3-1中，如果输入的基带信号没有直流分量，且是理想的带通滤波器，则该基带信号与载波相乘就得到双边带信号（DSB信号），或称双边带抑制载波信号。其表达式为（2）解调原理DSB信号只能用相干解调的方法进行解调，DSB信号的解调模型与AM信号相干解调时完全相同，其组成方框图如图3-2。此时，乘法器输出为：经低通滤波器滤除高次项，得即无失真地恢复出了基带信号。3.3.2 DSB调制解调系统仿真设计根据以上DSB信号的调制与解调原理，用system view仿真的电路图如图3-7所示。图3-7 DSB调制解调系统的仿真设计具体设计参数为：基带信号：幅值2V，频率500Hz载波信号：幅值2V，频率4000Hz3.3.3 DSB调制解调系统仿真结果与分析由以上设计的AM调制解调系统进行仿真后的波形如图3-8、图3-9所示。图3-8 基带信号、载波信号和已调信号的频谱由图3-8可以明显看出调制系统对基带信号进行了频谱搬移，将基带信号的频谱搬移到了载波频率的两侧，且不含离散谱。图3-9 基带信号与解调信号由图3-9可以看出，解调信号与基带信号波形除幅值外基本一致，解调系统无失真地恢复出了基带信号。3.4 SSB调制解调系统3.4.1 SSB调制解调原理1.调制原理双边带已调信号包含有两个边带，即上、下边带。由于这两个边带包含的信息相同，从信息传输的角度来考虑，传输一个边带就够了。所谓单边带调制，就是只产生一个边带的调制方式。故易知在DSB调制后加适当截止频率的高通或低通滤波器便可产生相应SSB信号。通过低通滤波器后产生的下边带SSB信号，表达式为：通过高通滤波器后产生的上边带SSB信号，表达式为：原理图如图3-10所示。高（低）通滤波器基带信号载波信号带通滤波器已调波图3-10 SSB调制系统原理图但是由于滤波器的截止特性不理想，这里采用移相法来设计。设调制信号的单频信号，载波为，则调制后的双边带时域波形为保留上边带，波形为保留下边带，波形为上两式中的第一项与调制信号和载波信号的乘积成正比，称为同相分量；而第二项的乘积则是调制信号与载波信号分别移相90后相乘的结果，称为正交分量。因此移相法的原理图如图3-11所示。图3-11 SSB移相法原理图2.解调原理SSB调制信号只能用相干解调方法解调。解调原理和AM的线性解调原理相同，解调原理图如图3-2所示。3.4.2 SSB调制解调系统仿真设计根据以上SSB信号的调制与解调原理，用system view仿真的电路图如图3-12所示。图3-12 SSB调制解调系统的仿真设计具体设计参数为：基带信号：幅值2V，频率500Hz载波信号：幅值2V，频率4000Hz3.4.3 SSB调制解调系统仿真结果与分析由以上设计的AM调制解调系统进行仿真后的波形如图3-13、图3-14所示。图3-13 基带信号、载波信号和上、下边带信号的频谱由图3-13可以明显看出调制系统对基带信号进行了频谱搬移，将基带信号的频谱搬移到了载波频率的两侧，且不含离散谱。与DSB调制信号的频谱相比，SSB信号的频谱只有DSB信号频谱分量的上一部分或下一部分。图3-9 基带信号与解调信号由图3-9可以看出，解调信号与基带信号波形除幅值外基本一致，解调系统无失真地恢复出了基带信号。4 抽样定理的仿真与分析抽样定理是模拟信号数字化的理论基础，它告诉我们：如果对某一带宽的有限时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样率达到一定数值时，根据这些抽样值可以在接收端准确地恢复原信号，也就是说，要传输模拟信号不一定传输模拟信号本身，只需要传输按抽样定理得到的抽样值就可以了。根据要进行抽样的信号形式的不同，抽样定理可分为低通信号的抽样定理和带通信号的抽样定理。本小节主要介绍低通信号的抽样定理。4.1 低通抽样定理均匀抽样定理指出：对一个带限在（,）内的时间连续信号，如果以的时间间隔对其进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。即抽样速率大于等于信号带宽的两倍就可保证不会产生信号的混迭。是抽样的最大间隔，也称为奈奎斯特间隔。综上，模拟信号采样与恢复系统的原理框图如图4-1所示。图4-1 信号的采样与恢复原理框图4.2 抽样定理系统的仿真与分析根据以上信号的采样与恢复原理，用System View仿真的电路图如图4-2所示。图4-2 抽样定理仿真电路具体设计参数为：基带信号：幅值2V，频率500Hz抽样脉冲：频率2500Hz 4.3 抽样定理系统的仿真结果与分析由以上设计的抽样定理仿真电路进行仿真后的波形如图4-3、4-4、4-5所示。图4-3 原始信号与抽样脉冲图4-4 抽样序列与恢复信号图4-5 原始信号、抽样脉冲和抽样序列的频谱由上图可以看出，原始信号在抽样脉冲的作用下，其频谱被搬移到了抽样脉冲的位置，即实现了在频域的周期性延拓。这样，在接收端利用低通滤波即可实现原始信号的恢复。通过对比原始信号与恢复信号可以看出，二者波形完全一致，原始信号被无失真地恢复出来，进而验证了抽样定理的正确性。实际中，为了避免失真，抽样频率通常取35。5 增量调制解调系统的设计与仿真5.1 增量调制解调原理增量调制简称M或增量脉码调制方式（DM）,是一种把信号上一采样的样值作为预测值的单纯预测编码方式。增量调制是预测编码中最简单的一种。它将信号瞬时值与前一个抽样时刻的量化值之差进行量化，而且只对这个差值的符号进行编码，而不对差值的大小编码。因此量化只限于正和负两个电平，只用一比特传输一个样值。如果差值是正的，就发“1”码，若差值为负就发“0”码。因此数码“1”和“0”只是表示信号相对于前一时刻的增减，不代表信号的绝对值。同样，在接收端，每收到一个“1”码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量阶。每收到一个“0”码就下降一个量阶。当收到连“1”码时，表示信号连续增长，当收到连“0”码时，表示信号连续下降。译码器的输出再经过低通滤波器滤去高频量化噪声，从而恢复原信号，只要抽样频率足够高，量化阶距大小适当，收端恢复的信号与原信号非常接近，量化噪声可以很小。当信号频率过高，或者说信号斜率陡变时，会出现本地译码器信号跟不上信号变化的现象，称为“过载”。在给定量化间隔（也称量阶）的情况下，能跟踪最大斜率为：增量调制原理框图如图5-1所示。图5-1 增量调制原理电路增量调制的解码原理较简单只需将接收的编码进行积分在经过低通滤波即可恢复原信号。解调原理框图如图5-2所示。积分器低通滤波输入输出图5-2 增量解调原理框图5.2 增量调制解调系统的设计与仿真根据以上信号的增量调制与解调原理，用system view仿真的电路图如图5-3所示。图5-3 增量调制与解调仿真电路5.3 增量调制解调系统的仿真结果与分析由以上设计的增量调制与解调仿真电路进行仿真后的波形如图5-4、图5-5所示。图5-4 原始信号与解调信号图5-5 增量调制的编码与输入输出对比图由上图可以看出，原始信号与解调信号的波形基本一致，但解调信号的波形较粗糙。这是因为增量调制是利用调制曲线和原始信号的差值进行编码，也就是利用增量进行量化，因此在调制曲线和原始信号之间存在误差，这种误差称为一般量化误差或一般量化噪声。6 数字基带传输系统的设计与仿真由于未经调制的脉冲电信号所占据的频带通常从直流和低频开始。因而称为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是传输距离不大远的情况下，数字基带信号可以直接传送，我们称之为数字信号的基带传输。而在另外一些信道，特别是无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。我们把这种传输称为数字信号的调制传输（或载波传输）。如果把调制与解调过程看作是广义信道的一部分，则任何数传输系统均可等效为基带传输系统。因此掌握数字信号的基带传输原理是十分重要的。通过SystemView提供的仿真环境对数字基带传输中的某些问题加以仿真、分析，能帮助我们进一步加深对这些抽象概念的理解，并加深感性认识。6.1 数字基带信号传输的无失真条件大多数有线传输情况下，信号频带不是陡然截止的，而且基带频谱也是逐渐衰减的，采用一些相对来说比较简单的补偿措施（如简单的频域或时域均衡）可以将失真控制在比较小的范围内。较小的波形失真对于二进制基带信号影响不大，只是使其抗噪声性能稍有下降，但对于多元信号，则可能造成严重的传输错误。当信道频带严格受限时（如数字基带信号经调制通过频分多路通信信道传输），波形失真问题就变得比较严重，尤其在传输多元信号时更为突出。根据频谱分析的基本原理，任何信号的频域受限和时域受限不可能同时成立。因此基带信号要满足在频域上的无失真传输，信号其波形在时域上必定是无限延伸的，这就带来了各码元间相互串扰问题。造成判决错误的主要原因是噪声和由于传输特性（包括发、收滤波器和信道特性）不良引起的码间串扰。若重叠到邻接时隙内的信号太强，就可能发生错误判决。若相邻脉冲的拖尾相加超过判决门限，则会使发送的“0”判为“1”。实际中可能出现好几个邻近脉冲的拖尾叠加，这种脉冲重叠，并在接收端造成判决困难的现象叫做码间串扰。因此可以看出，传输基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性。当然可以有意地加宽传输频带使这种干扰减小到任意程度。然而这会导致不必要地浪费带宽。如果展宽得太多还会将过大的噪声引入系统。因此应该探索另外的代替途径，即通过设计信号波形，或采用合适的传输滤波器，以便在最小传输带宽的条件下大大减小或消除这种干扰。奈奎斯特第一准则解决了消除这种码间干扰的问题，并指出信道带宽与码速率的基本关系。即式中为传码率，单位为比特/每秒（bps）。和分别为理想信道的低通截止频率和奈奎斯特带宽。上式说明了理想信道的频带利用率为实际上，具有理想低通特性的信道是难以实现的，而实际应用的是具有滚降特性的信道。其带宽较奈奎斯特带宽增加的程度滚降系数可以表示为其表示滚降信道的带宽。由于升余弦滚降滤波特性可使传输信号具有较大的功率，且收敛快而减小码间干扰，故已得到了广泛的应用。6.2 验证奈奎斯特第一准则为了加深对数字信号基带波形串扰以及升余弦滚降滤波特性的认识，可以用如图6-1所示的System View仿真电路来验证奈奎斯特第一准则。系统的采样速率为1KHz。该电路中信号源（图符0）为幅度1V，码速率为100bps的伪随机信号。用了一个抽头数为259 的FIR低通滤波器（图符5）来近似模拟理想的传输信道，滤波器的截止频率设为50Hz，在60Hz处有-60dB的衰落。因此，信道的传输带宽可近似等价为50Hz，该频率正好是传输信号的奈奎斯特带宽。基带数据在输入信道以前，先通过了一个升余弦滚降滤波器（图符1）整型，以保证信号有较高的功率而无码间干扰。滚降系数设置为0.3，信道的噪声用高斯噪声（图符13）表示。图符8、9、11完成接收端信号的抽样判决和整型输出。抽样器的抽样频率与数据信号的数据率一致，设为100Hz。为了比较发送端和接收端的波形，在发送端接收器前（图符3）和升余弦滚降滤波器（图符1）后各加入一个延迟图符。图6-1 验证奈奎斯特第一准则系统图实验前，先关闭噪声信号。如图6-2所示为通过升余弦滚降滤波器后的信号与原输入信号的波形叠加。图6-2 通过升余弦滚降滤波器后的信号与原输入信号的波形叠加图6-3为输入信号波形与接收信号波形的叠加，可观察到收发波形基本一致，加入一定幅度的噪声仍然能正常传输。奈奎斯特第一准则得到验证。图6-3 输入信号波形与接收信号波形的叠加将输入信号的波特率由100bps改为110bps，此时的条件已不满足奈奎斯特第一准则，重新运行系统，可观察到信号传输错误，如图6-4所示。改变噪声幅度，错误波形可能增多。图6-4 不满足奈奎斯特第一准则时的错误波形6.3 观察眼图在实际系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图。二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两只“眼睛”。眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。对于码间干扰和噪声同时存在的数字传输系统，给出系统传输性能的定量分析是非常繁杂的事请，而利用“观察眼图”这种实验手段可以非常方便地估计系统传输性能。实际观察眼图的具体实验方法是：用示波器接在系统接收滤波器输出端，调整示波器水平扫描周期Ts，使扫描周期与码元周期Tc同步（即TsnTc，n为正整数），此时示波器显示的波形就是眼图。由于传输码序列的随机性和示波器荧光屏的余辉作用，使若干个码元波形相互重叠，波形酷似一个个“眼睛”，故称为“眼图”。“眼睛”挣得越大，表明判决的误码率越低，反之，误码率上升。SystemView具有“眼图”这种重要的分析功能。 图6-5 用于观察“眼图”的电路图6-6 用System View观察到的“眼图”7 二进制移频键控系统（BFSK）7.1 BFSK调制解调原理1.BFSK信号的调制在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在和两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号（BFSK信号）。二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。 若二进制基带信号的1符号对应于载波频率，0符号对应于载波频率，则二进制移频键控信号的时域表达式为：其中二进制移频键控信号的产生可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的方法来实现。 数字键控法实现二进制频移键控信号的原理图如图7-1所示：图7-1 BFSK频移键控信号的原理图图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元 期间输出或两个载波之一。 2.BFSK信号的解调采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图7-2所示。其中相干解调的解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号分别进行解调，通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。本设计采用相干解调法进行解调。(a) 非相干解调 (b) 相干解调图7-2 二进制移频键控信号解调器原理图7.2 BFSK调制解调系统的设计与仿真根据以上BFSK调制与解调原理，用System View仿真的电路图如图7-3所示。其中载波频率/传码率=10。图7-3 2FSK调制解调系统的仿真设计故具体设计参数为：基带信号：幅值0.5V，频率10Hz载波信号： 7.3 BFSK调制解调系统的仿真结果与分析7.3.1 观察接收滤波器输出的眼图图7-4 接收滤波器输出的眼图7.3.2 不同信噪比的加性高斯白噪声叠加在理想信道模型上时的仿真1.噪声平均幅值为100V时的调制后波形和解调后波形及功率谱图7-5 噪声平均幅值为100V时的调制后波形和解调后波形图7-6 噪声平均幅值为100V时的调制后功率谱2. 噪声平均幅值为500V时的调制后波形和解调后波形及功率谱图7-7 噪声平均幅值为500V时的调制后波形和解调后波形图7-8 噪声平均幅值为500V时的调制后功率谱3. 噪声平均幅值为1000V时的调制后波形和解调后波形及功率谱图7-9 噪声平均幅值为1000V时的调制后波形和解调后波形图7-10 噪声平均幅值为1000V时的调制后功率谱4. 噪声平均幅值为2000V时的调制后波形和解调后波形及功率谱图7-11 噪声平均幅值为2000V时的调制后波形和解调后波形图7-12 噪声平均幅值为2000V时的调制后功率谱7.3.3 不同信噪比下的误码率分析由以上不同信噪比下的输出波形和功率谱对比分析可以看出，信号功率不变、输入高斯噪声增大，即信噪比减小时，传送信息的误码率随之增大，最终无法恢复出原信号。由此我们可以知道，误码率与信噪比是成反比例关系的，可以通过是信噪比变大的方法来提高信息传输的正确率。8 AM超外差收音机设计仿真8.1 超外差收音机的工作原理及信号解调1. 工作原理超外差式收音机是指输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。如果把收音机收到的广播电台的高频信号，都变换为一个固定的中频载波频率（仅是载波频率发生改变，而其信号包络仍然和原高频信号包络一样），然后再对此固定的中频进行放大，检波，再加上低放级，就成了超外差式收音机。这种接收机中，在高频放大器和中频放大器之间须增加一级变换器，通常称为变频器，它的根本任务是把高频信号变换成固定中频。而由于中频频率（我国采用465千赫）较变换前的高频信号（广播电台的频率）低，而且频率是固定的，所以任何电台的信号都能得到相等的放大量。另外，中频的放大量容易做得比较高，而不易产生自激，所以超外差式收音机可以做得灵敏度很高。由于外来电台必须经过“变频”变成中频频率才能通过中频放大回路，所以可以提高收音机的选择性。一般的超外差式收音机组成框图如图8-1所示。图8-1 超外差式收音机原理框图2. 信号解调图8-1中的解调器采用包络检波方式，电路原理图如图8-2。图8-2 包络检波电路图8.2 AM超外差收音机的仿真电路设计本设计中为了节省仿真时间，没有按实际的540-1700KHz的频率覆盖范围和455KHz中频频率设计，而是采用了20kHz作为中频频率IF，又设三个电台的发射信号载波频率为30kHz，40kHz，50kHz，并希望接收第二个电台的40kHz信号。收音机使用高边调谐，即本振频率为20+40=60kHz，且存在一个镜像干扰频率为80KHz。系统仿真图如图8-3所示。图8-3 AM超外差收音机系统仿真电路图8.3 AM超外差收音机的仿真图与分析1.超外差收音机的混频器输入、输出频谱图图8-4 AM超外差收音