基于Simulink的数字通信系统仿真 采用 AM调制技术

1、 信电学院 通信系统仿真二级项目设计说明书 （2013/2014学年第二学期） 课程名称 ： 通信系统仿真二级项目 题 目 ： 基于Simulink数字通信系统仿真 采用AM调制技术 专业班级 ： 通信工程12-1 学生姓名 ： 曾静 李鹏飞 张秀颖 董晓霞 学 号 ： 110310120 120310101 120310102 120310103 指导教师 ： 李志华、任丹萍、张龙 设计周数 ： 1周 设计成绩 ： 2014年6月25日 目 录 摘要 . 错误！未定义书签。 第1章 概述 . 错误！未定义书签。 1.1课题内容 . 错误！未定义书签。 1.2设计目的 . 错误！未定义书签。

2、1.3 设计要求 . 错误！未定义书签。 第2章 理论基础 . 错误！未定义书签。 2.1 AM信号的调制原理 . 错误！未定义书签。 2.2 AM信号的解调相干解调 . 错误！未定义书签。 2.3 模型设计 . 3 第3章 仿真模块及仿真结果 . 错误！未定义书签。 3.1基于Simulink的仿真模块 . 4 3.1.1 Simulink仿真结果 . 5 3.2基于M文件的仿真模块 . 5 3.2.1 M文件仿真结果 . 8 第4章 结果分析 . 错误！未定义书签。 4.1 Simulink结果分析 . 错误！未定义书签。 4.2 M文件结果分析 . 错误！未定义书签。 第5章 项目总结

3、. 错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。 教师评语 . 错误！未定义书签。 摘要 通信系统仿真项目是通信工程专业CDIO教学体系中重要的设计内容。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、MATLAB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。 本实践周开设的通信仿真课程为软件仿真，利用mat

4、lab中的建模仿真工具Simulink对通信原理实验进行仿真。随着通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，在通信系统的设计研发过程中，软件仿真已成为必不可少的一部分，电子设计自动化EDA 技术已成为电子设计的潮流。随着信息技术的不断发展，电子EDA 仿真技术也在突飞猛进之中。涌现出了许多功能强大的电子仿真软件，如Workbeench、Protel、Systemview、Matlab等。许多知名IT企业其实在产品开发阶段也是应用仿真软件进行开发。虚拟实验技术发展迅速，应用领域广泛，一些在现实世界无法开展的科研项目可借助于虚拟实验技术完成，例如交通网的智能控制、军事上新型武器开发等。 第1章

5、概述 1.1课题内容 1.设计AM信号实现的Matlab程序，输出调制信号、载波信号以及已调信号波形以及频谱图，并改变参数观察信号变化情况，进行实验分析。 2.设计AM信号解调实现的Matlab程序，输出并观察解调信号波形，分析实验现象。 3.绘制调制及解调时域图、频谱图。 4.改变采样频率后，绘制调制及解调信号的时域图、频谱图。 5.加上高斯噪声，绘制调制及解调的时域图和频谱频图，分析噪声对调制信号和解调信号的影响。 1.2设计目的 1.掌握振幅调制和解调原理。 2.掌握参数设置方法和性能分析方法。 3.通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。 4.学会Matlab仿真软件在振幅调制和解调中

6、的应用。 5.锻炼自主学习能力，增强分析问题、解决问题的能力。 1 1.3 设计要求 利用Matlab软件进行振幅调制和解调程序设计，输出显示调制信号、载波信号以及已调信号波形，并输出显示三种信号频谱图。对产生波形进行分析，并通过参数的改变，观察波形变化，分析实验现象。 第2章 理论基础 2.1 AM信号的调制原理 叠加直流后再与载波相乘，），调制信号中，若假设滤波器为全通网络（1在图1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。 调制器模型常规双边带调幅图1 AM 信号的时域和频域表达式分别为：AM 可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为为外加的直流分量；0，式中，

7、 。 即 AM2 图 信号的典型波形和频谱2 图中假定调制信号的上限频率为。b）所示，、AM信号的典型波形和频谱分别如图2（a）（ 的带宽为。显然，调制信号 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a）可见，AM由图2（ 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 ，否则将出现过调幅现象而带来失真。 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AM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，

8、带宽为基带信号带宽的两倍，即BAM=2BM=2fH。 的带宽，为调制信号的最高频率。式中， 为调制信号 信号的解调相干解调2.2 AM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。相干解调的原理框图如图3所示。 相干解调的原理框图图3 将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得 项分离，无失1项与第2由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第 真的恢复出原始的调制信号 模型设计2.3 调制的模型框图，如图4 所示。AM根据以上原理，我们设计了 3 对调制的信对信号进行输出信号发生器波

9、形号相干解A调（产生一信号频调制信号 均值，方差的高斯白噪 图4 AM调制模型框图 第3章 仿真模块及仿真结果 3.1基于Simulink的仿真模块 图5 仿真模块 其中调制信号的频率为20Hz，幅值为1.载波信号的频率为200Hz，幅值为1。如图5所示的示波器从上到下依次表示调制信号、解调信号经低通后的信号、载波、调制后信号、噪声、噪声加调制后信号、经过的带通的信号、解调信号。 4 3.1.1 Simulink仿真结果 图6 Simulink仿真结果 M文件的仿真模块 3.2基于【载波信号】 t=-1:0.00001:1; A0=10; %载波信号振幅 f=6000; %载波信号频率 w0=

10、f*pi; Uc=A0*cos(w0*t); %载波信号 figure(1); subplot(2,1,1); plot(t,Uc); title(载频信号波形); axis(0,0.01,-15,15); subplot(2,1,2); 5 Y1=fft(Uc); %对载波信号进行傅里叶变换 plot(abs(Y1);title(载波信号频谱); axis(5800,6200,0,1000000); 【调制信号】 t=-1:0.00001:1; A1=5; %调制信号振幅 f=6000; %载波信号频率 w0=f*pi; mes=A1*cos(0.001*w0*t); %调制信号 subpl

11、ot(2,1,1); plot(t,mes); xlabel(t),title(调制信号); subplot(2,1,2); Y2=fft(mes); % 对调制信号进行傅里叶变换 plot(abs(Y2); title(调制信号频谱); axis(198000,202000,0,1000000); 【AM已调信号】 t=-1:0.00001:1; A0=10; %载波信号振幅 A1=5; %调制信号振幅 A2=3; %已调信号振幅 f=3000; %载波信号频率 w0=2*f*pi; m=0.15; %调制度 mes=A1*cos(0.001*w0*t); %Q 调制信号 Uam=A2*(1

12、+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已调信号 subplot(2,1,1); plot(t,Uam); grid on; title(AM调制信号波形); subplot(2,1,2); Y3=fft(Uam); % 对AM已调信号进行傅里叶变换 plot(abs(Y3),grid; title(AM调制信号频谱); axis(5950,6050,0,500000); 【加入高斯白噪声的已调信号】 sn1=80 计算对应噪声方差db1=A12/(2*(10(sn1/10); % n1=1000*sqrt(db1)*randn(size(t); %生成高斯白噪声 Uam=n1+U

13、am1; subplot(7,2,7); plot(t,Uam); );加噪已调信号title(6 T8=fft(Uam); subplot(7,2,8); plot(abs(T8); );加噪已调信号频谱title(axis(5950,6050,0,500000); 【通过带通滤波器的已调信号】 采样频率Ft=100000;% wp1=5900Hz通带截止频率wp1=5900;% wp2=6100Hz通带截止频率wp2=6100;% ws1=5850Hz阻带截止频率ws1=5850;% ws2=6150Hz阻带截止频率ws2=6150;% rp=0.5dBrp=0.5;%通带最大衰减 rs=

14、60dBrs=60;%阻带最小衰减 wp=wp1,wp2/(Ft/2);ws=ws1,ws2/(Ft/2); N,wc=cheb1ord(wp,ws,rp,rs); b=fir1(N,wc); z22=fftfilt(b,Uam); %FIR低通滤波 subplot(7,2,9); plot(t,z22,b); );title(滤波后的加噪已调信号波形 信号的频谱求AMT6=fft(z22); % subplot(7,2,10); plot(abs(T6),b); );滤波后的加噪已调信号频谱title( axis(5950,6050,0,500000);【滤波前AM解调信号】 t=-1:0.

15、00001:1; A0=10; %载波信号振幅 A1=5; %调制信号振幅 A2=3; %已调信号振幅 f=3000; %载波信号频率 w0=2*f*pi; m=0.15; %调制度 k=0.5 ; %DSB 前面的系数 mes=A1*cos(0.001*w0*t); %调制信号 Uam=A2*(1+m*mes).*cos(w0).*t); %AM 已调信号 Dam=Uam.*cos(w0*t); %对AM调制信号进行解调 subplot(2,1,1); plot(t,Dam); grid on; title(滤波前AM解调信号波形); subplot(2,1,2); Y5=fft(Dam);

16、 % 对AM解调信号进行傅里叶变换 plot(abs(Y5),grid; 7 title(滤波前AM解调信号频谱); axis(187960,188040,0,200000); 【通过低通滤波器的解调信号】 axis(187960,188040,0,200000); 采样频率Ft=2000;% fs=120Hzfp=100Hz通带边界频率，阻带截止频率fpts=100 120;% mag=1 0; 5%1%，阻带波动dev=0.01 0.05;%通带波动 n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev,Ft); 设计滤波器由Fir1b21=fir1(n21

17、,wn21,kaiser(n21+1,beta);% 低通滤波z21=fftfilt(b21,Dam); %FIR subplot(7,2,13); plot(t,z21,r); );解调信号波形滤波后的AMtitle( 信号的频谱求AMT5=fft(z21); % subplot(7,2,14); plot(abs(T5),r); );解调信号频谱title(滤波后的AMaxis(198000,202000,0,200000); M文件仿真结果3.2.1 图6 AM解调前各波形及频谱 8 7 加噪及去噪已调信号图 滤波后解调信号8 图9 第4章 结果分析 4.1 Simulink结果分析 仿

18、真过程中，我们根据计算结果，选择了上限截止频率为220Hz，下限截止频率为180Hz的8阶带通滤波器，以及截止频率为170Hz的8阶低通滤波器。结果发现经过8阶的带通滤波器，虽然滤波效果好，但是其滤波时间延迟，导致波形之前有一段直线。 最后经过仔细对比，发现解调后的信号与原信号大致相同，但在波形和幅度上均有偏差，幅度上的偏差是由于噪声和调制系统的性能共同引起的，可以通过增强振幅恢复至原始状态。波形偏差主要是由噪声引起，在整个系统中，我添加了均值为0，方差为1的高斯白噪声，以模拟现实环境。如图7所示的仿真结果，（a）图为有噪声的输出，（b）图为无噪声的输出。证明，当去掉造声时，幅度失真仍然存在，

19、但波形失真基本消失，证明我们之前的推测是正确的。对比图如下。 图9 调制信号与解调信号对比图 M文件结果分析 4.2本设计圆满的完成了对AM信号实现调制与解调，与课题的要求十分相符；也较好的完成了对AM信号的时域分析，通过fft变换，得出了调制信号和解调信号的频谱图；在设计FIR低通滤波器的时候，通带边界频率设定为载波信号频率Fp=f，阻带截止频率Fs=f+20,采样频率Ft=8f；在设计IIR低通滤波器的时候，通带边界频率设定为Fp=f-50，阻带截止频率Fs=f，采样频率Ft=10f。10 这样设定后，在改变载波信号频率的时候就有可能使滤波器无法进行正常的滤波，从而得不到正确的结果。载波频

20、率f可以选的高一些，在设计的时候时间采样t的间隔就要大一些。经仿真，调制信号与滤波后AM解调信号相似，对比图如下。 调制信号与解调信号对比图10 图 项目总结5章 第调制与解调技术是通信电子线路课程中一个重要的环节，也是实现通信必不可少的一门技术，即一课题在这里是把要处理的信号当做一种特殊的信号，也是通信专业学生必须掌握的一门技术。 种“复杂向量”来看待。也就是说，课题更多的还是体现了数字信号处理技术。调制与解调制系统仿真”是希望将AM-DSB从课题的中心来看，课题“基于Matlab的AM-DSB其本调技术应用于某一实际领域，这里就是指对信号进行调制。作为存储于计算机中的调制信号，这一过程的就可以对其进行处理了。身就是离散化了的向量，我们只需将这些离