专业设计方案：sumlink的pm调制

1、专业设计题目：基于MATLAB-SUMLINK 的调相（PM ）通信系统学院仿真计算机与通信工程学院专业通信工程学号20081668姓名刘荔华指导老师赵建（一）、八、亠刖言2011年11月目录2（二）设计内容及说明3（三）设计工具简介.31.MATLAB简介32Simulink 简介4（四四丄设计中涉及的概念原理说明 51.模拟通信系统.52.相位调制与解调61）调相信号62）调制原理73）调相信号的解调一一相干解调7（五）MATLAB中M函数实现的仿真 81. 源代码82. 结果显示11（六）MATLAB中SIMULINK实现的仿真 121. 所用模块及参数122. 结果显示16（七）心得体

2、会17仃八）参考文献17（一） 前言随着人类社会步入信息化社会，电子信息科学技术正以惊人的速度发展， 开辟了社会发展的新纪元。从20世纪90年代开始至今，通信技术特别是移动通 信技术取得了举世瞩目的成就。在通信技术日新月异的今天，学习通信专业知识 不仅需要扎实的基础理论，同时需要学习和掌握更多的现代通信技术和网络技 术。通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。全面、系统 地掌握通信系统基本理沦、 基本技术以及系统分析与设计中用到的基本工具和方 法，并将重点放在数字通信系统上。 通信系统又可分为数字通信与模拟通信。 传 统的模拟通信系统， 包括模拟信号的调制与解调， 以及加性噪声

3、对幅度调制和角 度调制模拟信号解调的影响。 数字通信的基本原理包括模数转换、 基本信道中的 数字调制方法、 数字通信系统的信号同步方法、 数字信号的载波传输、 数字信源 编码以及信道编码与译码等， 同时对多径信道中的数字通信、 多载波调制、扩频、 GSM与 IS95数位蜂窝通信。随着数字技术的发展原来许多不得不采用的模拟技 术部分已经可以由数字化来实现， 但是模拟通信还是在通信系统中占有很大的比 重。（二 ） 设计内容及说明本设计是基于MATLAB勺模拟相位（PM调制与解调仿真，主要设计思想是 利用MATLA弦个强大的数学软件工具，其中的通信仿真模块通信工具箱以及M文件等，方便快捷灵活的功能实

4、现仿真通信的调制解调设计。还借助MATLAB!视化交互式的操作， 对调制解调处理， 降低噪声干扰， 提高仿真的准确度和可靠 性。要求基于 MATLAB勺模拟调制与解调仿真，主要设计思想是利用 MATLA、 simulink文件、M文件等，方便快捷的实现模拟通信的多种调制解调设计。 基于 simuli nk对数字通信系统的调制和解调建模。并编写相应的 m文件，得出调试 及仿真结果并进行分析。（三 ） 设计工具简介1. MATLAB 简介MATLAB 是美国 MathWorks 公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型 软件， 是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算

5、工具。它集图示和精确计算于一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其它需要进行复杂数值计算的领域得到了广泛应用。它不仅是一个在各类工程设计中便于使用的训算工具， 而且也是一个在数学、 数值分析和工程计算等课程教学中的优秀的教学工具， 在世界各地的 高等院校中十分流行， 在各类工业应用中更有不俗的表现。 MATLAB 可以在几乎所有的 PC 机和大型计算机上运行，适用于 Windows 、UNIX 等多种系统平台。MATLAB乍为一种科学计算的高级语言之所以受欢迎，就是因为它有丰富的 函数资源和工具箱资源， 编程人员可以根据自己的需要选择函数， 而无需再去编 写大量繁琐的程序代码，

6、从而减轻了编程人员的工乍负担。 被称为第四代编程语 言的MATLA最大的特点就是简洁开放的程序代码和直观实用的开发环境。具体 地说MATLA主要有以下特点：(1) 库函数资源丰富(2) 语言精炼，代码灵活(3) 运算符多而灵活(4) 面向对象，控制功能优良(5) 程序设计自由(6) 图形功能强大(7) 程序的兼容性好(8) 源代码开放(9) 形形色色的工具箱2. Simulink 简介SIMULINK是MATLA软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件 包，它与MATLA语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于 Windows的模 型化图形输入， 其结果是使得用户可以把更多的精力投入

7、到系统模型的构建， 而 非语言的编程上。在 simulink 环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地 “画” 出系统模型，然后直接进行仿真。它为用户提供了方框图进行建模的图形接口， 采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。Simulink 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。它支持 连续、离散及两者混合的线性和非线性系统， 同时它也支持具有不同部分拥有不 同采样率的多种采样速率的系统仿真。 Simulink 为用户提供了一个图形化的用户界面，对于用方框图表示的系统，通过图形界面，利用鼠标点击和拖拉方式， 建立系统模型就像用铅笔在在纸上绘制系统的方框图一样简单，它与用微分方

8、程和差分方程建模的传统仿真软件包相比，具有更直观、更方便、更灵活的优点， 它不但实现了可视化的动态仿真， 也实现了与MATLABC或FORTRA语言，甚至 和硬件之间的数据传送，大大的扩展了它的功能。而所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统 模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需 要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。SIMILINK模块 库按功能进行分类，包括以下 8类子库：Continuous （连续模块），Discrete（离散模块）

9、,Function&Tables （函数和平台模块）,Math（数学模块），Nonlinear （非线性模块），Signals&Systems （信号和系统模块），Sinks （接收器模块）， Sources （输入源模块）。（四）设计中涉及的概念原理说明1模拟通信系统通信系统是为了有效可靠的传输信息，信息由信源发出，以语言、图像、 数据为媒体，通过电（光）信号将信息传输，由信宿接收。通信系统又可分为数字 通信与模拟通信。基于设计的要求，下面简要介绍模拟通信系统。信源是模拟信号，信道中传输的也是模拟信号的系统为模拟通信。模拟通信系统的模型如图所示模拟通信系统模型调制器：使信号与信道相匹配，便于

10、频分复用等。发滤波器：滤除调制器 输出的无用信号。收滤波器：滤除信号频带以外的噪声，一般设 N（t）为高斯白噪声,则Ni(t)为窄带白噪声。2相位调制与解调1) 调相信号在模拟调制中，一个连续波有三个参数可以用来携带信息而构成已调信号。当幅度和频率保持不变时，改变载波的相位使之随未调信号的大小而改变，这就是调相的概念。角度调制信号的一般表示形式为：Sm (t)=ACOS 3 ct+ (t)式中，A是载波的恒定振幅；3 ct+ (t)是信号的瞬时相位，而 (t)称 为瞬时相位偏移；d 3 ct+ (t)/dt 为信号的瞬时频率，而d (t)/dt 称为瞬 时频率偏移，即相对于3 c的瞬时频率偏移

11、。设高频载波为Uc=UCm COS 3 ct，调制信号为UQ (t)，则调相信号的瞬时相 位 (t)=3 ct+KpUQ (t)瞬时角频率3 (t)= d(t)dt=3 c+KpduQ(t)dt调相信号 u pM=UcmCOS 3 ct+K pUQ (t)将信号的信息加在载波的相位上则形成调相信号，调相的表达式为:SPM (t)=ACOS3 C t+K PM f(t)+ 0这里Kpm称为相移指数，这种调制方式，载波的幅度和角频率不变，而瞬 时相位偏移是调制信号f(t)的线性函数，称为相位调制调相与调频有着相当密切的关系，我们知道相位与频率有如下关系式:C +KPM f(t) (t)=3 dt

12、= 3 C t+K PM . f (t)dt所以在调相时可以先将调制信号进行微分后在进行频率调制，这样等效于 调相，此方法称为间接调相，与此相对应，上述方法称为直接调相。调相信号的 产生如图所示：(M间按调相PM调相信号的产生2) 调制原理实现相位调制的基本原理是使角频率为CD c的高频载波U,t)通过一个可控 相移网络,此网络产生的相移受调制电压uQ (t)控制，满足=KpuQ (t) 的关系，所以网络输出就是调相信号，可控相移网络调相原理图如图所示：可控相移网络调相原理图3) 调相信号的解调一一相干解调由于调相信号可以分解成同相分量与正交分量之和，因而可以采用线性调制中的相干解调法来进行解

13、调，如图:em带通滤波器根据公式可以设调相信号SPM (t)并设相干载波c(t)则相乘器的输出为Sp(t)经过低通滤波器取出其低频分量朋)相干解调低通滤波器:Acos ct Kpim(t)si(t)=FIl 叭 tAasin2 ctK p m( )d( ) (1 - cos2 ct)22ASd(t) =Kp . m( )d再经微分器，即得解调输出AKpm(t)-m(t)2可见，相干解调可以恢复原调制信号。这种解调方法需要本地载波与调制 载波同步，否则将使解调信号失真。(五 )MATLAB 中 M 函数实现的仿真1. 源代码首先任意给定一个已知调制信号 m(t)=cos(pi*10*t), 进行

14、相位调制时要 用到傅里叶变换，因此先编写傅里叶变换的m文件用作主函数调用，其m文件代 码如下：%求傅里叶变换的子函数function M,m,df=fftseq(m,ts,df)fs=1/ts;if nargin=2 n1=0;%nargin为输入参量的个数else n1=fs/df;endn2=length(m);n=2(max( nextpow2( n1), nextpow2( n2);%nextpow2(n)取n最接近的较大2次幕M=fft(m,n);%M为信号m的傅里叶变换，n为快速傅里叶变换的点数，及基n-FFT变换 m=m,zeros(1,n-n2);%构建新的 m信号df=fs/

15、n;%重新定义频率分辨率上述m文件以“ fftseq.m ”保存。在实现相位解调时要调用两个子函数，分述如下： %求信号相角的子函数，这是调频、调相都要用到的方法function v,phi=env_phas(x,ts,f0)if nargout=2%nargout为输出变数的个数z=loweq(x,ts,f0);%产生调制信号的正交分量phi=angle(z);%angle是对一个复数求相角的函数endv=abs(hilbert(x);%abs用来求复数 hilbert(x) 的模上述 m文件以“ env_phas.m” 保存。%产生调制信号的正交分量function x1=loweq(x,

16、ts,f0)z=hilbert(x);%希尔伯特变换对的利用 - 通过实部来求虚部t=0:ts:ts*(length(x)-1);x1=z.*exp(-j*2*pi*f0*t);%并将 z 信号与它的正交分量加在一起%主程序t0=1;% 信号的持续时间 , 用来定义时间向量ts=0.001;%抽样间隔fs=1/ts;%抽样频率fc=100;%载波频率 ,fc 可以任意改变t=-t0/2:ts:t0/2;%时间向量kf=100;%偏差常数df=0.25;%产生信号 z 的正交分量，上述m文件以“ loweq.m”保存%所需的频率分辨率，用在求傅里叶变换时，它表示 m=cos(pi*10*t);%

17、调制信号FFT的最小频率间隔m(t) 可以任意更改 求信号 m(t) 的积分int_m(1)=0;%for i=1:length(t)-1int_m(i+1)=int_m(i)+m(i)*ts;endM,m,df1=fftseq(m,ts,df); % M=M/fs;%f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2;%u=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_m);U,u,df1=fftseq(u,ts,df); % U=U/fs;对调制信号 m(t) 求傅里叶变换 缩放，便于在频谱图上整体观察 时间向量对应的频率向量 %调制后的信号对调制后的信号 u 求傅里叶变换

18、 % 缩放%通过调用子程序 env_phas 和 loweq 来实现解调功能解调，求出 u 的相位v,phase=env_phas(u,ts,fc); %phi=unwrap(phase);%校正相位角，使相位在整体上连续，便于后面对该相位角求导dem=(1/(2*pi*kf)*(diff(phi)*fs); %对校正后的相位求导 %再经一些定义两轴的刻度:将FFT中的DC分量移到频谱中心线性变换来恢复原调制信号 %乘以 fs 是为了恢复原信号，因为前面使用了缩放 subplot(2,3,1) % 子图形式显示结果 plot(t,m(1:length(t) % 现在的 m 信号是重新构建的信号

19、，因为在对m求傅里叶变换时 m=m,zeros(1,n-n2)axis(-0.5 0.5 -1 1)%xlabel( 时间 t) title( 原调制信号的时域图 )subplot(2,3,4) plot(t,u(1:length(t)axis(-0.5 0.5 -1 1)xlabel( 时间 t)title( 已调信号的时域图 )subplot(2,3,2) plot(f,abs(fftshift(M) %fftshiftaxis(-600 600 0 0.05)xlabel( 频率 f)title( 原调制信号的频谱图 )subplot(2,3,5)plot(f,abs(fftshift(

20、U) axis(-600 600 0 0.05) xlabel( 频率 f) title( 已调信号的频谱图 ) subplot(2,3,3)plot(t,m(1:length(t)axis(-0.5 0.5 -1 1)xlabel(时间 t)title( 原调制信号的时域图) subplot(2,3,6)plot(t,m(1:le ngth(t)axis(-0.5 0.5 -1 1)xlabel(时间 t)title(解调后信号的时域波形)2.结果显示将源代码输入MATLAB令窗口，运行就可以得到结果，如图所示M文件仿真结果图（六）MATLAB 中SIMULINK 实现的仿真1.所用模块及参

21、数MATLAB勺功能性工具箱主要用来扩充 MATLAB勺数值分析、矩阵运算、数字 信号处理、符号计算功能、图形建模仿真功能、文字处理功能、与硬件实时交互 功能。SIMILINK 模块库按功能进行分类，包括以下8类子库：Continuous （连续模块），Discrete （离散模块），Function&Tables （函数和平台模块），Math （数学模块），Nonlinear（非线性模块），Signals&Systems （信号和系统模块），Sinks （接收器模块），Sources （输入 源模块）。假定基频信号为m（t）=cos（10 n *t），载波频率f c=100Hz相位偏差Kp

22、= n ,仿真电路如图所示：SIMULINK仿真电路图基带信号 Sine Wave :振幅（Amplitude） 设为1;频率（Frequency）设为pi*10，取样时间（Sample time）设定1/2000。如图所示：载波信号 Sine Wavel :振幅(Amplitude) 设为1;频率(Frequency)设为 pi*10，取样时间(Sample time)设定1/2000。如图所示：载波信号 Sine Wave1 :振幅(Amplitude) 设为1;频率(Frequency)设为 pi*10，取样时间(Sample time)设定1/2000。如图所示Pa rain et e

23、rs疗 Interpret vsctorars as 1DApplySine Wave参数设定图示波器：Number of axes这边设定为3, Time range为想要显示的时间终点，设定为auto时，Time range与环境模拟设定时间一样。如图所示:Oener alOarta historyAxes示波器参数设定图频域讯号的零阶保持：设定为1/1000。如图所示:Tips; try rigHt clioking on axes零阶保持设定图频域讯号的频谱分析器设定：Buffer size 设定为1024, Buffer overlap 设定为 100, FFT length 设定为 1024； Frequency units 选择 Hertz , Frequen选择-Fs/2.Fs/2。如图所