通信系统仿真实验

1、实验一 高频小信号放大器的MULTISIM仿真一、实验目的：1、 了解MULTISIM的基本功能、窗口界面、元器件库及工具栏等；2、 掌握MULTISIM的基本仿真分析方法、常用仿真测试仪表等；3、 掌握高频小信号放大器MULTISIM仿真的建模过程。二、实验内容及步骤：（一）单频正弦波小信号放大器的MULTISIM仿真。1）根据图一所示高频小信号放大器电路，创建仿真电路原理图。要求输入信号的幅度在2mV-1V之间、频率在1MHz-20MHz之间；2）根据实际情况设置好电路图选项，接入虚拟仪器并设置合适的参数。打开仿真开关，运行所设计好的电路，给出输入输出信号的波形图和频谱图。根据初步仿真结果

2、改变电路元器件的型号和参数，使输出信号波形无失真、幅度放大10倍以上；3）用交流分析方法和波特仪分别估计电路的谐振频率，给出可视化仿真结果。改变输入信号的频率，再用交流分析方法和波特仪观察电路谐振频率的变化情况；4）改变输入信号的幅度，用示波器观察输出电压波形，测量输出波形不失真情况下输入信号幅度的变化范围；5）改变输入信号的频率，用示波器观察输出电压幅度的变化，计算通频带B和矩形系数K0.1，绘制通频带曲线；6）改变R1的值，用示波器观察输出电压波形，在波形不失真的情况下，用直流分析法记录三极管基极的直流电压和通过VCC的直流电流，分别绘制R1和它们关系曲线；5）改变R5（负载）的值，用示波

3、器观察输出电压波形和峰峰值的变化情况，在波形不失真的情况下，绘制R5和峰峰值的关系曲线。 （二）多频正弦波合成小信号放大器的MULTISIM仿真。1）根据图一所示高频小信号放大器电路，创建仿真电路原理图。要求输入为幅度在2mV-1V之间（各不相同）、频率在1MHz-20MHz之间（各不相同）三个以上的正弦波合成小信号；2）根据实际情况设置好电路图选项，接入虚拟仪器并设置合适的参数。打开仿真开关，运行所设计好的电路，给出输入输出信号的波形图和频谱图。根据初步仿真结果改变电路元器件的型号和参数，使输出信号波形无失真、幅度放大10倍以上；3）用瞬态分析法观察电路运行之初输出信号的变化情况；去掉R5，

4、再次用瞬态分析法观察输出信号的变化情况，分析仿真结果。一、单频正弦波小信号放大器的MULTISIM仿真。1、实验原理图2、由示波器观测到的输入输出波形：放大倍数A=1003、由波特图知F0=9.902MHz，由原理图计算理论值F0=9.778MHz4、 改变输入信号的幅度，用示波器观察输出电压波形，测量出输出波形不失真情况下输入信号幅度的变化范围为1mV到21mV。输入信号fs（MHz） 8.6输入信号Vi（mv）0.912341416172125输出信号Vo（v）891002524004005707808168208255、 改变输入信号的频率，用示波器观察输出电压幅度的变化情况输入信号Vi

5、（mv） 7.5输入信号fs（MHz）10111213141516203040输出信号Vo（v）822814800794786660560500120190通过改变输入信号的频率观察到电路谐振频率保持不变.通频带B为22MHz（通频带曲线见坐标纸），矩形系数K0.1为3.555、改变R5（负载）的值，用示波器观察输出电压波形和峰峰值的变化情况R5/k1510152050100500800输出V/mv201002003004501000200040004000（二）多频正弦波合成小信号放大器的MULTISIM仿真测试及其分析。1. 多频正弦波合成小信号放大器的MULTISIM仿真电路图输入信号幅

6、值及频率分别为20mv，14MHz、22mv，16MHz、25mv，15MHz 2. 多频正弦波合成小信号放大器的输入输出波形测试 通过虚拟示波器观察输入输出信号基本放大10倍且只有小部分波形失真分析其原因是输入信号的频率参数分散导致一部分频率的放大倍数较小从而导致波形的部分失真。3. 多频正弦波合成小信号放大器的频谱图通过频谱仪的测试可以看到输入输出都是相同的三个频率，只是输出信号中多了一些较小的杂波。实验二 振幅调制与解调制电路的MATLAB仿真一、实验目的：1、深入理解各种振幅调制与解调制电路的工作原理；2、掌握振幅调制与解调制电路的MATLAB仿真方法。二、实验内容及步骤：1、编写ma

7、tlab程序实现AM振幅调制与解调制的设计与仿真；1）设计AM振幅调制与解调制仿真电路，要求调制信号的幅度A和频率F可变；载波信号的幅度A和频率F可变，调制度ma可变； 2）绘制调制信号u11、载波信号uc1和已调波信号uam1的时域波形图和频谱图（要求谱线清晰）；3）要求调制信号为三个以上正弦波信号的合成，幅度和频率均可变，绘制调制信号u12、载波信号uc1和已调波信号uam2的时域波形图和频谱图（要求谱线清晰）；4）用同步检波对已调波信号uam1进行解调制，在同一幅图中绘制原调制信号u11和解调后的信号y11，并绘制这两个信号的频谱图；5）用同步检波对已调波信号uam2进行解调制，在同一幅

8、图中绘制原调制信号u12和解调后的信号y12，并绘制这两个信号的频谱图。三、设计思想AM波的设计思想：1） 首先给出调制信号和载波信号，利用AM调幅公式y=uc*(1+ma*coswt)*coswct,得到调制信号y,再将y与载波信号相乘后通过低通滤波器得出检波。 程序中具体参数设置：Matlab程序：function y=Am(Ac,Fc,ma,Aw,Fw)T=0:1/(10*Fc):3/Fw;ul1=Aw*cos(2*pi*Fw*T);uc1=Ac*cos(2*pi*Fc*T);uam1=Ac*(1+ma*cos(2*pi*Fw*T).*cos(2*pi*Fc*T);subplot(3,1

9、,1)plot(T,ul1,'r');gridylabel('ull');xlabel('t');subplot(3,1,2)plot(T,uc1,'r');gridylabel('ucl');xlabel('t');subplot(3,1,3)plot(T,uam1,'r');gridylabel('uam');xlabel('t'); %画调制信号，载波信号，已调波信号频谱图X=fftshift(fft(ul1);%做快速dft变换并移位Y=fft

10、shift(fft(uc1);Z=fftshift(fft(uam1);figure;%保持时域波形图不变F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T);%取变换范围和点数m=fix(length(T)*3/8);n=fix(length(T)*5/8);%取频谱图画图范围subplot(3,1,1);plot(F(m:n),abs(X(m:n);grid onsubplot(3,1,2);plot(F(m:n),abs(Y(m:n);grid onsubplot(3,1,3);plot(F(m:n),abs(Z(m:n);grid on输入命令y=Am(10,1000,0.3

11、,4,50)时域波形图： 频谱图：调制信号与解调后波形图：调制信号与解调波频谱：3）调制信号为三个以上正弦波信号的合成，幅度和频率均可变，绘制调制信号u12、载波信号uc1和已调波信号uam2的时域波形图和频谱图（要求谱线清晰）；Matlab程序：function y=Am2（Ac,Fc,ka,A1,F1,A2,F2,A3,F3)F=min(F1,F2);f=max(F1,max(F2,F3);%求频率最大值T=0:1/(10*Fc):6/min(F,F3);%抽样ul2=A1*cos(2*pi*F1*T)+A2*cos(2*pi*F2*T)+A3*cos(2*pi*F3*T);%生成调制信号

12、uc2=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%载波信号u=(ka*A1/Ac)*cos(2*pi*F1*T)+(ka*A2/Ac)*cos(2*pi*F2*T)+(ka*A3/Ac)*cos(2*pi*F3*T);uam2=Ac*(1+u).*cos(2*pi*Fc*T);%AM已调波信号subplot(3,1,1)plot(T,ul2,'r');grid;ylabel('ul2');xlabel('t');subplot(3,1,2)plot(T,uc2,'r');grid;ylabel('uc2');xlabe

13、l('t');subplot(3,1,3)plot(T,uam2,'r');grid;ylabel('uam2');xlabel('t');%画调制信号，载波信号，已调波信号频谱图X=fftshift(fft(ul2);%做快速dft变换并移位Y=fftshift(fft(uc2);Z=fftshift(fft(uam2);figure;%保持时域波形图不变F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T);%取变换范围和点数m=fix(length(T)*3/8);n=fix(length(T)*5/8);%取频谱图

14、画图范围subplot(3,1,1);plot(F(m:n),abs(X(m:n);grid onsubplot(3,1,2);plot(F(m:n),abs(Y(m:n);grid onsubplot(3,1,3);plot(F(m:n),abs(Z(m:n);grid on输入命令y=Am2(10,20000000,1,3,1400000,3.4,2000000,2,1000000)时域波形图：频谱图：4）用同步检波对已调波信号uam1进行解调制，在同一幅图中绘制原调制信号u11和解调后的信号y11，并绘制这两个信号的频谱图；%生成检波信号figure;s=uam2.*uc2;%同步检波生

15、成信号Rp=3;%通带最大波纹Rs=60;%阻带最小衰减Wp=f/Fc;%通带截止频率（数字滤波器时为频率与抽样频率的比值）Ws=f/Fc+f/Fc*3;%阻带截止频率（数字滤波器时为频率与抽样频率的比值）n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);%确定椭圆滤波器最小阶数和截止频率b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn);%确定传递函数分子分母b，aX1=5*filter(b,a,s);%滤除高频信号subplot(2,1,2);plot(T,ul2);grid onsubplot(2,1,1);plot(T,X1);grid on5）用同步检波对已调波信号uam2进行解调制，在

16、同一幅图中绘制原调制信号u12和解调后的信号y12，并绘制这两个信号的频谱图。%画调制信号和检波信号频谱图Y2=fftshift(fft(X1);figure;%保持波形图不变m1=fix(length(T)*4/9);n1=fix(length(T)*5/9);%取频谱图画图范围subplot(2,1,1);plot(F(m1:n1),abs(X(m1:n1);grid onsubplot(2,1,2);plot(F(m1:n1),abs(Y2(m1:n1);grid onDSB波的设计：2、编写matlab程序实现DSB振幅调制与解调制的设计与仿真；1）设计DSB振幅调制与解调制仿真电路，

17、要求调制信号的幅度A和频率F可变；载波信号的幅度A和频率F可变； 2）绘制调制信号u21、载波信号uc2和已调波信号udsb1的时域波形图和频谱图（要求谱线清晰）；Matlab程序：function y=DSB1(Ac,Fc,ka,A1,F1)T=0:1/(10*Fc):6/F1;%抽样ul1=A1*cos(2*pi*F1*T);%生成调制信号uc1=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%载波信号uam1=ka*Ac*ul1.*cos(2*pi*Fc*T);%DSB已调波信号subplot(3,1,1)plot(T,ul1,'r');grid;ylabel('ul1&#

18、39;);xlabel('t');subplot(3,1,2)plot(T,uc1,'r');grid;ylabel('uc1');xlabel('t');subplot(3,1,3)plot(T,uam1,'r');grid;ylabel('uam1');xlabel('t');%画调制信号，载波信号，已调波信号频谱图X=fftshift(fft(ul1);%做快速dft变换并移位Y=fftshift(fft(uc1);Z=fftshift(fft(uam1);figure;%保持

19、时域波形图不变F=linspace(-Fc/2,Fc/2,length(T);%取变换范围和点数m=fix(length(T)*3/8);n=fix(length(T)*5/8);%取频谱图画图范围subplot(3,1,1);plot(F(m:n),abs(X(m:n);grid onsubplot(3,1,2);plot(F(m:n),abs(Y(m:n);grid onsubplot(3,1,3);plot(F(m:n),abs(Z(m:n);grid on命令窗口：>> y=DSB1(10,1000,0.5,4,100)时域波形图：频谱图：4）用同步检波对已调波信号uam1

20、进行解调制，在同一幅图中绘制原调制信号u11和解调后的信号y11，并绘制这两个信号的频谱图；%生成检波信号figure;s=uam1.*uc1;%同步检波生成信号Rp=3;%通带最大波纹Rs=60;%阻带最小衰减Wp=F1/Fc;%通带截止频率（数字滤波器时为频率与抽样频率的比值）Ws=F1/Fc+F1/Fc*3;%阻带截止频率（数字滤波器时为频率与抽样频率的比值）n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs);%确定椭圆滤波器最小阶数和截止频率b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn);%确定传递函数分子分母b，aX1=5*filter(b,a,s);%滤除高频信号subplot(2,

21、1,2);plot(T,ul1);grid onsubplot(2,1,1);plot(T,X1);grid on%调制信号和解调信号频谱图Y2=fftshift(fft(X1);figure;%保持波形图不变m1=fix(length(T)*4/9);n1=fix(length(T)*5/9);%取频谱图画图范围subplot(2,1,1);plot(F(m1:n1),abs(X(m1:n1);grid onsubplot(2,1,2);plot(F(m1:n1),abs(Y2(m1:n1);grid on3）调制信号为三个以上正弦波信号的合成，幅度和频率均可变，绘制调制信号u22、载波信号

22、uc2和已调波信号udsb2的时域波形图和频谱图（要求谱线清晰）；观察相位突变点处的波形；只需将调制信号为一个时的程序前换位下列程序即可实现，function y=DSB2(Ac,Fc,ka,A1,F1,A2,F2,A3,F3)F=min(F1,F2);f=max(F1,max(F2,F3);%求频率最大值T=0:1/(10*Fc):6/min(F,F3);%抽样ul2=A1*cos(2*pi*F1*T)+A2*cos(2*pi*F2*T)+A3*cos(2*pi*F3*T);%调制uc2=Ac*cos(2*pi*Fc*T);%载波信号uam2=ka*Ac*ul2.*cos(2*pi*Fc*T

23、);%DSB已调波信号时域波形图：给出调制信号u21=a1*cos(2*pi*f1*t) 和载波信号uc2=a2*cos(2*pi*f2*t)，用公式y=k*u21*uc2,得出了已调制信号，与AM波类似，已调制波乘以载波信号，再通过低通滤波器，出来的是检波信号。二、振幅调制与解调制仿真电路的输入输出波形对比图和频谱图AM波：单个调制信号的调制波形4）用同步检波对已调波信号udsb1进行解调制，在同一幅图中绘制原调制信号u21和解调后的信号y21，并绘制这两个信号的频谱图；5）用同步检波对已调波信号udsb2进行解调制，在同一幅图中绘制原调制信号u22和解调后的信号y22，并绘制这两个信号的频

24、谱图。6、 根据仿真结果，和理论知识进行对比分析，得出以下结论：.由AM,DSB时域波形可以看到与理论的AM,DSB波形相同；AM波形的包络与调制信号的幅度成正比，DSB信号波形包络与调制信号的幅度的绝对值成正比，其相位可表示调制信号的极性。 由AM,DSB频域波形可以看到与理论的AM,DSB频域波形相同；AM含有载波频率和上下边频，DSB波只含有上下边频。.经过相乘和滤波后的解调波形与调制信号波形相同，且频谱成份相同。实验三 振幅调制与解调制电路的SIMULINK仿真一、实验目的：1、深入理解各种振幅调制与解调制电路的工作原理；2、掌握振幅调制与解调制电路的SIMULINK仿真方法。二、实验

25、原理：幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度，使正弦载波的幅度随着调制信号而改变的调制方案，属于线性调制。AM信号的时域表示式：频谱：调制器模型如图所示： AM调制器模型AM的时域波形和频谱如图所示：时域 频域 AM调制时、频域波形AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。它的带宽是基带信号带宽的2倍。在波形上，调幅信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化，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。在解调时，根据AM调制的特性，既可以采用相干解调，也可以采用包络检波。在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。AM调制模型中将直流分量去掉，即可得到一种

26、高调制效率的调制方式抑制载波双边带信号，即双边带信号（DSB）。DSB信号的时域表示式频谱：DSB的时域波形和频谱如图所示：时域 频域 DSB调制时、频域波形DSB的相干解调模型如图所示： DSB调制器模型:与AM信号相比，因为不存在载波分量，DSB信号的调制效率时100%，DSB信号解调时需采用相干解调。三、设计思想AM设计思想：搭建SIMULINK仿真图，如图所示调制信号的幅度为0.3V、频率为1kHz，载波信号的幅度为1V、频率为1MHz，调制度为0.3，低通滤波器passband edge frequency的值为2*pi*1500 。示波器Scope显示的是调制信号、载波信号、已调制信号的波形，示波器sco