专业设计方案sumlink的pm调制

17/17专业设计题目：基于MATLAB-SUMLINK的调相（PM）通信系统仿真学院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2011年11月目录(一) 前言 3(二) 设计内容及说明 3(三) 设计工具简介 41. MATLAB简介 42. Simulink简介 4(四) 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——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) 心得体会 17(八) 参考文献 18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。设计内容及说明本设计是基于MATLAB的模拟相位（PM）调制与解调仿真，主要设计思想是利用MATLAB这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现仿真通信的调制解调设计。还借助MATLAB可视化交互式的操作，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的模拟调制与解调仿真，主要设计思想是利用MATLAB、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simulink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。设计工具简介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作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，从而减轻了编程人员的工作负担。被称为第四代编程语言的MATLAB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MATLAB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Simulink简介SIMULINK是MATLAB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MATLAB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MATLAB、C或FORTRAN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），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）。设计中涉及的概念原理说明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。相位调制与解调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：S(t)=Acos[ωt+φ(t)]式中，A是载波的恒定振幅；[ωt+φ(t)]是信号的瞬时相位，而φ(t)称为瞬时相位偏移；d[ωt+φ(t)]/dt为信号的瞬时频率，而dφ(t)/dt称为瞬时频率偏移，即相对于ω的瞬时频率偏移。设高频载波为u=Ucosωt，调制信号为UΩ(t)，则调相信号的瞬时相位φ(t)=ω+KUΩ(t)瞬时角频率ω(t)==ω+K调相信号u=Ucos［ωt+KuΩ(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：S(t)=Acos[ωt+Kf(t)+φ]这里K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：ω==ω+Kf(t)φ(t)=ωt+K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：PM调相信号的产生调制原理实现相位调制的基本原理是使角频率为ω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Δφ受调制电压uΩ(t)控制,满足Δφ=KuΩ(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调相信号的解调——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调，如图：PM信号相干解调根据公式可以设调相信号并设相干载波则相乘器的输出为经过低通滤波器取出其低频分量再经微分器，即得解调输出可见，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。MATLAB中M函数实现的仿真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;ifnargin==2n1=0;%nargin为输入参量的个数elsen1=fs/df;endn2=length(m);n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2)));%nextpow2(n)取n最接近的较大2次幂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/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)ifnargout==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functionx1=loweq(x,ts,f0)t=[0:ts:ts*(length(x)-1)];z=hilbert(x);%希尔伯特变换对的利用通过实部来求虚部x1=z.*exp(-j*2*pi*f0*t);%产生信号z的正交分量，%并将z信号与它的正交分量加在一起上述m文件以“loweq.m”保存%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;%所需的频率分辨率，用在求傅里叶变换时，它表示FFT的最小频率间隔m=cos(pi*10*t);%调制信号，m(t)可以任意更改int_m(1)=0;%求信号m(t)的积分fori=1:length(t)-1int_m(i+1)=int_m(i)+m(i)*ts;end[M,m,df1]=fftseq(m,ts,df);%对调制信号m(t)求傅里叶变换M=M/fs;%缩放，便于在频谱图上整体观察f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2;%时间向量对应的频率向量u=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_m);%调制后的信号[U,u,df1]=fftseq(u,ts,df);%对调制后的信号u求傅里叶变换U=U/fs;%缩放%通过调用子程序env_phas和loweq来实现解调功能[v,phase]=env_phas(u,ts,fc);%解调，求出u的相位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，%因为在对m求傅里叶变换时m=[m,zeros(1,n-n2)]axis([-0.50.5-11])%定义两轴的刻度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([-0.50.5-11])xlabel('时间t')title('已调信号的时域图')subplot(2,3,2)plot(f,abs(fftshift(M)))%fftshift：将FFT中的DC分量移到频谱中心axis([-60060000.05])xlabel('频率f')title('原调制信号的频谱图')subplot(2,3,5)plot(f,abs(fftshift(U)))axis([-60060000.05])xlabel('频率f')title('已调信号的频谱图')subplot(2,3,3)plot(t,m(1:length(t)))axis([-0.50.5-11])xlabel('时间t')title('原调制信号的时域图')subplot(2,3,6)plot(t,m(1:length(t)))axis([-0.50.5-11])xlabel('时间t')title('解调后信号的时域波形')结果显示将源代码输入MATLAB命令窗口，运行就可以得到结果，如图所示M文件仿真结果图MATLAB中SIMULINK实现的仿真所用模块及参数MATLAB的功能性工具箱主要用来扩充MATLAB的数值分析、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(10π*t)，载波频率f=100Hz，相位偏差K=π，仿真电路如图所示：SIMULINK仿真电路图基带信号SineWave：振幅(Amplitude)设为1；频率(Frequency)设为pi*10，取样时间(Sampletime)设定1/2000。如图所示：载波信号SineWave1：振幅(Amplitude)设为1；频率(Frequency)设为pi*10，取样时间(Sampletime)设定1/2000。如图所示：载波信号SineWave1：振幅(Amplitude)设为1；频率(Frequency)设为pi*10，取样时间(Sampletime)设定1/2000。如图所示Sine