模拟通信通信系统的仿真

存档资料成绩：华东交通大学理工学院课程设计报告书课程名称现代通信原理课程设计题目模拟通信系统仿真设计分院电信分院专业班级09通信工程〔2〕班学号学生姓名指导教师2012年06月05日目录目录...................2绪论...................34.第一章模拟幅度调制系统.............51.1幅度调制根本概念.............51.2常规双边带调幅〔AM〕...........51.2.1AM的调制与解调原理...........51.2.2仿真模型及波形图.............61.3双边带调幅〔DSB〕............9DSB通信系统的原理...........91.3.2仿真模型及波形图............131.4单边带调幅〔SSB〕.............161.4.1SSB调制与解调原理............15仿真模型及波形图............175.第二章心得体会.................206.第三章参考文献.................21绪论21世纪社会是个高端开展的社会，由于是科技时代，人们对信息的需求量将提出更高的要求。而通信那么承载着这个重要的任务。通信中要进行消息的传递，必须有发送者和接收者，发送者和接收者可以是人也可以是各种通信终端设备。换言之，通信可以在人与人之间，也可以在人与机器活机器与机器之间进行。必须有三大局部：一是发送端；二是接收端；三是收发两端之间的信道。通信系统主要分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统通常由模拟信息源，调制器，信道，解调器与收信者组成。模型如下：图1-1模拟通信系统模型图模拟通信在信道中传输的信号频谱比拟窄，因此可通过多路复用使信道的利用率提高，但是它也有缺点：设备不易大规模集成;2.传输的信号是连续的，叠加噪声干扰后不易消除，即抗干扰能力较差;3.不易保密通信;4.不适应飞速开展的计算机通信的要求。模拟通信系统中，调制与解调是通信系统中的重要环节，它使信号发生本质性的变化。本文主要对线性调制〔AM,DSB,SSB〕的信号产生〔调制〕与接受〔解调〕的根本原理，方法技术加以讨论，并通过SystemView仿真验证常规双边带调幅〔AM〕，双边带调幅〔DSB〕，单边带调幅〔SSB〕。通过此软件观察信号的调制与解调过程，并对输出波形进行分析。模拟调制和解调是实现是实现模拟通信系统的重要组成局部。调制是将原始电信号变换成其频带适合信道传输的信号；解调是在接收端将信道中传输的信号复原成原始的电信号；经过调制后的信号成为已调信号;发送端调制前和接收端解调后的信号成为基带信号。因此，原始电信号又称为基带信号，而已调信号又称为频带信号。模拟信号的调制与解调是通信原理课程的经典内容，也是模拟通信时代的核心技术。虽然当代技术已开展为数字通信新时代，但模拟信号的调制与解调理论仍然是通信技术中的根底内容之一。为什么要进行调制呢？一般来讲，信源直接产生的信号频带范围处于低频，甚至零频范围，这种信号称为基带信号。基带信号未经过调制直接被发送到信道中而进行的传输称为基带传输。但是实际中的很多信道不是基带形式，不能进行基带信号的直接传输，因此需要将基带信号进行调制，变换为适合于信道的形式再进行传输。例如：传播声音时，可以用话筒把人声变成电信号，通过扩音器放大后再用喇叭〔扬声器〕播放出去，这属于基带传输。假设想将声音传得更远一些，比方几十千米甚至更远，就要考虑采用电缆或无线电了。但随之会出现两个问题，其一是如果铺设一条几十千米甚至上百千米的电缆而只传一路声音信号，传输本钱高，线路利用率低。假设采用频分复用技术将多路声音信号分别调制到不同的频段上进行复合传输就可以有效地解决此问题。另一问题是假设采用无线电通信，那么需满足欲发射信号的波长与发射天线的几何尺寸具有可比性〔通常认为天线尺寸应大于波长的1/10〕的根本条件，信号才能通过天线有效地发射出去。而基带音频信号的频率范围是30Hz~30kHz，据公式波长λ=可知，其最小波长也在千米以上。也就是说，如果将基带音频信号直接通过天线发送出去，所需天线尺寸应在百米以上，这显然不符合实际。采用调制技术将信号频带搬移到高频段上去，就能有效地降低信号波长，从而减小而天线尺寸。到底什么是调制呢？一般对调制的定义为：让原始基带信号去改变高频载波的某个〔或某些〕参量，使载波的这个〔或这些〕参量随基带信号的变化而变化，或者说使载波的这个〔或这些〕参量携带有基带信号的信息，这个过程就称为调制。比方：人步行从天津到北京，既费时又费力，而改为乘车方式，就能够节省人力和时间。将人比作是基带信号，汽车是载波，徒步方式比作是基带传输，而乘车方式就是调制传输。调制是通信原理中一个十分重要的概念，是一种信号处理技术，无论在模拟通信、数字通信系统还是数据通信中都具有非常重要的作用。第一章模拟幅度调制系统1.1幅度调制根本概念模拟幅度调制是指用模拟基带信号去改变正弦型载波的幅度，使载波的幅度随着基带信号的变化而变化。根据频谱特性的不同，通常把模拟幅度调制分为标准调幅〔AM〕、抑制载波双边带调幅〔SC-DSB〕、单边带调幅〔SSB〕、和残留边带调幅〔VSB〕4种.本章将介绍常规双边带调幅〔AM〕，双边带调幅〔DSB〕，单边带调幅〔SSB〕。1.2常规双边带调幅〔AM〕1.2.1AM的调制与解调原理1〕调制原理:任意的AM已调信号可以表示为Sam(t)=c(t)m(t)，当m(t)=A0+f(t);c(t)=cos(ωct+θ0)，且A0不等于0时，称为常规调幅，其时域表达式为：Sam(t)=c(t)m(t)=[A0+f(t)]cos(ωct+θ0)图1-1常规AM调制系统框图其中A0是外加的直流分量，f(t)是调制信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号。ωc=2πfc为载波信号的角频率，θ0为载波信号的起始相位，为简便起见，通常设为0。常规AM通常可以用上图所示的系统来实现。2〕解调原理:采用同步检波法(相干解调法)：同步检波必须采用一个与发射端载波同频同相〔或固定相位差〕的信号，成为同步信号。同步检波可由乘法器和低通滤波器实现，其原理见图2-2设输入普通调幅信号uAM(t)仍如式所示，乘法器另一输入同步信号为ur(t)=URMcosωct图1-2同步检波原理图其中k2是乘法器增益。可见，输出信号中含有直流，Ω，2ωc,2ωc±ω几个频率分量。用低通滤波器取出直流和Ω分量，再去掉直流分量，就可恢复原调制信号。如果同步信号与发射端载波同频不同相，有一相位差θ，即ur=Urmcos(ωct+θ)，那么乘法器输出中的Ω分量为K2UcmUrmMacosθcosΩt假设θ是一常数，即同步信号与发射端载波的相位差始终保持恒定，那么解调出来的Ω分量仍与原调制信号成正比，只不过振幅有所减小。当然θ≠90°，否那么cosθ=0,Ω分量也就为零了。假设θ是随时间变化的，即同步信号与发射端载波之间的相位不稳定，那么解调出来的Ω分量就不能正确反映调制信号了。1.2.2仿真模型及波形图根据AM调制与解调原理，用SystemView软件建立一个仿真电路，如下列图所示：图1-3AM调幅的SystemView仿真图参数设置：Token0:Amplitude=1;Frequency=200Token4:Amplitude=1;Frequency=20Token5:Amplitude=1;Frequency=200Token6:StdDeviation=100e-3Token13:Design:Analog;LowCuttoff=203)波形说明及分析：图1-4AM调幅各信号波形总图图1-5载波波形图图1-6调制波形图图1-7已调波形图图1-8解调波形图综上所述，可以看出，采用常规双边带幅度调制传输信息的好处是解调电路简单，可采用包络检波法。缺点是调制效率低，载波分量不携带信息，但却占据了大局部功率，白白浪费掉。如果抑制载波分量的传送，那么可演变出另一种调制方式，即抑制载波的双边带调幅〔SC-DSB〕。1.3双边带调幅〔DSB〕1.3.1DSB通信系统的原理1〕DSB信号的产生在信号传送过程中，在消息信号上不附加直流分量，直接用调制载波，便可以得到抑制载波的双边带调制信号，简称双边带信号。2〕DSB根本表达式及波形频谱图时域表达式频域表达式带宽tO.OO载波反相点图1-9DSB信号的波形、频谱图3〕DSB调制过程DSB信号调制的调制模型如图2.5所示。图1-10DSB信号调制的调制模型DSB信号调制的就是用调制信号乘上载波，用数学表达示为调制后的波形图如图2.6所示。图1-11DSB信号调制后的波形图4〕DSB解调过程〔1〕DSB信号解调的原理DSB信号只能采用相干解调，其模型如图3-4所示。此时，乘法器输出经低通滤波器滤除高频成分，得即输出原始信号。〔2〕DSB信号解调的原理图如图2.7所示。低通滤波器已调信号乘法器输出解调出原始信号低通滤波器相干载波图1-12DSB信号解调的原理图〔3〕DSB信号解调过程如图2.8所示。O图1-13DSB信号解调过程1.3.2仿真模型及波形图根据DSB调制与解调原理，用SystemView软件建立一个仿真电路，如下列图所示：图1-14DSB调幅的SystemView仿真图参数设置：Token3:Amp=1;Freq=5;Token4:Amp=1;Freq=20;Token7:Fc=5;MaxRate=200;Token20:Amp=1;Freq=20波形说明及分析图1-14DSB各波形总图图1-15DSB系统的调制信号仿真波形从图1-15可以看出，DSB系统的调制信号是正弦信号，其幅度为1V，频率为20HZ。图1-16DSB系统的载波仿真波形从图1-16可以看出，DSB系统的载波为余弦波，频率为20HZ，载波的幅度也设为1V，在DSB系统中，调制时的载波和解调时的载波频率和幅度是一样的，这样解调后的波形才能复原成调制信号。图1-17DSB系统的已调信号仿真波形从图1-17可以看出，DSB系统调制后的波形实质上就是正弦信号波形与余弦信号波形相叠加得出的结果。图1-18DSB系统的解调信号仿真波形从图4.6可以看出，经过调制解调后得到的信号仍然是正弦信号。1.4单边带调幅〔SSB〕1.4.1SSB调制与解调原理1)用相移法实现SSB信号的产生:SSB信号的时域表达式为：`式中，“－”对应上边带信号，“+”对应下边带信号；表示把的所有频率成分均相移，称是的希尔波特变换。根据上式可得到用相移法行成SSB信号的模型：图1-19SSB信号调制原理框图相移法形成SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作，该网络要对调制信号的所有频率分量严格相移，这一点即使近似到达也是困难的。2)解调原理：从SSB信号调制原理图中不难看出，SSB信号的包络不再与调制信号成正比，因此SSB信号的解调采用相干解调。如下列图：图1-20相干解调原理图此时，乘法器输出经低通滤波后的解调输出为因而可得到无失真的调制信号。1.4.2仿真模型及波形图1)根据SSB调制与解调原理，用SystemView软件建立一个仿真电路，如下列图所示：图1-21SSB调幅的SystemView仿真图2〕设置参数：Token0:Amp=1;Fre=60;Token6:Amp=1;Fre=200;Token9:Amp=1;Fre=200;Token16:Amp=1;Fre=200;Token11:Fc=60;MaxRate=2000;Token18:Fc=60;MaxRate=20003)波形图1-22SSB各波形总图第二章心得体会每一次的课设总能给我很多感触。虽然之前每个学期都会做课设，但是经历一次就会有更多的收获。作为一个当代大学生，我明白想要在将来的社会立足，就得学会思考，学会动脑，学会学习。这次课程设计之后，我深深明白课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。开始时，由于是第一次接触SystemView仿真系统，在一开始的时候连安装都不会。但是在同学的帮助下，我成功的在电脑上安装了这个系统。然后通过认真阅读老师提供的参考资料，网上的资料，结合课本AM,DSB,SSB的调制与解调原理，我开始摸索并学习SystemView系统。渐渐地，我能够较为顺利的建立好仿真模型图。当然这期间经历过很多失败。我的根底本来也不是很扎实，所以这些对我来说，需要花更多的时间去调试。最后能够把调制解调的理论原理较好的在仿真系统中表达出来，这样使我对原来课本的知识更加熟悉，并且加以稳固。在整个操作过程中也不可防止地出现了一些问题。主要是对一些参数的设置不当导致的波形失真。例如对载波频率的设置，对滤波器参数的设置以及增益设置，甚至我在一开始连基带频率设置的参数与载波设置的都会出现很大的问题。在老师的指导下，我理解了参数的设置的重要性，并且学会了设置参数。写这个课程设计报告遇到了一点小