基于Systemview的模拟通信系统

华东交通大学理工学院1目录第一章绪论………………………………………21.1模拟通信系统概述………………………………21.2模拟信号调制解调………………………………3第二章常规双边带调幅（AM）………………42.1AM的调制与解调原理……………………………42.2仿真模型及结果波形图…………………………62.3波形分析…………………………………………8第三章双边带调幅（DSB）……………………103.1DSB的调制与解调原理…………………………113.2仿真模型及结果波形图…………………………123.3波形分析…………………………………………12第四章单边带调幅（SSB）……………………134.1SSB的调制与解调原理…………………………134.2仿真模型及结果波形图…………………………154.3波形分析…………………………………………16总结………………………………………………18谢辞………………………………………………20参考文献…………………………………………21潘夏斐：模拟通信系统仿真2第一章绪论1.1模拟通信系统概述随着社会生产力的发展，人们对传递消息的要求越来越高，通信，则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。必须有三大部分：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：模拟通信在信道中传输的信号频谱比较窄，因此可通过多路复用使信道的利用率提高，但它的缺点是:(1)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;华东交通大学理工学院3(2)不易保密通信;(3)设备不易大规模集成;(4)不适应飞速发展的计算机通信的要求。1.2模拟信号调制解调模拟通信系统中，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）的基本原理，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。调制和解调：调制:将原始电信号变换成其频带适合信道传输的信号，解调：在接收端将信道中传输的信号还原成原始的电信号。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。SystemView是一个用于电路与通信系统设计、仿真的动态分析工具,它实现了功能的软件化,避开了复杂的硬件搭建,在不具备先进仪潘夏斐：模拟通信系统仿真4器的条件下同样也能完成复杂的通信系统设计与仿真.本文利用SystemView软件设计模拟调制和解调电路,通过分析其输入输出波形验证所设计电路的正确性第二章常规双边带调幅（AM）2.1AM的调制与解调原理一．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)华东交通大学理工学院5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。二．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,称为同步信号。同步检波可由乘法器和低通滤波器实现,其原理见图6.2.6。设输入普通调幅信号uAM(t)仍如式(6.2.1)所示,乘法器另一输入同步信号为:ur(t)=Urmcosωct则乘法器输出为:twtMUUktutuktucarmcmrAM2220cos)cos1()()()(2)2cos(2)2cos(2coscos1[22twMtwMtwtMUUkcacacarmcm潘夏斐：模拟通信系统仿真6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),则乘法器输出中的Ω分量为k2UcmUrmMacosθcosΩt。若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,则解调出来的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°,否则cosθ=0,Ω分量也就为零了。若θ是随时间变化的,即同步信号与发射端载波之间的相位差不稳定,则解调出来的Ω分量就不能正确反映调制信号了。212.2仿真模型及结果波形图AM调幅的SystemView仿真图：华东交通大学理工学院7波形图如下：潘夏斐：模拟通信系统仿真82.3波形分析参数设置：1.）载波频率设置为100HZ，调制信号为18HZ；2.）增益参数为2；3.）低通滤波器的截至频率为20，如下图：波形说明：1.）载波波形：华东交通大学理工学院92.）调制波形：3.）已调波形：4.）解调波形：潘夏斐：模拟通信系统仿真10第三章双边带调幅（DSB）3.1DSB的调制与解调原理一．调制原理：在标准调幅时，由于已调波中含有不携带信息的载波分量，故调制效率较低。为了提高调制效率，在标准调幅的基础上抑制掉载波分量，使总功率全部包含在双边带中。这种调制方式称为抑制载波双边带调制，简称双边带调制(DSB)。双边带调制信号的时域表达式：SDSB(t)=f(t)cosωct双边带调制信号的频域表达式：SDSB(ω)=[F(ω+ωc)+F(ω－ωc)]/2实现双边带调制就是完成调制信号与载波信号的相乘运算。原则上，可以选用很多种非线性器件或时变参量电路来实现乘法器的功能，如平衡调制器或环形调制器。通常采用的平衡调制器的电路简单、平衡性好，并可将载波分量抑制到-30~-40dB。双边带调制节省了载波功率，提高了调制效率，但已调信号的带宽仍与调幅信号一样，是基带信号带宽的两倍。二．解调原理：DSB信号只能采用相干解调。其模型与AM相干解调原理相同。此时，乘法器输出华东交通大学理工学院11经过低通滤波器滤除高次项，得：即无失真地恢复出原始电信号。3.2仿真模型及结果波形图DSB调幅的SystemView仿真图：波形图如下:潘夏斐：模拟通信系统仿真123.3波形分析：参数设置：1.）载波频率为100HZ；2.）调制信号频率为10HZ；3.）低通滤波器的截止频率为30HZ,如下图示：华东交通大学理工学院13波形说明:各波形的名称如波形图示。（载波，调制波，已调波，解调波）第四章单边带调幅（SSB）4.1SSB的调制与解调原理一．用相移法实现SSB信号的产生:SSB信号的时域表达式为：潘夏斐：模拟通信系统仿真14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：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，这一点即使近似达到也是困难的。二．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。如下图：此时，乘法器输出华东交通大学理工学院15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。4.2仿真模型及结果波形图SSB调幅的SystemView仿真图：潘夏斐：模拟通信系统仿真16波形图如下：4.3波形分析参数设置：1.）载波频率为10HZ；华东交通大学理工学院172.）调制信号频率为2HZ；3.）低通滤波器的截止频率为10HZ,如下图示：波形说明：个波形见上示波形图，下图为上边带和双边带的频谱图，可以同位置比较分析。潘夏斐：模拟通信系统仿真18总结这次的课程设计给我很大的收获，使我对SystemView操作系统的基本知识有了初步的认识，并在实践中对所学习的基本知识和原理方法有了进一步的深化，和形象具体的理解。本次课设我选择了模拟调制系统的AM,DSB,SSB三个，通过对它们的调制与解调过程的实践华东交通大学理工学院19达到课设的目的。首先，我对SystemView仿真系统进行了了解和学习，在短时间内对其操作有了较为熟练的掌握。通过认真老师给的SystemView系统的参考资料，结合课本AM,DSB,SSB的调制与解调原理，我能够较为顺利的建立好仿真模型图。其次，能够把调制解调的理论原理较好的在仿真系统中体现出来，加以理解和运用，这样更加深了我对课本所学只是的理解，更具形象和生动性，具体并容易理解。但是，操作过程中也出现了一些问题。主要是对一些参数的设置以及由此引起的波形失真。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等等。参数的设置直接影响到波形是否失真的情况。开始的时候，由于对此过程理解的不够好，波形有较明显的失真，但是经过修改，比较，反复多次，最后输出较为理想的波形。最后，就是对课设的整理完善工作，以及按照课设报告的要求来编写报告册。此工作进行的比较顺利，还起到了进一步疏理知识的作用，使需要掌握的知识更加的清晰有条理性。这次课程设计，我个人感觉有较大的收获。一是学习态度认真性的体现，只有抱着认真严谨的态度才能干好任何一件事。二是学期末的课程设计，对与本学期所学知识的整理，总结以及巩固起到不可忽视的作用，更提高了我们的学习积极性。潘夏斐：模拟通信系统仿真20谢辞经过一周多的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这学期所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。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。在此要感谢我们的指导老师邹老师对我们悉心的指导，感谢老师给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。再次向邹老师致以深切的谢意！由于时间仓促和本人的水平有限，在设计中难免有不足之处，恳请老师和同学们的指正华东交通大学理工学院21参考文献朱力恒编《电子技术仿真实验教程》电子工业出版社，2003何丰主编《通信电子电路》人民邮电出版社，2004南利平编《通信原理简明教程》清华大学出版社，2003达新宇编《现代通信原理》北京邮电大学出版社2004