AM调制信号..

科信学院通信系统仿真二级项目设计说明书（2012/2013学年第二学期）课程名称：通信系统仿真二级项目题目：基于Simulink的模拟通信系统仿真——采用AM调制技术专业班级：通信工程11-21班学生姓名：冯杰、王旋、樊琳琳、李佳会学号：110312102、110312101、110312103、110312105指导教师：侯华、任丹萍、张龙设计周数：1周设计成绩：2013年7月12日2目录1、项目的目的................................................................................................32、项目的内容及要求....................................................................................33、项目设计内容............................................................................................33.1幅度调制及解调原理...................................33.1.1AM信号的表达式、频谱及带宽.....................33.1.2AM信号的解调——相干解调........................43.1.3高斯噪声原理....................................53.2建立数学模型.........................................63.3基于Simulink的仿真模块.............................73.4仿真结果............................................73.5结果分析.............................................84、参考文献..............................................931、项目的目的通信系统仿真项目是通信工程专业CDIO教学体系中重要的设计内容。它以数字电路、模拟电子线路（低频部分和高频部分）、信息论与编码等课程为基础，将学生所学理论有机地结合起来，树立通信系统的概念，建立通信系统的模型，并通过仿真软件实现通信系统的模拟仿真。加强学生利用仿真软件进行系统的设计、参数调整等基本技能的训练，培养学生科学运算、绘图及分析能力、提高理论联系实践的水平。通过本项目的设计让学生掌握利用仿真软件进行通信系统的构建及调试的方法。2、项目的内容及要求（1）技术要求及原始数据1.对模拟通信系统主要原理和技术进行研究，包括双边带幅度调制（AM）及解调技术和高斯噪声信道原理等。2.建立模拟通信系统数学模型。3.建立完整的基于AM的模拟通信系统仿真模型。4.对系统进行仿真、分析。（2）主要任务：1.建立模拟通信系统数学模型。2.利用Simulink的模块建立模拟通信系统的仿真模型。3.对通信系统进行时间流上的仿真，得到仿真结果。4.将仿真结果与理论结果进行比较、分析。3、项目设计内容3.1幅度调制及解调原理3.1.1AM信号的表达式、频谱及带宽在图3-1中，若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号叠加直流后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带调幅AM调制器模型如图所示。图3-1AM调制器模型4AM信号的时域和频域表达式分别为式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即[1]。AM信号的典型波形和频谱分别如图3-2（a）、（b）所示，图中假定调制信号的上限频率为。显然，调制信号的带宽为。图3-2AM信号的波形和频谱由图3-2（a）可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足，否则将出现过调幅现象而带来失真。AM信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成（通常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带）。上边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，带宽为基带信号带宽的两倍，即式中，为调制信号的带宽，为调制信号的最高频率。3.1.2AM信号的解调——相干解调由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现[2]。相干5解调的原理框图如图3-3所示。图3-3相干解调原理框图将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号3.1.3高斯噪声原理信道噪声能够干扰通信效果，降低通信的可靠性。从不同的方面，噪声有着不同的分类：噪声按其产生的原因可以分为外部噪声和内部噪声。外部噪声即指系统外部干扰以电磁波或经电源串进系统内部而引起的噪声。如电气设备，天体放电现象等引起的噪声。内部噪声一般包括由光和电的基本性质所引起的噪声，电器的机械运动产生的噪声，器材材料本身引起的噪声，系统内部设备电路所引起的噪声。噪声从统计理论观点可以分为平稳和非平稳噪声两种。在实际应用中，不去追究严格的数学定义，这两种噪声可以理解为：其统计特性不随时间变化的噪声称其为平稳噪声。其统计特性随时间变化而变化的称其为非平稳噪声。另外，按噪声和信号之间关系可分为加性噪声和乘性噪声：假定信号为s(t),噪声为n(t)，如果混合迭加波形是s(t)+n(t)形式，则称此类噪声为加性噪声；如果迭加波形为s(t)[1+n(t)]形式，则称其为乘性噪声。加性噪声虽然独立于有用信号，但它却始终存在，干扰有用信号，因而不可避免地对通信造成危害。乘性噪声随着信号的存在而存在，当信号消失后，乘性噪声也随之消失。加性噪声的来源是很多的，它们表现的形式也多种多样。根据它们的来源不同，一般可以粗略地分为四类，即无线电噪声，工业噪声，天电噪声，内部噪声。从噪声性质来区分可有单频噪声，脉冲干扰，起伏噪声。在通信系统的理论分析中常常用到的噪声有：白噪声，高斯噪声，高斯型白噪声，窄带高斯噪声，正弦信号加窄带高斯噪声。6高斯噪声所谓高斯噪声是指它的概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）的一类噪声。高斯型白噪声也称高斯白噪声，是指噪声的概率密度函数满足正态分布统计特性，同时它的功率谱密度函数是常数的一类噪声。这里值得注意的是，高斯型白噪声同时涉及到噪声的两个不同方面，即概率密度函数的正态分布性和功率谱密度函数均匀性，二者缺一不可。窄带高斯噪声当高斯噪声通过以为中心角频率的窄带系统时，就可形成窄带高斯噪声。所谓窄带系统是指系统的频带宽度远远小于其中心频率的系统。窄带高斯噪声的特点是频谱局限在附近很窄的频率范围内，其包络和相位都在作缓慢随机变化。如用示波器观察其波形，它是一个频率近似为，包络和相位随机变化的正弦波。3.2建立数学模型图3-4AM调制信号数学模型图73.3基于Simulink的仿真模块调制信号：频率10HZ,振幅1,载波：频率100HZ,振幅1图3-5仿真模块3.4仿真结果8图3-6仿真结果图3-6波形分别为：1.原始信号波形2.已解调的信号波形3.频率为100Hz的载波信号波形4.调制信号波形5.噪声信号波形6.加入噪声后的调制信号波形7.第二个载波信号波形（f=100Hz）图3-7载波信号f=100Hz放大波形图3.5结果分析（1）原始信号和调制后的信号图3-8原始和调制信号波形由仿真的结果比对可看出，解调后的信号与原信号大致相同，但有一定的延时，在波形和幅度上均有偏差，幅度上的偏差是由于噪声和调制系统的性能共同引起的，可以通过增强振幅恢复至原始状态。（2）调制信号和加入噪声后调制信号9图3-9调制信号波形和加入噪声之后的调制信号波形第一幅图的波形分别为：调制信号波形，噪声信号波形和加入噪声的调制信号波形图3-8是调制信号未加噪声和加入噪声的分析比对。从图中可以看出，加入噪声后，信号的幅值没有明显变化，但是相位变化明显，有好几处相位发生突变，造成信号略有失真。由此图分析可知，调制后波形的偏差主要是由噪声引起，在整个系统中，我们添加了均值为0，方差为1的高斯白噪声，以模拟现实环境。仿真结果证明，当加入噪声时，波形偏差如图所示，当去掉造声时，幅度失真仍然存在，但波形失真基本消失，证明噪声影响波形的相位和变化趋势，而不影响它的幅值。4、参考文献[1]樊昌兴,曹丽娜.通信原理，国防工业出版社,2007[2]王立宁,乐光新,詹菲.Matlab与通信仿真，人民邮电出版社,2000[3]邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析，清华大学出版社,2008.[4]李建新，现代通信系统分析与仿真，西安电子科技大学出版社，2004[5]谢佳奎，电子线路（非线性），高等教育出版社，2004[6]阎石，数字电子技术基础，高等教育出版社，200310项目设计评语项目设计成绩指导教师（签字）年月日