AM调制系统仿真解析

指导教师对学生在课程设计中的评价

评分项目 课程设计中的创造性成果 学生掌握课程内容的程度 课程设计完成情况 课程设计动手能力 文字表达 学习态度 规范要求 课程设计论文的质量

优 良 中 及格 不及格 指导教师对课程设计的评定意见

综合成绩 指导教师签字 2014年1月10日

AM调制系统仿真

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摘 要 本课程设计主要利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，设计一个AM调制通信系统，分别在理想信道和非理想信道中运行，并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设计的系统性能。经过调制，初步实现了设计目标，并且经过适当的完善后，实验成功。

关键词 Simulink；仿真；AM调制；相干解调

1 引言

本课程设计是在MATLAB集成环境下，设计一个AM调制通信系统，并在Simulink平台上仿真，并把运行仿真结果输入显示器，拿解调输出的波形与基带信号进行比较，根据显示结果分析所设计的系统性能。MATLAB是一种可交互式使用又能解释执行的计算机编程语言，利用简单的命令，能快速完成其他高级语言只有通过复杂编程才能实现的数值运算和图形显示。Simulink是建立在MATLAB基础上的动态系统仿真工具。利用MATLAB工具箱可以快速完成各类数值计算、符号计算和数据可视化等任务，可以解决有关线性代数、矩阵分析、微积分、微分方程、信号与系统、信号分析与处理、系统控制等领域的问题；利用Simulink机器模块库，则能够方便地创建各种动态系统的模型并进行仿真，可以用来仿真线性系统、非线性系统、连续系统、离散系统、连续和离散的混合系统、多速率采样系统以及单任务或多任务的离散事件驱动系统。通过Simulink，用户可以快速的构建和运行仿真模型，根据仿真结果分析系统性能，并且从中分离出影响系统性能的关键因素，找出最优的系统配置方案。

1.1课程设计目的

设计一个AM调制通信系统，分别在理想信道和非理想信道中运行，并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设计的系统性能。本课程设计课题主要研究AM 调制与解调模拟系统的理论设计和软件仿真方法。通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的： (1)掌握模拟系统AM 调制与解调的原理； (2)掌握AM 调制与解调模拟系统的理论设计方法； (3)掌握应用MATLAB分析系统时域、频域特性的方法，

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进一步锻炼应用Matlab进行编程仿真的能力； (4)熟悉基于Simulink的动态建模和仿真的步骤和过程；

1.2课程设计的要求

（1）构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。

（2）再以调制信号为输入，构建解调电路，用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。

（3）在调制与解调电路间加上噪声源，模拟信号在不同信道中的传输：a 用高斯白噪声模拟有线信道，b 用瑞利噪声模拟有直射分量的无线信道，c 用莱斯噪声模拟无直射分量的无线信道。将三种噪声源的方差均设置为0.1，分析比较通过三种不同信道后的接收信号的性能。

（4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。

1.3设计任务及技术指标

(1）设计实现AM调制与解调的模拟系统，给出系统的原理框图,对系统的主要参数进行设计说明。

(2）采用Matlab语言设计相关程序,实现系统的功能，要求采用两种方式进行仿真，即直接采用Matlab语言编程的静态仿真方式、采用Simulink进行动态建模和仿真的方式。要求采用两种以上调制信号源进行仿真，并记录系统的各个输出点的波形和频谱图。 (3)采用LabVIEW进行仿真设计,实现系统的功能,要求给出系统的前面板和框图，采用两种以上调制信号源进行仿真，并记录仿真结果。

(4)要求对系统的时域、频域特性进行分析，并与理论设计结果进行比较分析。 (5)对系统功能进行综合测试，整理数据，撰写设计报告。

1 .4设计平台

Simulink是Matlab环境下的一部分，它通过使用框图的方式编辑建模，比较直观。

Simulink是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中【2】。

Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析

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的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试【3】。

Simulink是一种可视化工具。构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB; 紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

1.5 拓展部分 (1) 设计实现AM调制与解调的模拟系统，给出系统的原理框图,对系

统的主要参数进行设计说明,具体参数包括：载波频率、调制信号频率、载波大小、调制信号大小、滤波器参数等。并对所设计的系统进行理论分析计算。 (2)根据所设计的AM调制与解调的模拟系统，进行基于Matlab语言的静态仿真设计。分别实现单音调制的普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制（SSB）的系统仿真设计，要求给出系统的Matlab编程仿真程序及结果，并要求写出程序的具体解释说明，记录系统的各个输出点的波形和频谱图。 要求调制信号分别采用不同类型的信号进行仿真，至少给出两种以上调制信号源，如：单音信号、合成复杂音信号、直接录制的模拟语音信号。 (3) 根据所设计的AM调制与解调的模拟系统，采用Simulink进行动态建模仿真设计。分别实现普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制（SSB）的系统动态仿真设计，要求包括调制和解调的部分，并给出采用Simulink进行动态建模仿真的系统方框图，同时记录系统的各个输出点的波形和频谱图。 要求采用两种以上调制信号源进行仿真，具体参数自定。载波信号频率根据设计情况设定。 (4)根据仿真结果,对系统的时域、频域特性进行分析，并与理论设计结果进行比较分析。

1.6 选作部分 (1) 根据所设计的AM调制与解调的模拟系统，说明具体的参数，进行

基于LabVIEW环境的仿真，分别实现普通调幅方式（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制（SSB）的系统仿真设计，要求包括调制和解调的部分，给出系统的前面板和框图，并记录仿真结果。

(2)要求调制信号采用不同类型的信号源，进行进一步的仿真，给出系统的前面板和框图，

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并记录仿真结果，观察分析频谱的变化情况。

(3) 比较分析采用以上两种软件环境：Matlab与LabVIEW，进行仿真的各自的特点，分析说明不同语言环境的各自优势。根据所设计的AM调制与解调的模拟系统，采用Matlab语言设计相关程序，并且利用GUI设计图形用户界面，完成必选部分所要求的功能。分析比较采用Matlab语言的GUI设计图形用户界面与采用LabVIEW进行设计的各自的特点。

2 设计原理

2.1AM调制原理

幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过

程。幅度调制器的一般模型如图2.1所示。

幅度调制模型

在图2-1中，若假设滤波器为全通网络（

＝1），调制信号mt叠加直流A0后再与

载波相乘，则输出的信号就是常规双边带（AM）调幅 .AM调制器模型如图2-2所示

AM调制模型

AM信号波形的包络与输入基带信号mt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A0mtmax，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，它的带宽信号带宽的两倍。

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2.2 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。相干解调的关键是是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。

3设计步骤

3.1构建AM调制与相干解调框图

按照课程设计的各项要求，以及AM信号的调制解调原理，在仿真模型窗口选择合适的器件并在模块中画出AM调制和解调的电路级框图。

（1）打开Matlab7.0，出现下图界面

（2）打开SImuilink.

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(3)点击新建文件。

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在文件夹中加入元器件，连线，并创建模型文件。

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AM调制解调电路框图

3.2模型文件的参数配置

将电路图连好后，依次对各模块和器件进行相应的参数配置。

在进行AM调制时，根据实际要求分别要对基带信号，直流信号，载波信号,基带信号的功率谱密度与调制信号的功率谱密度参数进行设置。

基带信号的的参数设置如图所示。

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基带信号参数设置图

载波信号参数设置如图所示

载波信号参数设置图

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低通滤波器参数设置如图所示

低通滤波器参数设置图

3.4 仿真与结果分析

接下来就是对构建的系统进行仿真。运行完后，可以通过示波器和功率谱模块观察调制和解调结果。在理想信道时的调制波形图如图所示。

AM调制波形图

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上图中，第一路为基带信号，第二路为AM调制信号，第三路为AM调制信号。从图中可以看出，AM波的包络与基带信号的形状完全一致。调制后的波形符合理论课中描述的波形，调制电路设计成功。解调后的电路图如图所示。

AM解调波形图

在上图种，第一路为解调后的信号，第二路为基带信号，由图形可以看出调制信号经过包络解波后能恢复成原始输入信号。第三路为加入了高斯噪声后的解调信号，第四路为加入了莱斯噪声后的解调信号，第五路为加入了瑞利噪声后的解调信号.由上图可以看出，加入噪声后对解调信号有影响，其中高斯噪声对信号的影响最大。

在设计的过程中，还用到了功率谱分析模块，对基带信号，AM调制信号和解调信号进行了分析，AM调制功率密度谱如图，基带信号功率密度谱如图，解调信号功率密度谱如图 所示。

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AM调制功率密度谱

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基带信号功率密度谱

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解调信号功率密度谱

由调制前的的基带信号的波形与频谱图（功率、频率、相位）与解调之后的解调信号

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的波形与频谱图的比较知基带信号被正常解调出来了，该AM调制与相干解调电路系统通过仿真之后达到了理论的要求，从改波形与频谱图可以得出调制前的波形在通过相干解调之后能够还原到原来的波形。

4出现的问题及解决方法

（1） 第一次接触Simulink，对软件不熟悉，很多模块找不到，为此花费了大量的时间和

精力。后面，去图书馆借了本专业的书籍进行参考，经过一个下午的学习，终于熟悉了Simulink，现在已能迅速找到相关模块了。

（2） 对于参数的设置不能正确的把握，结果有时导致图像很粗糙或者不完整，特别是低

通滤波器的参数影响着最后的结果。在老师的帮助下，在老师的帮助下，我明白了各种参数设置的原理，然后设置好了各个参数。

（3） 在加完噪声后，检测噪声对信号的影响，在示波器上观察，没有看到明显的变化，

最后加上一个误差分析仪，测试误差。

5结束语

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经过两个星期的课程设计学习，我有了很大的感受。不同于平时的学习，做作业，课程设计每个人都有一个自己的题目，完全得靠自己，不能有依赖心理。刚开始做设计之前，心里有点忐忑不安，不知道这课程设计是什么样子的。拿到题目后，我一看，是“AM调制系统仿真”，心里觉得还好，内容都是上课学过的，只是对于应用软件一窍不通，心里有点怕，老师就安慰我们，说这的个基本上还是比较容易，只要用心做。我去图书馆借了书，熟悉了软件后，就开始设计了。我先找出了相应的模块，再连好线，设好参数，就仿真出来了。只是开始不知道参数应该怎么设置冲的，在那里折腾了蛮久，后面还是请教了下老师才轻松的解决了。后面我才发现，其实我们这个设计真的不难，只要稍微看些资料，然后有不懂的积极问老师就行了。

这几年学习里，学了几门专业课，虽然都是属于我们专业的学科，但是总觉得它们之间联系不是很大。但是通过这课程设计，我才发现，各科知识的联系平时是没那么容易感受出来，只有真正应用的时候才能发现是联系的多么紧密。所以，以后一定要认真学好各科专业，一门都不能懈怠。

通过这一次课程设计，我了解很多关于专业的知识，以前每次学这些知识时，总是不知道这些东西具体拿来有什么用，现在才知道，几个短短输入信号，在有了一个简单的电路流程后，就能仿真成我们生活中很多常见的东西。总的来说，这次课程设计过程还是比较愉快轻松的，虽然中间有过一些困难，但是在老师与同学的指点下我还是渡过了，在这里我要谢谢帮助我的老师和同学。而经过人生中的第一次课程设计，我相信我以后会越做越好的。

参考文献

[1].《通信原理》（第五版），樊昌信等，国防工业出版社 [2].《现代通信原理》 曹志刚 钱亚生 清华大学出版社 [3].《通信原理》 黄载禄 殷蔚华 编著 科学出版社 [4].《通信原理简明教程》，南利平，清华大学出版社 [5]. 《数字通信》(第四版)［美］john G.Proakis著

[6]. 《通信原理—基于MATLAB的计算机仿真》，郭文彬等 北京邮电大学出版社 [7]. 《通信系统原理》，冯玉珉，清华大学出版社

[8]. 《通信原理学习指导与题解》，王福昌，西安电子科技大学 [9]. 《现代通信基础与技术》 张辉 等主编 西安电子科技大学出版社

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[10].《通信原理学习指导》，张辉，西安电子科技大学 [11].《现代通信原理》 宋祖顺 电子工业出版社