通信原理课程设计说明书_通信原理课程设计

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目录

前言....................................................................1 正文....................................................................1 2.1目的与总体方案：.....................................................1 2.2幅度调制的一般模型...................................................1 2.3 普通调幅（AM）的基本原理............................................1 2.3.1.AM信号的表达式、频谱及带宽.......................................1 2.3.2 AM信号的解调.....................................................2 2.4 双边带调制（DSB）的基本原理.........................................3 2.4.1 DSB信号的表达式、频谱及带宽.......................................3 2.4.2 DSB信号的解调.....................................................3 2.5单边带调制（SSB）的基本原理..........................................3 2.5.1 SSB信号的产生.....................................................3 2.5.2SSB信号的解调......................................................4 Simulink仿真与分析......................................................5 3.1 普通调幅（AM）的仿真与分析..........................................5 3.2双边带调制（DSB）的仿真与分析........................................7 3.3 单边带调制（SSB）的仿真与分析.......................................8 致谢....................................................................9 参考文献...............................................................10

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前言

在通信技术的发展中，通信系统的仿真是一个技术重点。这次课程设计的重点就是模拟通信系统中的调制解调系统的基本原理以及仿真，并在MATLAB软件平台上的仿真实现几种常见的模拟调制方式。最常用最重要的模拟方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。常见的调幅（AM）,双边带（DSB）和单边带（SSB）等调制就是幅度的几个典型实例。

此次课程设计主要用调幅（AM）,双边带（DSB）和单边带（SSB）等调制为说明对象，从原理等方面进行分析阐述并进行仿真分析，说明其调制原理，并进行仿真分析。利用MATLAB对模拟调制系统进行仿真，结合MATLAB模块和Simulink工具箱的实现，对仿真结果进行分析，从而能够更深入地掌握通信原理中掌握模拟调制系统的相关知识。

在模拟调制中，调制信号的取值是连续的：而数字调制中的调制信号的取值则为离散的。调制在通信系统中具有重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成合适于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。调制方式往往决定了一个通信系统的性能。

正文

2.1目的与总体方案：

1.建立通信系统的数学模型

根据通信系统的基本原理，确定总的系统功能，将各部分功能模块化，并找出各部分之间的关系，画出系统框图。

2.熟悉仿真工具，采用m编程和Simulink模块化设计，组建通信系统 首先新建一个m文件，再根据系统原理框图画出软件实现流程图，然后根据流程编写相应程序，最后对代码进行修正优化，最终实现系统功能

3.根据系统新能指标，设置和调整各模块参量及初始变量值

4.实现系统运行仿真，观察分析结果（计算的数据，显示的图形）；根据线性幅度调制原理，确定调制系统设计方案；画出AM,DSB,SSB调制解调信号时域波形和频谱图；对数据结果进行分析。

2.2幅度调制的一般模型

幅度调制时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所示：

图2-1 幅度调制器的一般模型

图中，mt为调制信号，smt为已调信号，ht为滤波器的冲激响应，则已调信号的时域和频域一般表达式分别为

Smtm(t)cosct*ht

Sm12McMcHw

式中，M为调制信号mt的频谱，Hht，c为载波角频率。

由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统。

在上图的一般模型中，适当选择滤波器的特性H，便可得到各种幅度调制信号，例如：常规双边带调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB-SC）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）信号等。

2.3 普通调幅（AM）的基本原理

2.3.1.AM信号的表达式、频谱及带宽

在上图中，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

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号就是常规双边带调幅（AM）信号。AM调制器模型如下图所示。

图2-2 AM调制器模型

AM信号的时域和频域表达式分别为

SAMtA0mtcosctA0cosctmtcosct

SAMA0cc12McMc

式中，A0为外加的直流分量；mt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mt0

AM信号的典型波形和频谱分别如下图（a）、（b）所示，图中假定调制信号显然，调制信号的带宽为Bmfh。的上限频率为h。

图2-3 AM信号的典型波形和频谱图

由图（a）可见，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。

由它的频谱图可知，AM信号的频谱SAMt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，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即

BAM2fh2Bm式中，Bmfh为调制信号的带宽，fh为调制信号的最高频率。2.3.2 AM信号的解调

调制过程的逆过程叫做解调。AM信号的解调是把接收到的已调信号SAMt还原为调制信号mt。AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。这里用的是相干解调。

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。相干解调的原理框图。

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图2-4 相干解调原理图

将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得：

SAMtcosctA0mtcosct212A0mtA0mtcos2ct

由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将

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用滤波法实现单边带调制的原理图如图所示，图中的HSSB为单边带滤波器。产生SSB信号最直观方法的是，将HSSB设计成具有理想高通特性的Hh或理想低通特性Hl的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时HSSB即为Hh，产生下边带信号时HSSB即为Hl。

图2-6 SSB信号的滤波法产生

显然，SSB信号的频谱可表示为：

SSSBSDSBHSSB12McMcHSSB

用滤波法实现SSB信号，原理框图简洁、直观，但存在的一个重要问题是单边带滤波器不易制作。这是因为，理想特性的滤波器是不可能做到的，实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带。滤波器的实现难度与过渡带相对于载频的归一化值有关，过渡带的归一化值愈小，分割上、下边带就愈难实现。而一般调制信号都具有丰富的低频成分，经过调制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间隔很窄，要想通过一个边带而滤除另一个，要求单边带滤波器在fc附近具有陡峭的截止特性――即很小的过渡带，这就使得滤波器的设计与制作很困难，有时甚至难以实现。为此，实际中往往采用多级调制的办法，目的在于降低每一级的过渡带归一化值，减小实现难度。2.5.2SSB信号的解调

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mt成正比，因此SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，需采用相干解调，如图所示。

图2-7 SSB信号的相干解调

此时，乘法器输出： SptSSSB(t)cosct121mtcosct212m(t)cosctmtsinctcosct1mtcosctsinct2

1mtcosctmtsin2ct44经过低通滤波后的解调输出为：

1motmt

4因而可得到无失真的调制信号。

综上所述，单边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高；频带宽度只有双边带的一半，频带利用率提高一倍。缺点是单边带滤波器实现难度大。

mtcos2ct

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Simulink仿真与分析

3.1 普通调幅（AM）的仿真与分析

DSB AMSignalGeneratorDSB AMModulatorPabandZero-OrderHoldB-FFTSpectrumScope图3-1 AM频谱模块

图3-2 AM频谱图

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3ConstantDivideScopeDivide1Sine WavebutterSine Wave1Sine Wave2AnalogFilter Design图3-3 AM调制解调模块

图3-4 AM调制解调波形图

分析：由频谱可以看出，AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此，AM信号是带有载波分量的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽的2倍。对AM信号的解调采取乘积型同步检波。实现方式是使调制信号与相干载波相乘，然后通过低通滤波器。

由AM仿真分析可得出：

（1）此调制方式占用频带较宽，已调信号的频带宽度是调制信号的频带的两倍；

（2）由于被调信号的包络就是调制信号叠加一个直流，所以容易实现峰值包络解调；（3）含有正弦载波分量，即有部分功率耗用在载波上，而没有用于信息的传送；（4）从效率上看，常规调幅幅度方式效率较低，但调制和解调过程简单。

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3.2双边带调制（DSB）的仿真与分析

ScopebutterSine Wave2ProductProduct1AnalogFilter DesignSine WaveSine Wave1图3-5 双边带调制（DSB）调制解调模块

图3-6 DSB调制解调波形图

分析：由图可以看出DSB调制有如下特点：

（1）DSB信号的幅值仍随调制信号变化，但与普通调幅波不同，它的包络不再在载波振幅上下变化；

（2）DSB信号的高频载波相位在调制电压零交点处（调制电压正负交替时候）要突变180度；（3)DSB调制，信号仍集中在载频附近，由于DSB调制抑制了载波，它的全部功率为边带占有，输出功率都是有用信号，它比普通调幅波经济，但在频带利用率上没有改进；

进一步观察DSB信号的仿真图形可见，上下半轴对称，这是因为上下两个边带所含的消息完全相同，故从消息传送的角度看，发送一个边带即可，这样不仅可以节省发射功率，而且频带的宽度也缩小一半。

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3.3 单边带调制（SSB）的仿真与分析

butterSSB AMSignalGeneratorSSB AMModulatorPaband1SSB AMSSB AMDemodulatorPabandAnalogFilter DesignScope1Zero-OrderHoldB-FFTSpectrumScope图3-7 SSB调制解调频谱模块

图3-8 SSB频谱

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图3-9 SSB调制解调波形图

分析：SSB信号的解调和DSB一样，不能采用简单的包络检波，因为SSB信号也是抑制载波的已调信号，它的包络不能直接反映调制信号的变化，所以采用相干解调法，即对SSB信号的解调采取乘积型同步检波。实现方法是使调制信号与相干载波相乘，然后通过低通滤波器。

单频调制信号仍是等幅波，但它与原载波的电压是不同的。SSB的振幅与调制信号的幅度成正比，它的频率随调制信号的频率不同而不同，因而它含消息特征。单边带信号的包络与调制信号的包络形状相同。

致谢

这次课程设计进行了一个星期。在运行MATLAB和Simulink仿真的过程中，我对MATLAB和simulink的相关知识及其应用也一定的了解，从而达到了各类调制解调系统的仿真实现。这次设计中接触了很多新的知识，扩展了我的知识面，更加锻炼了我的动手能力，使我受益匪浅。本次的课程设计到此暂时结束了，设计中仍存在很多的瑕疵与不足，由于时间仓促，我学习的能力也有限，没能够做到尽善尽美.这次能够勉强完成任务，主要是在靠老师的帮助，在此表示感谢。当然，还有和我共同解决困难的搭档，在设计过程中，我们遇到了很多问题，大大小小的，我们不懂的互相讨论，我学到了很多知识，同时也加深了我们之间共同解决问题的默契，这就是团队精神吧。

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参考文献

【1】樊昌信.曹丽娜等.通信原理（

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