1、 AM 调制与相干解调系统仿真摘 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调制与相干解调通信系统，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 调制与相干解调通信系统，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
2、 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Si
3、mulink，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 调制与相干解调通信系统，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 【1】 。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
4、 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】
5、。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
6、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。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。图 2.1 幅度调制模
7、型在图 2-1 中，若假设滤波器为全通网络（ 1） ，调制信号 叠加直流 后再tm0A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 所示图 2.2 AM 调制模型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tm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max0tA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
8、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。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，如图 3.1 所示，并创建模型文件。图 3.1 AM 调制和
9、相干解调电路框图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 3.2 所示。图 3.2 基带信号参数设置图载波信号参数设置如图 3.3 所示图 3.3 载波信号参数设置图低通滤波器参数设置如图 3.4 所示图 3.4 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 3.5 所示。图 3.5AM 调制
10、波形图上图中，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 3.6 所示。图 3.6AM 解调信号图在上图种，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
11、 调制信号和解调信号进行了分析，AM 调制功率密度谱如图 3.7，基带信号功率密度谱如图 3.8，解调信号功率密度谱如图 3.9 所示。 图 3.7AM 调制功率密度谱图 3.8 基带信号功率密度谱图 3.9 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
12、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 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，
13、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 的调制与相干解调系统仿真” ，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。
