1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于 Simulink 的模拟调幅系统设计与仿真 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘要 模拟通信曾今有着辉煌的历史。但是近 20 年以来随着卫星通信、光纤通信等宽频带通信系统的日益发展和成熟，为数 字通信提供了广阔的频道，使数字通信发展迅猛，应用更广泛，数字通信已经取代了大部分的的模拟通信。模拟通信是数字通信的基础，发送消息时必须使发送端发出的模拟信号变为数字信号，没有模拟通信是没办法发送消息的。但是模拟系统也有他独自的优点，设计较简单，电路的功率消耗一般比较低发展早，技术很成熟，这是数字信号取代不了的
2、。 现代社会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂。另一方通信系统技术研究和产品开发缩短周期、降低成本、提高水平，这样尖锐的条件使通信仿真更是具有了举足轻重的地位。 本 文主要 研究的是 调 幅（ AM）、双边带（ DSB）、单边带（ SSB）的基本原理，简单介绍了 Simulink 仿真工具，比较 3 个系统的优点缺点和应用范围，以及 Simulink 模块库中的各模块的作用。对调制与解调方法建立其模型，从理论上解释 AM.DSB.SSB 的调制与解调的原理，并采用 Simulink 软件进行仿真，使输出结果达到最好效果 。 关键词 ： Matlab/Simulink，建
3、模，仿真 ，模拟通信 - 2 - Abstract Simulation of communication has the splendid history. But nearly twenty years with satellite communication .Optical fiber communication broad-spectral-bandwidth communication system of increasingly development and mature, For digital provide a broad channels ,Make digital c
4、ommunication developing rapidly, more extensive appl lication, digital communication have replaced most communications. Simulation of communication is the basis of digital communication, sending messages must make asender to digital signals, analog signal is not way to no analog communication messag
5、es. But simulation system also has his own advantages, design is more simple, circuit power consumption is generally low development early, technology is mature, this is digital signal replace. Modern social development request communication syst em function is more and more strong, performance more
6、 and more high, constitute mo re and more complicated. The other party communication system technology research and product develop shorten the cycle, reduce cost, improve level, so sharp conditions make communicate simulation also has an important position. This paper mainly is studies the basic pr
7、inciple of modulation (AM), bilateral DSB), with single side band (SSB), Simply introduces Simulink tool, comparing the advantages of three systems defects and application range and Simulink of each module of the module base role. For model and demodulation method to establish its model, the theoret
8、ical explanation AM. The DSB. SSB modulation and demodulation of the principle, and using Simulink software, and simulation output results achieve the best effect. Key Words:Matlab/Simulink, Modeling, Simulation, design,matlab - 3 - 目 录 1. 引言 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 本文内容安排 . 2 2 模拟调制系统原理 . 3 2.1 调幅（ AM
9、） . 3 2.2 双边带调幅（ DSB） . 4 2.3 单边带调幅（ SSB） . 5 2.4 模拟调幅系统相干解调的噪声性能 . 6 3 仿真工具 Simulink 简介 . 9 3.1 Simulink 功能介绍 . 9 3.2 Simulink 模块库介绍 . 9 3.3 Simulink 功能模块的处理 . 10 3.4 Simulink 的特点 . 12 4 模拟调幅系统的建模仿真 . 13 4.1 AM 系统建模与仿真 . 13 4.2 DSB 系统建模与仿真 . 21 4.3 SSB 系统建模与仿真 . 23 4.4 比较模拟系统的抗噪性 . 25 4.5 模拟调幅系统的仿真
10、特性 . 28 5 结语 . 30 致谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 31 - 1 - 1. 引言 1.1 研究背景 随着通信系统复杂性的增加，传统的手工分析与电路板试验等分析设计方法已经不能适应发展的需要，通信系统计算机模拟仿真技术日益显示出其巨大的优越性 。计算机仿真是根据被研究的真实系统的模型，利用计算机进行实验研究的一种方法 .它具有利用模型进行仿真的一系列优点，如费用低，易于进行真实系统难于实现的各种试验，以及易于实现 完全相同条件下的重复试验等。 Simulink仿真软件就是分析通信系统常用的工具之一。 Simulink 是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境，它用于
11、科学和工程的计算与可视化。 Simulink 的编程功能简单，并且很容易扩展和创造新的命令与函数。应用 Simulink 可方便地解决复杂数值计算问题。 Simulink 具有强大的Simulink 动态仿真环境，可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。 Simulink 支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持多种采样速率的多速率系统， Simulink 为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，它与传统的仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比，更直观、方便和灵活。用户可以在 Simulink 和 Simulink 两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现通信
12、仿真的通信工具包（ Communication toolbox，也叫 Commlib，通信工具箱）是 Simulink 语言中的一个科学性工具包，提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统设计和分析的功能，可以在 Simulink 环境下独立使用，也可以配合 Simulink 使用。另外， Simulink 的图形界面功能 GUI（ Graphical User Interface）能为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作。因此， Simulink 在通信系统仿真中得到了广泛应用，本文也选用该工具对数字调制系统进行仿真。随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带
13、化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。随着电子信息技术的发展，软仿真已经从仿真研究和设计辅助工具，发展成为今天的 软件 无线电技术，这就使得在现代通技术中，越来越- 2 - 重视采用 计算机 仿真技术来进行 系统 分析和设计。这让我们更需要了解和掌握基于 计算机 技术的通信 系统 仿真技术。而当前仿真工具有很多 : 比如Matlab/simulink， NS2， OPNET， systemview 等 Matlab/simulink 作为动态仿真软件，为用户提供了可视化
14、的系统仿真环境好多个模型库，在模型库中提供了丰富的功能模块，采用模块化设计，可以更加方便灵活的来适用通 用性较强的通信仿真模型。 1.2 本文内容安排 第一章引言，简单介绍了 Simulink 在通信系统仿真中的应用，模拟调制的意义和模拟通信的发展现状和趋势。 第二章模拟调制系统的原理， 阐述了 AM,DSB,SSB 模拟调制解调的基本原理和常用的调制解调方法。 第三章主要介绍了仿真工具 Simulink. 第四章模拟调制系统建模仿真，通过 AM,DSB,SSB 的模拟调制解调程序设计，进行建模仿真，并对它们的调制性能进行比较。 第五章结束语。 - 3 - 2 模拟调制系统原理 由消息变换过来
15、的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号 大多不适宜直接传输。必须先经过在发送端调制才便于信道传输，而在接收端解调。所谓调制，就是按调制信号的变化规律去改变载波某些参数的过程。通常，调制可以分为模拟调制和数字调制两种方式。调制的作用： 1.将基带信号频谱搬移到载频附近，便于发送接收； 2.实现信道复用，即在一个信道中同时传输多路信息信号；3.利用信号带宽和信噪比的互换性，提高通信系统的抗干扰性。模拟调制分为线性调制和非线性调制。本章主要介绍了线性调制：常规调幅 AM，双边带 DSB调幅，单边带 SSB 调幅。 2.1 调幅（ AM） 1、 AM 信号的时域表达式及 波形 所谓的标准调幅就是指
16、输入的调制信号除了来自消息的基带信号外，还包含了直流信号 A0，总的输入信号为 A+m(t)，而 h(t)为理想的带通滤波器，这样调制后输出信号便既含载波分量由含有边带分量的标准调幅信号。 1）、 AM 调制数学模型 由标准调幅的定义可以得出实现标准调幅的模型，如图 2-1 所示。 图 2-1 AM 调制数学模型 2）、 AM 的数学表达式如 2-1 由实现标准调幅的模型可以得出标准调幅信号的时域表示 （ 2-1） - 4 - 2 、 AM 信号的频谱图 图 2-2 由图 2-2 克制 AM 信号特点：从调制后的频谱可见 ,消息信号的频谱经过 AM调制后形状未变，仅仅是幅度下降的一半 ，位置发
17、生了变换，搬移到了 c。带宽由原始消息信号的 m变为 2m。在这个频谱搬移过程中没有出现新的频率分量，因此，该调制为线性调制。 问题：通常 AM 已调信号的频谱中，高于 c部分称为上边带，低于 c部分称为下边带。事实上，任何一个边带足以表达消息信号的全部信息，显然 AM 传输有些浪费。 3 AM 系统的特点及其应用 AM 系统的优点主要是解调方便（包络检波），不足在于占用频带宽（消息信号的两倍），调制效率低（发射功率大），主要应用在广播上。 2.2 双边带调幅（ DSB） 1 DSB 信号的时域表达式及 波形 由于 AM 信号在传输信息的同时，也同时传递载波，致使传输效率太低，造成功率浪费。既
18、然 AM 系统的载波并不携带信息，所以不发送载波仍能传输信号，此时称为双边带调幅，即双边带调制。 图 2-3 DSB 信号的数学模型 - 5 - 如图 2-3 为双边带调幅信号的数字模型。可知 DSB 的时域表达式为：。 2 DSB 的频域表达式以及频谱图 DSB 信号的时域表达式： （ 2-2） 3 DSB 的特点及应用 DSB 系统的调制效率高，但是占用频带宽，是消息基带信号的两倍，DSB 系统普遍应用在无线通信，常用语传输数字信号中，比如 ASK。 2.3 单边带调幅（ SSB） 1 SSB 的一般概念及基础知识 AM 和 DSB 系统存在着共同缺点：它们所需传输的带宽必须是信号的 2倍
19、，这样就降低了系统的有效性。 由于 DSB 信号的上、下两个边带是完全对称的， 它们都携带了调制信号的全部信息，因而，从信息传输的角度来考虑，传输一个边带就够了。这种方式称为单边带调制。 2 SSB 信号的时域表达式及频谱 1.滤波器产生 SSB 信号的数学模型 图 2-4 SSB 信号的数学模型 由图 2-4 得出 SSB 的时域表达式为： )()()( HSS D S BSSB （ 2-3） 其中 H(w)为单边带滤波器的传递函数。取上下边带的函数具有不同的形式。 （ 2-4） （ 2-5） - 6 - 3、 SSB 信号的频谱 图 2-5 SSB 信号的频谱 4 SSB 的特点及应用 S
20、SB 系统的优点：具有最窄的传输带宽，信道利用率最高； SSB 系统的缺点：（ 1）电路实现复杂，技术要求高 （ 2）解调时同步误差要小 SSB 系统主要应用于：（ 1）载波通信和微波多路通信，（ 2）保密通信（运用频谱倒置）。 2.4 模拟调幅系统相干解调的噪声性能 通信系统的性能指标有两个：有效性和可靠性。有效性指的是系统传输信号效率的高低；可靠性指的是系统传输信号抗干扰能力的强弱。可靠性通常用输出信噪比来衡量。输出信噪比指信号的平均功率与噪声平均功率的比值。 调制系统的抗噪声性能主要由解调器的抗噪声性能体现。具体来说是指解调后的输出信噪比与解调前相比是改善还是恶化了。接收器分析模型如图 2-6 所示
