電信畢業(yè)設(shè)計

1、隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人們對通信的要求越來越高，各種技術(shù)會不斷地應(yīng)用于通信領(lǐng)域，各種新的通信業(yè)務(wù)將不斷地被開發(fā)出來。通信技術(shù)，特別是數(shù)字通信技術(shù)近年來發(fā)展非常迅速，它的應(yīng)用越來越廣泛。通信從本質(zhì)上來講就是實現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學(xué)技術(shù)，它要將大量有用的信息無失真，高效率地進行傳輸，同時還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。當(dāng)今的通信不僅要有效地傳遞信息，而且還有儲存、處理、采集及顯示等功能，通信已成為信息科學(xué)技術(shù)的一個重要組成部分。通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、

2、信道、接收設(shè)備和信宿(受信者)。通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)3。1.2 模擬調(diào)制及其意義最常用和最重要的模擬調(diào)制方式是用正弦波作為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制。常見的調(diào)幅，雙邊帶和單邊帶調(diào)制就是幅度調(diào)制的幾個典型實例?；鶐盘枌d波調(diào)制是為了實現(xiàn)下列一個或多個目標(biāo)：第一，在無線傳輸中，信號是以電磁波的形式輻射到空間的。為了獲得較高的輻射率，天線的尺寸必須與發(fā)射信號的波長相比擬4。而基帶信號包含較低頻率分量的波長較長，致使天線過長而難以實現(xiàn)。例如，天線長度一般應(yīng)大于四分之一波長，對于3000Hz的基帶信號，如果不通過載波而直接耦合到天線發(fā)送

3、，則需要尺寸為25km的天線。顯然，這是無法實現(xiàn)的。但若通過調(diào)制，把基帶信號頻譜搬移至較高的載波頻率上，是已調(diào)信號頻譜與新到的帶通特性相匹配，這樣就可以提高傳輸性能，以較小的發(fā)送功率和較短的天線來輻射電磁波。如在GSM體制移動通信使用的9000MHz頻段，所需天線尺寸僅為8cm。第二，把多個基帶信號搬移到不同的載頻處，以實現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。第三，擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾，抗衰落能力，還可以實現(xiàn)信號帶寬與傳輸信噪比之間的轉(zhuǎn)換。因此，調(diào)制對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有著很大的作用和影響。采用什么樣的調(diào)制方式將直接影響著通信系統(tǒng)的性能5。1.3 Simulink簡介Simulink

4、是MATLAB提供的用于動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的工具包。Smiulink提供了專門用于顯示輸出信號的模塊，可以在仿真過程中隨時觀察仿真結(jié)果。同時，通過Smiulink的存儲模塊，仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式保存在工作區(qū)或文件中，供用戶在仿真結(jié)束之后對數(shù)據(jù)進行分析和處理。另外，Simulink把具有特定功能的代碼組織成模塊的方式，并且這些模塊可以組織成具有等級結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)，因此具有內(nèi)在的模塊化設(shè)計要求。基于上述優(yōu)點，Simulink成為一種通用的仿真建模工具，廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號處理、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機械控制和虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域6。根據(jù)輸出信號與輸入信號的關(guān)系，Simulink

5、提供3種類型的模塊:連續(xù)模塊、離散模塊和混合模塊。連續(xù)模塊是指輸出信號隨著輸入信號發(fā)生連續(xù)變化的模塊，離散模塊則是輸出信號以固定間隔變化的模塊。對于連續(xù)模塊，Smiulink采用積分方式計算輸出信號的數(shù)值，因此，連續(xù)模塊主要涉及導(dǎo)數(shù)的計算及其積分。離散模塊的輸出信號在下一個抽樣時刻到來之前保持恒定，這時候Smiulnik只需以一定的間隔計算輸出信號的數(shù)值?；旌夏K是根據(jù)輸入信號的類型來確定輸出信號類型的，它既能夠產(chǎn)生連續(xù)輸出信號，也能夠產(chǎn)生離散輸出信號7。Simulink仿真有以下特點：（1）交互建模Simulink提供了大量的功能模塊，方便用戶快速地建立動態(tài)系統(tǒng)模型，建模時只需要使用鼠標(biāo)拖放

6、庫中的功能模塊并將它們連接起來。用戶可以通過將模塊組成子系統(tǒng)建立多級模型。對塊和連接的數(shù)目沒有限制。（2）交互仿真Simulink框圖提供了交互性很強的非線性仿真環(huán)境。用戶可以通過下拉菜單執(zhí)行仿真，或使用命令行進行批處理。仿真結(jié)果可以在運行的同時通過示波器或圖形窗口顯示。有了Simulink，用戶可以在仿真的同時，采用交互或批處理的方式，方便地更換參數(shù)來進“What-if”分析。（3）能夠擴充和定制Simulink的開放式結(jié)構(gòu)允許用戶擴展仿真環(huán)境的功能：采用MATLAB，F(xiàn)ortran和C代碼生成自定義塊庫，并擁有自己的圖標(biāo)和界面；然后將用戶原有的Fortran或C編寫的代碼連接進來。（4）與

7、MATLAB和工具箱集成由于Simulink可以直接利用MATLAB的數(shù)學(xué)、圖形和編程功能，用戶可以直接在Simulink下完成諸如數(shù)據(jù)分析、過程自動化、優(yōu)化參數(shù)等工作。工具箱提供的高級的設(shè)計和分析能力可以通過Simulink的屏蔽手段在仿真過程中執(zhí)行。（5）專用模型庫（Blocksets）Simulink的模型庫可以通過專用元件集進一步擴展。DSP Blockset可以用于DSP算法的開發(fā)。Fixed-Point Blockset擴展了Simulink，用于建立和模擬數(shù)字控制系統(tǒng)和數(shù)字濾波器8。2 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。系統(tǒng)中需要兩種變換。首先，發(fā)送

8、端的連續(xù)消息要變換成原始電信號，接收端收到的信號要反變換成原來的連續(xù)消息。由于原始電信號通常具有很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，因此常常需要有第二種變換：將原始電信號變換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘?，并在接收端進行反變換。這種變換和反變換通常稱為調(diào)制和解調(diào)。經(jīng)過調(diào)制后的信號稱為已調(diào)信號，有三個基本特征：一是攜帶有效信息；二是適合在信道中傳輸；三是信號的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠離零頻9。已調(diào)信號又稱頻帶信號。原始電信號又稱基帶信號，其基本特征是：頻譜從零頻附近開始，如語音信號為3003400Hz，圖像信號為06MHz。需要指出的是：消息從發(fā)送端到接收端的傳遞過程中，不僅僅只有上述兩種變換，實

9、際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。模擬通信系統(tǒng)模型如圖1所示：模擬信息源噪聲源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者圖1 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)的發(fā)送端包括信號調(diào)制和多址接入兩部分。多址接入是一種共享技術(shù)，依靠信號的按序發(fā)送，多個終端可以共享同一個信道資源。模擬通信系統(tǒng)的接收端包括信號濾波器組和信號解調(diào)兩部分10。3 模擬調(diào)制解調(diào)的原理模擬調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要，它的主要作用和目的是：（1）將基帶信號（調(diào)制信號）變換成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號；（2）實現(xiàn)信道的多路復(fù)用；（3）改善系統(tǒng)的抗噪聲性能。所謂調(diào)制，是指按調(diào)制信號的變化規(guī)律去控制高頻載波的某個參數(shù)的過程。根據(jù)正弦載波

10、受調(diào)參數(shù)的不同，模擬調(diào)制分為：幅度調(diào)制和角度調(diào)制。幅度調(diào)制是指高頻載波的振幅按照基帶信號振幅瞬時值變化規(guī)律而變化的調(diào)制方式。它是一種線性調(diào)制。角度調(diào)制是指高頻載波的頻率或相位按照基帶信號的變化規(guī)律而變化的一種調(diào)制方式。它是一種非線性調(diào)制11。3.1 AM調(diào)制解調(diào)的原理AM調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號的規(guī)律變化的過程。的時域和頻域的表達式分別為：AM信號的解調(diào)是把接收到的已調(diào)信號還原為調(diào)制信號。 AM信號的解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和包絡(luò)檢波解調(diào)12。AMAM信號波形的包絡(luò)與輸入基帶信號成正比，故可以用包絡(luò)檢波的方法恢復(fù)原始調(diào)制信號。包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低

11、通濾波器組成。3.2 DSB調(diào)制解調(diào)的原理在幅度調(diào)制的一般模型中，調(diào)制信號中無直流分量，則輸出的已調(diào)信號就是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號（DSB）。SSB調(diào)制分為濾波法和相移法。濾波法SSB調(diào)制原理中的為單邊帶濾波器。產(chǎn)生SSB信號最直觀方法的是，將設(shè)計成具有理想高通特性或理想低通特性的單邊帶濾波器，從而只讓所需的一個邊帶通過，而濾除另一個邊帶。產(chǎn)生上邊帶信號時即為，產(chǎn)生下邊帶信號時即為 14。濾波法SSB調(diào)制的頻域表達式為： (5)相移法SSB調(diào)制時域表達式如下。式中，“”對應(yīng)上邊帶信號，“+”對應(yīng)下邊帶信號，表示把的所有頻率成分均相移，稱是的希爾伯特變換15。 （6）4 模擬通信系統(tǒng)的Sim

12、ulink仿真及結(jié)果顯示4.1 AM模擬通信系統(tǒng)的仿真及結(jié)果顯示4.1.1 AM相干解調(diào)（1）仿真框圖圖2 AM相干解調(diào)仿真框圖（2）參數(shù)設(shè)置信源參數(shù)參數(shù)：幅度1，頻率10rad/s載波參數(shù)：幅度1，頻率100rad/sBPF參數(shù)：下限頻率90rad/s，上限頻率110rad/sLPF參數(shù)：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0，標(biāo)準(zhǔn)差0.01（3）仿真結(jié)果圖3 AM相干解調(diào)波形4.1.2 AM包絡(luò)檢波解調(diào)（1）仿真框圖圖4 AM包絡(luò)檢波解調(diào)仿真框圖（2）參數(shù)設(shè)置信源參數(shù)：幅度1，頻率10rad/s載波參數(shù)：幅度1，頻率100rad/sBPF參數(shù)：下限頻率90rad/s，上限頻率110

13、rad/sLPF參數(shù)：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0，標(biāo)準(zhǔn)差0.01全波整流器參數(shù)參數(shù)：下限0，上限inf（3）仿真結(jié)果圖5 AM包絡(luò)檢波解調(diào)波形4.2 DSB模擬通信系統(tǒng)的仿真及結(jié)果顯示(1)仿真框圖圖6 DSB仿真框圖（2）參數(shù)設(shè)置信源參數(shù)參數(shù)：幅度1，頻率10rad/s載波參數(shù)：幅度1，頻率100rad/sBPF參數(shù)：下限頻率90rad/s，上限頻率110rad/sLPF參數(shù)：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0，標(biāo)準(zhǔn)差0.01（3）仿真結(jié)果圖7 DSB解調(diào)波形4.3 SSB模擬通信系統(tǒng)的仿真及結(jié)果顯示濾波法USB(1)仿真框圖圖8濾波法USB仿真框圖（2）參數(shù)

14、設(shè)置信源參數(shù)參數(shù)：幅度1，頻率10rad/s載波參數(shù)：幅度1，頻率100rad/sUSB的BPF參數(shù)：下限頻率100rad/s，上限頻率110rad/sLPF參數(shù)：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0，標(biāo)準(zhǔn)差0.01（3）仿真結(jié)果圖9濾波法USB解調(diào)波形濾波法LSB(1)仿真框圖圖10濾波法LSB仿真框圖（2）參數(shù)設(shè)置信源參數(shù)參數(shù)：幅度1，頻率10rad/s載波參數(shù)：幅度1，頻率100rad/sLSB的BPF參數(shù)：下限頻率90rad/s，上限頻率100rad/sLPF參數(shù)：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0，標(biāo)準(zhǔn)差0.01（3）仿真結(jié)果圖11濾波法LSB解調(diào)波形相移法US

15、B(1)仿真框圖圖12相移法USB仿真框圖（2）參數(shù)設(shè)置信源參數(shù)參數(shù)：幅度1，頻率10rad/s信源的希爾伯特變換參數(shù)：幅度1，頻率10rad/s，相位3*pi/2載波參數(shù)：幅度1，頻率100rad/sUSB的BPF參數(shù)：下限頻率100rad/s，上限頻率110rad/sLPF參數(shù)：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0，標(biāo)準(zhǔn)差0.01（3）仿真結(jié)果圖13相移法USB解調(diào)波形相移法LSB(1)仿真框圖圖14相移法LSB仿真框圖（2）參數(shù)設(shè)置信源參數(shù)參數(shù)：幅度1，頻率10rad/s信源的希爾伯特變換參數(shù)：幅度1，頻率10rad/s，相位3*pi/2載波參數(shù)：幅度1，頻率100rad/sL

16、SB的BPF參數(shù)：下限頻率90rad/s ，上限頻率100rad/sLPF參數(shù)：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0，標(biāo)準(zhǔn)差0.01（3）仿真結(jié)果圖15相移法LSB解調(diào)波形5性能分析從波形圖可以看出，不論是AM、SSB、DSB，由于系統(tǒng)模型經(jīng)歷多個模塊，會造成一定的時延。解調(diào)過后的信號波形不僅有相位的延遲，而且在幅度上也低于信源波形。AM解調(diào)時，應(yīng)注意濾除直流分量，AM相干解調(diào)減去的直流分量與計算結(jié)果相符，然而AM包絡(luò)檢波需要減去一個工程值，這個數(shù)值并非計算所能得出，需要進行仿真嘗試得出。（1）（2）相干解調(diào)的關(guān)鍵（3）包絡(luò)檢波解調(diào)電路簡單，特別是接收端不需要與發(fā)送端同頻同相位的載波

17、信號，大大降低實現(xiàn)難度。（4）相移法形成SSB信號的困難在于寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作，該網(wǎng)絡(luò)要對調(diào)制信號的所有頻率分量嚴(yán)格相移，這一點即使近似達到也是困難的。（5）系統(tǒng)存在延遲，且解調(diào)后信號幅度變小，最好能對其進行放大。（6）高斯白噪聲模塊只能模擬噪聲，而不能完全替代信號環(huán)境，可以考慮使用信道模塊進行替換。6結(jié)論經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計，我深深感到模擬通信系統(tǒng)仿真這一領(lǐng)域要探討的內(nèi)容還非常多，自己探討的內(nèi)容在很多地方還需要不斷改進，有以下兩個方面是可以繼續(xù)改進或深入分析的：（1）本文在深刻理解模擬通信系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上設(shè)計了具體的仿真模型，但是這些模型主要是針對模擬通信系統(tǒng)某一方面的性能而設(shè)計的，雖然能說明一

18、定問題，但整體規(guī)模比較小，今后應(yīng)該按照協(xié)議的規(guī)范，構(gòu)建較大規(guī)模、較復(fù)雜的通信系統(tǒng)仿真模型。（2）本文所使用的仿真軟件是具有可視化、模塊化等特性的仿真工具Simulink。在Simulink中，仿真模型表現(xiàn)為若干仿真模塊的集合以及這些模塊之間的連接關(guān)系，使得仿真的設(shè)計和分析過程變得相對直觀和便捷，同時有利于仿真模型的擴充。但還有其他仿真性能優(yōu)異的仿真軟件，所以，在今后設(shè)計仿真模型時，可利用多種仿真軟件，發(fā)揮各個仿真軟件的長處，使得系統(tǒng)仿真效果更好。參考文獻：1 沈振元，聶志泉，趙學(xué)荷通信系統(tǒng)原理M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1993：63-672 樊昌信通信原理教程M北京：電子工業(yè)出版社，20

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