实验一：幅度调制与检波(2011年9月29日).doc

实验一：幅度调制与检波(2011年9月29日)

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实验一：幅度调制与检波—观察信号波形与频谱
一、实验目的:
学习幅度调制的理论，调制与检波器.使用时域、频域方法分析调幅系统。
二、使用的仪器设备：
1、数字存储示波器泰克TDS1010；2、无线电综合测试仪EE1410；3、高频实验箱
三、元件二极管电阻电容:
二极管1N4148，电阻470k， 5.6 k ohm, 56k ohm , 560 k ohm,电容0。01 mF， 0.1mF
四、背景资料：
正弦波调幅在无线和有线通信广播系统中得到广泛应用，通过调制信号改变高频载波的幅度从而实现“幅度调制"，故被称作调幅，调幅后得到的信号叫做已调信号，图1。调幅过程只是基带信号的频谱在频率轴上的平移，并不会产生新的频率分量。图1和图3中利用任意波信号发生器产生调幅波。
信号发生器
（EE1410）
数字存储示波器TDS1010

图1:观察AM信号波形与频谱

图2a AM信号波形 图2b AM信号频谱

信号发生器
（EE1410）
数字存储示波器TDS1010
包络检波器
（图2）

图3：AM调制与检波实验
从已调信号中恢复出调制信号的过程被称为解调或检波。图4给出了二极管检波电路,它由一只二极管和一个RC 并联回路串联而成。基本电路实际上是一个具有RC时间常数的二极管检波器,后接一个隔直流的高通RC滤波器，R2是负载.RC乘积的选择要求检波后输出的波形跟随载波包络的变化但又不随载波波形的变化。一个简单的计算原则是wRC = 1，w是接收到的信号中的最高频率，C2 远大于 C1使基带信号容易通过，R2 也要远大于R1 使之不影响R1C1，这样确定元器件参数的目的就是：C1的放电速率要足够慢从而不至于落入载波两个峰之间,也要足够快使之能跟得上包络下降的最快速率.

图4:包络检波器基本原理电路图（要求在面包板搭出电路）

五、实验过程
1、调制指数
1) 打开任意波函数信号发生器。
2) 设载波幅度为300毫伏。
3）设载波频率为10KHz。
4）设调制信号频率为300Hz。
5)通过设置不同的调制信号幅度使调幅指数可调，分别地:0%, 40%，100%， 120％。
6)记录并草绘数字示波器显示的下列各波形。

调制指数0%

调制指数40%

调制指数100%

调制指数120%
2、记录波形(手工绘制草图）

图3：记录各个调制指数时的波形

3、计算:
1）验证调幅指数，公式如下：V1和V2分别是已调波的最大最小包络。
m = (v1 - v2) / （v1 + v2)

2）100%指数超过100％时,讨论输出波形。

4、用数字示波器的FFT功能测量已调信号频谱，并绘制草图。

注：资料来自安捷伦（Agilent）公司，编号Exp50a。 1、编写：黄利洪，电气与通信工程系，香港技术学院，香港，中国； 2.译者：杨国华，电子工程系，无锡商业职业技术学院，无锡，中国.

实验二、幅度调制系统仿真
(MATLAB)
一、 实验目的
1、学习MATLAB及Simulink软件的使用，了解软件的基本功能及其在通信和信号分析方面的应用。
2、幅度调制系统的计算机仿真实现及基于模型的性能分析。
二、 实验原理
1 Simulink简介
近几年，在学术界和工业领域，Simulink已经成为在动态系统建模和仿真方面应用最广泛的软件包之一.它的魅力在于强大的功能和简便的操作.作为MATIAB的重要组成部分，Simulink具有相对独立的功能和使用方法。它是对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包。它支持线性和非线性系统、连续时间系统、离散时间系统等，而且系统可以是多进程的.Simulink是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境。它的存在使MATLAB的功能得到进一步的扩展。这种扩展的意义表现在:①实现了可视化建模,用户通过简单的鼠标操作就可建立起直观的系统模型，并进行仿真；②实现了多工作环境间文件互用和数据交换，如Simulink与MATLAB＼FORTRAN以及C的工作环境的信息交换都可以方便地实现;③把理论研究和工程实现有机地结合在一起。
Simulink为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，采用这种方法进行系统设计,就像你用笔和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点.
需要提出的一点是，用Simulink创建的模型可以具有递阶层次结构，及允许用户建立自己的子系统。在查看时,用户可以从最顶层开始,然后用鼠标双击其中的子系统模块，从而进入子系统模块进行查看，这样非常便于模型的条理化，从而帮助用户理解模型的整体结构以及各模块之间的关系。
2 实现幅度调制系统的仿真
基于加性高斯白噪声信道仿真，实现DSB的调制解调过程，AWGN信道研究。
三、 实验过程
为了建立对Simulink的基本认识，先介绍一个例子。在这个例子中，用Simulink来实现两个正弦信号的相乘,即计算x(t)=sint×sin(10t）.
第一步：运行Simulink
在MATLAB命令窗口中运行Simulink有三种方式：
①在MATLAB命令窗口中直接键人“Simulink"；
②单击MATLAB工具条上的Simulink图标“ ”；
③在MATLAB菜单上选择File_New_Model.
运行后将会显示如图1-1所示的“Simulink模块库浏览器"，如果采用上面的方式③，还将看到如图1—1右图所示的一个新建模型窗口。如果只打开了“Simulink模块浏览器”，可以通过单击该窗口工具栏上的“新建”图标，来得到一个新建模型窗口。
第二步：将所需模块添加到模型中
①Simulink：Simulink基本模块库
②Communications Blockset：通信模块库；
③DSP Blockset:数字信号处理模块库;
④Control System Toolbox：控制系统模块库。
分别单击模块浏览器中Simulink、Communications Blockset、DSP Blockset前面的“+"号,看到各个库中包含的子模块库，如图1—2所示。

图1—1Simulink界面

图1—2子模块库
将本例中需要的三种模块——正弦源、相乘器和示波器添加到新建模型窗口中。首先点
击“Sources"前面的“+"号，将看到输入源子模块库中的函数,我们需要的是Sine Wave(正
弦源)。直接用鼠标点中正弦源，然后不要松开鼠标,将其拖入模型窗口中后再松开鼠标,
这样会在模型窗口中看见正弦源的方框图。由于本例中需要两个正弦源，依此方法再拖入第
二个正弦源。
照此方法,通过单击Sinks前面的“+”号，将Sinks（接收)子模块库打开，接着把Scope(示
波器）拖入模型窗口中。接着把Math（数学）子模块库中的Product（相乘器)拖入模型窗口中.
最后看到的结果如图1-3所示。

图1-3 将模块加到模型中
第三步:编辑模块组成模型
将模块添加到模型中以后，还要编辑模块的性质以满足要求.两个正弦源的频率分别是
1Hz和10Hz，幅度均为1；还要求显示两个正弦波以及相乘后的波形，因此要求示波器有三个输入端。
只要双击一个模块就可以修改该模块的参数（Parameters)。首先修改两个正弦源的参数，先双击某一个正弦源,可以看到如图1—4所示的对话框。

图1—4 修改正弦源的参数
参数框分为两部分，上面一部分描述了该框图的作用：输出一个正弦波；下面一部分是可以调整的参数，包括4项：幅度、频率、相位和采样时间。注意到这里的频率是角频率，将其改为2＊pi，其他参数则不用修改.在模型中，可以更改某个模块的名字.现在看到的正弦源的名字是默认值:Sine Wave,可以单击这个名字，然后将看到一个文本框，可以在其中输入新的模块名称，本例中输入sint，这样我们就完成了对一个正弦源的编辑。
对第二个正弦源,我们将其参数中的角频率改为“20＊pi"，名称改为sin(10t)。
对于相乘器（Product)，通过双击该模块可以发现，它只有一个参数——输入信号的个数，我们采用默认值2。
当双击示波器时，将看到一个图形界面(图1—5左图所示）。单击工具栏上的将出现示波器属性设置窗口(图1-5右图所示）.
“Number of axes”改成3，这表明需要用这个示波器观察三个波形。当示波器改成三个输入端口后，这个框图显得有点拥挤,其实我们可以改变它的大小.我们可以看到这个模块周围有四个黑点,用鼠标点住其中任何一个，拖动改变其大小，直到令人满意为止。
小技巧：有时为了连线方便，需要将模块的端口挪到合适的位置，可以用Ctrl+R来将某个模块顺时针旋转90度，用Ctrl+F实现将某个模块翻转180度。
最后将整个模型连接起来.Simulink提供了非常方便的连线方法.当将鼠标置于某模块的输出或输入端口附近时,鼠标将变成十字形，点击鼠标并将其拖至待连接的另一模块的端

图1-5 修改示波器的属性
口即可.若连线后对连线的走向不满意,可以选中该线，然后拖着它的关键点移动，直到满意为止.在本题中，我们将两个正弦源的输出连至相乘器的输入，然后将相乘器的输出接到示波器的最下面一个输入。下面我们想把正弦源同时输出到示波器，这时就要用“Ctrl”加上鼠标点击原连线，然后再拖到目的地，这样就可以实现在一条连线上分叉.最后实现的系统如图1-6所示.

图1—6实现信号相乘的系统图
第四步:进行系统仿真
前面已经将整个信号相乘的系统完整地搭建出来，剩下的就是进行仿真了。在这一步骤里，我们将设置仿真的时间、步长以及算法.这些参数都在Simulink菜单下的“Parameters"命令中设置。单击该命令，可以看到仿真参数设置对话框，如图1-7所示。从这个对话框图
中可以看到，仿真参数设置包括Solver(解法）、Workspace I/O Page(到工作区的输入输出)、
Diagnostics(诊断）和ReaI Time Workshop（实时工作间)。本例中，介绍Solver的设置方法，

1—7 仿真参数设置对话框
可以看到，整个Solver选项卡包括三个部分：
(1）设置起始时间和停止时间先单击选中该示波器，选项的最上面是仿真时间设置，以秒为单位给出仿真始末时间，在本例中为0到2s。
（2）设置仿真步长和算法
选项的中间部分是解法选项，包括步长设置和算法设置。在Type选项中，步长可以设为Variable--—step(不定步长)和Fixed--step(固定步长），本例选择固定步长计算，并将最大步长设为0．001s。步长设置得越小，计算越准确，绘图越圆滑。如果选择“auto”，则采用默认步长，为仿真时间的1／50.算法设置有很多可选项,一般对于离散系统,要选择discrete算法，而对于连续系统,选择ode系列算法。本例中选择ode5，即基于龙格-库塔（Runge—Kutta)法的5阶算法，一般算法采用的阶数越高，计算越准确。
(3)设置输出选项
选项的最下部分是输出设置,仅在不定步长仿真时有效.有三种选择:细化输出、产生附加输出和只产生指定输出.细化输出的值越大，输出曲线越光滑.本例由于采用定步长算法,不能设置此项。
到现在为止，已经完成了整个模型的设计工作。在执行仿真之前,先将这个模型保存，单击模型窗口的“保存”图标,或File菜单下的Save命令，将这个模型命名为“DSB”（因为这个系统实际上就是通信中的双边带幅度调制)保存在MATLAB下的work目录下，这个目录在每次MATLAB启动时都被设为工作目录，从而保证了这个模型随时可以被引用。通过单击模型窗口中的运行图标，或从Simulink菜单中运行Start命令来运行仿真。双击示波器，可以看到仿真的结果如图1—8所示。

图1—8 仿真结果
可能在自己的计算机上看到的图形与上图不一样，主要是因为坐标刻度设的不一样。我们在某一张波形图上右击,选择菜单中的“Axes Properties"，可以修改纵坐标的范围,也可以给波形加上一个标题.有时我们直接单击示波器工具栏上的 图标,可以自动缩放坐标来使波形刚好完整显示.
至此就完成了这个例子。通过这个例子。对Simulink的使用已经有了一个新的认识。关于Simulink环境的内容实在太多了，有关Simulink的知识需在应用中慢慢体会.

四、 实验环境
1、 系统环境：P4计算机、WIN98操作系统
2、 软件：MATLAB6。1_Simulink

五、 实验思考
1、 AM普通调幅的调制与解调过程的计算机仿真。
2、 SSB单边带调制与解调过程的计算机仿真。
3、写出实验报告。

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