通信原理课程设计.pdf

课程设计说明书1引言随着社会的发展，世界发生了巨大的变化，信息发展也不例外。就拿手机来说，十 年前还是西装革履的款爷手持“大哥大”，大如砖块，如今早已纤巧精致，色彩缤纷，如堂前之燕飞入寻常人家。从古代的飞鸽传书，狼烟烽火到现代的电话、电报、电脑。远在万里的人们可以一个电话过去，在过年过节时送去祝福和问候，可以发送伊妹儿(E-mail)互致问候、即时聊天，甚至装上摄像头开个网络会议！这一切都归功于通信 工程技术的发展。毫无疑问，通信工程是当今社会发展最迅猛的技术行业。目前无论是模拟通信还是数字通信，在通信业务中都得到广泛的。同时，数字通信 的发展速度已明显超过模拟通信，成为当代通信技术的主流。数字通信系统有许多优良 的特性，主要有以下优点：抗干扰能力强，且噪声不积累；传输差错可控便于用现代数 字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储；易于集成，时通信设备微型化，重 量轻；易于加密处理，且保密性好。数字传输系统也有缺点，设备复杂一般需要较大的带宽。通信系统有许多分类方式，根据心道中传输的信号是否经过调制，可将通信系统分 为基带传输系统和带通传输系统。基带传输是将未经调制的信号未经调制直接传输出 去，如市内电话、有线广播；带通传输是对各种信号调制后传输的总成，调制方式有很 多种，常见的模拟调制方式有AM调制、DSB调制、SSB调制和VSB调制。常用的数 字调制方法有ASK调制、FSK调制、PSK调制及DPSK调制等。调制方式往往决定着 一个通信系统的性能。本次课程设计主要对常见的模拟和数字调制解调、抽样定理、增 量调制系统和数字基带传输系统进行设计与仿真分析，并设计和仿真AM超外差收音 机。通信技术迅猛发展，通信系统也日趋复杂多样。因此，通信系统的软件仿真也随着 潮流发展。为使复杂的设计过程更加便捷高效，使分析与设计所需的时间和费用降低，美国Elanix公司推出的基于PC机Windows平台的System View动态系统仿真软件。这 是一款优秀的仿真软件，目前大多数通信系统的仿真都是用这款软件。本次课程设计亦 采用System View软件进行通信系统的设计与仿真分析，以加深对通信原理这门课程理 论的理解和提高对理论知识的应用能力。-1-课程设计说明书2 System View 简介美国ELANIX公司于1995年开始推出SystemView软件工具,最早的1.8版为16bit 教学版，自1.9版开始升为32bit专业版，目前已推出了 3.0版。SystemView是在 Windows95/98环境下运行的用于系统仿真分析的软件工具，它为用户提供了一个完整 的动态系统设计、仿真与分析的可视化软件环境，能进行模拟、数字、数模混合系统、线性和非线性系统的分析设计，可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。2.1 System View的基本特点System View是美国ELANIX公司于1995年开始推出的软件工具，它为用户提供 了一个完整的动态系统设计、仿真与分析的可视化软件环境，能进行模拟、数字、数模 混合系统、线性和非线性系统的分析设计。System View基本属于一个系统级工具平台，可进行包括数字信号处理(DSP)系 统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析，并配置了大量图符块(Token)库，用户很容易构造出所需要的仿真系统，只要调出有关图符块并设置好参 数，完成图符块间的连线后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱、星座图和 各类曲线形式给出系统的仿真分析结果。System View的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库(Main Library)及专业 库(Optional Library),基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数 运算器等；专业库有通讯(Communication)逻辑(Logic)、数字信号处理(DSP)、射 频/模拟(RF/Analog)等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤 其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行 各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路进行理论分析 和失真分析。2.2 System View的系统视窗运行SystemView后，就出现系统视窗，它包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计窗工作区。其中设计窗口工作区时用于设置、连接各种图符以创 建系统，进行系统仿真等操作提示栏用于显示系统仿真的状态信息、功能快捷键的功 能信息提示和图符的参数显示；滚动条用于移动观察当前的工作区域。当鼠标位于功能 图符上时，则该图符的具体参数就会自动弹出来，如下图2-1所示。-2-课程设计说明书图 2-1 system v i ew 的视窗2.3图符选择按钮在主菜单栏下，System View为用户提供了 16个常用快捷功能按钮，系统视窗左侧 竖排为图符库选择区。进入系统后，在图符库选择区排列着8个图符选择按钮，即：造图 2-2 System View 快捷键清除系统删图符块珀切断连线布放连线复制图符的便笺注释终止运行系统运行系统定时JJ分析窗口喑进亚系统两 目建亚系统根轨迹0波特图重画图形H3 EH图符翻转2.4 System View图符库选择图符块（Token）是构造系统的基本单元模块，相当于系统组成框图中的一个子框 图，图符块的传递特性由该图符块所具有的仿真数学模型决定。信源库操作库FK空器件库函数库应I加法器输入/输出信宿库图 2-3 System View 图符库-3-课程设计说明书在上述8个按钮中，除双击“加法器”和“乘法器”图符按钮可直接使用外，双击 其它按钮后会出现相应的对话框，应进一步设置图符块的操作参数。单击图符库选择区 最上边的主库开关按钮main,将出现选择库开关按钮Option下的用户库(User),通 信库(Comm)、DSP库(DSP)、逻辑库(Logic)、射频模拟库(RF/Analog)和数学库(Matlab)选择按钮，可分别双击选择调用。2.5系统窗下的库选择操作2.5.1选择设置信源(Source)创建系统的首要工作就是按照系统设计方案从图符库中调用图符块，作为仿真系统 的基本单元模块。可用鼠标左键双击图符库选择区内的选择按钮。现以创建一个PN码 信源为例，该图符块的参数为2电平双极性、IV幅度、100Hz码时钟频率，操作步骤：双击“信源库”按钮，并再次双击移出的“信源库图符块”，出现源库(Source Library)选择设置对话框，如图1-3-1所示。与Sy stem View 1.8相比，SystemView3.0的库对话框 布局有所变化，它将信源库内各个图符块进行分类，通过“Sinusoid/Periodic(正弦/周期)”、“Noise/PN(噪声/PN码)”和“Aperio祖c/Ext(非周期/扩展)”3个开关按钮 进行分类选择和调用，而不像SystemViewl.8那样所有库内图符全部显示在一个窗口内，其它库选择对话框与之类似；区SystenViev Sotar ce Library图2-4源库选择设置对话框2.5.2选择设置信宿库(Sink)当需要对系统中各测试点或某一图符块输出进行观察时，通常应放置一个信宿(Sink)图符块，一般将其设置为“Analysis”属性。Analysis块相当于示波器或频谱仪 等仪器的作用，它是最常使用的分析型图符块之一。Analysis块的创建操作如下：-4-课程设计说明书(1)双击系统窗左边图符库选择按钮区内的“信宿”图符按钮，并再次双击移出 的“信宿”块，出现信宿定义(SinkDefinition)对话框，如图1-3-2所示;图2-5信宿定义对话框2.5.3 选择设置操作库(Operator Library)双击图符库选择区内的“操作库”图符块按钮，并再次双击移出的“操作库”图 符块，出现操作库(Operator Library)选择对话框，操作库中的各类图符块可通过6个 分类选择开关选用，如图1-3-3所示，库内常用图符块主要包括：延迟Delay块、保持 Hold块、采样Sampler块、放大Gain块、线性系统LinearSys块、采样延迟SmplDly 块、比较Compare块和给类门(Xor、And、Nand、Or、Not)块等。设置参数方法同上。图2-6操作库选择对话框-5-课程设计说明书3模拟调制解调系统的设计与仿真摸拟调制系统可分为线性调制和非线性调制，本课程设计只研究线性调制系统中常 用的AM、DSB、SSB调制与解调系统的设计与仿真分析。3.1 线性调制的一般原理线性调制(幅度调制)是正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。设正弦载 波为：S=Acos(3 J+中0)那么，幅度调制信号(已调信号)一般可表示成：Sm3=Am(Ocos(CDc+(po)式中m一一基带调制信号。线性调制器的一般模型如图3-1所示，它有一个相乘器和一个冲击响应为h的带通滤波器组成。C0S（3j）图3-1线性调制系统的一般模型在该模型中，适当选择带通滤波器的冲击响应。，便可以得到各种线性调制信号,如AM信号、DSB信号、SSB信号等。3.2 DSB调制解调系统3.2.1 DSB调制解调原理DSB调制和解调原理分别如下：1.调制原理在图3-1中，如果输入的基带信号没有直流分量，且力是理想的带通滤波器，则 该基带信号与载波相乘就得到双边带信号(DSB信号)，或称双边带抑制载波信号。其 表达式为Sm(t)=机)COS(OJ2.解调原理DSB信号只能用相干解调的方法进行解调，DSB信号的解调模型与AM信号相干-6-课程设计说明书解调时完全相同。此时，乘法器输出为：2SqsbO)coscoj=m(Ocos 3J=m(t)+m(t)cos2cocf经低通滤波器滤除高次项，得加 o)=；加。)即无失真地恢复出了基带信号。3.2.2 DSB调制解调系统仿真设计根据以上DSB信号的调制与解调原理，用System View仿真的电路图如图3-2所示。具体设计参数为：基带信号：幅值10V,频率10Hz载波信号：幅值10V,频率100Hz图3-2 DSB调制解调系统的仿真设计3.2.3 DSB调制解调系统仿真结果与分析经过仿真后通过分析窗口可以观察各个仿真波形1.基带信号的波形如图3-3所示：图3-3基带信号的波形2.载波的波形如图3-4所示:-7-课程设计说明书图3-4载波信号的波形图3-5调制信号的波形图3-6调制信号的频谱经过相干解调后恢复出来的信号如图3-7所示：图3-7解调后的信号波形DSB调制为线性调制的一种，由图7可以看出，在波形上，DSB调制信号有明显的 包络，且存在反相点，占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍；在频谱上，DSB信号 没有离散谱，只有上下边带两部分。DSB经相干解调后，与原信号波形一致，稍微存在 一些延时。3.3 SSB调制解调系统3.3.1 SSB调制解调原理-8-课程设计说明书1.调制原理双边带已调信号包含有两个边带，即上、下边带。由于这两个边带包含的信息相同，从信息传输的角度来考虑，传输一个边带就够了。所谓单边带调制，就是只产生一个边 带的调制方式。故易知在DSB调制后加适当截止频率的高通或低通滤波器便可产生相 应SSB信号。原理图如图3-8所示。通过低通滤波器后产生的下边带SSB信号，表达式为：sm(0=0.5m(0 coscoc+0.5m(0 sin(act通过高通滤波器后产生的上边带SSB信号，表达式为：sm(t)=cosco-0.5m(t)sin(ct载波信号图3-8 SSB调制系统原理图设调制信号的单频信号/=COSGM，载波为C)=COS3则调制后的双边带 时域波形为SDSB(0=Am COS3 机/COS3J=A 机 COS(COc+C0m+Am COS(COc-3机)/2保留上边带，波形为SusbO=4 cosc+%)/2=Am(cos(x)ct cos(j)mt-sin(x)ct sin comt)/2保留下边带，波形为SisbS=Am cos(coc 一3机)4/2=A 机(cos 3/cos co 机%+sin 3/sin 3机%)/2上两式中的第一项与调制信号和载波信号的乘积成正比，称为同相分量；而第二项 的乘积则是调制信号与载波信号分别移相90。后相乘的结果，称为正交分量。因此移相 法的原理图如图3-9所示。图3-9 SSB移相法原理图2.解调原理-9-课程设计说明书SSB调制信号只能用相干解调方法解调。解调原理和AM的线性解调原理相同，在 此不再赘述。3.3.2 SSB调制解调系统仿真设计根据以上SSB信号的调制与解调原理，用System View仿真的电路图如图3-7所示。具体设计参数为：基带信号：幅值10V,频率100Hz载波信号：幅值10V,频率3000Hz图3-10 SSB调制解调系统的仿真设计3.3.3 SSB调制解调系统仿真结果与分析输入信号的波形如图3-n所示：图3-n输入信号的波形解调后的上下边带波形如图3-12、3-13所示:-10-课程设计说明书图3-12上边带的波形图3-13下边带的波形上下边带的频谱波形如图3-14、3-15所示：图3-14上边带的频谱图3-15下边带的频谱SSB调制信号与DSB调制信号的波形及频谱基本一致，与DSB相比较，SSB信 号只包含了一个边带的信号，节省了带宽资源。经相干解调后的波形与原输入波形一致,有稍微的延时。-11-课程设计说明书4抽样定理的仿真与分析抽样定理是模拟信号数字化的理论基础，它告诉我们：如果对某一带宽的有限时间 连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样率达到一定数值时，根据这些抽样值可以在接 收端准确地恢复原信号，也就是说，要传输模拟信号不一定传输模拟信号本身，只需要 传输按抽样定理得到的抽样值就可以了。根据要进行抽样的信号形式的不同，抽样定理 可分为低通信号的抽样定理和带通信号的抽样定理。本小节主要介绍低通信号的抽样定 理。4.1 抽样定理抽样定理：如果对某一带宽的有限时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样率 达到一定数值时，根据这些抽样值可以在接收端准确地恢复原信号，也就是说，要传输 模拟信号不一定传输模拟信号本身，只需要传输按抽样定理得到的抽样值就可以了。根 据要进行抽样的信号形式的不同，抽样定理可分为低通信号的抽样定理和带通信号的抽 样定理。本次课程设计主要针对低通信号的抽样定理。均匀抽样定理指出：对一个带限 在（。，内的时间连续信号机，如果以1/（2）的时间间隔对其进行等间隔抽样,则m。）将被所得到的抽样值完全确定。即抽样速率大于等于信号带宽的两倍就可保证不 会产生信号的混迭。综上，模拟信号采样与恢复系统的原理框图如图4-1所示。图4信号的采样与恢复原理框图4.2 抽样定理系统的仿真与分析根据以上信号的采样与恢复原理，用System View仿真的图如图4-2所示。具体设计参数为：基带信号：幅值10V,频率10Hz抽样脉冲：频率100Hz-12-课程设计说明书图4-2抽样定理仿真4.3 抽样定理系统的仿真结果与分析原始基带信号的波形如图4-3：图4-3原始信号BSi!1“川甲卜甲1111口|1叫1|I叩叫l|11PliII 1川1甲I|IH甲小心 1|图4-4采样信号图4-5还原后的波形-13-课程设计说明书由上图可以看出，原始信号在抽样脉冲的作用下，其频谱被搬移到了抽样脉冲的位 置，即实现了在频域的周期性延拓。这样，在接收端利用低通滤波即可实现原始信号的 恢复。通过对比原始信号与恢复信号可以看出，二者波形完全一致，原始信号被无失真 地恢复出来，进而验证了抽样定理的正确性。实际中，为了避免失真，抽样频率通常取 35心。-14-课程设计说明书5增量调制解调系统的设计与仿真5.1 增量调制解调原理增量调制简称 M或增量脉码调制方式（DM）,是一种把信号上一采样的样值作为 预测值的单纯预测编码方式。增量调制是预测编码中最简单的一种。它将信号瞬时值与 前一个抽样时刻的量化值之差进行量化，而且只对这个差值的符号进行编码，而不对差 值的大小编码。因此量化只限于正和负两个电平，只用一比特传输一个样值。如果差值 是正的，就发“1”码，若差值为负就发“0”码。因此数码“1”和“0”只是表示信号 相对于前一时刻的增减，不代表信号的绝对值。同样，在接收端，每收到一个“1”码,译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量阶。每收到一个“0”码就下降一个量阶。当收到连:T码时，表示信号连续增长，当收到连“0”码时，表示信号连续下降。译码器 的输出再经过低通滤波器滤去高频量化噪声，从而恢复原信号，只要抽样频率足够高，量化阶距大小适当，收端恢复的信号与原信号非常接近，量化噪声可以很小。当信号频率过高，或者说信号斜率陡变时，会出现本地译码器信号跟不上信号变化 的现象，称为“过载”。在给定量化间隔（也称量阶）Q的情况下，能跟踪最大斜率为:增量调制原理框图如图5-1所示。图5-1增量调制原理电路增量调制的解码原理较简单只需将接收的编码进行积分在经过低通滤波即可恢复 原信号。解调原理框图如图5-2所示。图5-2增量解调原理框图5.2 增量调制解调系统的设计与仿真根据以上信号的增量调制与解调原理,用System View仿真的电路图如图5-3所示。-15-课程设计说明书图5-3增量调制与解调仿真电路53 增量调制解调系统的仿真结果与分析由以上设计的增量调制与解调进行仿真后的波形如图5-4、图5-5所示。图5-4原始信号图5-5解调信号图5-6判决抽样后的信号-16-课程设计说明书图5-7积分后解调信号由上图可以看出，原始信号与解调信号的波形基本一致,但解调信号的波形较粗糙。这是因为增量调制是利用调制曲线和原始信号的差值进行编码，也就是利用增量进行量 化，因此在调制曲线和原始信号之间存在误差，这种误差称为一般量化误差或一般量化 噪声。-17-课程设计说明书6数字基带传输系统的设计与仿真由于未经调制的脉冲电信号所占据的频带通常从直流和低频开始。因而称为数字基 带信号。在某些有线信道中，特别是传输距离不大远的情况下，数字基带信号可以直接 传送，我们称之为数字信号的基带传输。而在另外一些信道，特别是无线信道和光信道 中，数字基带信号则必须经过调制，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。我们 把这种传输称为数字信号的调制传输（或载波传输）。如果把调制与解调过程看作是广 义信道的一部分，则任何数传输系统均可等效为基带传输系统。因此掌握数字信号的基 带传输原理是十分重要的。通过SystemView提供的仿真环境对数字基带传输中的某些 问题加以仿真、分析，能帮助我们进一步加深对这些抽象概念的理解，并加深感性认识。6.1数字基带信号传输的无失真条件大多数有线传输情况下，信号频带不是陡然截止的而且基带频谱也是逐渐衰减的，采用一些相对来说比较简单的补偿措施（如简单的频域或时域均衡）可以将失真控制在 比较小的范围内。较小的波形失真对于二进制基带信号影响不大，只是使其抗噪声性能 稍有下降，但对于多元信号，则可能造成严重的传输错误。当信道频带严格受限时（如 数字基带信号经调制通过频分多路通信信道传输），波形失真问题就变得比较严重，尤 其在传输多元信号时更为突出。根据频谱分析的基本原理，任何信号的频域受限和时域受限不可能同时成立。因此 基带信号要满足在频域上的无失真传输，信号其波形在时域上必定是无限延伸的，这就 带来了各码元间相互串扰问题。造成判决错误的主要原因是噪声和由于传输特性（包括 发、收滤波器和信道特性）不良引起的码间串扰。若重叠到邻接时隙内的信号太强，就 可能发生错误判决。若相邻脉冲的拖尾相加超过判决门限，则会使发送的“0”判为“1”。实际中可能出现好几个邻近脉冲的拖尾叠加，这种脉冲重叠，并在接收端造成判决困难 的现象叫做码间串扰。因此可以看出，传输基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性。当然可以有 意地加宽传输频带使这种干扰减小到任意程度。然而这会导致不必要地浪费带宽。如果 展宽得太多还会将过大的噪声引入系统。因此应该探索另外的代替途径，即通过设计信 号波形，或采用合适的传输滤波器，以便在最小传输带宽的条件下大大减小或消除这种 干扰。奈奎斯特第一准则解决了消除这种码间干扰的问题，并指出信道带宽与码速率的基 本关系。即 2=2Bn式中以为传码率，单位为比特/每秒（bps）o启和为分别为理想信道的低通截止-18-课程设计说明书频率和奈奎斯特带宽。上式说明了理想信道的频带利用率为&/Bn=2实际上，具有理想低通特性的信道是难以实现的，而实际应用的是具有滚降特性 的信道。其带宽较奈奎斯特带宽增加的程度一一滚降系数a可以表示为a=,（Oal）/n其B表示滚降信道的带宽。由于升余弦滚降滤波特性可使传输信号具有较大的功 率，且收敛快而减小码间干扰，故已得到了广泛的应用。6.2验证奈奎斯特第一准则为了加深对数字信号基带波形串扰以及升余弦滚降滤波特性的认识，可以用如图 6-1所示的System View仿真电路来验证奈奎斯特第一准则。系统的采样速率为IKHz。该电路中信号源（图符0）为幅度IV,码速率为100bps的伪随机信号。用了一个抽头 数为259的FIR低通滤波器（图符5）来近似模拟理想的传输信道，滤波器的截止频率 设为50Hz,在60Hz处有-60dB的衰落。因此，信道的传输带宽可近似等价为50Hz,该频率正好是传输信号的奈奎斯特带宽。基带数据在输入信道以前，先通过了一个升 余弦滚降滤波器（图符1）整型，以保证信号有较高的功率而无码间干扰。滚降系数设 置为0.3,信道的噪声用高斯噪声（图符13）表示。图符8、9、11完成接收端信号的 抽样判决和整型输出。抽样器的抽样频率与数据信号的数据率一致，设为100Hz。为 了比较发送端和接收端的波形，在发送端接收器前（图符3）和升余弦滚降滤波器（图 符1）后各加入一个延迟图符。图6-1验证奈奎斯特第一准则系统图-19-课程设计说明书1.输入的原始信号如图6-2所示:图6-2原始信号2.输入的高斯噪声如图6-3所示：图6-3高斯噪声信号3.高斯噪声经滤波器后波形如图6-4所示：图6-4高斯噪声经滤波器后波形4.采样后的波形如图6-5所示：-20-课程设计说明书图6-6还原后波形由于加入了高斯噪声，出现了码间干扰，使得恢复出来的信号并不是与原信号完全相同。若要获得良好的基带传输系统，则必须使码间干扰和噪声的综合影响足够小，使系统的 总的误码率达到规定的要求。-21-课程设计说明书7二进制移频键控系统(BFSK)7.1BFSK调制解调原理1.BFSK信号的调制在二进制数字调制中，若正弦载波的频率随二进制基带信号在力和力两个频率点间 变化，则产生二进制移频键控信号(BFSK信号)。二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。若 二进制基带信号的1符号对应于载波频率力，0符号对应于载波频率力，则二进制移频SfskQ)=cos(3i%)+ang(t-nTs)cor)_ n _ _ n _键控信号的时域表达式为：其中_ f 0,发送概率为 _ Jo,发送概率为-P发送概率为-Q =1 1,发送概率为二进制移频键控信号的产生可以采用模拟调频电路来实现，也可以采用数字键控的 方法来实现。数字键控法实现二进制频移键控信号的原理图如图7-1所示：图7-1 BFSK频移键控信号的原理图图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元(期间 输出力或力两个载波之一。2.BFSK信号的解调采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图7-2所示。其中相干解调的解调 原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号分别进行解调，通过 对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号。本设计采用相干解调法进行解调。-22-课程设计说明书(a)非相干解调(b)相干解调图7-2二进制移频键控信号解调器原理图7.2 BFSK调制解调系统的设计与仿真根据以上BFSK调制与解调原理，用System View仿真的电路图如图7-3所示。图7-3 BFSK调制解调系统的仿真设计故具体设计参数为：基带信号：幅值0.5V,频率10H载波信号：力=100Hz f2=150Hz图7-3二进制移频键控仿真-23-课程设计说明书1.输入信号为随机的PN序列，如图7-4所不：图7-4 PN序列波形2调制后的BFSK信号，图7-5调制后的波形3.解调后经判决器的输出信号：图7-6调制后的波形7.3不同信噪比时的波形比较1.噪声平均功率为0.5W时的调制后波形和解调后波形及功率谱-24-课程设计说明书图7-4噪声平均幅值为100V时的调制后波形和解调后波形噪声平均功率为2.5W时的调制后波形和解调后波形及功率谱均幅值为500V时的调制后波形和解调后波形2.噪声平均幅值为1000V时的调制后波形和解调后波形及功率谱-25-课程设计说明书图7-9噪声平均幅值为1000V时的调制后功率谱由以上不同信噪比下的输出波形和功率谱图形对比分析可以看出，信号功率不变、输入高斯噪声增大，即信噪比减小时，传送信息的误码率随之增大，最终无法恢复出原 信号。由此我们可以知道，误码率与信噪比是成反比例关系的，可以通过是信噪比变大 的方法来提高信息传输的正确率。-26-课程设计说明书8 AM超外差收音机设计仿真8.1 超外差收音机的工作原理及信号解调超外差式收音机是指输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。如果 把收音机收到的广播电台的高频信号，都变换为一个固定的中频载波频率（仅是载波频 率发生改变，而其信号包络仍然和原高频信号包络一样），然后再对此固定的中频进行 放大，检波，再加上低放级，就成了超外差式收音机。这种接收机中，在高频放大器和 中频放大器之间须增加一级变换器，通常称为变频器，它的根本任务是把高频信号变换 成固定中频。而由于中频频率（我国采用465千赫）较变换前的高频信号（广播电台的 频率）低，而且频率是固定的，所以任何电台的信号都能得到相等的放大量。另外，中 频的放大量容易做得比较高，而不易产生自激，所以超外差式收音机可以做得灵敏度很 高。由于外来电台必须经过“变频”变成中频频率才能通过中频放大同路，所以可以提高 收音机的选择性。一般的超外差式收音机组成框图如图8-1所示。图8-1超外差式收音机原理框图O图8-1包络检波电路图8.2 AM超外差收音机的仿真电路设计本设计中为了节省仿真时间,没有按实际的540-1700kHz的频率覆盖范围和455kHz 中频频率设计，而是采用了 20kHz作为中频频率IF,又设三个电台的发射信号载波频 率为30kHz,40kHz,50kHz,并希望接收第二个电台的40kHz信号。收音机使用高边 调谐，即本振频率为20+40=60kHz,且存在一个镜像干扰频率为80kHz。系统仿真图如 图8-2所示：-27-课程设计说明书图8-2 AM超外差收音机系统仿真图8.3 AM超外差收音机的仿真图与分析1.超外差收音机的混频器输入、输出频谱图:图8-3 AM超外差收音机混频器输入频谱图图8-4 AM超外差收音机混频器输出频谱图可见AM超外差收音机的混频器是一个实现频谱的线性搬移的电路,它的输出信号 的频率是输入信号和本地振荡信号频率的差频或和频，即中频。混频器在频域上起着减-28-课程设计说明书（加）发器的作用，其输出信号的频谱结构和输入信号的频谱结构基本上完全相同。图8-5检波器解调后输出信号的波形由图8-5可以看出经带通滤波器后的中频信号频谱没有了先前的和频信号。检波 器解调后输出信号基本滤除了无用噪声信号，基本上和第二个电台的40kHz信号一致。这说明所设计的AM超外差收音机是合格的，可以接受并选择出有用信号。-29-课程设计说明书9双路FM语音通信系统的仿真9.1 非线性调制如果由调制信号去控制载波的9)角度参量，正弦载波的角度将与调制信号具有 固定的相应关系，于是已调载波以角度参量“载荷”要传送的有用信息，此种调制方式称 为角度调制。由于它不像线性调制那样，调制后的频谱是基带信号频谱的线性位移。它 的调角波频谱与调制信号毫无共点，即呈非线性特征。9.2 FM调频信号由载波。=A)csw)=Acoslcv+cp实施角度调制分两种具体方式一频率 调制(FM)和相位调制(PM)oFM方式是使载波在某一固定载频人条件下，以调制信号/去控制载波频率，在 人基础上的增减“频偏”与信号/成正比变化。即FM 一般表达式为：Spm=A)costM+左 pmJ/d9.3 调频信号的产生与解调产生调频波的方法通常有两种：直接调频法和间接调频法。1、直接法。直接法就是用调制信号直接控制振荡器的电抗元件参数，使输出信号 的瞬时频率随调制信号呈线性变化。目前人们多采用压控振荡器(VCO)作为产生调频 信号的调制器。振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡器(VCO),它产生的 输出频率正比于所加的控制电压。直接法的主要优点是在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏。缺点是频率 稳定度不高，往往需要附加稳频电路来稳定中心频率。2、间接法间接法又称倍频法，它是由窄带调频通过倍频产生宽带调频信号的方法。其原理框图如图9-1所示。图97间接产生WBFM的框图-30-课程设计说明书9.4 调频信号的解调调频信号的解调分为相干解调和非相干解调两种。9.4.1 非相干解调非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器等组成，其方框图如图9-2所示。限 幅器输入为已调频信号和噪声，限幅器是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变；图9-2调频信号的非相干解调9.4.2 相干解调由于窄带调频信号可分解成正交分量与同相分量之和，因而可以采用线性调制中的 相干解调法来进行解调。其原理框图如图9-3所示。和图9-3调频信号的非相干解调9.5双路FM语音通信系统仿真电路根据以上原理用SystemView仿真图如图9-4：图9-4双路FM语音通信系统仿真图-31-课程设计说明书9.6双路FM语音通信系统仿真波形经SystemView仿真图仿真得出如9-5波形:图9-5双路FM语音通信系统仿真波形-32-课程设计说明书10总结短短一周的实习，从不懂得Systemview软件到用此软件做出从DSB、SSB、BSFK 以及到一些复杂的AM超外差收音机和双路FM信号的仿真，我学到了不少知识，这这 不仅仅是温习了课堂上所学的理论知识，更是与实践相结合，更深刻地理解了调制的各 种原理以及各种方法，这次的课设收获很多。通过结合课本上的原理，利用仿真软件，使得结论都一一从SystemView仿真出来 的相应通信系统中得到印证。从理论到实践，感觉知识在脑海加深，而且条理清楚。课 设中也遇到了许多自己不懂得问题，比如，不太懂AM超外差收音机的相关原理和仿真 的设计，后都是去请教老师和同学，这次的课设最后能取得成功，离不开老师和同学的 帮助。也发现了自己的许多不足之处，理论知识不够扎实，我今后一定争取把知识学牢 固，能够举一反三，触类旁通。最后，再次感谢学校和老师给予我们这次实习的机会，可以让我们学到许多理论知 识之外与实际相关的知识，为将来打下坚实的基础。-33-课程设计说明书参考文献1樊昌信等.通信原理.北京:国防工业出版社,20012李哲英.SystemView动态系统分析与设计软件学习版中文手册内部资料,19973卫兵.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计.西安:西安电子出版社,20014青松.数字通信系统的SystemView仿真与分析.北京:北京航空航天大学出版社,20015曹志刚.现代通信原理.北京:清华大学出版社,19926周炯槃等.通信原理（合订本）.北京:北京邮电大学出版社,2005-34-