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AM调制与解调系统的设计.docx
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1
课题四 AM 调制与解调系统的设计
一、 本课题的目的
本课程设计课题主要研究 AM 调制与解调模拟系统的理论设计和软件仿真方法。通过完成本课题的设
计,拟主要达到以下几个目的:
(1)掌握模拟系统 AM 调制与解调的原理。
(2)掌握 AM 调制与解调模拟系统的理论设计方法;
(3)掌握应用 MATLAB 分析系统时域、频域特性的方法,进一步锻炼应用 Matlab 进行编程仿真的能力;
(4)熟悉基于 Simulink 的动态建模和仿真的步骤和过程;
(5)解基于 LabVIEW 虚拟仪器的特点和使用方法,熟悉采用 LabVIEW 进行仿真的方法。
二、 课题任务
设计 AM 调制与解调模拟系统,仿真实现相关功能。 包括:可实现单音调制的普通调幅方式(AM)、
抑制载波的双边带调制(DSB-SC)和单边带调制(SSB)的系统设计及仿真,要求给出系统的设计框图、
源程序代码及仿真结果,并要求给出程序的具体解释说明,记录系统的各个输出点的波形和频谱图。具体
内容为:
(1)设计实现 AM 调制与解调的模拟系统,给出系统的原理框图,对系统的主要参数进行设计说明。
(2)采用 Matlab 语言设计相关程序,实现系统的功能,要求采用两种方式进行仿真,即直接采用 Matlab
语言编程的静态仿真方式、采用 Simulink 进行动态建模和仿真的方式。要求采用两种以上调制信号源进
行仿真,并记录系统的各个输出点的波形和频谱图。
(3)采用 LabVIEW 进行仿真设计,实现系统的功能,要求给出系统的前面板和框图,采用两种以上调制
信号源进行仿真,并记录仿真结果。
(4)要求对系统的时域、频域特性进行分析,并与理论设计结果进行比较分析。
(5)对系统功能进行综合测试,整理数据,撰写设计报告。
三、 主要设备和软件
(1) PC 机,一台
(2) MATLAB6.5 以上版本软件,一套
(3) LabVIEW7.0 以上版本软件,一套
四、 设计内容、步骤和要求
4.1 必选部分
(1) 设计实现 AM 调制与解调的模拟系统,给出系统的原理框图,对系统的主要参数进行设计说明,具体
参数包括:载波频率、调制信号频率、载波大小、调制信号大小、滤波器参数等。并对所设计的系统进行
理论分析计算。
(2)根据所设计的 AM 调制与解调的模拟系统,进行基于 Matlab 语言的静态仿真设计。分别实现单音调
制的普通调幅方式(AM)、抑制载波的双边带调制(DSB-SC)和单边带调制(SSB)的系统仿真设计,要
2
求给出系统的 Matlab 编程仿真程序及结果,并要求写出程序的具体解释说明,记录系统的各个输出点的波
形和频谱图。
要求调制信号分别采用不同类型的信号进行仿真,至少给出两种以上调制信号源,如:单音信号、合
成复杂音信号、直接录制的模拟语音信号。
(3) 根据所设计的 AM 调制与解调的模拟系统,采用 Simulink 进行动态建模仿真设计。分别实现普通调
幅方式(AM)、抑制载波的双边带调制(DSB-SC)和单边带调制(SSB)的系统动态仿真设计,要求包括
调制和解调的部分,并给出采用 Simulink 进行动态建模仿真的系统方框图,同时记录系统的各个输出点的
波形和频谱图。
要求采用两种以上调制信号源进行仿真,具体参数自定。载波信号频率根据设计情况设定。
(4)根据仿真结果,对系统的时域、频域特性进行分析,并与理论设计结果进行比较分析。
4.2 拓展部分
(1) 根据所设计的 AM 调制与解调的模拟系统,说明具体的参数,进行基于 LabVIEW 环境的仿真,分
别实现普通调幅方式(AM)、抑制载波的双边带调制(DSB-SC)和单边带调制(SSB)的系统仿真设计,
要求包括调制和解调的部分,给出系统的前面板和框图,并记录仿真结果。
(2)要求调制信号采用不同类型的信号源,进行进一步的仿真,给出系统的前面板和框图,并记录仿真
结果,观察分析频谱的变化情况。
(3) 比较分析采用以上两种软件环境:Matlab 与 LabVIEW,进行仿真的各自的特点,分析说明不同语
言环境的各自优势。
4.3 选作部分
(1) 根据所设计的 AM 调制与解调的模拟系统,采用 Matlab 语言设计相关程序,并且利用 GUI 设计图
形用户界面,完成 4.1 必选部分所要求的功能。
(2) 分析比较采用 Matlab 语言的 GUI 设计图形用户界面与采用 LabVIEW 进行设计的各自的特点。
五、 课程设计报告要求
(1) 设计报告书包括内容:课程设计题目,设计目的和意义,设计方案,详细设计步骤,设计结果(原
理图等),测试和仿真结果(图形或数据)及其分析,结论,参考文献等。
(2) 提交课程设计报告时应同时提交相关设计和仿真分析材料(电路图、程序、结果等)的电子版。
六、 参考文献
[1] 信号与系统课程组. 信号与系统课程设计指导. 2007.10
[2] 吴大正. 信号与线性系统分析(第四版). 高等教育出版社,2005.8
3
[3] 谢嘉奎. 电子线路—非线性部分(第四版). 高等教育出版社,2003,2
[4] 黄永安等.Matlab7.0/Simulink6.0 建模仿真开发与高级工程应用.清华大学出版社,2005.12
[5] 陈
垚光等
. 精通 MATLAB GUI 设计.电子工业出版社,2011.01
[6]
江建军
. LabVIEW
程序设计教程 电子工业出版社, 2008.03.
七、 附录——设计原理
4
附录:设计原理
1. AM 调制解调的原理
通信的目的是传输信息,如何准确地传输信息是通信的一个重要目标。通常从信源产生的原始的基带
信号具有较低频率的频谱分量,这种信号在多信道复用、无线电传输等场合不适宜直接进行传输。因此。
在通信系统的发送端通常要将基带信号调制在较高的载频上,而在接收端则需要有相反的过程-----解调。
根据调制前的信号是模拟信号还是数字信号,可以把信号调制方式分为模拟调制方式和数字调制方式。本
次设计只考虑模拟调制方式。
模拟调制方式是载频信号的幅度、频率或相位随着欲传输的模拟输入基带信号的变化而相应发生变化
的调制方式,包括:幅度调制(AM)、频率调制(FM)、相位调制(PM)三种。
幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅,使其按调制信号的规律变化,其它参数不变。是使高
频载波的振幅载有传输信息的调制方式。
振幅调制分为三种方式:普通调幅方式(AM)、抑制载波的双边带调制(DSB-SC)和单边带调制(SSB)。
所得的已调信号分别称为调幅波信号、双边带信号和单边带信号。
(t) V cos( t) 2 f
v (t) V cos(t)
,则输出调幅电
设载波信号为 v
, ,调制信号为
c mo c c c
m
压为:
v (t) V ( m
t
cos( )) cos(2 f t
)
(1-1)
o
m0
a c
式中 是输入信号偏移,当
1
,为普通调幅波,当
0
时,为抑制载波的双边带调制波。 是初始
相位(设
0
),
m
为调制指数(或称为调幅度,
m
1
)。
a a
1.1 普通调幅波
在单一频率信号作为调制信号时,调幅波的表达式为:
u (t) U (1 m cost)cos t
(1-2)
(1-3)
AM cm a c
若调制信号为非正弦波,其表达式为:
u (t) U (1 m f (t))cos t
AM cm a c
在上两式中 m 为调幅度或调制度,m
1
,否则会产生过调制;
f
(t)
1
。
max
a a
调幅波的频谱由三部分组成,包括载频分量和上、下边频(带)。振幅调制是把调制信号的频谱搬移
到载频两端,在搬移的过程中频谱结构不变。这类调制属于频谱的线性搬移。
调幅信号的带宽为调制信号最高频的两倍,即 B =2F 。
W max
1.2 双边带调制
在调制过程中将载波抑制就形成了抑制载波的双边带信号,简称双边带信号。双边带信号的表达式为
5
u (t) U cost U cos t
DSB
m
Cm c
(1-4)
1
U U [cos( )t cos(
)t]
2
m Cm
c c
双边带信号的振幅与调制信号的绝对值成正比,其频谱只有上、下边频(带),载波分量被抑制。
1.3 单边带调制
单边带调制是由双边带经滤除一个边带或在调制过程中直接将一个边带抵消而成。单边带信号可分为
上边带和下边带信号。
单边带信号的一般表达式为
1
u(t) U U cos( )t]
(1-5)
2
m Cm
c
或
1
2
u(t) U U cos( )t]
(1-6)
m Cm
c
单边带调制方式在传输信息时,它所占用的频带为
BW F
,比 AM、DSB 减小了一半,频带利用
max
充分,因此目前已成为短波通信中的一种重要调制方式。
1.4 调幅波的解调
调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程,通常称为检波。调幅波解调方法有二极管包络
检波器、同步检波器。不论哪种振幅调制信号,都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解
调。但是,对于普通调幅信号来说,它的载波分量未被抑制掉,可以直接利用非线性器件实现相乘作用,
得到所需的解调电压,而不必另加同步信号,通常将这种振幅检波器称为包络检波器。目前应用最广的是
二极管包络检波器,而在集成电路中,主要采用三极管射极包络检波器。同步检波,又称相干检波,主要
用来解调双边带和单边带调制信号,它有两种实现电路。一种由相乘器和低通滤波器组成,另一种直接采
用二极管包络检波。
2.使用 Simulink 建模和仿真的过程
启动 Matlab 后,在命令窗口中输入命令“simulink”或单击 Matlab 工具栏上的 simulink 图标,打开
simulink 模块库窗口(使用命令‘simulink3’可以打开老版本的 simulink 模块库界面)。典型的 Simulink
模块包括三个部分:输入模块、状态模块、输出模块。
2 .1 Simulink 模块库简介
Continuous(连续模块)库
Discrete(离散模块)库
函数与表格模块库
Math(数学模块)库
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