无线电信号为什么需要调制和解调？
东北大学分校电子信息系 综合课程设计 基于Multisim的调幅电路的仿真 专业名称电子信息工程 班级学号5081411 学生曹翔 指导教师王芬芬 设计时间2011/6/22
基于Multisim的调幅电路的仿真 1.前言 信号调制可以将信号的频谱搬移到任意位置，从而有利于信号的传送，并且是频谱资源得到充分利用。调制作用的实质就是使相同频率围的信号分别依托于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需的频率信号，不致相互干扰。而要还原出被调制的信号就需要解调电路。调制与解调在高频通信领域有着广泛的应用，同时也是信号处理应用的重要问题之一，系统的仿真和分析是设计过程中的重要步骤和必要的保证。论文利用Multisim提供的示波器模块，分别对信号的调幅和解调进行了波形分析。 AM调制优点在于系统结构简单，价格低廉，所以至今仍广泛应用于无线但广播。与AM信号相比，因为不存在载波分量，DSB调制效率是100%。我们注意到DSB信号两个边带中任意一个都包含了M(w)的所有频谱成分，所以利用SSB调幅可以提高信道的利用率，所以选择SSB调制与解调作为课程设计的题目具有很大的实际意义。 论文主要是综述现代通信系统中AM ,DSB,SSB调制解调的基本技术，并分别在时域讨论振幅调制与解调的基本原理, 以及介绍分析有关电路组成。此课程设计的目的在于进一步巩固高频、通信原理等相关专业课上所学关于频率调制与解调等相关容。同时加强了团队合作意识，培养分析问题、解决问题的综合能力。 本次综合课设于2011年6月20日着手准备。我团队四人：曹翔、婷婷、赖志娟、少楠分工合作，利用两天时间完成对设计题目的认识与了解，用三天时间完成了本次设计的仿真、调试。 2.基本理论 由于从消息转换过来的调制信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不宜传输。因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，同时在接受端则需要有解调过程从而还原出调制信号。 所谓调制就是利用原始信号控制高频载波信号的某一参数，使这个参数随调制信号的变化而变化，最常用的模拟调制方式是用正弦波作为载波的调幅(AM)、调频(FM)、调相 (PM)三种。解调是与调制相反的过程，即从接收到的已调波信号中恢复原调制信息的过程。与调幅、调频、调相相对应，有检波、鉴频和鉴相[1]。 振幅调制方式是用传递的低频信号去控制作为传送载体的高频振荡波（称为
FM 调制/解调电路的设计 摘要：本设计根据锁相环原理，通过两片CD4046搭接基本电路来实现FM 调制/解调电路的设计，将调制电路的输出信号作为解调电路的输入信号，最终实现信号的调制解调。原理分析，我们得到的载波信号的电压P P V -大于3V ，最大频率偏移m f ?≥5KHz ，解调电路输出的FM 调制信号的电压P P V -大于200mV 可以看出我们的具体设计符合设计指标。 关键词：锁相环、调制、解调、滤波器 一、概述 FM 调制电路将代表不同信息的信号频率，搬移到频率较高的频段，以电磁波的方式将信息通过信道发送出去。FM 解调电路将接收到的包含信息的高频信号的频率搬移到原信号所处的频段。锁相环是一种相位负反馈的自动相位控制电路，它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域它是通过比较输入信号的相位和压控振荡器输出信号的相位，取出与这两个信号的相位差成正比的电压，并将该电压该电压作为压控振荡器的控制电压来控制振荡频率，以达到输出信号的频率与输入信号的频率相等的目的。锁相环主要由相位比较器、压控振荡器和低通滤波器三部分组成。调制电路还需要另设计一个高频信号放大器和加法器。解调电路需要设计一个低通滤波器，来取出解调信号。 技术指标： 1．载波频率fc=46.5KHz,载波信号的电压Vp-p ≥3V ； 2．FM 调频信号的电压Vp-p ≥6V ，最大频率偏移?fm ≥5KHz ； 3．解调电路输出的FM 调制信号的电压Vp-p ≥200mV 。 二、方案设计与分析 调频是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率，即使载波振荡频率随调制信号的失真变化而变化。其逆过程为频率解调（也称频率检波或鉴频）。 本实验是用CD4046数字集成锁相环（PLL ）来实现调频/解调（鉴频）的。 1.FM 调频电路原理图（如图1所示） 将调制信号加到压控振荡器（VCO ）的控制端，使压控振荡器得输出频率（在自
用MATLAB 建模实现信号的调制解调 1. 实验要求 用MATLAB 的调制解调建模实现信号的调制解调过程，需要文字报告、波形图。 （本文选用AM 、FM 调制进行仿真分析） 2. 实验原理 2.1 AM 调制解调的原理 2.1.1 AM 调制信号的产生 标准调幅（AM ）是指用信号m(t)去控制载波c(t)的振幅，是已调信号的包络按照m(t)的规律线性变化的过程，u(t)=(A0+a*m(t))*c(t)。调制过程如图2.1所示。 图2.1 AM 调制模型 2.1.2 AM 的解调 调制的逆过程叫解调，调制是一个频谱搬移过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。解调就是从已调信号的频谱中，将位于载频的信号频谱搬移回来。调制和解调都完成频谱搬移，各种调幅都是利用乘法器实现的，因此可以设想，在收端也可以利用乘法器进行解调[1]。已调信号u(t)乘以本地载波c(t),再通过低通滤波器得到解调信号dem(t)=u(t)*c(t)。如图所示，解调后dem(t)=A0/2+m(t)/2，所以在解调后要重新缩放。另一种解调方法，包络解调由于包络检波器电路简单，检波效率高，几乎所有调幅（AM ）式接收机都采用这种电路，如图2.3所示为包络检波模型。在MATLAB 中我们使用hilbert()函数找出已调信号包络dem(t) A0+m(t)。找出包络后也要重新缩放，最终解调出基带信号m(t)。 c(t) A0 m(t) u(t)
相干解调模型 2.2 FM 调制解调的原理 2.2.1 FM 调制信号的产生 角度调制是频率调制和相位调制的总称。角度调制是使正弦载波信号的角度随着基带调制信号的幅度变化而改变。 调频信号可以被看作调制信号在调制前先积分的调相信号。这意味着先对m(t)积分，再将结果作为调相器的输入即可得到调频信号。相反，先微分m(t)，再将结果作为调频器的输入也可得到调相信号。在模拟蜂窝移动通信中，调频是更为普遍应用的角度调制，这是因为FM 不管信号的幅度如何，抗干扰能力都很强，而在调幅中，正如前面所说的那样，抗干扰能力要弱得多[10]。 有两种基本的方法来产生调频信号：直接法和间接法。在直接法中，载波的频率直接随着输入的调制信号的变化而改变。在间接法中，先用平衡调制器产生一个窄带调频信号，然后通过倍频的方式把载波频率提高到需要的水平。 非线形调制要完成频谱的搬移但是他所形成的信号频谱不再保持原来基带频谱的结构，也就是说已调信号频谱与基带信号频谱存在着非线形关系，而解调正是从已调波中不失真地检出调制信号的过程。频率调频制：是瞬时频率偏移随基带信号成比例变化的调制[5]。 =dt t d ) (?) (t m K F (2-1) ?∞ -=t F d m K t τ τ?)()( (2-2) FM 公式： []?∞ -+=t F c m d m K t w A t S τ τ)(cos )( t A t m m m ωcos )(= ?? ????+=t A K t A m m m F c ωωωs i n c o s (2-3) dem(t) c(t) LPF u(t)
AM 调制与解调电路设计 一．设计要求：设计AM 调制和解调电路 调制信号为：()1S 3cos 272103cos164t V tV ππ=?+=???? 载波信号：()2S 6 cos 2107210 6 cos1640t V tV ππ=??+=???? 二．设计内容：本题采用普通调幅方式，解调电路采用包络检波方法； 调幅电路采用丙类功放电路，集电极调制； 检波电路采用改进后的二极管峰值包络检波器。 1．AM 调幅电路设计： (1).参数计算： ()6cos1640c u t tV π=载波为， ()3cos164t tV πΩ=调制信号为u 则普通调幅信号为am cm U U [1cos164]cos1640a M t t ππ=+ 其中调幅指数 0.5a M = 最终调幅信号为 am U 6[10.5cos164]cos1640t t ππ=+ 为了让三极管处在过压状态cc U 的取值不能过大，本题设为6v 其中选频网络参数为 21 LC c ω= c 1640ωπ= L 200H,C 188F 1BB V μμ===另U (2).调幅电路如下图所示：
调幅波形如下： 可知调幅信号与包络线基本匹配 2.检波电路设计： 参数计算： 取10L R k =Ω 1.电容 C 对载频信号近似短路，故应有1 c RC ω ,取 ()510/10/0.00194c c RC ωω== 2．为避免惰性失真，有m a x /0.00336 a RC M Ω= ,取0.0022,1RC R k C F μ==Ω=，则
3．设 11212250.2,,330, 1.6566 R R R R R R R k R ====Ω=Ω则。因此， 4．c C 的取值应使低频调制信号能有效地耦合到L R 上，即满足min 1 c L C R Ω ，取 4.7c C F μ= 3.调制解调电路如下图所示： o am U U 与波形为： o L U U 与解调信号的波形为：
第六章 频谱变换电路 ?? ?非线性：调频、限幅 频 线性：调幅、混频、倍 6.1概述 频谱变换电路：频谱搬移，使之适合于传输. 具备将输入信号频谱进行频谱变换，以获取具有所需频谱的输出信号这种功能的电路就叫做频谱变换电路。 6.2乘法器 变跨导式模拟乘法器是以恒流源式差动放大电路为基础，并采用变换跨导的原理而形成的。 变跨导式模拟乘法器（恒流源式差分放大器） 双入双出 () () EQ T EQ T b b be i be c o I U I U r r u r R u ββ β+≈++=?- ='111
() 21I U T β+= ∴I u U R u i T C o ??- ≈12 若I u i ∞2成正比，则21i i o u u u ?∞ e i e BE i e R u R u u I I 23 2≈-= = ∴21212i i e i i T C o U U R R u u U R u ??=? ?- = 跨导 222121 i e I T T T EQ m u R U U U I U I g ∞?=== ∴称为变跨导乘法器. 6.3调幅波 一、幅度调制（AM ） ()t u Ω－低频 ()t u c －高频 定义：用()t u Ω去控制()t u c 的幅度，使幅度()t u Ω∞，称为调制 称()t u Ω为调制信号，()t u c 为载波信号. 1、 调幅特性. 令()t U t u m Ω=ΩΩcos ()t w U t u c cm c cos = 则 )()t w t M U t u c a cm AM cos cos 1?Ω+= 其中cm m a U U k M Ω? =称为调制指数.（k 由电路决定的一个常数） ()t w t M U t w U t u c a cm c cm AM cos cos cos ?Ω??+?= ()()[]t w t w M U t w U c c a cm c cm Ω-+Ω+??+ ?=cos cos 2 1cos ∴调幅波有3个频率分量c w 、Ω+c w 、Ω-c w .
1 引言 通信按照传统的理解就是信息的传输。在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的命脉。信息作为一种资源，只有通过广泛的传播与交流，才能产生利用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产力的发展，创造出巨大的经济效益。而通信作为传输信息的手段或方式，与传感技术，计算机技术相互融合，已为21世纪国际社会和世界经济发展的强大推动力。 1.1 数字通信系统的模型 按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应的将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统，模拟信号有时也称连续信号。而数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。数字信号有时也称为离散信号。近年来数字通信的发展远远超过模拟通信，数字通信在各个领域的应用也越来越广泛。本文讨论的也是数字通信中调制解调原理。数字通信系统的一般模型如图1所示。 图1 数字通信系统模型 其中，信源编码有两个基本功能：一是提高信息传输的有效性，即设法减少码元数目和降低码元速率。二是完成数/模转换，即当信息源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，信源译码是信源编码的逆过程。信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力，信道译码是信道编码的逆过程。加密和解密是为了保证所传信息的安全。数字调制就是将数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。图1为数字通信系统的一般化模型，实际的数字通信系统不一定包含图中的所有环节。模拟信号经过数字编码后也可以在数字通信系统中传输。 1.2 数字通信的特点 目前，数字通信在不同的通信业务中都得到了广泛的应用，究其原因也是数字通信相较于模拟同通信具有以下的一些优点。 （1）数字通信系统抗干扰能力强，且噪声不积累。数字通信系统中传输的 信息源 信源编码 加密 信道编码 数字调制 信道 数字解调 信道译码 解密 信源译码 受信者 躁声源
DOC 格式. FM 调制/解调电路的设计 摘要：本设计根据锁相环原理，通过两片CD4046搭接基本电路来实现FM 调制/解调电路的设计，将调制电路的输出信号作为解调电路的输入信号，最终实现信号的调制 解调。原理分析，我们得到的载波信号的电压P P V -大于3V ，最大频率偏移m f ?≥5KHz ， 解调电路输出的FM 调制信号的电压P P V -大于200mV 可以看出我们的具体设计符合设 计指标。 关键词：锁相环、调制、解调、滤波器 一、概述 FM 调制电路将代表不同信息的信号频率，搬移到频率较高的频段，以电磁波的方式将信息通过信道发送出去。FM 解调电路将接收到的包含信息的高频信号的频率搬移到原信号所处的频段。锁相环是一种相位负反馈的自动相位控制电路，它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域它是通过比较输入信号的相位和压控振荡器输出信号的相位，取出与这两个信号的相位差成正比的电压，并将该电压该电压作为压控振荡器的控制电压来控制振荡频率，以达到输出信号的频率与输入信号的频率相等的目的。锁相环主要由相位比较器、压控振荡器和低通滤波器三部分组成。调制电路还需要另设计一个高频信号放大器和加法器。解调电路需要设计一个低通滤波器，来取出解调信号。 技术指标： 1．载波频率fc=46.5KHz,载波信号的电压Vp-p ≥3V ； 2．FM 调频信号的电压Vp-p ≥6V ，最大频率偏移?fm ≥5KHz ； 3．解调电路输出的FM 调制信号的电压Vp-p ≥200mV 。 二、方案设计与分析 调频是用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率，即使载波振荡频率随调制信号的失真变化而变化。其逆过程为频率解调（也称频率检波或鉴频）。 本实验是用CD4046数字集成锁相环（PLL ）来实现调频/解调（鉴频）的。 1.FM 调频电路原理图（如图1所示） 将调制信号加到压控振荡器（VCO ）的控制端，使压控振荡器得输出频率（在自振频率（中心频率）o f 上下）随调制信号的变化而变化，于是生成了调频波。
简明通信原理实验 报告六
实验6 Matlab 实验三数字调制信号调制解调与时频域分析一、MATLAB仿真内容： （1）运行样例程序，观察 OOK、BPSK、BFSK 信号的时域波形和功率谱谱，求已调信号的带宽。 （2）采用相干解调法对 BPSK 信号解调，绘制解调后的信号波形，并与原始信号进行比较，对仿真结果进行分析说明。 （3）编写 DBPSK 信号产生和解调程序，绘制 DBPSK 信号的时域波形和功率谱，绘制解调后的信号波形并与原始信号波形进行比较。（4）编写四进制相移键控信号 QPSK 的产生程序，绘制信号波形与功率谱。 二、MATLAB仿真结果： （1）运行样例程序，观察OOK、BPSK、BFSK 信号的时域波形和功率谱谱，求已调信号的带宽。 文本： clear all;close all; A = 1; % 载波幅度 fc = 2; % 载波频率 N_sample = 8; % 每个码元采样点数 N = 500; % 码元数 Ts = 1; % 码元长度 dt = Ts/(fc*N_sample); % 波形采样间隔 fs = 1/dt; % 采样频率 t = 0:dt:N*Ts-dt; T = length(t); d = (sign(randn(1,N))+1)/2; dd = upsample(d,fc*N_sample);
gt = ones(1,fc*N_sample); d_NRZ = conv(dd,gt); ht = A*cos(2*pi*fc*t); %%********** OOK信号 ****************** s_BASK = d_NRZ(1:T).*ht; [f1,s_BASKf] = myt2f(s_BASK,fs); figure subplot(211) plot(t,s_BASK);grid axis([0 10 -1.2 1.2]); ylabel('OOK'); subplot(212) plot(f1,10*log10(abs(s_BASKf).^2/T));grid axis([-fc-4 fc+4 -50 10]); ylabel('OOK功率谱密度(dB/Hz)'); %%********** BPSK信号 ****************** d_BPSK = 2*d_NRZ-1; s_BPSK = d_BPSK(1:T).*ht; [f2,s_BPSKf] = myt2f(s_BPSK,fs); figure subplot(211) plot(t,s_BPSK);grid axis([0 10 -1.2 1.2]); ylabel('BPSK'); subplot(212) plot(f2,10*log10(abs(s_BPSKf).^2/T));A = 1;grid % 载波幅度fc = 2; % 载波频率 N_sample = 8; % 每个码元采样点数 N = 500; % 码元数 ylabel('BPSK功率谱密度(dB/Hz)'); %%********** BFSK信号 ****************** d_BFSK = 2*d_NRZ-1; s_BFSK = A*cos(2*pi*fc*t+2*pi*d_BFSK(1:T).*t); [f3,s_BFSKf] = myt2f(s_BFSK,fs); figure subplot(211) plot(t,s_BFSK);grid axis([0 10 -1.2 1.2]); ylabel('BFSK'); subplot(212) plot(f3,10*log10(abs(s_BFSKf).^2/T));grid axis([-fc-4 fc+4 -50 10]); ylabel('BFSK功率谱密度(dB/Hz)'); xlabel('f');
4.1 2ASK的调制基本原理 调制信号为二进制数字信号时，这种调制称为二进制数字调制。在2ASK调制中，载波的幅度只有两种变化状态，即利用数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出。有载波输出时表示“1”，无载波输出时表示发送“0”。 2ASK信号可表示为 式中，为载波角频率，是为单极性NRZ矩形脉冲序列 其中，g(t)是持续时间为Ts的基带脉冲波形。为简便起见，通常假设g（t）是高度为1、宽度等于Ts的矩形脉冲；是第n个符号的电平取值。 则相应的2ASK信号就是OOK信号。 图4-1.1 2ASK/OOK信号的时间波形
2ASK/OOK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法和键控法，相应的调制器如下图所示。图（a）就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；图（b）就是一种数字键控法，其中的开关电路受s（t）控制。 （a）模拟相乘法（b）数字键控法 图4-1.2 2ASK/OOK信号调制器原理框图 4.2 2ASK/OOK的调制仿真 2ASK/OOK信号调制仿真结果：
图4-2 2ASK/OOK信号调制仿真图 4.3 2ASK的解调基本原理 与AM信号的解调方法一样。2ASK/OOK信号也有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），相应的接受系统组成方框图如图所示。与模拟信号的接受系统相比，这里增加了一个“抽样判决器”方框， 这对于提高数字信号的接受性能是必要的。 （a）非相干解调方式
（b）相干解调方式 图4-3 2ASK/OOK信号的接收系统组成方框图 抽样判决器的作用是：信号经过抽样判决器，即可确定接收码元是“1”还是“0”。假设抽样判决门限为b，当信号抽样值大于b时，判为“1”码；信号抽样值小于b时，判为“0”码。当本实验为简化设计电路，在调制的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道时理想的，所以在解调部分也没有加带通滤波器。 2ASK是20世纪初最早运用于无线电报中的数字调制方式之一。但是，ASK 传输技术受噪声影响很大。噪声电压和信号一起改变了振幅。在这种情况下，“0”可能变为“1”，“1”可能变为“0”。可以想象，对于主要依赖振幅来识别比特的ASK调制方法，噪声是一个很大的问题。由于ASK是受噪声影响最大的调制技术，现已较少应用，不过，2ASK常常作为研究其他数字调制的基础，还是有必要了解它。 4.4 2ASK的解调仿真 2ASK解调仿真结果： 图4-4 2ASK/OOK的信号解调仿真图
一．2FSK 调制原理： 1、2FSK 信号的产生： 2FSK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。例如，1码用频率f1来传输，0码用频率f2来传输，而其振幅和初始相位不变。故其表示式为 式中，假设码元的初始相位分别为1θ和2θ；112 f π=ω和222f π=ω为两个不同的码元的角频率；幅度为A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 2FSK 信号的产生方法有两种： （1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。如图1-1（a ）所示。 （2）键控法，用数字基带信号)(t g 及其反)(t g 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。如图1-1（b ）所示。 这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。 (a) (b) 2FSK 信号产生原理图 由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK 信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK 信号之和，即 其中)(t g 是脉宽为s T 的矩形脉冲表示的NRZ 数字基带信号。 其中，n a 为n a 的反码，即若1=n a ，则0=n a ；若0=n a ，则1=n a 。 2、2FSK 信号的频谱特性： 由于相位离散的2FSK 信号可看成是两个2ASK 信号之和，所以，这里可以直接应用2ASK 信号的频谱分析结果，比较方便，即 2FSK 信号带宽为 s s F S K R f f f f f B 2||2||21212+-=+-≈ 式中，s s f R =是基带信号的带宽。 二．2FSK 解调原理： 仿真是基于非相干解调进行的，即不要求载波相位知识的解调和检测方法。 其非相干检测解调框图如下 M 信号非相干检测解调框图 当k=m 时检测器采样值为： 当k ≠m 时在样本和中的信号分量将是0，只要相继频率之间的频率间隔是,就与相移值无关了，于是其余相关器的输出仅有噪声组成。 其中噪声样本{}和{}都是零均值，具有相等的方差 对于平方律检测器而言，即先计算平方包络
基于Multisim调制解调仿真电路设计 春芽电子科技春芽ing 摘要 通信电路系统中实现调制解调方法很多，而锁相环鉴频是利用现代锁相环技术来鉴频实现调制解调因为工作稳定、失真度小、信噪比高等优点被广泛应用。本课题分别设计2ASK、2PSK、2FSK的调制解调电路，功能是数字基带信号经过调制输出模拟信号，然后运用锁相环进行解调出数字信号，所以调制解调电路都运用Multisim软件进行仿真分析。对2ASK、2FSK、2PSK解调电路时低通滤波器输出的波形失真比较大，经过抽样判决电路整形后可以再生数字基带脉冲。整个硬件电路设计中，尽量做到电路简单实用，基本达到功能要求。 关键词：调制解调，Multisim仿真，锁相环 Abstract Communication circuit system to achieve a lot of modulation and demodulation, and the phase-locked loop frequency demodulation is the use of modern technology to achieve phase locked loop demodulation because the work is stable, low distortion, high signal noise ratio is widely used. This topic design of 2ASK, 2PSK, 2FSK modulation and demodulation circuit function is digital base band signal after the modulation output analog signal, then use the PLL to demodulate the digital signal, so modulation and demodulation circuit use Multisim software simulation analysis. The waveform distortion of the low pass filter output of 2ASK, 2FSK and 2PSK demodulation circuits is relatively large, and the digital baseband pulse can be regenerated by the sampling decision circuit. Throughout the hardware circuit design, as far as possible to achieve a simple and practical circuit, the basic requirements to achieve functional. Keywords: Modulation and Demodulation, Multisim Simulation, Phase Locked Loop
****************** 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2014年春季学期 通信系统仿真训练课程设计 题目：4ASK载波调制信号的调制解调与性能分析 专业班级：通信工程四班 姓名：赵天宏 学号： 11250414 指导教师：彭清斌 成绩：
摘要 实际通信中的许多信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即正弦载波调制。通过MATLAB软件平台，设计并实现了多进制幅移键控（M-ary Amplitude-Shift Keying，MASK）中的四电平调制（4-ary Amplitude Shift Keying，4ASK）的调制系统和解调系统。本文首先介绍了四电平调制和解调的原理，随后介绍载波产生、振幅调制、振幅判别等功能模块的设计，最后给出了整体调制解调的模块图和仿真波形。 关键词：载波调制、数字通信、四电平调制和解调
目录 一、设计目的和要求 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2设计要求 (1) 二、设计内容及原理 (2) 2.1 四进制ASK信号的表示式 (2) 2.2产生方法 (3) 2.3 4ASK调制解调原理 (3) 三、运行环境及MATLAB简介 (6) 3.1运行环境 (6) 3.2 MATLAB简介 (6) 四、详细设计 (8) 4.1载波信号的调制 (8) 4.2调制信号的解调 (8) 4.3编程语言 (9) 4.4测试结果 (10) 五、调试分析 (11) 六、参考文献 (12) 总结 (13)
网络基础调制与解调 人们常说的Modem，其实是Modulator（调制器）与Demodulator（解调器）的简称，中文称为调制解调器。也有人跟据Modem的谐音，亲昵地称之为“猫”。大家知道，计算机内的信息是由“0”和“1”组成数字信号，而在电话线上传递的却只能是模拟电信号。于是，当两台计算机要通过电话线进行数据传输时，就需要一个设备负责数模的转换。这个数模转换器就是这里要讨论的Modem。计算机在发送数据时，先由Modem把数字信号转换为相应的模拟信号，这个过程称为“调制”。经过调制的信号通过电话载波传送到另一台计算机之前，也要经由接收方的Modem负责把模拟信号还原为计算机能识别的数字信号，这个过程我们称“解调”。正是通过这样一个“调制”与“解调”的数模转换过程，从而实现了两台计算机之间的远程通讯。 在频带传输系统中，计算机通过调制解调器与电话线路连接。在发送端，调制解调器将计算机产生的数字信号转换成电话交换网可以传送的模拟数据信号；在接收端，调制解调器将接收到的模拟数据信号还原成数字信号传送给计算机。在全双工通信方式中，调制解调器应具有同时发送与接收模拟数据信号的能力。计算机通过调制解调器与电话交换网实现远程通信的结构如图3-23所示。 图3-23 远程通信的结构 根据模拟数据编码类型的不同，可以将调制解调器分成多种类型。图3-24给出了FSK 方式的调制解调器工作原理示意图。发送端调制器是用输入的数字脉冲信号控制两个不同频率振荡器信号的输出来实现数字信号-模拟信号的转换。当输入的数字脉冲信号为高电平（对应于逻辑1）时，频率f1=1270Hz的振荡器有信号输出，当输入的数字脉冲信号为低电平（对应于逻辑0）时，频率f2=1070Hz的振荡器有信号输出。在调制器的输出端，通过组合器将根据输入的数字脉冲信号1、0序列排列顺序控制的两种频率的正（余）弦信号组合起来，就构成了FSK信号。由于对应1、0的两种不同频率的正（余）弦信号是处于电话交换网的通频带内，因此模拟数据信号FSK可以顺利地通过模拟电话交换网到达接收端。在接收端通过设置对应f1、f2两种频率的带通滤波器，将两种不同频率的正（余）弦信号分开，使频率为f1和f2的正（余）弦信号分别通过两个检波器，再将检波器输出信号送给组合器叠加。组合器输出的解调信号对应的数字脉冲信号的高、低电平（即逻辑1与0）的变化规律与调制器输入的数字数据信号的高、低电平变化规律相同。
%SSB信号调制解调 clear;clc; f0 = 1; %信源信号频率(Hz) E0 = 1; %信源信号振幅(V) E = 1; %载波分量振幅(V) fc = 10; %载波分量频率（Hz） t0 = 1; %信号时长 snr = 15; %解调器输入信噪比dB dt = 0.003; %系统时域采样间隔 fs = 1/dt; %系统采样频率 df = 0.001; %所需的频率分辨率 t = 0:dt:t0; Lt = length(t); %仿真过程中，信号长度 snr_lin = 10^(snr/10);%解调器输入信噪比 %-------------画出调制信号波形及频谱 %产生模拟调制信号 m = E*cos(2*pi*f0*t); L = min(abs(m));%包络最低点 R = max(abs(m));%包络最高点 %画出调制信号波形和频谱 clf; figure(1); %% %画出调制信号波形 subplot(411); plot(t,m(1:length(t))); axis([0,t0,-R-0.3,R+0.3]);%设置坐标范围 xlabel('t');title('调制信号'); set(gca,'YTick',-R:1:R); subplot(412); [M,m,df1,f] = T2F_new(m,dt,df,fs); %求出调制信号频谱 [Bw_eq] = signalband(M,df,t0); %求出信号等效带宽 f_start_low = fc - Bw_eq; %求出产生下边带信号的带通滤波器的起始频率f_cutoff_low = fc; %求出产生下边带信号的带通滤波器的截止频率f_start_high = fc; %求出产生上边带信号的带通滤波器的起始频率f_cutoff_high = fc + Bw_eq; %求出产生上边带信号的带通滤波器的截止频率 plot(f,fftshift(abs(M))); %画出调制信号频谱%M：傅里叶变换后的频谱序列
《电力系统自动化》课程设计任务书
目录 一．背景描述…………………………二．设计内容…………………………三．工作原理…………………………四．电路设计及参数设置……………五．仿真及波形分析…………………六．设计总结…………………………七．参考文献…………………………
一.背景描述： 电力系统远动技术是为电力系统调度服务的远距离监测、控制技术。由于电能生产的特点，能源中心和负荷中心一般相距甚远，电力系统分布在很广的地域，其中发电厂、变电所、电力调度中心和用户之间的距离近则几十公里，远则几百公里甚至数千公里。要管理和监控分布甚广的众多厂、所、站和设备、元器件的运行工况，已不能用通常的机械联系或电联系来传递控制信息或反馈的数据，必须借助于一种技术手段，这就是远动技术。它将各个厂、所、站的运行工况（包括开关状态、设备的运行参数等）转换成便于传输的信号形式，加上保护措施以防止传输过程中的外界干扰，经过调制后，由专门的信息通道传送到调度所。在调度所的中心站经过反调制，还原为原来对应于厂、所、站工况的一些信号再显示出来，供给调度人员监控之用。调度人员的一些控制命令也可以通过类似过程传送到远方厂、所、站，驱动被控对象。这一过程实际上涉及遥测、遥信、遥调、遥控，所以，远动技术是四遥的结合。 二.设计内容： 1.对电力系统远动信息传输系统的主要环节进行理论分析和研究。 2. 熟悉数字调幅技术的有关原理和实现方法。 3. 设计ASK调制解调电路。 4. 熟悉ORCAD软件的应用，学习元件库使用、原理图的建立以及 应用原理图进行仿真的基本方法。 三. 工作原理： 1. 数字调幅技术的原理和实现方法 （1）数字调制的概念 用二进制（多进制）数字信号作为调制信号，去控制载波某些参量的变化，这种把基带数字信号变换成频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。 （2）数字调制的分类 在二进制时分为：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。
哈尔滨工业大学 信息科学与工程学院 通信原理实验报告 姓名：XXX 学号：XXX 2011年7月15日
一、任务与要求 1.1设计任务 1. 模拟调制与解调 用matlab实现AM、DSB、SSB调制与解调过程。 2. 数字调制与解调 用matlab实现2ASK、2FSK、2PSK调制与解调过程。 1.2设计要求 1. 掌握AM, DSB, SSB 三种调制方式的基本原理及解调过程。 2. 掌握2ASK, 2FSK, 2PSK 三种调制方式的基本原理及解调过程。 3. 学习MATLAB软件，掌握MA TLAB各种函数的使用，能将调制解调过程根据调制解调过程的框图结构，用matlab程序实现，仿真调制过程，记录并分析仿真结果。 4. 对作出的波形和曲线进行分析和比较，讨论实际值和理论值的误差原因和改进方法。 二、设计原理 （1）模拟调制与解调 DSB调制属于幅度调制。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而变化的过程。 设正弦型载波c(t)=Acos(wc*t),式中：A为载波幅度， wc为载波角频率。 根据调制定义，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为： f(t)=Am(t)cos(t)（公式1-1）,其中，m(t)为基带调制信号。 设调制信号m(t)的频谱为M()，则由公式1-1不难得到已调信号(t)的频谱。 在波形上，幅度已调信号随基带信号的规律呈正比地变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。 如果在AM调制模型中将直流去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式—抑制载波双边带信号(DSB—SC)，简称双边带信号。 其时域表达式为f(t)=m(t)cos(t) 式中，假设的平均值为0。DSB的频谱与AM的谱相近，只是没有了在处的 函数，即f()=[M(w-wc)+M(w+wc)] 其典型波形和频谱如图1-1所示：
AM调制解调电路的设计仿真与实现 1.Proteus 软件简介 Proteus软件是英国LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 Proteus软件具有4大功能模块：智能原理图设计、完善的电路仿真功能、独特的单片机协同仿真功能、实用的PCB设计平台。由于Proteus软件界面直观、操作方便、仿真测试和分析功能强大，因此非常适合电子类课程的课堂教学和实践教学，是一种相当好的电子技术实训工具，同时也是学生和电子设计开发人员进行电路仿真分析的重要手段。 Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是： （1）原理布图 （2）PCB自动或人工布线 （3）SPICE电路仿真 革命性的特点 （1）互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 （2）仿真处理器及其外围电路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。 本次Proteus课程设计实现AM调制解调电路的原理图绘制以及电路的仿真。运用由三极管组成的乘法器调制出AM信号，再经非线性元件二极管与电容等组成的包络检波电路解调得到解调信号。
1．Proteus软件简介 Proteus软件是英国LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 Proteus软件具有4大功能模块：智能原理图设计、完善的电路仿真功能、独特的单片机协同仿真功能、实用的PCB设计平台。由于Proteus软件界面直观、操作方便、仿真测试和分析功能强大，因此非常适合电子类课程的课堂教学和实践教学，是一种相当好的电子技术实训工具，同时也是学生和电子设计开发人员进行电路仿真分析的重要手段。 Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是： （1）原理布图 （2）PCB自动或人工布线 （3）SPICE电路仿真 革命性的特点 （1）互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 （2）仿真处理器及其外围电路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。 本次Proteus课程设计实现AM调制解调电路的原理图绘制以及电路的仿真。运用由三极管组成的乘法器调制出AM信号，再经非线性元件二极管与电容等组成的包络检波电路解调得到解调信号。
实验8 信号调制与解调 [实验目的] 1． 了解用MATLAB 实现信号调制与解调的方法。 2． 了解几种基本的调制方法。 [实验原理] 由于从消息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许 多信道中不适宜传输。因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接收端则需要有反调制过程——解调过程。 所谓调制，就是按调制信号的变化规律去改变某些参数的过程。调制的载 波可以分为两类：用正弦信号作载波；用脉冲串或一组数字信号作为载波。最常用和最重要的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。本实验中重点讨论幅度调制。 幅度调制是正弦型载波的幅度随调制信号变化的过程。设正弦载波为 )cos()(o c t A t S ??+= 式中 c ?——载波角频率 o ?——载波的初相位 A ——载波的幅度 那么，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为 )cos()()(o c m t t Am t S ??+= 式中，m(t)为基带调制信号。 在MATLAB 中，用函数y=modulate(x,fc,fs,’s ’)来实现信号调制。其中fc 为载波频率，fs 为抽样频率，’s ’省略或为’am-dsb-sc ’时为抑制载波的双边带调幅，’am-dsb-tc ’为不抑制载波的双边带调幅，’am-ssb ’为单边带调幅，’pm ’为调相，’fm ’为调频。 [课上练习] 产生AM FM PM signals [实验内容] 0. 已知信号sin(4)()t f t t ππ=，当对该信号取样时，求能恢复原信号的最大取样周期。
设计MATALB 程序进行分析并给出结果。 1． 有一正弦信号)256/2sin()(n n x π=, n=[0:256]，分别以100000Hz 的载波和 1000000Hz 的抽样频率进行调幅、调频、调相，观察图形。 2． 对题1中各调制信号进行解调（采用demod 函数），观察与原图形的区别 3． 已知线性调制信号表示式如下： ⑴ t t c ?cos cos Ω ⑵ t t c ?cos )sin 5.01(Ω+ 式中Ω=6c ?，试分别画出它们的波形图和频谱图 4． 已知调制信号)4000cos()200cos()(t t t m ππ+=，载波为cos104t ，进行单边带 调制，试确定单边带信号的表示式，并画出频谱图。 [实验要求] 1 自行编制完整的实验程序，实现对信号的模拟，并得出实验结果。 2 在实验报告中写出完整的自编程序，并给出实验结果和分析，学习demod 函数对调制信号进行解调的分析。 对1，2题解答，程序如下： clc;close all;clear; % Fm=10;Fs=1000;Fc=100;N=1000;k=0:N-1; % t=k/Fs; n=[0:256];Fc=100000;Fs=1000000;N=1000; xn=abs(sin(2*pi*n/256)); % x=abs(sin(2.0*pi*Fm*t));xf=abs(fft(x,N)); xf=abs(fft(xn,N)); y2=modulate(xn,Fc,Fs,'am'); subplot(211); plot(n(1:200),y2(1:200)); xlabel('时间(s)');ylabel('幅值');title('调幅信号'); yf=abs(fft(y2,N));