通信系统仿真报告

通信系统仿真

实验报告

——基于SystemView

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实验一模拟调制系统设计分析 (3)

以振幅调制（AM）系统为例

实验二模拟信号的数字传输系统设计分析 (12)

以脉冲振幅调制(PAM)系统为例

实验三数字载波通信系统设计分析 (19)

以二进制频移键控(2FSK)系统为例

实验心得 (33)

参考文献 (33)

实验一 模拟调制系统设计分析

一、实验内容

振幅调制系统（常规AM ）

二、实验要求

1、 根据设计要求应用软件搭建模拟调制、解调（相干）系统；

2、 运行系统观察各点波形并分析频谱；

3、 改变参数研究其抗噪特性。

三、实验原理

连续波调制是一正弦波为载波c(t)的调制方式，它分为线性调制和非线性调制两大类。调制信号m(t)为模拟信号时，称为模拟调制。本次仿真实验以常规调幅（AM ）为例，通过System View 仿真软件搭建模拟调制系统进行分析，展开讨论。

任意的AM 已调信号可以表示为

S ()()(),am t c t m t =

0()();m t A f t =+当0()cos()c c t w t θ=+且0A 不等于0时，称为常规调幅，其时域表达式为：()[])cos()()()(000θω++==t t f A t m t c t S am

其中

0A 是外加直流分量，f(t)是调制信号，它可以是确知信号,也可以是随机信号。2c c w f π=为载波信号的角频率，0θ为载波信号的起始相位，为简便起见，通常设为0。常规AM 通常可以用图1所示的系统来实现。

图 1 常规AM 调制系统框图

要使输出已调信号的幅度与输入调制信号f(t)呈线性对应关系，应满足

0max ()A f t ≥，否则会出现过调制现象。

对于AM 的解调既可以用非相干（非同步）解调的方法，如包络检波，也可以用相干（同步）解调法。对于相干解调，由 20001sin S ()cos (())cos (())2am c c w t

t w t A f t w t A f t +=+=+

因此只需要用一个跟载波信号同频同相的正弦波跟已调信号相乘再通过低通滤波器滤波即可将原信号解调出来。而对于非相干解调，从S ()am t 的表达式可以看出只需要对它进行包络检波即可将原信号解调出来。当然，用非相干解调时不可以过调制，而相干解调则可以。这两种方法相比而言，非相干解调更经济，设备简单，而相干解调由于需要跟载波同频同相的信号，因此设备比较复杂。

四、实验步骤与结果

1、实验原理图

根据AM 已调信号的公式0S ()()()cos()()cos()am c c t c t m t A w t f t w t ==+，其中0max ()A f t ≥。通过有噪声的信号后，接收并利用相干解调方法进行解调，原理图如图2。图符0为载波信号，幅度为1v ，频率为2KHz 。图符2为输入调制信号，幅度为1v ，频率为200Hz 。解调部分的本振源（图符12）与载波信号源的设置相同，幅度为1v ，频率为2KHz 。低通滤波器的截止频率为300Hz ，保留正弦信号源的频率200Hz ，并滤除了高频的分量，这样根据前面推导公式得到的输出信号的幅值是输入信号的二分之一。

图 2 AM调制解调原理图

2、首先设置的总体的定时，如下图所示。采样的速率要相对高一些，否则无法呈现完整的信号波形，同样采样点的个数也要相对调整，在几次调整尝试后发现以下参数下最后的仿真波形较之最好。首先设置高斯噪声为0。

图 3 定时设置

4.外加直流分量A0的设置，在这里即为增益的设置，调整增益为3。

图 4 增益设置

4、实验波形及分析

（1）输入与载波波形

输入调制信号幅度为1v，频率为200Hz。载波信号幅度为1V，频率为2KHz。其波形和频谱如下图所示，可见输入频谱集中在200Hz附近，载波频谱集中在2KHz附近。

图5 调制信号及其频谱

图6 载波信号及其频谱

(2)调制与输出波形

调制后，波形如下图所示。波形的包络与输入调制信号一致，由于直流分量的存在，在信号的频谱中会出现三个尖顶。分别对应载波频率，载波频率与原始信号频率之差以及载波频率与原始信号频率之和。

图7 已调波及其频谱

图8 解调后的信号及其频谱

（3）输入信号与输出信号的对比

下图是输入的波形与输出的波形在时域与频域的比较，易见二者在幅度上相差两倍，即输出波形的幅度是输入波形的二分之一。这是因为在解调过程中，载波信号与本振信号相乘得到一个1/2，所以导致了幅度的变化。如果添加一个两倍的增益，则二者的幅度相同。但是由频谱对比来看，二者在波形上还有一些细微的差别，这是由于噪声的影响，后面会进一步分析。

图 9 输入与输出波的波形与频谱对比

5、抗噪声性能分析

上面加的高斯噪声为0，即信道无噪声，这里增加噪声，并观察输出波形与输入波形的差别。

（1）噪声为0.2时

（2）噪声为0.5时

（3）噪声为0.8时

（4）噪声为1时

图 13 噪声为1

6、频谱分析

理论上正弦信号的频谱为单一频率，但是由图中可见，该正弦的频率是一个范围，在特定的频率上有一个尖顶。而已调信号的频谱如前面所说，是由三个分

量构成，这可由公式推导出：

)]()()()([2

1)]()([]

cos )(cos [)]([00000000ωωωδωωωδωωωδωωωδπωωδωωδπωω--++-+-+++++

-++=+=C C C C c c AM A t t m t A F t s F

即调制信号与本振信号相成之后会有三个分量。而经过解调后得到频谱理论上也是单一的频率，与输入信号的频率相同，但实际上也只是一个尖顶。上图是输入频谱与输出频谱的对比，可见在高斯噪声为1V 时，输入与输出信号的频谱大致相同，但是由于噪声较大，输出信号受噪声的影响较大，所以在波形和频谱上都会出现一些较大的波动，

7、抗造性能分析

对于常规AM,其解调信号的信噪比增益始终小于1，这是因为已调信号中包含有不携带信息的载波分量。由图9到图13可见，当输入信号一定时，随着高斯噪声功率的加强，接收端输入信号被干扰得越严重，而相应的输出波形相对于发送端的波形误差也越大。而当噪声过大时，信号几难分辨，这是由于信噪比变小导致的。在实际的信号传输过程中，当信道噪声过大将会导致幅度相位等各种失真，由于非线性元件如滤波器等的存在，非线性失真也会随噪声加大而变大。

另外，此次仿真采用的是相干解调的方式，不存在门限效应，原因是信号与噪声可分别进行解调，解调器输出端总是单独存在有用信号项。若使用非相干解调，则当输入信噪比过小，低于门限值时，将会出现门限效应，这时解调器的输出信噪比将急剧恶化，系统无法正常工作。