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首页通信原理课程设计报告-——模拟角度调制系统仿真分析
1.1 设计题目 模拟角度调制系统仿真分析 1.2 设计目的 在通信系统中,调制不仅使信号频谱发生了搬移,也使信号的形式发生了变化,具有实现有效辐射(频率变换)、实现频率分配、实现多路复用、以及提高系统抗噪性能的总要作用。调制根据载波C(t)的参数变化不同可以分为幅度幅度调制、频率调制、相位调制。幅度调制是线性调制,频率与相位调制属分线性调制,也称角度调制。 虽然目前数字通信得到迅速发展,而且有逐步替代模拟通信的趋势,但从现有装备来说,模拟通信仍然是大量的,在相当一段时间内还将继续使用。模拟角度模拟移动通信技术中,采用的就是调频技术。通过模拟角度调制系统仿真分析更好的理解调制的作用及过程。
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1.选题背景
1.1 设计题目
模拟角度调制系统仿真分析
1.2 设计目的
在通信系统中,调制不仅使信号频谱发生了搬移,也使信号的形式发生了变化,具有实现
有效辐射(频率变换)、实现频率分配、实现多路复用、以及提高系统抗噪性能的总要作用。
调制根据载波C(t)的参数变化不同可以分为幅度幅度调制、频率调制、相位调制。幅度调
制是线性调制,频率与相位调制属分线性调制,也称角度调制。
虽然目前数字通信得到迅速发展,而且有逐步替代模拟通信的趋势,但从现有装备
来说,模拟通信仍然是大量的,在相当一段时间内还将继续使用。模拟角度模拟移动通
信技术中,采用的就是调频技术。通过模拟角度调制系统仿真分析更好的理解调制的
作用及过程。
1.3 仿真软件
仿真分析过程中使用的仿真软件是 SystemView。SystemView 是基于 Windows
环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具,它使用功能模块(Token)去描述程序,
无需与复杂的程序语言打交道,不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真,快速
地建立和修改系统、访问与调整参数,方便地加入注释。
利用 System View,可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统,各种多速率
系统,因此,它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计
时,只需从 System View 配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置,完成图标间的
连线,然后运行仿真操作,最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析
结果。
SystemView 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
(混合器、放大器、RLC 电路、运放电路等)进行理论分析和失真分析。
2. 方案论证
线性调制后的已调信号频谱只是基带调制信号的频谱在频率轴上的搬移,虽然频率
位置发生了变化,但频谱的结构没有变化。非线性调制也是把基带调制信号的频谱在频
率轴上进行频谱搬移,但它并不保持线性搬移关系,已调信号的频谱结构发生了根本变
化。调制后信号的频带宽度一般也要比调制信号的带宽大得多。
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。模拟角度调制系统仿真分析的主要内容是调频
(FM)与调相(PM)、利用 FM 系统传输音频信号以及调频中的预加重与去加重。设计
中运用 System View 软件能很好的完成对模拟角度调制系统的仿真分析。
1
3.调频与调相
调频与调相均属非线性调制。相位调制,是指载波的振幅不变,载波的瞬时相位随
着基带调制信号的大小而变化,实际上是载波瞬时相位偏移与调制信号成比例变化。反
过来说,相位调制是由调制信号 m(t)去控制载波的相位而实现其调制的一种方法。频率
调制,是指载波的振幅不变,用调制信号 m(t)去控制载波的瞬时频率来实现其调制的一
种方法。由于频率调制系统的抗干扰性能比振幅调制系统的性能强,同时 FM 信号的产生
和接收方法也并不复杂,故 FM 系统应用广泛。
3.1 角度调制
角度调制可分为频率调制和相位调制,由于频率调制和相位调制存在内在联系,且
实际应用中频率调制得到广泛采用,因此设计以调频为主来进行分析和仿真。
在调频信号中,载波信号的频率随着基带调制信号的幅度变化而改变。调制信号
幅度变大时,载波信号的频率也变大(或变小),调制信号幅度变小时,载波信号的
频率也变小(或变大);而在调相信号中;载波信号的相位随着基带调制信号的幅度
变化而改变。调制信号幅度变大时,载波信号的相位也变大(或变小),调制信号幅
度变小时,载波信号的相位也变小(或变大);实际上,在某种意义上,调频和调相
是等同的,所以我们都称之为角度调制;而在这种调制方式中,载波的幅度保持不变
(这就是 FM 叫做恒包络的原因)。
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。
在连续波调制中,载波可表示为:
其中幅度 A、角频率 ωc 和相位 φ 这三个参数都可以用来携带信息而构成调制信号。如果
幅度 A 和角频率 ωc 保持不变,而瞬时角频率是调制信号 f(t)的线性函数时,这种调制方
式称为频率调制。
此时瞬时角频率偏移为:
瞬时角频率为:
式中 KFM 称为频偏常数,有时也称为调频器的灵敏度,单位为弧度/秒/伏。
调频波的瞬时相位为:
调频波的时间表示式为:
如果调制信号为单余弦时:
调频波的时间表示式为:
上式中 β
FM
=K
FM
A
m
/ω
m
称为调频指数,K
FM
A
m
为最大角频率偏移。
调频波的瞬时频率偏移与调制信号 f(t)成线性关系,而它的瞬时相位偏移与调制信号
2
f(t)的积分成线性关系。对于采用单音调制时的调相和调频信号,如果都用瞬时角频率表
示,则分别为
从频率调制的相位与频率关系可以看出,调频信号可通过直接调频和间接调频两种
方法得到,所谓间接调频就是先对调制信号积分再调相而得到。同样,调相信号也可以
通过直接调相和间接调相两种方法得到,间接调相就是先对调制信号进行微分再进行频
率调制。
根据调制后已调信号的瞬时相位偏移的大小,可将角度调制分为宽带调制 (宽带调频
和宽带调相)和窄带调制(窄带调频和窄带调相)。如果调频信号或调相信号的最大瞬时相
位偏移保持在很小的范围内,一般小于 30°,即满足条件
时,则称为窄带调频或窄带调相。当上述条件不满足时,就称为宽带调频或宽带调相。
当 β<<1 时,存在 sinβ≈β,cosβ≈1。由三角函数展开式,可将窄带调频表示式简化为
由上式作为数学模型,可建立窄带调频的原理框图,如图 3.1 所示。
图 3-1 窄带调频的原理框图
调频或调相制中,载波的瞬时频率或瞬时相位受调制信号的控制,作周期性的变化,
变化的大小与调制信号的强度成线性关系,变化的周期由调制信号的频率所决定。但已
调波的振幅则保持不变,不受调制信号的影响。例如,有一个载波为 100MHz,被一个
500 H2 的调制信号调频。假设调制信号强度为某值时,能使载波由未调制时的 100MHz
向两边变动各 10 000 H2(O.01 MHz),因而所得的调频波频率变化是自 99.99 MHz 至
100.01 MHz,变化速率是每秒 500 次。如果调制信号的强度增加一倍,则载波频率的变
动范围也增加一倍,即自 99.98 MHz 至 100,02 MHz。由此可知,在调频波中,调制信
号的振幅由载波频率的移动数量所示出,而调制信号的频率则由载波频率的移动速率所
示出。
以上的讨论完全适用于调相波,所不同者只是用“相位”二字代替上面适当地方的“频
率”二字。但无论是调频或调相,都会使载波的相角变化,因此二者可统称为角度调制。
和振幅调制相比,角度调制的主要优点是抗干扰性强。调频主要应用于调频广播、
广播电视、通信及遥测等;调相主要应用于数字通信系统中的移相键控。
调频与调相所得到的已调波形及方程式是非常相似的。因为当频率有所变动时,相
位必然跟着变动;反之,当相位有所变动时,频率也必然随着变动。因此,调频波和调
相波的基本性质有许多相同的地方。但调相制的缺点较多(详见后文),因此,在模拟系统
中一般都是用调频,或者先产生调相波,然后将调相波转变为调频波。
调频波的指标主要有以下几个:
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zhangzx99
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