通信与电子系统CAD实验指导书(4)

实验四、线性系统的调制与解调仿真

1、实验目的

用SystemView实现模拟线性调制和解调系统的仿真 2、 实验原理

1） 标准调幅AM

如果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,或者载波的幅度在平均值处随调制信号线性变化,且载波是单频余弦信号的调制,称为标准调幅AM。 时域表示式：SAM(t)=[A0+f(t)]cosw0t 频域表示式：会出现过调制现象。

原理图:

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 A0>＝|f(t)|max,否则

2)双边带调幅DSB

在标准调幅时,由于已调波中含有不携带信息的载波分量,故调制效率较低。为了提高调制 效率,在标准调幅的基础上抑制掉载波分量,使总功率全部包含在双边带中。这种调制方式称为 抑制载波双边带调制,简称双边带调制(DSB)

时域表示式: SDSB(t)=f(t)cosw0t

频域表示式： SDSB(w)=[F(w+w0)+F(w-w0)]/2

实现双边带调制就是完成调制信号与载波信号的相乘运算。原则上,可以选用任何非线性 器件或时变参量电路来实现乘法器的功能,如平衡调制器或环形调制器。通常采用的平衡调制器 的电路简单、平衡性好,并可将载波分量抑制到-30~-40dB。双边带调制节省了载波功率,提高了 调制效率,但已调信号的带宽仍与调制信号一样,是基带信号带宽的两倍。由于双边带信号的频 谱是基带信号频谱的线性搬移,所以属于线性调制。 3)单边带调制SSB

双边带信号虽然抑制了载波,提高了调制效率,但调制后的频带宽度仍是基带信号带宽的2倍,而且上、下边带是完全对称的,它们所携带的信息完全相同。因此,从信息传输的角度来看,只用一个边带传输就可以了。我们把这种只传输一个边带的调制方式称为单边带抑制载波调制,简称为单边带调制(SSB)。采用单边带调制,除了节省载波功率,还可以节省一半传输频双边带信号的一个边带(上边带或下边带),因此产生单边带信号的最简单方法,就是先产生双边带。由于单

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边带调制中只传送生双边带信号然后让它通过一个边带滤波器这种产生单边带信号的方法称为滤波法。也可用三级滤波产生单边带信号。即采用多级频率搬移的方法实现:先在低频处产生单边带信号,然后通过变频将频谱搬移到更高的载频处。产生SSB信号的方法还有:相移形成法,混合形成法。

双边带调制的时域表达式为：SDSB(t)=f(t)cosω0t 设f(t)=Amcosωmt

则SDSB(t)=f(t)cosw0t = Amcosωmt cosω0t= 显然，保留上边带调制信号为：

SUSB(t)=

12Amcs(w0 ?wm)t 12Amcos(w0 ?wm)t ?12Amcos(w0?wm)t

=

Am2(cos w0 t coswmt -sinw0tsinwmt)

同理，保留下边带调制信号为：

SLSB(t)=

12Amcs(w0 ?wm)t =

Am2(cos w0 t coswmt ?sinw0tsinwmt)

由此可得到实现单边带调制的一种方法-------移相法，其原理图如下图所示：

调制信号

4）解调原理

对于AM调制系统，由于已调信号是以调制信号为包络的，可以使用包络检波法或相 干解调法进行解调，而DSB和SSB调制已经不存在这种对应关系，只能用相干解调法进 行解调。相干解调的一般模型如下图所示 已调信号

载波 移相900 移相900 + - 输出信号

输出

LPF 载波 3、实验内容

1)标准AM调制与解调系统电路仿真设计

要求：a) 仿真系统设计与构造

按照AM调制原理图和相干解调原理图设计系统电路仿真图，输入信号为10Hz

的正弦波，载波为100Hz的余弦波，幅度都为1V，直流信号A0用放大倍数为1.5的 放大器来模拟,解调输出的滤波器用模拟低通滤波器，滤波器截止频率为15Hz,滤波器 阶数为5。

b) 系统运行及分析

显示输入、输出信号的时域、频域图形，分析该调制系统的特征

思考题：i) 低通滤波器参数是如何来确定的？

ii) 为了保证包络检波中不发生失真，直流量A0 必需大于|f(t)|max , 为什么？

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2) 双边带调制与解调系统电路仿真设计

要求同1）

思考题：i) 为什么与AM调制相比，DSB提高了调制效率？ 3）选作题

单边带调制与解调系统电路仿真设计

要求：根据移相法原理图，构造系统仿真图，分别输出上边带和下边带，并用相干解调法解

调出原信号，其他要求同1) 思考题：

i) 与双边带调制相比，单边带调制有什么好处，用频谱图说明。

4、 实验报告要求

实验报告应该包括：设计原理方框图、设计参数说明、仿真结果分析（时域、频域等），以

及实验步骤

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实验五：数字基带传输系统在SystemView上的仿真 1、实验目的

1） 用SystemView构造无失真传输的系统仿真模型, 2） 验证奈奎斯特第一准则 3） 观测一实际系统的眼图

2、实验原理

原始二进制数字基带信号波形多数是矩形波，这些基带信号在频与内实际是无穷延伸的，因此，如果直接采用矩形脉冲的基带信号作为传输码型，就要求信道的频带是无限的，由于实际信道的频带是有限的，则传输系统接收端所得的信号频谱必定与发送端不同，这就造成接收端数字基带信号的波形失真。

根据频谱分析的基本原理可知，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，其信号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而发生误判的问题。

因此，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的浪费带宽，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解决途径。例如将基带信号编码，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。

下图为一个简单基带传输系统组成框图

奈奎斯特第一准则给出了消除这种码间干扰的方法，并指出信道带宽与码速率的基本关系，即：

PN码 发生器 形 成 滤波器 ＋ 高 斯 噪声源 低 通 接 收 判 决 加性高斯低通型信道 图 简单基带传输系统组成框图

Rb?1T?2bf?2NBN

式中Rb 位传码率，单位为B/s（波特/秒）。fN 和BN为理想信道的低通截止频率和奈奎斯特带宽。

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可用滚降系数?表示：

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B???fNNf

0???1

其中B表示滚降信道的带宽，利用升余弦滚降滤波特性可使传输信号具有较大的功率，产生收敛块儿码间干扰小的效果。

评价基带传输系统性能的一个简便法方法就是眼图，眼图的功能和使用方法见2.4.2。

3、实验内容

1) 构造无失真传输的系统仿真模型

要求：a) 仿真系统设计与构造

按照基带传输系统模型原理图设计系统电路仿真图，以双极性PN码发生器模

拟一个数据信源，码速率为100bit/s，低通型信道噪声为加性高斯噪声（标准差＝0.3v）, 形成滤波器用升余弦滚降滤波器，?设置为0.3，用一个抽头为259的FIR低通滤波 器来近似模拟理想的传输信道，滤波器的截止频率设为50Hz。抽样判决电路由算子 库中的采样器Sample、保持器Hold以及逻辑库中的缓冲器Buffer构成。抽样器的频 率与数据信号的数据率一致，即100Hz。

b) 系统运行及验证奈奎斯特第一准则

先关闭噪声信号，运行系统，然后加入一定幅度噪声，再运行系统

1）观测信源PN码输出波形

2）形成滤波器后的码序列波形 3）信道输出的接收波形

4）判决比较输出波形

5）PN码和波形形成器输出功率谱对比

c) 眼图观察

1）观察信道无噪声时的眼图

2）观察信道噪声比为10dB时的眼图

2） 思考题：i) 为什么FIR低通滤波器的截止频率设为50Hz？

ii) 将输入信号的波特率由100b/s改为110b/s，重新运行系统，系统是否能正常传

输？同样，改变噪声幅度，观察输出波形发生什么现象？原因是什么？

3）选作题

设信道可用带宽为3000Hz，若传送的信号是余弦滚降二进制脉冲，考虑滚降系数

?=0.25、0.5、1的三种情况，可用的传输比特率（b/s）分别是多少？ 要求：构造系统仿真图，其他要求同1)

4、 实验报告要求

实验报告应该包括：设计原理方框图、设计参数说明、仿真结果分析（时域、频域等），以及实验步骤

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