频分复用和超外差接收机的仿真模型

实验八题目：频分复用和调幅收音机的建模与仿真实现实验目的：通过建模和仿真验证频分复用的原理，仿真验证超外差接收机原理和模型，观察信道噪声以及检波参数对解调信号的影响。

实验要求：学会应用模拟调制和解调的原理来构建一个调幅收发信系统。

理解混频和超外差接收的原理，检波原理，并以此构建出超外差接收机模型。

对调幅发信机（电台），信道以及接收机进行封装，对频分复用FDMA原理进行验证。

实验内容：（1）仿真参数设计要求：仿真步长：固定，1e-7秒。

a.调幅发射机参数：音频信号：正弦波，幅度0~1V，频率50Hz～3000Hz可调（可设置）。

表达式为：A cos 2p Ft0 <A< 150 <F< 3000载波：正弦波，幅度为1V，频率535KHz～1605KHz可设置。

表达式为：cos 2p f c t , 535000 <f c< 1605000 。

调幅输出波形表达式为：f(t )=[1 +A cos 2πFt] cos 2πf c tc.信道：利用Gain模块模拟信道衰减，信道噪声为加性白噪声，噪声均值为0，方差为0.01。

用Random Number模块实现。

d.接收机：混频器为理想乘法器，中频频率 465KHz，本振频率可调，接收频率范围是中波频段（535KHz～1605KHz），有 1 级中频放大器，1级低频放大。

采用半波检波器。

中频变压器（中周，即中频带通滤波器：中心频率 465KHz，带宽 6KHz，滤波器阶数为2 阶）。

（2）仿真结果要求：a.得出调幅发射机的发送波形图。

b.接收机检波前后的波形对比图。

c.改变噪声方差为0.1，观察输出波形有何变化？d.将3个不同载波频率的发射机发送的信号叠加起来，再用3个接收机分别接收其中的一个信号，验证频分复用的原理。

当两个发信机的载波频率靠得较近，例如相差4KHz，会产生什么现象？试解释之。

参考模型：仿真模型1仿真模型2实验报告内容和要求：（！！注意每部分得分情况！！）1.建立和封装（1）参数所要求的模型。

C.3.3 超外差式接收机的仿真一、工作原理1．超外差式原理是利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换为某个预先确定的频率的方法。

超外差原理最早是由 E.H.阿姆斯特朗于1918年提出的。

这种方法是为了适应远程通信对高频率、弱信号接收的需要，在外差原理的基础上发展而来的。

外差方法是将输入信号频率变化为音频，而阿姆斯特朗提出的方法是将输入信号变换为超音频，所以称之为超外差。

1919年利用超外差原理制成了超外差接收机。

这种接收方式的性能优于高频（直接）放大式接收，所以至今仍广泛用于远程信号的接收，并且已推广应用到测量技术等方面。

2．超外差原理框图如图C.14所示。

本地振荡器产生频率为fL的等幅正弦信号，输入信号是一中心频率为fc 的已调制频带有限信号，通常fL>fc。

这两个信号在混频器中混频，输出的差频分量称为中频信号，fI =fL-fc为中频频率。

输出的中频信号除中心频率由fc 变换到fI外，其频谱结构与输入信号相同，因此中频信号保留了输入信号的全部有用信息。

图C.14 超外差原理框图3．超外差原理的典型应用是超外差接收机（见图 C.15）。

从天线接收的信号经高频放大器放大，与本地振荡器产生的信号一起加入混频器混频，得到中频信号，再经中频信号放大、检波和低频放大，然后送给用户。

接收机的工作频率范围往往很宽，再接收不同频率的输入信号时，可以用改变本地振荡频率fL的方法使混频后的中频fI保持为固定的数值。

图C.15 超外差式接收机方框图4．接收机是接收信号的通信设备。

常采用超外差式接收机进行接收，其原因在于此接收机在解调前加入了载波频率变换与中频放大，由于其中频是固定的，其谐振电路一次调准后，不需随时调整，所以它的选择性好、增益高、工作稳定。

5．仿真时在输入端给出了一个调制信号与一个载波信息，使其两个信号进行幅度调制。

在接收端先与本振信号完成混频，把已调波信号的频谱搬移到中频区，接着让混频后的中频信号通过中频滤波器滤除多余的噪声和干扰，随后通过包络检波器提取包络，恢复原来的调制信号。

超外差收音机的工作原理及仿真任意的AM已调信号可以表示为Sam(t)=c(t)m(t)，当m(t)=A0+f(t);c(t)=cos(ωct+θ0)，且A0不等于0时，称为常规调幅，其时域表达式为：Sam(t)= c(t)m(t)= [A0 +f(t)] cos(ωct+θ0)超外差接收技术广泛用于无线通信系统中。

图4.9所示是一个基本的超外差收音机的原理框图。

下面以最常见的AM超外差收音机为例来说明。

通常的AM中波广播收音机覆盖的频率范围为540—1700KHz，中频IF频率为455KHz。

商业广播发射采用常规调幅，调制度接近1，且发射功率很大，因此收音机为节省成本、减小体积，一般解调器采用最简单的二极管包络检波。

本地振荡器的典型设置都高于所希望解调的RF信号，即所谓高边调谐。

输入滤波器用于抑止所不希望的信号和噪声，更重要的是去除与期望频率解调中频fIF有关的镜像频率2 fIF信号。

固定的中频IF滤波器用于提高收音机的接收选择性。

通过设计陡峭的滤波器边沿，能使进入解调器的相邻信道的能量最小。

实际电路使用陶瓷滤波器能得到很好的性能，增加一级增益后再检波。

一个基本的AM收音机的系统仿真框图如图4.10所示。

本例主要用于说明超外差AM收音机的工作原理及信号解调过程。

为节省仿真时间，没有按实际的540-1700KHz的频率覆盖范围和455KHz中频（IF）频率设计，而采用了20KHz作为IF。

另外设了30 KHz、40 KHz、50KHz三个载波频率的发射信号（模拟三个电台），模拟调制信号的带宽为5KHz以下。

并设希望接收的频率为第二个电台的频率40 KHz，收音机使用高边调谐，则本振LO应为40+20＝60KHz，且存在一个镜像干扰频率为40+2×20＝80KHz。

整个混频输入与混频输出的频谱搬移过程可以用图4.11表示。

系统采样速率设置为200KHz。

在图4.10的左边对应的是三个AM信号发生器，用来模拟三个电台。

沈阳工业大学信息科学与工程学院通信工程系MA TLAB课程设计报告课程 MATLAB课程设计设计题目频分复用和超外差接收机的仿真模型年级专业通信工程0903班指导教师刘笑楠组长：詹俊博学号：090404074组员：高延强 090404083王忠华 090404075陈圣宏 0904040812012年7月7日设计题目：频分复用和超外差接收机的仿真模型一设计原理在超外差式结构的接收机中，从天线接收的弱信号总是通过变频器转换為统一频率的中频信号，然后进行中频放大和处理，接着把达到解调电平要求的中频放大输出信号送入解调器还原為基带信号。

超外差式接收机是对单一频率段的中频信号进行处理，所以其放大器和滤波器的品质可以做得很高，而且放大和滤波性能不随传输载波频率变化而变化。

由於这些优点，现代通信接收机大多採用超外差式结构，在一些要求更高的通信接收机中，还採用多级混频的超外差式结构，将信号依次转换到不同的中频（称為第一中频、第二中频等等）上进行处理，以进一步提高对信号的选择性和干扰抑制能力。

二设计内容例仿真一台超外差式中波收音机的信号处理过程，其中以不同载波频率同时传输了两路不同的调幅信号，以对频分復用方式进行模拟。

接收机可通过设置不同的本机振荡频率来选择接收其中某一路信号。

调幅中波收音机的接收频率段為550KHz 到1605KHz，中频為465KHz。

调幅传输模型同实例，试对超外差式中波收音机建模，要求接收频率范围可调。

三模型设计思路根据题设要求建立的模型如图1所示。

其中将两个调幅发射机封装為子系统模型如图2图2封装子系统载波分别為1000KHz 和1200KHz，被调基带信号分别為1000Hz 正弦波和500Hz 的方波，幅度為0.3V。

為了模拟接收机距离两发射机距离不同引起的传输衰减，分别以「Gain1 」、「Gain2 」模块对传输信号进行衰减，最后在信道中加入白噪声并送入接收机。

為简单起见，接收机模型中没有设计输入选频滤波器和高频放大器，天线接收信号直接送入混频器进行混频。

一频分复用和超外差接收机仿真目的1熟悉Simulink模型仿真设计方法2掌握频分复用技术在实际通信系统中的使用3理解超外差收音机的接收原理内容设计一个超外差收接收机系统，其中发送方的基带信号分别为1000Hz的正弦波和500Hz的方波，两路信号分别采用1000kHz和1200kHz的载波进行幅度调制，并在同一信道中进行传输。

要求采用超外差方式对这两路信号进行接收，并能够通过调整接收方的本振频率对解调信号进行选择。

原理超外差接收技术广泛用于无线通信系统中，基本的超外差收音机的原理框图如图所示：图1-1超外差收音机基本原理框图从图中可以看出，超外差接收机的工作过程一共分为混频、中频放大和解调三个步骤，现分别叙述如下：混频：由天线接收到的射频信号直接送入混频器进行混频，混频所使用的本机振荡信号由压控振荡器产生，并可根据调整控制电压随时调整振荡频率，使得器振荡频率始终比接收信号频率高一个中频频率，这样，接受信号和本机振荡在混频器中进行相乘运算后，其差频信号的频率成分就是中频频率。

其频谱搬移过程如下图所示：图1-2 超外差接收机混频器输入输出频谱中频放大：从混频模块输出的信号中包含了高频和中频两个频率成分，这样一来只要采用中频带通滤波器选出进行中频信号进行放大，得到中频放大信号。

解调：将中频放大后的信号送入包络检波器，进行包络检波，并解调出原始信号。

步骤1、设计两个信号源模块，其模块图如下所示，两个信号源模块的载波分别为1000kHz，和1200kHz，被调基带信号分别为1000Hz的正弦波和500Hz的三角波，并将其封装成两个子系统，如下图所示：图1-2 信源子系统模型图2、为了模拟接收机距离两发射机距离不同引起的传输衰减，分别以Gain1和Gain2模块分别对传输信号进行衰减，衰减参数分别为0.1和0.2。

最后在信道中加入均值为0，方差为0.01的随机白噪声，送入接收机。

3、接收机将收到的信号直接送入混频器进行混频，混频所使用的本机振荡信号由压控振荡器产生，其中压控振荡器由输入电压进行控制，设置Slider Gain模块，使输入参数在500至1605可调，从而实现本振的频率可控。

AM超外差收音机设计仿真一.课程设计目的（1）通过本次课程设计了解超外差AM收音机的结构。

（2）分別以数学分析以及频谱分析说明超外差式AM收音机的原理。

（3）了解超外差式AM收音机的镜像频率干扰问题。

二．课程设计要求（1）超外差AM收音机结构及原理说明（2）图解超外差AM收音机系统（3）超外差AM收音机模拟及分析（4）镜像频率干扰分析三．课程设计原理超外差式收音机是指输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程，由射频放大器，混频器，本地振荡器,中频放大器，解调器组成，如果把收音机收到的广播电台的高频信号，都变换为一个固定的中频载波频率（仅是载波频率发生改变，而其信号包络仍然和原高频信号包络一样），然后再对此固定的中频进行放大，检波，再加上低放级，就成了超外差式收音机。

从天线接收的信号经射频放大器放大，射频意指高频，通常是指载波频率。

两个可变电容分別被使用來调谐射頻放大器和本地振荡的频率，以达到选择想要接收到射频信号的目的。

本地振荡的频率为 fLO = fc + fIF，其中 fc 为想要接收的AM信号的载波频率。

本地振荡器的调谐范围是952~2055 KHZ。

混频器输出频率为其输入信号频率相加与相减的信号。

(混頻器的数学模型相当于乘法器) ，其中差值频率称为中频，一般超外差AM 收音机的 fIF = 455 KHZ 。

从天线接收的信号经放大及混频处理后转换至中频与其他频带，这个频率转换的优点在于，任何载波频率的无线信号，皆可使用单一的调谐中频放大器。

中频放大具有滤波功能，具有较窄的频宽，以确保能隔绝频宽以外不需要的信号，因中频放大器頻宽窄，容易设计高增益的放大电路，提供了超外差收音机大部份的增益，而且关系著收音机的选择性。

设接收讯号为：接收信号通过混频器的输出信号表示为：()[1()]cos(2)c a c r t A k m t f t π=+上述信号有两个信号分量，一個分量的频谱中心点落于頻率 fIF ，另一個分量的频谱中心点则落在频率2 fc+ fIF ，中频放大器的输出是一个调幅信号，其载波频率为fIF ，载波頻率为fIF 的调幅信号通过包络检波器，解调得到所选择到要的电台信号m(t) ，包络检波器的输出被放大，通过扬声器播放。

移动通信系统中正交频分复用系统的仿真与实现(基于MATLAB)正交频分复用系统的仿真与实现。

正交频分复用的应用意义近年来，无线通信技术正以前所未有的速度发展。

由于用户对各种实时多媒体服务需求的增加和互联网技术的快速发展，未来的无线通信和技术将有更高的信息传输速率，为用户提供更大的便利，其网络结构也将发生根本性的变化。

随着人们对数据的需求、通信的个性化和移动性，正交频分复用技术已经广泛应用于无线接入领域。

正交频分复用是一种特殊的多载波传输方案，它结合了数字调制、数字信号处理和多载波传输技术。

它目前被认为是频谱利用率最高的通信系统。

它具有传输速率快、抗多径干扰能力强的优点。

目前，数字音频广播(DAB)和地面数字视频广播(DV B)中的正交频分复用技术——由于用户对各种实时多媒体服务需求的增加和互联网技术的快速发展，未来的无线通信和技术将有更高的信息传输速率，为用户提供更大的便利，其网络结构也将发生根本性的变化。

随着人们对数据的需求、通信的个性化和移动性，正交频分复用技术已经广泛应用于无线接入领域。

正交频分复用是一种特殊的多载波传输方案，它结合了数字调制、数字信号处理和多载波传输技术。

它目前被认为是频谱利用率最高的通信系统。

它具有传输速率快、抗多径干扰能力强的优点。

目前，正交频分复用技术被用于数字音频广播和地面数字视频广播。

首先，选择导频信息。

由于信道通常是衰落信道，信道需要被连续跟踪，所以导频信息也必须被连续发送。

二是设计复杂度低、导频跟踪能力强的信道估计器。

(3)信道编码和交织为了提高数字通信系统的性能，信道编码和交织是常用的方法。

对于衰落信道中的随机误差，可以采用信道编码。

对于衰落信道中的突发错误，可以使用交织技术。

(4)降低峰均功率比由于正交频分复用信号是时域中的N个正交子载波信号的叠加，当这N个信号全部由峰值相加时，正交频分复用信号也将产生最大峰值功率，它是平均功率的N倍。

虽然峰值功率出现的概率很低，但是为了以高PAPR传输这些正交频分复用信号而不失真，导致极低的传输效率，接收端还需要前端放大器和模数转换器的高线性度。

t c ωcos 图3-1线性调制系统的一般模型3 模拟调制系统的设计与分析模拟调制系统可分为线性调制和非线性调制，本课程设计只研究线性调制系统的设计与仿真。

线性调制系统中，常用的方法有AM 调制，DSB 调制，SSB 调制。

线性调制的一般原理：载波：)cos()(0ϕω+=t A t s c调制信号：)cos()()(0ϕω+=t t Am t s c m式中()t m —基带信号。

线性调制器的一般模型如图3-1在该模型中，适当选择带通滤波器的冲击响应()t h ，便可以得到各种线性调制信号。

线性解调器的一般模型如图3-2图3-2线性解调系统的一般模型其中()t s m —已调信号，()t n —信道加性高斯白噪声3.1 AM 调制3.1.1 AM 调制解调原理标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅(AM)。

假设调制信号()t m 的平均值为0，将其叠加一个直流分量0A 后载波相乘(图3-3)，即可形成调幅信号。

其时域表达式为()()00cos cos cos AM c c c S A m t t A t m t t ϖϖϖ=+=+⎡⎤⎣⎦式中：0A 为外加的直流分量；()t m 可以是确知信号，也可以是随机信号。

设计的AM 调制模型如图3-3图3-3 AM 调制模型 本电路采用了相干解调的方法进行解调，其组成方框图如图3-43.1.2 AM 调制解调仿真电路根据以上原理用SystemView 仿真出来的电路图如图3-5具体参数：调制信号幅值：1Vt s图3-4相干解调法组成框图图3-5 AM 调制系统的仿真图调制信号频率：10H Z载波频率：450H Z在此设计的通信系统中，信道内无高斯白噪声。

3.1.3 AM调制解调仿真仿真波形仿真后的波形如图3-6图3-6 AM调制系统仿真波形其中基带信号频谱、已调信号频谱及解调后信号频谱如下图3-7所示图3-7频谱比较图3.1.4 AM 调制系统仿真结果分析AM 调制为线性调制的一种，由图3-6可以看出，在波形上，已调信号的幅值随基带信号变化而呈正比地变化；由图3-7可以看出，在频谱结构上，它完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。

通信系统原理实验——频／时分复用（多址）技术仿真一、实验目的通过本实验，学生应达到以下要求：1.了解Matlab/Simulink仿真工具，会用Simulink进行FDMA-TDMA——频／时分复用（多址）技术的建模与仿真；2.加深对FDMA-TDMA——频／时分复用（多址）技术原理的理解；3.利用Matlab/Simulink仿真工具进行FDMA-TDMA——频／时分复用（多址）技术的仿真，会分析其时域、频域特性。

二、实验仪器及设备Matlab/Simulink软件仿真工具三、实验原理1. Simulink简介Simulink是MATLAB中的一个建立系统方框图和基于方框图级的系统仿真环境，是一个对动态系统进行建模、仿真并对仿真结果进行分析的软件包。

使用Simulink可以更加方便地对系统进行可视化建模，并进行基于时间流的系统级仿真，使得仿真系统建模与工程中的方框图统一起来。

并且仿真结果可以近乎“实时”地通过可视化模块，如示波器模块、频谱仪模块以及数据输入输出模块等显示出来，使得系统仿真工作大为方便。

Simulink使得用户可以用鼠标操作将一系列可视化模块连接起来，从而建立直观的功能上更为复杂的系统模型，避免了编写MA TLAB仿真程序，简化了仿真建模过程，更加适用于大型系统的建模和仿真，如对IS-95 CDMA通信系统全系统的建模仿真工作。

2. 利用Simulink进行通信系统仿真的必要性实际的数字通信系统需要完成从信源到信宿的全部功能，这通常是比较复杂的。

对这个系统做出的任何改动（如改变系统的结构、改变某个参数的设置等）都可能影响到整个系统的性能和稳定性。

在设计新系统或者对原有的通信系统做出修改或者进行相关的研究时，通常要进行建模和仿真，通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统中。

通过仿真，可以提高研究开发工作的效率，发现系统中潜在的问题，优化系统整体性能。

*******************实践教学*******************2013年秋季学期《计算机通信》课程设计题目：频分多路复用系统的仿真设计专业班级：姓名：学号：指导教师：成绩：摘要频分复用是一种用频率来划分信道的复用方式。

在FDM中，信道的带宽被分成多个相互不重叠的频段（子通道），每路信号占据其中一个子通道，并且各路之间必须留有未被使用的频带（防护频带）进行分隔，以防止信号重叠。

在接收端，采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。

本次以“频分多路复用系统的仿真设计”为题目的《计算机通信》课程设计，在MATLAB仿真环境为基础，利用SIMULINK仿真工具,根据频分复用的原理，仿真频分多路复用系统。

并设计必要的带通滤波器、低通滤波器，从复用信号中恢复所采集的语音信号。

最后通过系统仿真波形图对系统进行分析。

通过本次《计算机通信》课程设计，再次熟悉了频分复用的相关理论知识，对如何通过SIMULINK仿真工具进行系统仿真也有了更清晰的认识和掌握。

关键词：频分多路复用；MATLAB；SIMULINK仿真目录前言 (2)一、频分多路复用技术的基本原理 (3)二、频分复用系统结构和各模块设计原理 (6)2.1 频分复用通信系统模型建立 (6)2.2 频分复用系统的滤波器设计 (6)2.2.1 带通滤波器设计 (6)2.2.2 低通滤波器设计 (7)2.3 信道噪声 (7)三、基于SIMULINK的频分复用系统仿真实现 (8)3.1 SIMULINK简介 (8)3.2 SIMULINK的使用步骤 (8)3.3 SIMULINK仿真频分多路复用系统 (10)3.3.1 模拟信号和调制后信号时域波形 (10)3.3.2 复用后信号传输时的仿真 (13)3.3.3 解调信号的频谱仿真 (14)3.3.4 恢复信号的时域与频域仿真 (15)总结 (16)致谢 ........................................................................................................................................ 错误!未定义书签。