通信原理课程设计ASK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真.docx

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通信原理课程设计ASK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真

ASK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真

学生姓名：

指导老师：

摘要本课程设计主要用Simulink平台仿真一个ASK与PAM混合调制与非相干解调通信系统，并用图形输入法设计相关电路，用示波器和频谱模块分析系统性能。

在课程设计中，首先根据原理画出图形，然后构建调制解调电路，再在Simulink中调出各元件组成电路，接着设置调制解调电路中各个模块的参数值并加以运行，并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设置的系统性能。

通过波形分析，了解到本课程设计非常成功。

关键词Simulink；ASK、FAM平台；仿真

1引言

MATLAB的名称源自MatrixLaboratory，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。

MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用MATLAB产品的开放式结构，可以非常容易地对MATLAB的功能进行扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，不断完善MATLAB产品以提高产品自身的竞争能力。

总的来说，该软件有三大特点。

一是功能强大。

具有数值计算和符号计算、计算结果和编程可视化、数学和文字统一处理、离线和在线计算等功能；二是界面友善、语言自然。

MATLAB以复数处理作为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近；三是开放性强。

当学好MATLAB的同时，会更好的帮助自己去就解决一些难题，而且MATLAB拥有非常好的发展前途，对我们未来的帮助也是不可限量的。

1.1课程设计的目的

通过设计ASK与PAM混合调制与非相干解调系统，并使其在不同的噪声信道中运行，让我们进一步理解通信系统的基本组成、模拟通信和数字通信的基础理论、通信系统发射端信号的形成及接收端信号解调的原理、通信系统信号传输质量的检测等方面的相关知识。

学会综合运用这些知识，并把这些知识运用于实践当中，使所学知识在综合运用能力上以及分析问题、解决问题能力上得到进一步的发展，让自己对这些知识有更深的了解。

通过课程设计培养严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。

1.2课程设计的要求

（1）学习使用MATLAB下Simulink仿真平台构建相应的通信系统。

熟练掌握Simulink中的语法结构，编写方法。

（2）利用课堂所学知识，在Simulink仿真平台中设计ASK与PAM混合调制与非相干解调系统。

按照要求运行，检测系统仿真结果。

（3）按照老师要求，认真完成课程设计报告书，加深课堂理论的理解，能够正确阐述设计和实验结果。

（4）在老师的指导下，个人独立完成自己的设计任务，严禁抄袭。

2设计原理

2.1通信简介

通信的目的是传递消息中所包含的信息。

消息是物质或精神状态的一种反应，在不同时期具有不同的表现形式。

例如，话音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等都是消息（message）。

人们接收消息，关心的是消息中所包含的有效内容，即信息（information）。

通信则是进行信息的时空转移，即把消息从一方传送到另一方。

基于这种认识，“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”[1]。

2.2工作平台简介

MATLAB是美国MathWorks公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件，是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。

它集图示和精确计算于一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其他需要进行复杂数值计算的领域得到广泛应用。

它不仅是一个在各类工程设计中便于使用的计算工具，而且也是一个在数学、数值分析和工程计算等课程教学中的优秀的教学工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各类工业应用中更有不俗的表现。

MATLAB可以在几乎所有的PC机和大型计算机上运行，适用于Windows、UNIX等各种系统平台[2]。

Simulink作为MATLAB语言上的一个可视化建模仿真平台，起源于对自动控制系统的仿真需求，它采用方框图建模的形式，更加贴近于工程习惯。

目前，MATLAB/Simulink的应用已经远远超越了数值计算和控制系统仿真等传统领域，在几乎所有理工学科中形成了为数众多的专业工具库和函数库，日益成为科学研究和工程设计中日常计算和仿真实验的工具[3]。

2.3ASK调制与解调原理

一般来说，数字调制与模拟调制的基本原理相同，但是数字信号有离散取值的特点。

因此有两种基本调制方法：

一是可以把数字信号当成特殊的模拟信号处理；二是利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制，称之为键控法[1]。

振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。

在2ASK中，载波的幅度有无分别对应二进制信息“1”和“0”。

2ASK信号的产生方法有两种：

模拟调制法和键控法。

本次设计采用模拟调制。

ASK解调也有两种方法，分别为非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）[1]。

2.4FAM调制与解调原理

PAM类似于AM，用二进制脉冲序列作为载波受控于基带信号的幅度，就是取样定理。

而解调只需通过相关的低通滤波器，滤出基带信号。

3设计步骤

利用Simulink仿真平台构造出的ASK与PAM混合调制与非相干解调系统如3-1所示。

图3-1ASK与PAM混合调制与非相干解调仿真图

如仿真图所示，系统设置了四个示波器，分别表示ASK调制，ASK和PAM混合调制,ASK与PAM混合调制后解调和加入三种噪声后的输出信号。

此外，系统中在相应部分接入若干频谱分析模块，便于比较调制前后的信号的频谱变化。

仿真系统架构，不仅要找对每个对应的模块，还要对每个模块进行正确的参数设置。

在这里主要列举非相干解调的三个主要模块的参数设置图，如图3-2、3-3、3-4所示。

图3-2绝对值参数设置图

图3-3低通滤波器参数设置图

图3-4抽样判决器的参数设置图

3.1ASK与PAM混合调制

在仿真系统中，用“BernoulliBinaryGenerator”模块产生随机二进制脉冲序列；用“SineWave”函数产生正弦波作为载波。

此时需将载波频率设为相对高频，本系统设成5*pi。

再从相应模块调出乘法器“product”。

脉冲与载波两者通过乘法器相乘，即可获得ASK调制信号。

用“PowerSpectralDensity”分析，ASK调制前后的信号频谱如图3-5与图3-6所示；ASK调制的全过程则通过示波器1观察，如图3-7所示。

图3-5ASK调制前频谱图图3-6ASK调制后频谱图

从以上两幅频谱图可以看出，调制前后的功率谱波形基本一致，但是存在一定的延时，由此可得出结论：

调制成功。

图3-7ASK调制波形图

通道1是ASK信号的原始波形，通道2是标准正弦波，通道3是调制后的波形，经过对波形的观察，可以知道该调制过程是成功的。

因为是混合调制，所以将ASK调制信号作为PAM调制的基带信号处理。

另外从Simulink树状图中调出“PulseGenerator”，用来产生二进制脉冲。

两者通过乘法器相乘后，即可得出混合调制信号。

PAM调制前后的信号频谱如图3-8和3-9所示。

混合调制过程则通过示波器2观察得出，如图3-10所示。

图3-8PAM调制前频谱图图3-9PAM调制后频谱图

通过对以上两幅图进行比较，调制前后的功率谱波形一致，所以调制成功。

图3-10PAM调制过程

图3-7中，通道1是ASK调制后的波形图，通道2是FAM的原始波形图，通道3是混合调制波形图，通道4是混合调制后的信号经过低通滤波器之后的波形，从图中可以看出该调制过程很成功。

3.2PAM与ASK非相干解调

非相干解调只需将混合调制后的信号通过一个绝对值（Abs），就可以检出信号包络，然后再接一个低通滤波器，再经过一个抽样判决器即可恢复调制前的基带信号。

从库中调出“AnalogFilterDesign”,将滤波器类型设置为“Lowpass”低通，频率设置为4*pi即可。

解调前后的频谱，如图3-11和3-12所示。

示波器观察得出解调过程波形变化如图3-13所示，第5通道为PAM调制前的基带信号，与第6通道解调后的信号进行比较，从而可以看出，存在延迟。

图3-11解调前频谱图图3-12解调后频谱图

通过对以上两幅图的功率谱波形进行比较可以知道此次解调成功。

图3-13非相干解调波形图

图3-13中的通道5是调制前的原始波形，通道6是进行非相干解调后的波形，从图中可以看出这两个波形是基本一致的，只是通道6中的波形存在一定的延迟，由此可以断定，此次系统设计非常成功。

3.3叠加噪声的ASK与PAM混合调制系统的抗噪声性能

在调制与解调电路间加上噪声源，模拟信号在不同信道中的传输，分别为高斯白噪声、瑞利噪声、莱斯噪声。

用频谱模块分析观察得各频谱，分别为图3-15，图3-16，图3-17。

图3-14为理想信道输出信号的频谱。

用示波器分别观察各噪声信道的时域波形如图3-18，通道1为理想信道输出，通道2、3、4分别为高斯信道、瑞利信道、莱斯信道输出。

图3-14理想信道输出频谱图3-15高斯信道输出频谱

图3-16瑞利信道输出频谱图3-17莱斯信道输出频谱

通过对以上四幅图进行比较可以看出，后面三幅图的功率谱波形和第一幅图的功率谱波形有一定的出入，而且后两幅的功率谱波形的尾巴与理想比更高，由此说明这三个噪声对原始信号有一定的影响，但瑞利噪声和莱斯噪声的干扰更大。

图3-18各信道输出时域波形

图3-18中的通道1是解调后的波形图，通道2、3、4分别代表的是高斯、瑞利和莱斯信道的波形图。

从中可以看出三个噪声产生的影响。

通信系统中的噪声是叠加在信号上的，没有传输信号时通信系统中也有噪声，噪声永远存在与通信系统中，称之为加性干扰。

噪声对信号的传输是有害的，它能使模拟信号失真，使数字信号发生错码，并限制着信息的传输效率。

如图3-15所示，各类噪声对信道造成了不同程度的影响，其中高斯噪声影响较小，瑞利和莱斯噪声对系统信道影响较大。

从各信道的频谱也可以很明显地看出，后两种噪声的频谱发生了比较明显的变化。

正弦波加窄带高斯噪声的包络分布与信噪比有关。

由此可见，我们要在可能的条件下尽量地提高系统的信噪比，让传输信号最大不失真。

4遇到的问题及解决办法

初次接触Simulink仿真时不知从何下手，而且又全是英文界面，根本看不懂，以致我不知道到哪里去找相关模块。

后来经过指导老师的介绍，先了解函数库的分布和内容，并且下载了金山快译，使我在查找有关模块和翻译不懂的英文时真是得心应手。

相关仿真器件的属性设置拿捏不准，比如滤波器的频率高低，参数大小都不确定，不合适的频率、参数大小将导致信号失真。

调试时需要自己一个一个的慢慢调节，根据示波器观察的波形多次改变得出准确结果。

在做非相干解调部分时，没有区分相干调节和非相干调节，同时用到了乘法器和绝对值，从而导致波形失真，无法正确显示。

经老师指点，去掉乘法器，通过相应的调节，改变各元件的参数，终于得到正确的波形。

观察波形进行比较时，要将所比较的信号放到同一个示波器内进行观察，当所需的信号波形都一一比较真确后，再从新连好图形。

当理想信号和噪音信号在进行比较时，也可以用到这种方法。

5结束语

本次课设计历时2个星期，可谓是困难从从，不过在老师的悉心指导下，终于成功地完成了课程设计，同时对MATLAB/Simulink也有了更深一步的了解。

当在运用模块时，应该弄明白每个模块的作用，不懂的问题可以查阅参考书，或者请教其他同学和老师。

养成独立思考的习惯，加强自己的动手能力，即充分发挥主观能动性。

完成一个课程设计会让我们自己获益匪浅，理论用于指导实践，也必须应用于实践。

课设必须自己动脑动手，这样加深了对知识的理解，也能使自己对知识的运用更加娴熟。

这次课程设计就是一次理论结合实践的重要表现，让我把自己所学的知识更好的实践相关联，使自己的知识更加稳固。

总的来说，这次所设计的系统还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤的指导下，终于游逆而解，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的信心。

最后，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

参考文献

[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理.北京：

国防工业出版社，2008

[2]张圣勤.MATLAB7.0实用教程.北京：

机械工程出版社，2006

[3]邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析.北京：

清华大学出版社，2008