《通信原理》课程设计报告2FSK与PAM混合调制的非相干解调系统仿真.docx

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《通信原理》课程设计报告2FSK与PAM混合调制的非相干解调系统仿真

《通信原理》课程设计报告-2FSK与PAM混合调制的非相干解调系统仿真

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第1页共21页

长沙理工大学

《通信原理》课程设计报告

学院计算机与通信工程专业通信工程班级通信0901学号200957学生姓名指导教师吴志敏课程成绩完成日期2011/12/16

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第2页共21页

课程设计任务书

计算机与通信工程学院通信工程专业

2011,2012学年第一学期16,17周课程名称通信原理时间

学生姓名指导老师吴志敏

题目2FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真

主要内容:

利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，设计一个2FSK与PAM混合调制与非相干解调通信系统，分别在理想信道和非理想信道中运行，并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设计的系统性能。

要求:

1）构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后

信号频谱的变化。

2）再以调制信号为输入，构建解调电路，用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分

析模块观察调制前后信号频谱的变化。

3）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:

用高斯白噪声模拟

有线信道，并将噪声源的方差适当设置，分析比较通过三种不同信道后的接收信号的

性能。

4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论

文，能正确阐述和分析设计和实验结果。

应当提交的文件:

（1）课程设计学年论文。

（2）课程设计附件（主要是源程序）。

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第3页共21页

课程设计成绩评定

学院计算机与通信工程专业通信工程班级通信0901学号学生姓名**指导教师吴志敏完成日期2011-12-16

指导教师对学生在课程设计中的评价

评分项目优良中及格不及格

课程设计中的创造性成果

学生掌握课程内容的程度

课程设计完成情况

课程设计动手能力

文字表达

学习态度

规范要求

课程设计论文的质量

指导教师对课程设计的评定意见

综合成绩指导教师签字年月日

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第4页共21页

FSK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运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台设计进行FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真。

在本次课程设计中先根据FSK与PAM混合调制与解调原理构建调制解调电路，从Simulink工具箱中找所各元件，合理设置好参数并运行，其中可以通过不断的修改优化得到需要信号，之后加入高斯，并分析对信号的影响，最后通过对输出波形和功率谱的分析得出2FSK调制解调系统仿真是否成功。

关键词Simulink;FSK;PAM;混合调制;非相干解调

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第5页共21页

1引言..............................................................6

1.1课程设计目的.....................................................6

1.2课程设计步骤.....................................................62基本原理............................................................7

2.1FSK调制与解调...................................................7

2.2PAM调制与解调...................................................93系统设计...........................................................11

3.1FSK与PAM混合调制.............................................11

3.2FSK与PAM非相干解调...........................................15

3.3加入高斯噪声的FSK与PAM混合调制与非相干解调....................18

4仿真电路分析与总结................................................205结束语.............................................................21

参考文献.............................................................22

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第6页共21页

1引言

本次课程设计主要运用MATLAB软件，在Simulink平台下建立仿真模型。

实现模拟基带信号经FSK与PAM混合调制与非相干解调的传输过程，通过分析比较调制解调输出波形以及功率谱特征，理解FSK与PAM混合调制原理。

在分别加入高斯噪声，观察对波形的影响，并对其进行分析总结。

1.1课程设计的目的

通信原理是通信工程专业的一门骨干的专业课，是通信工程专业后续专业课的基础。

掌握通信原理课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础，可提高处理通信系统问题能力和素质。

由于通信工程专业理论深、实践性强，做好课程设计，对学生掌握本专业的知识、提高其基本能力是非常重要的。

通信课程设计的目的是为了学生加深对所学的通信原理知识理解，培养学生专业素质，提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后的专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。

使学生能比较扎实地掌握本专业的基础知识和基本理论，掌握数字通信系统及有关设备的分析、开发等基本技能，受到必要工程训练和初步的科学研究方法和实践训练，增强分析和解决问题的能力，了解本通信专业的新发展。

1.2课程设计的步骤

（1）构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。

（2）再以调制信号为输入，构建解调电路，用误码测试仪测量误码率，用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。

（3）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:

a用高斯白噪声模拟有线信道;b用瑞利噪声模拟有直射分量的无线信道;c用莱斯噪声模拟无直射分量的无线信道。

将三种噪声源的方差均设置为0.1，分别观察此时的误码率与无噪声时的误码率有何区别。

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第7页共21页（4）在系统中固定选择一种噪声源，改变信噪比，测试各种不同情况下的误码率，并绘制出误码率随信噪比的变化曲线。

此时要求用m文件中的sim（‘模块名’）来启动仿真，并将各种信噪比下的误码率输出至工作空间保存，并绘图。

（5）可以尝试在接收端加滤波器，观察调制性能变化。

2基本原理

2.1FSK的调制与解调

（1）2FSK的调制原理

在二进制频移键控（2FSK）中，当传送“1”码时对应于载波频率，传送“0”码时对应于载波频率。

其中，，为频率为的载波的初始相位，为频率为的载波的初始相位。

令为的反码，即

则有:

当时，;当时，。

则2FSK信号可表示为:

其中，我们在分析中假设为单个矩形脉冲序列，其表达式为:

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第8页共21页

由式上式可知，相位不连续的2FSK信号可以看成是两个2ASK调幅信号之和。

二进制移频键控信号的产生,可以采用模拟调频电路来实现,也可以采用数字键控的方法来实现.图2-1是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图,图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制,在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一.。

图2–1数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第9页共21页

图2-2二进制移频键控信号的时间波形

从图中可以看出b是a的反码即若a=1,则b=0,若a=0,则b=1;c为载波f1，d为载波f2，g为2FSK的调制出的信号。

（2）2FSK的解调原理

经过调制后的2FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器w1、w2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲，最后解调出来的信号就是调制前的输入信号。

本设计要求非相干解调，其原理图如下图所示:

图2–3二进制移频键控信号解调器原理图

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第10页共21页

图2–42FSK非相干解调时间波形图

2.2PAM调制解调原理

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。

（1）幅度调制原理

设脉冲载波以s（t）表示，它是由脉宽为τ秒、重复同期为Ts秒的矩形脉冲

fH串组成，其中Ts是按抽样定理确定的，即有Ts=1/

（2）秒。

其产生方框图为2-5（a）所示，基带信号的波形及频谱如图2-5（b）所示;脉冲载波的波形及频谱如图2-5（c）所示;已抽样的信号波形及频谱如图2-5（d）所示。

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第11页共21页

图2-5矩形脉冲为载波调制原理与波形和频谱

因为已抽样信号是与的乘积，所根据频率卷积定理，可以写出相应xt（）st（）

1,的频域表达式:

（2-1）XsSanXn,,[X（）*S（）]=HH（）（）

（2）,,,,,,,,,πT2

式（3-6）中是的频谱函数，根据信号的定义可以认为，表示S（）,St（）St（）St（）的矩形脉冲串是由脉宽为τ秒的门函数与周期性冲激函数卷积得到，gt,（）,T（）t根据频率卷积定理，其相应的时域和频域表达式分别如下:

,,,1,||/2tgtGS,（）（）（）,,,a,,,,0,||/2t,,2

2π,,,,,,,TsTHttkTn,,,,,（）（）（）

（2）,,sT

2π,（2-2）stgttSGSann,,,,,,,,TTHH,（）（）（）（）（）（）（）

（2）,,,,,,,,,,,Ts

（2）PAM的解调原理

图2-6矩形脉冲为载波解调原理图

（/）（）,,TXsn分析式（2-2）可以发现，当=0时得到的频谱函数为，与信号xt（）X（）,（/）,Ts的频谱函数进行比较，只是差一个比例常数，因此，采样频率

ffsH?

2fBffHsH?

?

只要满足，就可以用一个带宽满足的理想低通滤波器，把X（）,xt（）的成分取出来，以不失真地恢复的波形如图3.4所示。

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第12页共21页

3系统设计

3.1FSK与PAM混合调制

（1）FSK与PAM混合调制部分

打开simulink工具箱，点击file图标，选择新建中的model，新建一个仿真空白模型，将2FSK信号调至所需要的模块拖入空白模型中，也可点击鼠标左键单击“addtountitled”。

下图中BernoulliBinaryGenerator模块为随即序列信号模块，Sinewave，Sinewave1为频率为f1和f2载波模块，PulseGenerator为脉冲产生器模块，Product为乘法器模块，Scope为示波器模块，NOT为反相器模块，PowerSpectra是功率谱模块，ToFile为封装模块，目的是方便调用调制部分。

调制模型图如下图所示:

图3-1FSK与PAM混合调制部分的simulink模型方框图

（2）2FSK的调制部分参数设置

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第13页共21页

图3-2sinewave的参数设置图3-3sinewave1的参数设置

图3-4PulseGenerator1的参数设置

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第14页共21页（3）2FSK与PAM混合调制部分仿真以及功率谱分析

经过以上参数的设置后就可以进行系统的仿真，其各点的时间波形如下:

图3-6FSK与PAM混合调制波形图图3-5PAM调制波形图

其中图3-5中，第1段图形为载波f1的波形图;第2段位信号源的波形图;第3段为载波f2的波形图;第4段为f1和f2的调制波形。

图3-6中，第一段图形为FSK调制波形;第二段图形为随机脉冲即PAM波形;第三段图形为FSK与PAM混合调制波形。

调制前后频谱分析如下图:

图3-7调频前频谱

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第15页共21页

图3-8调频后的频谱

由图可知基带信号的频谱在调制前后只是显现搬移，未发生较大变化。

3.2FSK与PAM混合调制信号的非相干解调

（1）FSK与PAM混合调制非相干解调部分

打开simulink工具箱，点击file图标，选择新建中的model，新建一个仿真空白模型，将2FSK信号调至所需要的模块拖入空白模型中，也可点击鼠标左键单击“addtountitled”。

下图中FromFile模块为调制部分的封装ToFile模块，GaussianNoise

Generator模块为高斯噪声产生器，AnalogFilterDesign模块为带通滤波器，Abs模块为绝对值，其作用等同于保罗检测器，Scope模块为示波器，Subtract模块对信号进行加法或减法运算，PowerSpectral模块是功率谱，Zeroorderhold模块的功能为零阶保持模块，QuantizingEncoder为量化编码器模块，Zeroorderhold和QuantizingEncoder的作用等同于在定时脉冲下的抽样判决器。

解调模型图如下图所示:

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第16页共21页

图3-9FSK与PAM调制部分的simulink模型方框图

（2）2FSK的调制部分参数设置

图3-10低通滤波器2参数设置图3-11低通滤波器3的参数设置

图3-12带通滤波器的参数设置图3-13带通滤波器1的参数设置

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第17页共21页

图3-14QuantiringEncoder的参数设置

图3-15高斯噪声的参数设置（3）FSK与PAM混合调制解调部分仿真以及功率谱分析

图3-16FSK与PAM信号解调部分的simulink模型方框图

第1段是载波f1经过解调的波形图;第2段是载波f1和f2经过解调的波形图;第3段是f1经过全波整流出现的波形图;第4段是f2经过全波整流出现的

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第18页共21页波形图;第5段是经过包络检波出现的波形图;第6段为解调后出现的波形图;第7段为信号输入的波形图。

在0~1时间段出现延时。

解调前后频谱分析如下图:

-17图3-18图3

从上图可以看出，经过非相干解调后，出去由于系统误差产生延迟外，其他解调后信号功率谱与原信号功率谱是能一一对应的。

3.3加入高斯噪声的FSK与PAM非相干解调

高斯噪声是指它的概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）的一类噪声。

在理想信道调制与解调的基础上，在调制信号上加入高斯噪声，把Simulink噪声源下的高斯噪声模块（GaussianNoiseGenerator）加入到模型中。

噪声参数设置与波形图如下:

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第19页共21页

图3-19噪声方差设置为1

图3-20噪声方差为1时解调波形与输入波形对比

图3-21噪声方差设为2

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第20页共21页

图3-22噪声方差为2时时解调波形与输入波形对比

如图所示，图3-16为理想信道解调波形，图3-21和图3-22均为加入高斯噪声的波形，可通过修改参数表中的方差来改变加入噪声的大小，把噪声的方差分别设为1和2，与理想信道的输出波形相比较可以看出，波形均出现不同程度的失真，当方差为1的时候比较接近原理想信道下的波形图，当方差为2时，已经出现严重失真，并且失真是随着噪声方差的变化而发生改变，方差越小，通过加入噪声信道的波形就越接近理想信道的波形。

噪声能对信道产生不同程度的影响，不同的噪声使信号发生失真的参数各不相同。

在现实生活中，无处不存在着噪声，因此研究如何减小噪声对信道的影响有着重大意义。

4仿真电路分析与总结

在本次课程设计运用了MATLAB软件下Simulink建立工作模型，在仿真的过程中遇到了各种不同的问题，通过自己的探索和在老师和同学的帮助下总算得以解决，总结分析分析如下:

（1）运行后如没有出现波形、出现多路波形的混合或是出现波形的幅度过小或过大，可以点击scope菜单栏的或者点击鼠标右键，选择autoscale即可出现清晰波形。

（2）若出现波形很差，可以把修正因子（默认为1）加大，具体步骤为选择模型菜单中的“Simulink|configurationparameters|Dataimport/export”修改Decimation中数据（默认为1），可加大为50或100。

（3）调制模块中，如调制结果不明显，可以加大载波频率，一般来说载波频率要比基带频率大得多。

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第21页共21页

（4）若波形出错，可以把滤波器级数（默认为8）适当减小，使滤波器精确度变小，允许误差变大，便于波形的输出。

（5）在选择带通滤波器的参数时候要严格按照需要的频率范围取值，通过计算载波和基带信号的频率可以得出该频率范围取值。

（6）在整个仿真过程中，各模块的参数设置十分重要，一定要设置合适的参数，才会得出所需要的信号。

5结束语

经过为期两周的课程设计，在同学和老师的帮助下我顺利的完成了任务。

不同于在教室里上的理论，这次的课程设计需要将我们平时所学习的知识运用到实践之中，将知识学以致用。

因为是以所学理论为基础，所以在课程设计的过程中，我又重温2FSK的调制与解调等知识，更加熟悉了MATLAB里的Simulink工具箱，学会了独立建立模型，分析调制与解调结果，和加入噪声之后的情况，通过自己不断地调试，更好的理解加入噪声对信道的影响。

通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了实际操作能力，综合素质也得到了提高，进一步加深了了我们对专业的认识和激发了我们对专业的兴趣。

**《FSK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真》第22页共21页

参考文献

[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理.北京:

国防工业出版社，2006[2]达新宇（通信原理实验与课程设计（北京:

北京邮电大学出版社，2003[3]徐远明.MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用.西安:

西安电子科技大学出版社，2005

[4]张化光,孙秋野.MATLAB/Simulink实用教程.北京:

人民邮电出版社，2009[5]姚俊，马松辉.Simulink建模与仿真基础.北京:

西安电子科技大学出版社，2002

MATLAB通信仿真及应用实例详解（北京:

国防工业出版社，2003[6]邓华（