天津理工大学计算机与通信工程学院通信工程专业设计说明书
基于Matlab/Simulink
的PCM调制解调仿真设计与研究
姓名史波
学号 20102147
班级 10通信3班
指导老师白育堃、王俊峰
日期 2013.11.26
目录
摘要： (1)
关键词： (1)
一Matlab及simulink简介 (2)
1.1 Matlab简介 (2)
1.2 Matlab的功能和特点 (2)
1.3 Simulink简介 (3)
1.4Simulink的功能和特点 (3)
二PCM基本原理 (4)
2.1 抽样 (4)
2.2 量化 (4)
2.3 编码 (7)
2.4 时分多路复用 (8)
三PCM系统仿真电路设计 (9)
3.1 总体设计思想 (9)
3.2 各模块的设计和仿真图形分析 (10)
3.2.1 PCM编码模块设计 (10)
3.2.2 PCM解码模块设计 (13)
3．2.3 PCM系统总体模块 (15)
结束语 (18)
结论 (19)
参考文献 (20)
摘要：
本设计结合PCM的抽样、量化、编码原理，利用MATLAB软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统的建模与仿真分析。课题中主要分为三部分对脉冲编码调制（PCM）系统原理进行建模与仿真分析，分别为采样、量化和编码原理的建模仿真。同时仿真分析了采样与欠采样的波形、均匀量化与A律13折线非均匀量化的量化性能及其差异。通过对脉冲编码调制（PCM）系统原理的仿真分析，设计者对PCM原理及性能有了更深刻的认识，并进一步掌握MATLAB软件的使用。
关键词：脉冲编码调制（PCM）均匀与非均匀量化 MATLAB
一Matlab及simulink简介
Matlab是由美国的mathworks公司出品的一款商业性数学软件。可用于数据的可视化、算法的开发、数值的计算和数据分析的交互式的环境和高级的技术计算语言。其主要包括SIMULINK与MATLAB两大部分。
1.1 Matlab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、金融和其它需要进行复杂数值计算的领域得到了广泛应用。它不仅是一个在各类工程设计中便于使用的训‘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等多种系统平台。MATLAB作为一种科学计算的高级语言之所以受欢迎，就是因为它有丰富的函数资源和工具箱资源，编程人员可以根据自己的需要选择函数，而无需再去编写大量繁琐的程序代码，从而减轻了编程人员的工作负担。
1.2 Matlab的功能和特点
我这次所要选用的软件是MATLAB，因为这款软件的功能很是强大，学习起来也很方便，仿真也比较容易实现。
MATLAB具有以下六个特点：
（1）较高的编程效率
（2）MATLAB把连接、编辑、编译及其执行融合为一体。可以使用户方便的使用。
（3）具有很强扩充能力，数学运算可以直接调用丰富得库函数用户文件也能调用当做库函数。
（4）matlab的语句很简单，内涵也是十分的丰富
（5）在matlab中矩阵和数组运算是十分高效十分方便的
（6）有一系列绘图命令可调用，能够更加方便的进行绘图，自变量可调。
1.3 Simulink简介
Simulink是MATLAB软件中最重要的组件之一。在Simulink的仿真环境中，不用过多的添加各种大量的程序代码，只用在Simulink的仿真界面上添加自己需要的各种仿真器件即可构造出庞杂的通信系统。基于Simulink的操作方便，使用灵活的特点，各种公司也积极的对它加以使用。其中，PCM技术的编码与解码就在该环境之下成功的进行了设计研究。
1.4Simulink的功能和特点
连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间的需求都可以使用工具Simulink进行建模，在这种仿真平台之中，不同的系统部分可以运用不同的速率，即不同部分可以使用不一样的采样速率。Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI）以创建动态系统模型，这个过程只需要使用鼠标即可，操作简单方便。
大量产品扩展了Simulink多领域建模功能这是构架在Simulink基础之上的。Simulink是MATLAB中的一个仿真平台，它能够使用MATLAB中的各种的工具来进行各种所需的运算和仿真。
Simulink的特点：
以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理。
丰富的可扩充的预定义模块库。
提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成并且可以交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图。
使用Embedded MATLAB 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法。
诊断设计的性能和异常行为的仿真结果观察方便。
二 PCM 基本原理
脉冲编码调制（PCM ）简称脉码调制，它是一种用二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。因为此种通信方式抗干扰能力强，因此在光钎通信、数字微波通信、卫星通信中均获得了极为广泛的运用。PCM 信号的形成是模拟信号经过“抽样、量化、编码”三个步骤实现的。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT 的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A 律和μ律方式，我国采用了A 律方式，由于A 律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码。
2.1 抽样
抽样，即是对模拟的信号所进行的周期性的扫描，将在时间上连续的信号变为在时间上离散的信号。这个模拟信号经过抽样以后还应要包含原有信号当中所有信息，也就是说能够无失真的恢复原有模拟信号。抽样定理可确定其抽样速率下限。于一个频带限制在(0，f h )内的时间连续信号f(t)，若以1/2 f h 的时间间隔对它进行抽样，以此能完全恢复有原信号依靠这些个抽样值。也就是说，要是一个连续信号f(t)的频谱当中其最高的频率不大于f h ，在抽样的频率f s ≥2f h 时候，原有连续的所有信息也就包含于抽样后的信号[1]。这就是抽样定理。
2.2 量化
从数学上来看，量化是将一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合[5]。像图 3.1所展现出来的量化器Q 传输出来M 个量化的值yk ，k=1，2，3，…，M 。yk 常被称作量化电平或者是重建电平。在量化器所要输进去的信号的幅度值x 落在xk
和xk+1当中的时候，量化器就传送输出的电平是yk 。此量化过程就可写成表达式为：
Y=Q(x)=Q{Xk 一般来讲△k=xk+1-xk 称作量化间隔，在此xk 被称作判决阈值或者是分层电平。 图2.1模拟信号的量化 量化后的抽样信号于量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模拟信号。这种失真在接收端还原模拟信号是变现为噪声，并称之为量化噪声[9]。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化极差或间隔越小，量化噪声也越小。 模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。在现实中，一般爱采用非均匀量化。 非均匀量化的量化间隔是依据信号的不同的区间来定的。信号取值大的区间，它的量化间隔△v 大；在信号的取值小的区间，它的量化间隔△v 小[5]。将它和均匀量化作比较，它有俩主要好处。首先，在信号具非均匀的分布概率密度（现实中经常如此）时当在输入量化器的时候，能够取得比更加高地的平均信号的量化噪声的功率比在非均匀量化器输出端上；第二是，量化噪声功率的它均方根值大体上和信号的抽样值成比例在非均匀量化的时候。所以说大信号和小信号在量化噪声影响下大体是一样的，也就是改良小信号的时候其量化的信噪比。 在实际中，非均匀的量化的办法通常是将获得的抽样值经过压缩然后再均匀量化。通常使用的压缩器中，大多数是采用对数式压缩。广泛被采用的两种对数压缩律是μ压缩律和A 压缩律。美国μ采用压缩律，我国和欧洲各国均采用A 压缩律，因此，PCM 编码方式采用的也是A 压缩律[5]。 所谓A 压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律： A x A Ax y 1 0,ln 1≤<+= ；（2.1） 11 ,ln 1ln 1<≤++= x A A Ax y ； （2.2） A 律压扩特性是连续曲线，A 值不同压扩特性亦不同，在电路上实现这样的函数规律 是相当复杂的。实际中，往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。如此，它便于用电路实现，又基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，在这个设计之中所用着的PCM编码正是采用这种压扩特性来编码的。图3.2示出了这种压扩特性，表3.1列出了13折线时的x值与计算x值的比较。 图2.2 A律函数13折线 表2.1 13折线时的x值与计算x值的比较 表2.1中第二行的x值是根据A=87.6时计算得到的，第三行的x值是13折线分段时 的值。可见，13折线各段落的分界点与A=87.6曲线十分逼近，同时x按2的幂次分割有利于数字化。 2.3 编码 所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码[1]。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。 在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。 表2.2 段落码 表2.3 段内码 在13折线法中，无论输入信号正还是负，都依8段折线（8个段落）来编码。要是输入信号抽样量化值由8位折叠二进制码表示，在此间量化值极性就要用第一位表示，抽样量化值其绝对的大小就要用其余七位（第2至8位）来表示。详细的做法是：用第2到第4位表示段落码，八个段落的起点电平由它的八种可能状态来分别表示。其它四位表示段内码，每一个段落它的16个均匀的划分地量化级由它的16种可能状态来分别的代表。这样处理的结果，8个段落被划分成128个量化级。段落码和8个段落之间的关系如表3.2所示；段内码与16个量化级之间的关系见表3.3。 话音PCM抽样频率是8KHZ，每个量化样值对应一个8位二进制码，故话音数字编码信号的速率为8bits×8kHz=64kb/s.量化噪声随级数的增多和极差的缩小而缩小。量化级数增多即样值个数增多，就要求更长的二进制编码。因此，量化噪声随二进制编码的位数增多而减少，即随数字编码信号的速率提高而减少。自然界中的声音非常复杂,波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM编码。PCM通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。 2.4 时分多路复用 TDM（时分多路复用）是按传输信号时间来进行分割的，它能使不一样的信号在不一样的时间里来传送，把全部个传输时间划分作很多时隙（Slot time，TS，又称为时间间隔），一路信号占用一个时间片。 图2.3 时分多路复用原理图 如上图电话通信为例说明时分多路复用的过程：发送端的各路话音信号经低通滤波器将带宽限制在3400Hz 以内，然后加到匀速旋转的电子开关 SA1上，依次接通各路信号，它相当于对各路信号按一定的时间间隙进行抽样。SA1旋转一周的时间为一个抽样周期T，这样就做到了对每一路信号每隔周期T时间抽样一次，此时间周期称为1帧长。发送端电子开关 SA1不仅起到抽样作用，同时还要起到复用和合路的作用。合路后的抽样信号送到编码器进行量化和编码，然后，将信号码流送往信道。在接收端，将各分路信号码进行统一译码，还原后的信号由分路开关SA2依次接通各分路，在各分路中经低通滤波器将重建的话音信号送往收端用户。在上述过程中，应该注意的是，发、收双方的电子开关的起始位置和旋转速率都必须一致，否则将会造成错收，这就是PCM系统中的同步要求。收、发两端的数码率或时钟频率相同叫位同步或称比特同步，也可通俗的理解为两电子开关旋转速率相同；收、发两端的起始位置是每隔1帧长（即每旋转一周）核对一次的，此称帧同步。这样才一能保证正确区分收到的哪8位码是属于一个样值的，又是属于哪一路的。为了完成上述同步功能，在接收端还需设有两种装置：一是同步码识别装置，识别接收的PCM信号序列中的同步标志码的位置；二是调整装置，当收、发两端同步标志码位置不对应时，需在收端进行调整使其两者位置相对应。以上两种装置统称为帧同步电路。时分多路复用不仅局限于传输数字信号，也可同时交叉传输模拟信号。 三PCM系统仿真电路设计 3.1 总体设计思想 根据PCM的仿真系统的原理我们能够清楚的了解到它包含连续的模拟信号转化为离散的数字信号模块、信道传输模块、离散的数字信号还原为连续的模拟信号模块等三大模 块。这当中模拟信号转化为数字信号需要抽样，量化和编码三个步骤来完成；信道则是传输信号的通道，信号在信道中传输可能会引入噪声从而会降低通信的质量，也就是会对信号的还原造成影响；由解码、低通滤波、放大输出等过程的组成则是将数字信号还原为模拟信号，他们将离散的数字信号还原为连续的模拟信号。其原理方框图如图3-1所示： 图3-1 PCM 原理框图 3.2 各模块的设计和仿真图形分析 3.2.1 PCM 编码模块设计 图3-2 13折线近似的PCM 编码器测试模型 本设计首先设计了幅度为1，角频率为200*pi 的正弦信号，它是1路信号的编码模块。再通过奈奎斯特抽样定理我们可以知道抽样的速率不应低于信号最高频率的2倍。因此，本设计的抽样时间间隔定为0.001s ，符合奈奎斯特抽样定理。其中各个模块功能和参数设置如下： Zero-Order Hold ：它是对输入的一段抽样时间进行保持的零阶保持器。参数设置中的取样时间间隔为信号的抽样时间间隔0.001s 。 Saturation ：它是将输入信号的幅度限制在一定范围内的限幅器。本设计将输入信号幅度限制在[-1,+1]范围内。 Relay ：继电模块，它的作用是实现在两个不同常数值之间进行切换。此模块在本设 计中的门限值设为0，其PCM编码输出的最高位就是它的输出，也就是极性码，当输出为1时抽样值就是正值，当为输出为0时抽样值就是负值。 Abs：绝对值模块，它的作用是对输入数值取绝对值。 A-Law Compressor：A率压缩器，它的作用是对输入信号进行A率压缩。 在本设计中A取87.6。 Gain：增益模块，它的作用是对数值的大小增加或减小倍数。因为将输入信号的幅度限制在[-1,+1],所以为了方便编码就将Gain的增益参数设置为127。 Quantizer：它是将一个连续幅度值映射成一个离散幅度值的量化器。在该设计中将量化间隔设为1，它使输入数值根据四舍五入的原则量化成相应的离散值。 Integer to Bit Converter：整数点转换器，它的作用是将整数值转换为相应的二进制数值。本设计中由于量化值最大为127，因此此模块参数设为7，即将十进制整数转换为7位二进制数值。 Mux：复用器，它的作用是将多路信号复用为一路信号。在该设计中此模块输入参数设置为2。 To Frame：装帧器。 Buffer：缓冲器。 Scope：示波器，它的作用是显示输出信号波形。 输出波形如图3-3所示： 图3-3 PCM信号波形 将编码模块封装成子系统后如图3-4所示： 图3-4 封装之后的PCM编码子系统： 图3-5 封装之后的PCM编码子系统图标下面图3-6是本设计的 4路PCM信号编码模块： 图3-6 4路PCM信号编码模块 角频率分别为200*pi，150*pi，100*pi和50*pi的且幅度均为1的正弦信号就4路PCM模拟信号，它们的抽样时间间隔都设为0.001s，符合奈奎斯特抽样定理。4个子系统是PCM编码子系统，Mux模块是信道复用模块，由4路信号输入复用，因此此模块输入参数设为4。 示波器显示的是4路信号复用后的波形，如图3-7所示。 图3-7 4路信号复用后波形 3.2.2 PCM解码模块设计 图3-8 13折线近似的PCM解码器测试模型 上图是1路信号的解码模块。其中各个模块的功能和参数设置如下： Demux：分离器，它的作用是将复用的多路信号分离出来。在此解码模块中信号应分离成一路极性脉冲和7路数值脉冲，因此输出参数设为8。 Mux：复用器。此模块中输入脉冲由7路二进制数值脉冲组成，因此输入参数设为7。 Relay：继电模块，它的作用是确定信号的极性。 Bit to Integer Convertert：位转换器，它的作用是将二进制脉冲转换为十进制数。同编码模块中的Integer to Bit Convertert，此模块参数也设为7。 Gain：增益模块，和编码模块相反，此模块增益参数设为1/127。 A-Law Expander：A率扩展器，它的作用是对输入信号进行A率扩展，此模块中A 设 为87.6。 Product：它是将极性脉冲和正值数值脉冲相乘以得到有极性的数值的相乘器。此模块的输入参数设为2。 Analog Filter Design ：模拟低通滤波器。它的作用是得到回复原始的模拟信号。此滤波器的最高频率设为250*pi，符合条件，可以恢复原始的模拟信号。 将此解码系统封装成子系统后如图3-9所示： 图3-9 封装之后的PCM解码子系统 图3-10 封装之后的PCM解码子系统图标 下面是本设计的4路PCM解码模块： 图3-11 4路PCM信号解码模块 解码模块是复用信号经过信道后通过Demux模块把各路信号分离出，然后分别进行解码，4个子系统是4路信号的解码模块。由于此复用信号是由4路信号复用而成，因此Demux的输出参数设为4。 3．2. 3 PCM系统总体模块 图3-12 PCM系统总体模块 我们要尽可能增加信道的信噪比来降低误码率，这是因为在信道中会引入噪声，这可能会影响信号的质量继而影响通信质量。在该设计中信道误码率设为0.01，属于正常的误码率，符合条件。最后输出信号和输入信号通过示波器如图4-14和图4-15所示。 图3-14 1路PCM 信号仿真结果 图3-14中的示波器的波形由两路信号组成，一路是经过编码、信道传输和解码等恢复的模拟信号波形，另一路是原始输入的模拟信号波形，通过观察可知，输出波形和输入波形误差较小，该系统设计正确。 图3-15 4路PCM信号仿真结果 图3-15的示波器中，上面4路信号是经过编码、信道传输和解码等步骤恢复的4路信号，下面的是原来的4路输入模拟信号。由图可知，不同频率的信号，所产生的误差用数字信号来传输时误差基本相同。综上可知，输出信号和输入信号相比，误差较小，因此在正常信噪比的条件下，该通信系统各个模块使用正确，参数设置适当，可以达到预期的目的。 结束语 随着毕业的日子即将到来，历经半年的毕业设计也接近了尾声。通过这半年的毕业设计，我明白了自己需要学的知识还很多。毕业设计不仅仅是对几年所学只是的总结，更是对自己能力的一种提高。下面我对这半年来毕业设计的过程做一些总结：第一，选择毕业设计题目时，武丽老师给了十几个毕业设计的题目供大家选择，由于我考研的专业课学的就是通信原理，所以选题的时候我毅然决定做通信原理这方面的设计，感觉对里面的知识是比较熟悉的，也比较好上手。最后我就选了基于Simulink的PCM 编码与解码的研究这一题目。 第二，题目确定后，我一边准备研究生考试，一边开始着手毕业设计方面的准备了。找资料是一个很复杂的过程，网上搜索到的大部分都是涉及PCM原理的期刊杂志之类的，而具体怎么做的论文是很难搜到的。由于从来没做过毕业设计，怎么做，做到什么程度都是一头雾水，我只能天天去图书馆搜相关书籍和期刊了，后来还在相关同学朋友的介绍下，我找到了很多与PCM相关的论文和期刊。毕业设计要求使用MATLAB中的Simulink工具包进行仿真实现。 目录 一. FSK理论知识………………………………………………… 1.1FSK概念………………………………………………………………… 1.22FSK信号的波形及时间表示式………………………………………… 1.32FSK信号的产生方法…………………………………………………… 1.42FSK信号的功率谱密度………………………………………………… 1.52FSK信号的解调………………………………………………………… 1.6FSK的误码性能…………………………………………………………… 二.用MATLAB进行FSK原理及误码性能仿真……… 三、结论…………………………………………… 四、参考文献…………………………………………、 五、源程序…………………………………………… 1、FSK理论知识 频率调制的最简单形式是二进制频率键控(FSK，frequency-shift keying)。FSK是调制解调器通过电话线路发送比特的方法。每个比特被转换为一个频率，0由较低的频率表示，1由较高的频率表示。 1.1、FSK概念 传“0”信号时，发送频率为f1的载波; 传“1”信号时，发送频率为f2的载波。可见，FSK是用不同频率的载波来传递数字消息的。 实现模型如下图： 1.2、2FSK信号的波形及时间表示式 根据上图模型的实现可以得到2FSK的信号波形如图： 2FSK信号的时间表达式为： 由以上表达式可见，2FSK信号由两个2ASK信号相加构成。 注意：2FSK有两种形式: （1）相位连续的2FSK； （2）相位不连续的2FSK。 在这里，我们只讨论相位不连续的频移键控信号，这样更具有普遍性。 1.3、2FSK信号的产生方法 2FSK信号的产生方法：2FSK信号可以两类方法来产生。 一是采用模拟调频的方法来产生（图1）；另一种方法是采用键控法（图2）； 图1.3-1 图1.3-2 1.4、2FSK信号的功率谱密度 摘要 在模拟通信系统中，由模拟信源产生的携带有信息的消息经过传感器转换成电信号。模拟基带信号在经过调制将低通频谱搬移到载波频率上适应信道，最终解调还原成电信号。本文应用了频率调制法产生调制解调信号。本论文中主要通过对SIMULINK工具箱的学习和使用，利用其丰富的模板以及本科对通信原理知识的掌握，完成了FM信号的调制与解调，以及用SIMULINK进行设计和仿真。首先利用简单的正玄波信号发生器作为信源，对模拟信号进行FM调制解调原理的仿真。 关键词：调制解调；FM ；MATLAB；SIMULINK仿真 Abstract In the simulation of communication systems, generated by the analog source carrying a message through the sensor into electrical signals. Analog baseband signal after the modul- -ation of the low pass spectrum to carrier frequency to adapt to the channel, the final reducti- -on into electrical signal demodulation. This paper applied the frequency modulation method to generate the signal modulation and demodulation. Mainly through the study and use of SIMULINK toolbox in this thesis, with its rich template and undergraduate course on comm--unication theory knowledge,the modulation and demodulation of FM signal, as well as the design and simulation with SIMULINK. Firstly, sine wave signal generator is simple as the source, simulation FM modulation anddemodulation principle of analogue signals. Then, using the song as the source. Keywords: modulation and demodulation；FM; MATLAB; SIMULINK simulation 基于MATLAB的FSK调制解调 学生姓名：段斐指导老师：吴志敏 摘要本课程设计利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现FSK 的调制解调，并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形，并观察解调前后频谱有何变化以加深对F SK信号解调原理的理解。对信号叠加噪声，并迚行解调，绘制出解调前后信号的时频波形，改变噪声功率迚行解调，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。完成整个FSK的调制解调过程。程序开发平台为MATLAB7.1，使用其自带的M文件实现。运行平台为Windows 2000。 关键词：程序设计；FSK ；调制解调；MATLAB7.1；M文件 1引言 本课程设计是利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现FSK 的调制解调，并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。 1.1课程设计目的 此次课程设计的目的是熟悉MATLAB中M文件的使用方法，编写M文件实现FSK的调制和解调，绘制出FSK信号解调前后在时域和频域中的波形，观察调解前后频谱的变化，再对信号迚行噪声叠加后解调同样绘制解调前后的 信号时频波形，最后改变噪声功率迚行调解，分析噪声对信号传输造成的影响，加深对FSK信号解调原理的理解。 1.2课程设计要求 熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在掌握FSK调制解调原理的基础上，编写出F SK调制解调程序。在M文件环境下运行程序绘制出F SK信号解调前后在时域和频域中的波形，观察波形在解调前后的变化，对其作出解释，同时对信号加入噪声后解调，得到解调后的时频波形，分析噪声对信号传输造成的影响。解释所得到的结果。 1.3课程设计步骤 本课程设计采用M文件编写的方法实现二迚制的FSK的调制与解调，然后在信号中叠加高斯白噪声。一，调用dmode函数实现FSK的解调，并绘制出F SK信号调制前后在时域和频域中的波形，两者比较。二，调用ddemod函数解调，绘制出F SK信号解调前后在时域和频域中的波形，两者比较。三，调用awgn函数在新海中叠加不同信噪比的噪声，绘制在各种噪声下的时域频域图。最后分析结果。 1.4设计平台简介 Matlab是美国MathWorks公司开发的用于概念设计,算法开发,建模仿真,实时实现的理想的集成环境。是目前最好的科学计算类软件。 作为和Mathematica、Maple并列的三大数学软件。其强项就是其强大的矩阵计算以及仿真能力。Matlab的由来就是Matrix + Laboratory = Matlab，这个软件在国内也被称作《矩阵实验室》。Matlab提供了自己的编译器：全面兼容C++以及Fortran两大语言。Matlab 7.1于2005.9最新发布-完整版,提供了 基于MATLAB的FSK的实验报告 姓 1.1 实现对FSK的MATLAB仿真. 重点研究问题: (1) 对FSK的概念、组成以及性能分析方法有深入的研究； (2) FSK调制与解调的原理及应用MATLAB软件实现仿真的方案. 1.2 FSK信号的调制方法 移频键控(FSK)：用数字调制信号的正负控制载波的频率。当数字信号的振幅为正时载波频率为f1，当数字信号的振幅为负时载波频率为 f2。有时也把代表两个以上符号的多进制频率调制称为移频键控。移频键控能区分通路，但抗干扰能力不如移相键控和差分移相键控。他的主要调制方法有以下两种: 方法一： 用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频。 图2-3 2FSK信号的产生(一) 方法二:键控法 图2-4 2FSK信号的产生(二) 键控法是利用矩形脉冲()t b来控制开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。 1.3 FSK解调的方法 常见的FSK解调方法有两种:相干解调法与非相干解调法.现在我将对这两种解法。 1.4 设计总思路 如下图所示,我将FSK的调制与FSK的解调独立开作为两个子函数,其中FSK调制的输出即可作为FSK解调的输入信号.最后设计一主函数main将两个子函数同时调用完成整个仿真过程。 图3-1 设计总思路图 2.1 FSK调制的仿真设计 本文主要是对2FSK进行调制,而2FSK可看做是基带信号与载波频率的结合就可.FSK的产生思路参考的是键控法,如图4 图3-2 2FSK信号的产生(二) 2.2 FSK解调的仿真设计 如上图所示的FSK信号的相干检测原理图,FSK信号可以采用两个乘法检测器进行相干检测. 上图中输入信号为2FSK信号加上噪声组成 带通滤波器2的设计类似滤波器1,只是更改频率为fc2就可. 基于MATLAB的ＡSK调制解调实现 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： ? 长沙理工大学 《通信原理》课程设计报告 学院专业 班级学号 学生姓名指导教师 课程成绩完成日期2016年1月8日 课程设计成绩评定 学院专业 班级学号 学生姓名指导教师 课程成绩完成日期20１6年1月8日 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２01６年1月8日 课程设计任务书 城南学院通信工程专业 课程名称通信原理课程设计时间２０15/2016学年第一学期１7~19 周 学生姓名指导老师 题目基于MＡTLAＢ的ＡＳK调制解调实现 主要内容: 利用MATＬAＢ集成环境下的M文件，编写程序来实现AＳＫ的调制解调， 要求采样频率为３６0ＨZ,并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解 调前后的时频波形,根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信 号传输的影响。 要求： 1)熟悉MATLAB中M文件的使用方法,并在掌握ASK调制解调原理 的基础上，编写出ASＫ调制解调程序。 ２)绘制出ASK信号解调前后在时域和频域中的波形,并观察解调前后频谱有何变化以加深对ＡSK信号解调原理的理解。 3）对信号叠加噪声，并进行解调，绘制出解调前后信号的时频波形,改变噪声功率进行解调,分析噪声对信号传输造成的影响。 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。 （1）所用滤波器函数：巴特沃斯滤波器 % 注: wp（或Wp）为通带截止频率 ws(或Ws)为阻带截止频率 Rp为通带衰减 As为阻带衰减 %butterworth低通滤波器原型设计函数要求Ws>Wp>0 As>Rp>0 function [b,a]=afd_butt(Wp,Ws,Rp,As) N=ceil((log10((10^(Rp/10)-1)/(10^(As/10)-1)))/(2*log10(Wp/Ws))); %上条语句为求滤波器阶数 N为整数 %ceil 朝正无穷大方向取整 fprintf('\n Butterworth Filter Order=%2.0f\n',N) OmegaC=Wp/((10^(Rp/10)-1)^(1/(2*N))) %求对应于N的3db截止频率 [b,a]=u_buttap(N,OmegaC); （2）傅里叶变换函数 function [Xk]=dft(xn,N) n=[0:1:N-1]; k=[0:1:N-1]; WN=exp(-j*2*pi/N); nk=n'*k; WNnk=WN.^(nk); Xk=xn*WNnk; 设计部分： 1.普通AM调制与解调 %单音普通调幅波调制y=amod(x,t,fs,t0,fc,Vm0,ma)要求fs>2fc %x调制信号，t调制信号自变量,t0采样区间，fs采样频率， %fc载波频率，Vm0输出载波电压振幅，ma调幅度 t0=0.1;fs=12000; fc=1000;Vm0=2.5;ma=0.25; n=-t0/2:1/fs:t0/2; x=4*cos(150*pi*n); %调制信号 y2=Vm0*cos(2*pi*fc*n); %载波信号figure(1) subplot(2,1,1);plot(n,y2); axis([-0.01,0.01,-5,5]); title('载波信号'); N=length(x); Y2=fft(y2); subplot(2,1,2); plot(n,Y2); title('载波信号频谱'); %画出频谱波形y=Vm0*(1+ma*x/Vm0).*cos(2*pi*fc*n); figure(2) subplot(2,1,1);plot(n,x) title('调制信号'); subplot(2,1,2) plot(n,y) title('已调波信号'); X=fft(x);Y=fft(y); msk的调制解调MATLAB源代码 function out = delay(data,n,sample_number) %data:延迟的数据 %n:延迟码元个数 %sample_number:码元采样个数 out = zeros(1,length(data)); out(n*sample_number+1:length(data)) = data(1:length(data)-n*sample_number); function [data_diff] = difference(data) %差分编码 %************************************************************************* * %data 输入信号 %data_diff 差分编码后信号 %************************************************************************* * %-------------------------------------------------------------------------- data_diff = zeros(1,length(data)); data_diff(1) = 1 * data(1); %1为差分编码的初始参考值 for i = 2:length(data) data_diff(i) = data_diff(i-1) * data(i); end %************************************************************************* * function [signal_out,I_out,Q_out] = mod_msk(data,data_len,sample_number,Rb) %MSK基带调制 %************************************************************************* * % data 调制信号 % data_len 码元个数 % sample_number 每个码元采样点数 题目： 基于MATLAB 的16QAM 及32QAM 系统的仿真 原理： QAM 是一种矢量调制，将输入比特映射到一个复平面，形成复数调制信号，然后将I 信号和Q 信号（实部虚部）分量采用幅度调制，分 别对应调制在相互正交的两个载波（cos t ω，sin t ω）上。下图为MQAM 的调制原理图。 MQAM 的信号表达式： ()()( )cos sin 1,2,...,, 0C S C S i i T C i T C S i i s t a g t t a g t t i M t T a a ωω=-=≤≤与 上述表达式可以看出，QAM 为两个正交载波振幅相位调制的结合。波形矢量可以表示为： ()()()11221,2,...,, 0i i i S s t s f t s f t i M t T =+=≤≤ ( )()( )()()()()()12110 220 cos ,0sin ,01,2,...,1,2,...,S S T C S T C S T i i T i i f t t t t T f t t t t T s s t f t dt i M s s t f t dt i M ωω=≤≤= ≤≤====?? MQAM 信号最佳接收： 实验仿真条件： 码元数量设定为10000个，基带信号频率1HZ ，抽样频率32HZ ，载波频率4HZ 。 实验结果分析： 对于QAM ，可以看成是由两个相互正交且独立的多电平ASK 信号叠加而成。因此，利用多电平误码率的分析方法，可得到M 进制QAM 的误码率为： ])(1l o g 3[)1 1(0 22n E L L e r f c L P b e -- = 式中，M L =，Eb 为每码元能量，n 0为噪声单边功率谱密度。 通过调整高斯白噪声信道的信噪比SNR （Eb/No ），可以得到如图所示的误码率图： -1-0.50 0.51 1.52 2.5 10 -3 10 -2 10 -1 10 QAM 信号误码率分析 信噪比 误码率 长沙理工大学 《通信原理》课程设计报告 学院专业 班级学号 学生姓名指导教师 课程成绩完成日期2016年1月8日 课程设计成绩评定 学院专业 班级学号 学生姓名指导教师 课程成绩完成日期2016年1月8日指导教师对学生在课程设计中的评价 指导教师对课程设计的评定意见 课程设计任务书 城南学院通信工程专业 基于MATLAB的ASK调制解调实现 学生姓名：指导老师： 摘要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，本课程设计主要内容是利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现ASK的调制解调，要求采样频率为360HZ，并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。目的是熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在掌握ASK 调制解调原理的基础上，编写出2ASK调制解调程序，绘制出ASK信号解调前后在时域和频域中的波形，观察解调前后频谱有何变化以及对信号叠加噪声后的变化。最终得到随着输入信号噪声的增加增大，误码越严重的结论，加深对ASK信号解调原理的理解。 关键词ASK调制解调；时域谱；频域谱；高斯白噪声；信噪比 1 引言 通信原理是通信工程专业的一门重要的专业课，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不仅可以打下一个坚实的专业基础，还能提高处理通信系统问题能力和素质。通过本课程设计的ASK振幅键控调制解调，可以进一步理解数字通信的基础理论，有助于加深对通信原理的理解。 1.1课程设计目的 通过设计基于MATLAB的ASK调制解调实现，让我深入理解和掌握二进制ASK 调制解调以及噪声对信号传输的影响[1]。 在通信原理理论知识的基础上加深对ASK调制解调设计原理及实现方法的理解。使我对通信信号波形及频谱有深刻的认识。不仅加强了对课本知识的了解，而且还涉及到了MATLAB编程语言和软件的使用，以及基本的操作常识[2]。 掌握调制解调函数的应用，增强了我动手实践的能力。 实验名称：QPSK调制与解调 一、实验目的： 1、学会QPSK调制与解调系统的构成 2、学会QPSK调制与解调系统的各模块的构建 3、学会误码率与误符号率的统计方法以及Matlab算法 二、实验原理： 1、QPSK：四进制绝对相移键控，也称为多进制数字相位调制，利用载波的四种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。 2、QPSK的调制方法有正交调制方式（双路二相调制合成法或直接调相法）、相位选择法、插入脉冲法。 调制与解调系统的构成： 3、各模块的实现方法： （1）、信源的产生：使用randint(m,n,2) 函数产生一个m 行n 列的随机二进制数列 （2）、QPSK 符号映射 ：将产生的0，1比特流按照QPSK 调制方式进行映射，本实验采用π/4 QPSK 的调制方式，图为： （3）、AWGN 信号产生：AWGN 产生器就是产生满足均值为0，方差为1的高斯白噪声。实验中使用randn(m,n)函数产生一个m 行n 列的高斯噪声序列。 （4）、信号幅度控制：根据AWGN 信道模型，接收信号可以分别表示为 α就是当噪声功率归一化为1（0均值，方差为1）时，根据信噪比关系而计算出来的信号平均幅度 I I I r s n α=+Q Q Q r s n α=+22210log 10^10s s n n v SNR SNR v sqrt v v ??????=?=* ? ? ??????? （5）、QPSK 反映射及判决 ：对接收到的信号在4种可能的四种信号向量[(1,0), (0,1), (-1,0), (0,-1)]上投影(即进行点积)。投影最大的值所对应的信号向量就是所发送信号的符号值，然后恢复出比特流 （6）、误码率及误符号率统计： 误码率：将检测出来的比特流和发送的原始比特流进行比较，统计出出现错误的比特数 误符号率：将检测出来的比特流变成两组，构成符号，和发送端符号映射后的符号流进行比较，只要符号中任错一bit ，就算该符号出错。统计出现错误的符号数 三、 实验内容： 1、建立QPSK 的Matlab 仿真模型 2、对仿真模型中各个组成部分进行函数设计和功能仿真 randn('seed',10);mark=randn(1,LENGTH); subplot(2,2,1);plot(mark);title('watermarc:Gaussian noise'); 3、成型滤波器的设计 4、带限信道中的QPSK 调制解调 四、实验步骤： 1、开机，设置好本次仿真目录 2、进入matlab 环境，设置工作路径和目录 3、按照实验方法，一步步进行QPSK 各个模块的设计 s v α= 理工大学 《通信原理》课程设计报告 学院专业 班级学号 学生指导教师 课程成绩完成日期2016年1月8日 课程设计成绩评定 学院专业 班级学号 学生指导教师 课程成绩完成日期2016年1月8日指导教师对学生在课程设计中的评价 指导教师对课程设计的评定意见 课程设计任务书 城南学院通信工程专业 基于MATLAB的ASK调制解调实现 学生：指导老师： 摘要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，本课程设计主要容是利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现ASK的调制解调，要求采样频率为360HZ，并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。目的是熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在掌握ASK调制解调原理的基础上，编写出2ASK调制解调程序，绘制出ASK信号解调前后在时域和频域中的波形，观察解调前后频谱有何变化以及对信号叠加噪声后的变化。最终得到随着输入信号噪声的增加增大，误码越严重的结论，加深对ASK信号解调原理的理解。 关键词ASK调制解调；时域谱；频域谱；高斯白噪声；信噪比 1 引言 通信原理是通信工程专业的一门重要的专业课，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不仅可以打下一个坚实的专业基础，还能提高处理通信系统问题能力和素质。通过本课程设计的ASK振幅键控调制解调，可以进一步理解数字通信的基础理论，有助于加深对通信原理的理解。 1.1课程设计目的 通过设计基于MATLAB的ASK调制解调实现，让我深入理解和掌握二进制ASK调制解调以及噪声对信号传输的影响[1]。 在通信原理理论知识的基础上加深对ASK调制解调设计原理及实现方法的理解。使我对通信信号波形及频谱有深刻的认识。不仅加强了对课本知识的了解，而且还涉及到了MATLAB编程语言和软件的使用，以及基本的操作常识[2]。 掌握调制解调函数的应用，增强了我动手实践的能力。 1.2课程设计要求 根据所给的题目，查阅有关资料，掌握数字带通调制技术以及通信原理。 学会MATLAB中M文件的编写方法，能应用MATLAB软件中调制解调函数，掌握ASK调制解调原理，根据原理编写出ASK调制解调程序。 绘制出ASK信号解调前后在时域和频域中的波形，观察解调前后频谱的变化理解ASK信号解调原理。 对二进制基带信号叠加噪声后解调，绘制出解调前后信号的时频波形，然后改变噪声功率进行解调，记录并分析分析噪声对信号传输造成的影响。 根据要求独立完成课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计结果并得出结论。 1.3课程设计步骤 产生数字基带信号并绘制时域谱和频域谱； 设置载波频率并绘制其时域谱和频域谱； 对信号进行数字调制并绘制时域谱和频域谱； 对已调信号进行解调并绘制时域谱和频域谱； 对已调信号加入高斯小噪声并绘制时域谱和频域谱； 摘要：设计了二进制振幅键控(2ASK)、二进制移频键控(2FSK) 、二进制移相键控(2PSK)调制解调系统的工作流程图,并得用了MATLAB软件对该系统的动态进行了模拟仿真,得用仿真的结果,从而衡量数字信号的传输质量。（仿宋、小五号） 关键词：调制解调、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK、MATLAB（宋体、小五号） ABSTRACT(四号加粗居中放置)： The work stream diagrams of 2ASK、2FSK、2PSK are designed .MA TLAB softwave is used to simulate the modem system by the scatter diagrams and wave diagrams, then the transmit quality of digital signal can be measured.（小五号） Key word：Amodulate and ademodulate 、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK、MATLAB（小五号） （正文：宋体、五号 一级标题：黑体、四号，小标题上下空一行。） 一、数字调制解调相关原理 在通信系统中,信道的频段往往是很有限的,而原始的通信信号的频段与信道要求的频段是不匹配的,这就要求将原始信号进行调制再进行发送.相应的在接收端对调制的信号进行解调,恢复原始的信号,而且调制解调还可以在一定程度上抑制噪声对通信信号的干扰。 调制解调技术按照通信信号是模拟的还是数字的可分为模拟调制解调和数字调制解调。数字调制的基本方式可以归结为3类：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。此外还有这3类的混合方式。 对于数字调制信号，为了提高系统的抗噪声性能，衡量系统性能的指标是误码率。1.1二进制振幅键控(2ASK) 振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。设发送的二进制符号序列由0,1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立.该二进制符号序列可表示为： 其中： Ts是二进制基带信号时间间隔，g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲， 为单极性不归零脉冲序列，则根据幅度调制的原理，一个二进制的振幅键控信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的相乘，即 2ASK信号的时间波形如果是通断方式，就称为通断键控信号(OOK信号)。 二进制振幅键控信号的产生可以采用数字键控的方法实现也可以采用模拟相乘的方法实现。2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。所以，对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)，其相应原理方框图如图1.1所示。 基于Matlab 调制与解调的实现 一．实验目的 1.熟悉Matlab 的使用 2.掌握幅度调制、角度调制及FSK 调制的基本原理 3.掌握解调的基本原理，并实现解调 二．实验原理，仿真及结果分析 AM 调制与解调 1.标准AM 波调制与解调的原理 调制信号是只来来自信源的调制信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，亦可以是数字的。为首调制的高频振荡信号可称为载波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脉冲序列)。载波由高频信号源直接产生即可，然后经过高频功率放大器进行放大，作为调幅波的载波，调制信号由低频信号源直接产生，二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波。 设载波信号的表达式为t c ωcos ，调制信号的表达式为 t A t m m m ωcos )(= ，则调幅信号的表达式为 t t m A t s c AM ωcos )]([)(0+= 标准调幅波示意图 从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调，又称为检波。对于振幅调制信号，解调就是从它的幅度变化上提取调制信号的过程。解调是调制的逆过程。 可利用乘积型同步检波器实现振幅的解调，让已调信号与本地恢复载波信号 相乘并通过低通滤波可获得解调信号。 2．matlab 仿真 t c ωcos ) (t m ) (t s AM 0A % ======================载波信号=========================== t=-1:0.00001:1; A0=10; %载波信号振幅 f=6000; %载波信号频率 w0=f*pi; Uc=A0*cos(w0*t); %载波信号 figure(1); subplot(2,1,1); plot(t,Uc); title('载频信号波形'); axis([0,0.01,-15,15]); subplot(2,1,2); Y1=fft(Uc); %对载波信号进行傅里叶变换 plot(abs(Y1));title('载波信号频谱'); axis([5800,6200,0,1000000]); % ======================调制信号============================== t=-1:0.00001:1; A1=5; %调制信号振幅 f=6000; %载波信号频率 w0=f*pi; mes=A1*cos(0.001*w0*t); %调制信号 subplot(2,1,1); 用MATLAB 建模实现信号的调制解调 1. 实验要求 用MATLAB 的调制解调建模实现信号的调制解调过程，需要文字报告、波形图。 （本文选用AM 、FM 调制进行仿真分析） 2. 实验原理 2.1 AM 调制解调的原理 2.1.1 AM 调制信号的产生 标准调幅（AM ）是指用信号m(t)去控制载波c(t)的振幅，是已调信号的包络按照m(t)的规律线性变化的过程，u(t)=(A0+a*m(t))*c(t)。调制过程如图2.1所示。 图2.1 AM 调制模型 2.1.2 AM 的解调 调制的逆过程叫解调，调制是一个频谱搬移过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。解调就是从已调信号的频谱中，将位于载频的信号频谱搬移回来。调制和解调都完成频谱搬移，各种调幅都是利用乘法器实现的，因此可以设想，在收端也可以利用乘法器进行解调[1]。已调信号u(t)乘以本地载波c(t),再通过低通滤波器得到解调信号dem(t)=u(t)*c(t)。如图所示，解调后dem(t)=A0/2+m(t)/2，所以在解调后要重新缩放。另一种解调方法，包络解调由于包络检波器电路简单，检波效率高，几乎所有调幅（AM ）式接收机都采用这种电路，如图2.3所示为包络检波模型。在MATLAB 中我们使用hilbert()函数找出已调信号包络dem(t) A0+m(t)。找出包络后也要重新缩放，最终解调出基带信号m(t)。 c(t) A0 m(t) u(t) 相干解调模型 2.2 FM 调制解调的原理 2.2.1 FM 调制信号的产生 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。 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[10]。 有两种基本的方法来产生调频信号：直接法和间接法。在直接法中，载波的频率直接随着输入的调制信号的变化而改变。在间接法中，先用平衡调制器产生一个窄带调频信号，然后通过倍频的方式把载波频率提高到需要的水平。 非线形调制要完成频谱的搬移但是他所形成的信号频谱不再保持原来基带频谱的结构，也就是说已调信号频谱与基带信号频谱存在着非线形关系，而解调正是从已调波中不失真地检出调制信号的过程。频率调频制：是瞬时频率偏移随基带信号成比例变化的调制[5]。 =dt t d ) (?) (t m K F (2-1) ?∞ -=t F d m K t τ τ?)()( (2-2) FM 公式： []?∞ -+=t F c m d m K t w A t S τ τ)(cos )( t A t m m m ωcos )(= ?? ????+=t A K t A m m m F c ωωωs i n c o s (2-3) dem(t) c(t) LPF u(t) 数字信号处理实验八 调制解调系统的实现 一、实验目的: （1）深刻理解滤波器的设计指标及根据指标进行数字滤波器设计的过程（2）了解滤波器在通信系统中的应用 二、实验步骤: 1.通过SYSTEMVIEW软件设计与仿真工具，设计一个FIR数字带通滤波器，预先给定截止频率和在截止频率上的幅度值，通过软件设计完后，确认滤波器的阶数和系统函数，画出该滤波器的频率响应曲线，进行技术指标的验证。 通过仿真验证，原理图如下： 输入方波与锯齿波，都为10HZ，载波100hz与300hz正弦波，仿真的结果如下： 还是可以比较好的恢复信号。 建立一个两载波幅度调制与解调的通信系统，将该滤波器作为两个载波分别解调的关键部件，验证其带通的频率特性的有效性。系统框图如下： 规划整个系统，确定系统的采样频率、观测时间、细化并设计整个系统，仿真调整并不断改进达到正确调制、正确滤波、正确解调的目的。（参考文件zhan3.svu ） 设计的思路是：基带信号乘上一个高频信号，称为调制，实现频谱搬移，与另一调制信号叠加，再分别通过以W 为中心频率的带通FIR 数字滤波器，再乘以 sin ω2 sin ω2 基带信号1 原来的高频信号，实现再频谱搬移，最后通过IIR低通滤波器得到解调信号。 本实验是通过编程的方式完成的。 1、首先，产生信号： n=1; f1=100; f2=300; fs=1000;%采样频率 t=0:1/fs:n; fre=10; y1=square(2*fre*pi*t)/2+1.1; y2=sawtooth(fre*2*pi*t)/2+1.1; 观察图形与频谱： 电子系统综合设计与仿真题目MATLAB的信号调制与解调 学院信息工程学院 专业通信工程 班级 学号 姓名 指导教师刘润杰 摘要 调制解调技术直接决定着通信系统质量的好坏, 是通信系统中的一个重要研究方向。双边带幅度调制、单边带幅度调制（DSB-AM）、常规幅度调制（AM）是重要的模拟调制技术, 在实际通信系统中得到了较多的应用。 Matlab集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一体，是当今国际上公认的最优秀的科技应用软件之一。它编写简单，具有强大的科学计算能力、可视化功能和开放式可扩展环境，因此在图像处理领域得到了广泛的应用。 本次练习就是Matlab环境下的一些最基本的通信信号调制与解调操作，，为将来迅速进入通信系统领域打下基础。 关键字：调制解调 MATLAB 幅度调制 基于MATLAB的信号调制与解调 1.设计原理与分析 1.1 双边带幅度调制（DSB-AM）与解调 调制在通信过程中起着极其重要的作用：无线电通信是通过空间辐射方式传输信号的，调制过程可以将信号的频谱搬移到容易以电磁波形式辐射的较高频范围；此外，调制过程可以将不同的信号通过频谱搬移托付至不同频率的载波上，实现多路复用，不至于互相干扰。 振幅调制是一种实用很广的连续波调制方式。调幅信号u(t)主要有调制信号m(t)和载波信号c(t)组成。调幅器原理如图1所示： 这种调制通过使用乘法器完成，将消息信号m(t)与载波Accos(2πfct)相乘 现取u(t)的傅立叶变换，可以得到DSB-AM 信号的频域表示为： 其中M( f )是m(t)的傅立叶变换。很明显可以看出，这种调制方式将消息信号 实验8 信号调制与解调 [实验目的] 1． 了解用MATLAB 实现信号调制与解调的方法。 2． 了解几种基本的调制方法。 [实验原理] 由于从消息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许 多信道中不适宜传输。因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，而在接收端则需要有反调制过程——解调过程。 所谓调制，就是按调制信号的变化规律去改变某些参数的过程。调制的载 波可以分为两类：用正弦信号作载波；用脉冲串或一组数字信号作为载波。最常用和最重要的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。本实验中重点讨论幅度调制。 幅度调制是正弦型载波的幅度随调制信号变化的过程。设正弦载波为 )cos()(o c t A t S ??+= 式中 c ?——载波角频率 o ?——载波的初相位 A ——载波的幅度 那么，幅度调制信号（已调信号）一般可表示为 )cos()()(o c m t t Am t S ??+= 式中，m(t)为基带调制信号。 在MATLAB 中，用函数y=modulate(x,fc,fs,’s ’)来实现信号调制。其中fc 为载波频率，fs 为抽样频率，’s ’省略或为’am-dsb-sc ’时为抑制载波的双边带调幅，’am-dsb-tc ’为不抑制载波的双边带调幅，’am-ssb ’为单边带调幅，’pm ’为调相，’fm ’为调频。 [课上练习] 产生AM FM PM signals [实验内容] 0. 已知信号sin(4)()t f t t ππ=，当对该信号取样时，求能恢复原信号的最大取样周期。 设计MATALB 程序进行分析并给出结果。 1． 有一正弦信号)256/2sin()(n n x π=, n=[0:256]，分别以100000Hz 的载波和 1000000Hz 的抽样频率进行调幅、调频、调相，观察图形。 2． 对题1中各调制信号进行解调（采用demod 函数），观察与原图形的区别 3． 已知线性调制信号表示式如下： ⑴ t t c ?cos cos Ω ⑵ t t c ?cos )sin 5.01(Ω+ 式中Ω=6c ?，试分别画出它们的波形图和频谱图 4． 已知调制信号)4000cos()200cos()(t t t m ππ+=，载波为cos104t ，进行单边带 调制，试确定单边带信号的表示式，并画出频谱图。 [实验要求] 1 自行编制完整的实验程序，实现对信号的模拟，并得出实验结果。 2 在实验报告中写出完整的自编程序，并给出实验结果和分析，学习demod 函数对调制信号进行解调的分析。 对1，2题解答，程序如下： clc;close all;clear; % Fm=10;Fs=1000;Fc=100;N=1000;k=0:N-1; % t=k/Fs; n=[0:256];Fc=100000;Fs=1000000;N=1000; xn=abs(sin(2*pi*n/256)); % x=abs(sin(2.0*pi*Fm*t));xf=abs(fft(x,N)); xf=abs(fft(xn,N)); y2=modulate(xn,Fc,Fs,'am'); subplot(211); plot(n(1:200),y2(1:200)); xlabel('时间(s)');ylabel('幅值');title('调幅信号'); yf=abs(fft(y2,N)); 2ASK 调制与解调的matlab 仿真 实验原理: 振幅键控(2ask)是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而频率和初始相位保持不变。 在2ASK 中： S2ask=m(t)*cos(2*pi*f*t)， 其中m(t)为数字信号，后者为载波。 载波在二进制基带信号控制下通断变化，所以又叫通-断键控（OOK ）。 2ASK 的产生方法有两种：模拟调制和键控法 而解调也有两中基本方式：非相干解调（包络检波）和相干解调（同步检测法） DS2ask=s(t)*cos(2*pi*f*t) =0.5*m(t)+0.5*m(t)*cos(2*wc*t) 乘以相干载波后，只要滤去高频部分就可以了 本次仿真使用相干解调方式： 2ask 信号 →带通滤波器与→与载波相乘→低通滤波器 →抽样判决 →输出 )(a ) 开关电路)(b ) e (a ) e (b ) 产生步骤与相应仿真图： 1.产生信源 a=randint(1,10,2);%生成的(1,10) 矩阵的随机二进制数字,标量为正，取值为[0,2-1] 2.产生载波 f=50; carry=cos(2*pi*f*t); 3．进行2ask调制 st=m.*carry;（m=a(ceil(10*t+0.01)); %保证在t=0, 0.999之间的时候，每次t的跳跃都会产生整数倍的“增益”） 可以清楚的看到，2ask实现了频谱的搬移，将基带信号 搬移到了fc=50hz的频率上 而且若只计频谱的主瓣则有： B2ask=2fs=10，fs=1/Ts=5 其中Ts为一个码元宽度 即：2ask信号的传输带宽是码元传输速率的2倍 3. 加高斯噪声 nst=awgn(st,70); 4.相干解调之乘以相干载波（带通滤波器省略） nst=nst.*carry;基于MATLAB的FSK调制解调实现完整版
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