第一篇：通信原理课程设计---2FSK数字调制系统仿真和分析
课
程
设
课程设计名称：
专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 学
号 ：
指 导 教 师 ： 课程设计时间：
计
需求分析
二进制频移键控（2FSK）数字调制系统：
1、主要功能：对信号编码形成的0、1序列通过两种不同频率的波表达出来。经过信道有噪声的加入，在这里我们模拟为高斯白噪声，在接收端收到信号后通过分离、滤波、判决，进而还原信号。
2、主要内容：对二进制数字信源进行数字调制（2FSK），画出信号波形及功率谱，并分析其性能。概要设计
整个设计包括三个部分：
1、信源部分：在这里要求2FSK信号的形成，根据公式
s=cos(2*pi*(F+m*f).*t)(m=0或1)生成信源信号，设置F=20HZ，m=a（ceil（t+0.0005）），f=100HZ，t=0：0.0005：9.9995。生成的s为一维数列，有两万组数据。
2、信道部分：在信道部分有噪声的加入，这里用如下函数
n=0.01*randn(1,20000);
z=s+n;此处n为噪声函数，randn函数用于生成随机分布的一维数列，z为加入了噪声的合成信号。
3、信宿部分：在这一部分，要求接收到的信号z经过滤波函数filter后，再过判决，得到原信号。运行环境
硬件环境：
cpu、内存、硬盘、CD-ROM驱动器和鼠标
软件环境：
Windows 98/NT/2000、Window XP或Win7 2 4 开发工具和编程语言
MATLAB开发实验箱 MATLAB汇编语言 详细设计
第一部分：生成原信号
clear all;clc;
%设置时间参数、主频、偏频、抽样频率 t=0:0.0005:9.9995;F=20;f=100;FS=1:500;
%产生二进制信号和模拟信号 a=randint(1,10,2);m=a(ceil(t+0.0005));s=cos(2*pi*(F+m*f).*t);%求信号的频谱和功率谱 S=fft(s);
pss=S.*conj(S)/512;for j=1:2000
Pss(j)=pss(10*j);end
%画出二进制信号、模拟信号、功率谱的图像 figure(1);subplot(311);plot(t,m);
axis([0,10,0,1.2]);title('二进制信源波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(312);plot(t,s);
title('模拟信源波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(313);
plot(FS,Pss(1:500));title('原信号功率谱');xlabel('频率');ylabel('幅度');
第二部分：经过信道加入噪声
%生成噪声信号与合成信号
n=0.01*randn(1,length(t));z=s+n;
%画出噪声信号图形、合成信号图形、原信号图形 figure(2);subplot(311);plot(t,n);title('噪声波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(312);plot(t,z);
title('合成信号波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(313);plot(t,s);
title('原信号波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');
%对合成信号做快速傅立叶变换 %并画出其功率谱及原信号功率谱 Z=fft(z);
pzz=Z.*conj(Z)/512;for j=1:2000
Pzz(j)=pss(10*j);end
figure(3);subplot(211);
plot(FS,Pss(1:500));title('原信号功率谱');xlabel('频率');ylabel('幅度');subplot(212);
plot(FS,Pzz(1:500));title('合成信号功率谱');xlabel('频率');ylabel('幅度');第三部分：对接收到的信号滤波、判决，进而得到原信号
%求滤波器参数、并将信号通过滤波器 %分出两个不同频率的信号
b1=fir1(101,[15/1000,25/1000]);b2=fir1(101,[115/1000,125/1000]);h1=filter(b1,1,z);h2=filter(b2,1,z);
%作出两个不同频率信号及原信号的图形 figure(4);subplot(311);plot(t,h1);
title('经通过频率为20HZ的滤波器后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(312);plot(t,h2);
title('经通过频率为120HZ的滤波器后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(313);plot(t,s);
title('原信号波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');
%将信号与自身相乘并作出图形 sw1=h1.*h1;sw2=h2.*h2;figure(5);subplot(211);plot(t,sw1);
title('频率为20HZ信号相乘后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(212);plot(t,sw2);
title('频率为120HZ信号相乘后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');
%对信号进行低通滤波并画出图形
b3=fir1(101,[2/1000,10/1000]);st1=filter(b3,1,sw1);st2=filter(b3,1,sw2);figure(6);subplot(211);plot(t,st1);
title('20HZ信号低通滤波后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(212);plot(t,st2);
title('120HZ信号经低通滤波后的波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');%对两路信号抽样判决 for i=1:length(t)
if(st1(i)>=st2(i))st(i)=0;
else
st(i)=1;end end
%画出经抽样判决后信号波形 figure(7);subplot(211);plot(t,st);
axis([0,10,0,1.2]);
title('抽样判决后二进制波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(212);plot(t,m);
axis([0,10,0,1.2]);title('原二进制信号波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');调试分析
第一部分：要求注意在进行运算时运算符号的正确性，特别是数组的运算。还有就是在绘图时要求注意绘图函数的参数要具有一致性，即要有相同个数的数组。
第二部分：在生成噪音数组时，要注意其幅值。要求噪音的幅值与信源数组的幅值比例合适，即要求有合适的信噪比。
第三部分：这里要特别注意的是滤波参数的设置，不能正确的设置滤波参数 6 就不能得到较好的信号，就不能还原出原信号。测试结果
第一部分：
二进制信源波形1幅度0.50012356时间模拟信源波形4789101幅度0-1012356时间原信号功率谱4789104000幅度***00250频率***
第二部分：
噪声波形0.05幅度0-0.05012356时间合成信号波形4789102幅度0-20123456时间原信号波形789101幅度0-1012345时间678910 7 第三部分：
原信号功率谱30002000幅度***50300频率合成信号功率谱***30002000幅度***00250频率***
经通过频率为20HZ的滤波器后的波形2幅度0-20125678时间经通过频率为120HZ的滤波器后的波形349102幅度0-20123456时间原信号波形789101幅度0-1012345时间678910
频率为20HZ信号相乘后的波形1.51幅度0.50012567时间频率为120HZ信号相乘后的波形3489101.51幅度0.50012345时间678910
20HZ信号低通滤波后的波形0.80.6幅度0.40.20012567时间120HZ信号经低通滤波后的波形3489100.80.6幅度0.40.20012345时间678910
抽样判决后二进制波形1幅度0.50012356时间原二进制信号波形4789101幅度0.50012345时间678910 参考文献
[1] 管爱红，MATLAB应用及其应用教程，北京：电子工业出版社,2009.8 [2] 樊昌信，通信原理，北京：国防工业出版社，2007.8 [3] Ssnjit K.Mitra，数字信号处理，北京：清华大学出版社，心得体会
通过对该课程的学习，我对通信原理有了更进一步的理解；通过对该二进制数字信源进行数字调制（2FSK）的设计，我也了解了二进制数字信源进行数字调制（2FSK）的基本结构和基本特性，而且还掌握了基本的撰写论文的形式和思路。作为一个电子信息工程专业的学生，数字信号处理是我们的重要专业课程，是我们将来从事通信事业的基本保障。通过对作为该论文的重要部分—MATLAB的运用，大大提高了我们对集计算，编程与绘图于一体的该应用软件的运用能力。MATLAB包含的几十个工具箱，覆盖了通信，自动控制，信号处理，图象处理，财经，化工，生命科学等科学技术领域，汲取了当今世界这些领域的最新研究成果，已经成为从事科学研究和工程设计不可缺少的工具软件。该课程设计将数字信号处理的有关教学内容和MATLAB语言紧密，有机地结合起来，使我们在学习基础理论知识的同时学会了应用MATLAB，在学习应用MATLAB的同时，加深了对基本知识的理解，增强了我们的计算机应用能力，提高了学习效果。总之，无论是从教学知识掌握出发，还是从对MATLAB的应用出发，通过这次学习，我不但掌握了二进制数字信源进行数字调制（2FSK）设计的基本知识及其实际应用的技巧，还提高了自己的编程和写报告的能力，收获不小,也巩固了所学知识。
第二篇：2FSK通信原理课程设计
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一、课程设计目的：
通过课程设计，巩固已经学过的有关数字调制系统的知识，加深对知识的理解和应用，学会应用Matlab Simulink 或SystemView等工具对通信系统进行仿真。
二、课程设计时间安排：
课程设计时间为第一周。首先查找资料，掌握系统原理，熟悉仿真软件，然后编写程序或构建仿真结构模型，最后调试运行并分析仿真结果。
三、课程设计内容及要求： 设计任务与要求
1.1 设计要求
（1）学习使用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能，学会利用仿真的手段对于实用通讯系统的基本理论、基本算法进行实际验证；
（2）学习现有流行通信系统仿真软件MATLAB7.0的基本实用方法，学会使用这软件解决实际系统出现的问题；
（3）通过系统仿真加深对通信课程理论的理解，拓展知识面，激发学习和研究的兴趣；（4）用MATLAB7.0设计一种2FSK数字调制解调系统；
1.2设计任务
根据课程设计的设计题目实现某种数字传输系统，具体要求如下；
（1）信源：产生二进制随机比特流，数字基带信号采用单极性数字信号、矩形波数字基带信号波形；
（2）调制：采用二进制频移键控（2FSK）对数字基带信号进行调制，使用键控法产生2FSK信号；
（3）信道：属于加性高斯信道；（4）解调：采用相干解调；
（5）性能分析：仿真出该数字传输系统的性能指标，即该系统的误码率，并画出SNR（信噪比）和误码率的曲线图； 方案设计与论证
频移键控是利用载波的频率来传递数字信号，在2FSK中，载波的频率随着二进制基带信
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号在f1和f2两个频率点间变化，频移键控是利用载波的频移变化来传递数字信息的。在2FSK中，载波的频率随基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故其表达式为：
Acos(1tn)Acos(2tn)e2FSK(t){
典型波形如下图所示。由图可见。2FSK信号可以看作两个不同载频的ASK信号的叠加。因此2FSK信号的时域表达式又可以写成：s2FSK(t)[ang(tnTs)]cos(1tn)[ang(tnTs)]cos(2tn)
nnak s1(t)1011001t_ s2(t)tcos(w1t+θn)tcos(w2t+φn)ts1(t)cos(w1t+θn)t s2(t)cos(w2t+φn)t2FSK信号t
2.1 2FSK数字系统的调制原理
2FSK调制就是使用两个不同的频率的载波信号来传输一个二进制信息序列。可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一相载频w2的已调波形，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源w1、f2进行选择通。如下原理图：
载波 f12FSK输出信号载波 f2二进制数据2FSK的调制原理图
2.2 2FSK的解调方式
2FSK的解调方式有两种:相干解调方式和非相干解调方式.下面我们将详细的介绍:
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2.2.1 非相干解调
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f1、f2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。其原理图如下图所示：
带通滤波器 F1输入包络检波器抽样脉冲抽样判决器输出带通滤波器 F2包络检波器非相干方式原理图2.2.2 相干解调
根据已调信号由两个载波f1、f2调制而成，则先用两个分别对f1、f2带通的滤波器对已调信号进行滤波，然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f1、f2相乘进行相干解调，再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可。原理图如下：
cos2π f1t带通滤波器 F1输入相乘器抽样脉冲低通滤波器抽样判决器低通滤波器输出带通滤波器 F2相乘器cos2π f2t相干方式原理图
本次课设中采用键控法产生2FSK调制信号，在接收端采用相干解调法解调。
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四、系统仿真详细设计：
系统设计全貌 / 13
2FSK调制信号的产生
上边左图为2FSK信号键控法产生原理图，右图是贝努力基带数字信号参数设置截图，可以看出基带信号频率为200Hz，这些参数将在后面设计滤波器时应用到。载波f1和载波f2参数设计如下，可以看出频率分别为1000Hz和3000Hz：
两种载波信号和基带数字信号波形如下图，6 / 13 2FSK调制信号与加性高斯噪声的叠加
图
上边左图为2FSK调制信号与加性高斯噪声的叠加设计图，右图为加性高斯噪声参数设置下图为2FSK调制信号、加性高斯噪声信号和叠加后信号波形图：
/ 13 解调模块带通滤波器的设计
基带数字信号取样周期是0.005S，频率为200Hz，则其带宽是400Hz，滤波器的是根据载波中心频率和基带信号带宽设计的，上图为对对应于载波f1的带通滤波器，Fc1为带通起始频率，Fc2为截至频率。
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下图为对对应于载波f2的带通滤波器设计：
经过带通滤波器出来的波形如下图所示：
/ 13 4 解调模块相乘器的设计
相乘器的设计，实则为一乘法器，将带通滤波器出来的信号与本地载波相乘，具体设计如下图： 解调模块低通滤波器的设计
此处两个低通滤波器的设置参数一致，具体的如下图：
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经过低通滤波器滤波后出来的信号波形如下图： 解调模快抽样判决和眼图误码率分析的设计
具体的设计如下：
抽样判决模块采用Relational Operator模块，后接一延时模块，出来的信号分别进行眼图
/ 13 分析和误码率分析，下面具体介绍和两个部分。
眼图分析部分，采用升余弦滚降接受滤波器，滤波后进入眼图分析，二者参数设置如下：
眼图波形如下图：
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五、课设心得：
在这次课程设计过程中，我获益匪浅。通过这个实验，让我清楚地了解和掌握了Simulink的功能，实现了所学2FSK调制解调的仿真，对2FSK的原理更加熟悉了，并巩固了数字调制系统的相关知识点。体会到理论和实际是有好大不同的，实践离不开理论，理论只有应用于实践才能发挥其作用。学过的东西，只有自己实际去做了才能更熟悉，才能对其本质更了解。在将理论用各种方法实现的同时，我们也在不断的搜集资料，不断的学习，获得更多的相关知识。在对MATLAB的应用中和学习别人的程序时，我体会到MATLAB的功能之强大，应用之广泛，任何一件作品都是没有最好，只有更好，但是无论通过怎样的途径，我们都能表达出理论的成果。因此对其产生了更大的兴趣，很有感觉。总之这次课程设计使我收获甚大。
六、参考书目：
[1] 刘树棠译.现代通信系统----使用Matlab.西安: 西安交通大学出版社, 2001.[2] 李建新等编著.现代通信系统分析与仿真----Matlab通信工具箱.西安: 西安电子科技大学出版社, 2001.[3] 李贺冰等编.Simulink通信仿真教程.北京: 国防工业出版社, 2006.[4] 罗卫兵等编著.systemview动态系统分析及通信系统仿真设计.西安: 西安电子科技大学出版社, 2001.[5] 青松等编著.数字通信系统的Systemview仿真与分析.北京: 北京航天航空大学出版社, 2001.13 / 13
第三篇：通信原理课程设计---常规双边带幅度调制仿真与分析
课
程
设
计
课程设计名称：常规双边带调幅信号的仿真与分析
专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 学
号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计时间： 需求分析
调制是各种通信系统的重要基础，也广泛用于广播、电视、雷达、测量仪等电子设备。调制是使消息载体的某些特性随消息变化的过程。调制的作用是把消息置入消息载体，便于传输或处理。由于从消息转换过来的调制信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不宜传输。因此，在通信系统的发送端通常需要有调制过程，信号调制可以将信号的频谱搬移到任意位置，从而有利于信号的传送，并且是频谱资源得到充分利用。调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，同时在接受端则需要有解调过程从而还原出调制信号。接收机就可以分离出所需的频率信号，不致相互干扰。在振幅调制中，根据所输出已调波信号频谱分量的不同，分为普通调幅（AM）、抑制载波的双边带调幅（DSB）、抑制载波的单边带调幅（SSB）等。AM的载波振幅随调制信号大小线性变化。DSB是在普通调幅的基础上抑制掉不携带有用信息的载波，保留携带有用信息的两个边带。SSB是在双边带调幅的基础上，去掉一个边带，只传输一个边带的调制方式。不同的调制技术对应的解调方法也不尽相同。在分析信号的调制解调过程中系统的仿真和分析是简便而重要步骤和必要的保证。本次通信原理综合课程设计便是利用MATLAB对常规双边带调幅信号的仿真与分析。具体要求如下：
1．掌握双边带常规调幅信号的原理和实现方法。
2．用MATLAB产生一个频率为1Hz、功率为1的余弦信源，设载波频率为10Hz，A＝2。
3．用MATLAB画出AM调制信号、该信号的功率谱密度、相干解调后的信号波形。分析在AWGN信道下，仿真系统的性能。概要设计
2.1 幅度调制的一般模型
幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。幅度调制器的一般模型如图2-1所示。
图2-1 幅度调制器的一般模型
图中，为调制信号，为已调信号，为滤波器的冲激响应，则已调信号的时域和频域一般表达式分别为
（2-1）
（2-2）
式中，为调制信号的频谱，为载波角频率。
由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制系统也称为线性调制系统。
2.2 常规双边带调幅（AM）
2.2.1.AM信号的表达式、频谱及带宽
图2-2 AM调制器模型
AM信号的时域和频域表示式分别为
（2-3）
（2-4）
式中，为外加的直流分量；其平均值为0，即。
可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为AM信号的典型波形和频谱分别如图2-3（a）、（b）所示，图中假定调制信号的上限频率为。显然，调制信号的带宽为。
图2-3 AM信号的波形与频谱
由图2-3（a）可见，AM信号波形的包络与输入基带信号
成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。但为了保证包络检波时不发生失真，必须满足，否则将出现过调幅现象而带来失真。
是由载频分量和上、下两个边带组成。上 由频谱图可知，AM信号的频谱边带的频谱与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号，它的带宽为基带信号带宽的两倍，即
式中，为调制信号的带宽，为调制信号的最高频率。（2-5）
2.2.2 AM信号的功率分配及调制效率 AM信号在1电阻上的平均功率应等于的均方值即为其平方的时间平均，即 的均方值。当
为确知信号时，因为调制信号不含直流分量，即，且
（2-6），所以
式中，的一半。
（2-7）
为载波功率；
为边带功率，它是调制信号功率 由此可见，常规双边带调幅信号的平均功率包括载波功率和边带功率两部分。只有边带功率分量与调制信号有关，载波功率分量不携带信息。我们定义调制效率
（2-8）
显然，AM信号的调制效率总是小于1。
2.2.3 AM信号的解调
调制过程的逆过程叫做解调。AM信号的解调是把接收到的已调信号为调制信号。AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。
还原（1）相干解调 由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。相干解调的原理框图如图2-4所示。
图2-4 相干解调原理
将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得
（2-9）
由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号
（2-10）
相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。
（2）包络检波法 由的波形可见，AM信号波形的包络与输入基带信号
成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成，如图3-5所示。
图2-5 包络检波器一般模型
图2-6为串联型包络检波器的具体电路及其输出波形，电路由二极管D、电阻R和电容C组成。当RC满足条件（2-11）
时，包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即（2-12）
包络检波器输出的信号中，通常含有频率为的波纹，可由LPF滤除。
图2-6 串联型包络检波器电路及其输出波形
包络检波法属于非相干解调法，其特点是：解调效率高，解调器输出近似为相干解调的2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载波信号，大大降低实现难度。
AM信号可用相干解调和包络检波两种方法解调，若用不同的方法解调，解调器输出端将可能有不同的信噪比。实际中，AM信号的解调器通常采用简单的包络解调法，此时解调器为线性包络检波器，它的输出电压正比于输入信号的包络变化。运行环境
操作系统：Windows xp 应用软件：MATLAB 编程语言：M语言 详细设计
clear all;clc;A1=sqrt(2);A2=2;w1=2*pi;w2=20*pi;fs=60;t=0:1/fs:4 y0=A1*cos(w1*t)%*************** 生成“高斯噪声”******************* k=randn(1,length(y0));plot(length(y0),k);y1=A1*cos(w1*t)+k;;figure(1);subplot(1,1,1);plot(y0);title('通过加性高斯白系统原信号');y2=A2*cos(w2*t)%******************调制************************ y3=y1.*y2 figure(2);subplot(2,1,1)plot(t,y3);title('以调制信号时域图')%*****************进行FFT变换并做频谱图******************* N1=length(t)k=-N1/2:N1/2-1 f=k*fs/N1 y=fftshift(fft(y3));%进行fft变换 mag1=abs(y);%求幅值 figure(2);subplot(2,1,2)plot(f,mag1.^2);%做频谱图 title('以调制信号频谱');%**************解调************************ y4=y3.*y2 N2=length(y4);n=0:N2-1;f=n*fs/N2-fs/2;F2=fftshift(fft(y4));mag2=abs(F2);%求幅值 figure(3);subplot(3,1,1)plot(f,mag2);%做频谱图 title('解调滤波前频谱');% ********切比雪夫1型低通滤波器*************** ft=fs;fp=2;f1=4 wp=2*pi*fp/ft;ws=2*pi*f1/ft;omegp=tan(wp/2);omegs=tan(ws/2);omega=1;omegb=omegp/omegs;[n,wn]=cheb1ord(omega,omegb,1,40,'s');[b,a] =cheby1(n,1, wn, 's');[num,den]=bilinear(b,a,0.5);
%*************以调信号滤波，滤出信号***************** h1=filter(num,den,y4);%解调信号频谱分析 N3=length(t);n=0:N3-1;f=n*ft/N3-ft/2;F3=fftshift(fft(h1));mag3=abs(F3);%求幅值 figure(3);subplot(3,1,2)plot(f,mag3);%做频谱图
title('解调滤波后含加性高斯噪声信号频谱');
%*****************原信号于滤出波形对比********************* N=length(y1);n=0:N-1;f=n*fs/N-fs/2;F1=fftshift(fft(y1));mag=abs(F1);%求幅值 figure(3);subplot(3,1,3)plot(f,mag);%做频谱图 title('原信号频谱');figure(4);subplot(2,1,1);plot(t,y1)title('原始信号含加性高斯噪声信号时域图');figure(4);subplot(2,1,2);plot(t,h1)title('解调滤波后含加性高斯噪声信号时域图');调试分析
1、对以调信号进行FFT变换，起初用的是代码：
F1=fft();
（5-1）
2、运行程序后产生的频谱图两边的高频频谱不完整，只有一个频率分量，起初认为是在调制时发生错误，后经分析频谱是正确的，因为频谱实质是一个周期为2∏周期谱，出现边频不完整，是因为显示范围的原因，后改为：
F1=fftshift(fft());
（5-2）频谱显示正确。
3、希望显示的频谱其中心频率在f=0Hz的地方，在归一化时，长度计算错误，起初用的代码是
f=n*fs/N
（5-3）经过分析，f=n*fs/N-fs/2;
（5-4）
4、滤波器起初对信号无法很好的滤出，原因在于滤波器的采样频率与信号的采样频率不匹配。测试结果
因为要在AWGN信道下进行分析,所以在运行程序时,直接对原信号进行了y1=y+k 处理,以下全是原信号在AWGN信道下仿真分析
图6-1 未通过加性高斯白系统的信号波形
图6-2原始信号与经过加性高斯白信道后的信号图
图6-3经过10Hz载波的调制后，产生9Hz和11Hz两个边频
经过同频同相的信号进行相干解调后，频谱被搬移到两倍的载频处20Hz(频谱幅度较小),同时在1Hz处是原始信号的频率分量，根据频谱，确定滤波器的通带频率fp=2Hz，阻带频率为4Hz。
参考文献
[1] 孙屹.MATLAB通信仿真开发手册.国防工业出版社
[2] 李建新.现代通信系统分析与仿真－MATLAB通信工具箱.西安电子科技大学出版社
[3] 曹志刚.现代通信原理.清华大学出版社
[4] 樊昌信.通信原理.国防工业出版社
心得体会
本次设计开始先针对题目进行分析，将所涉及的波形，频谱及相关函数做了研究，大体撒谎能够把握了设计的流程以及思路。再通过查阅相关资料，能对相关的知识做正确的记录，以便随时查看。在问题的分析阶段中，就原始信号的频率和载波信号的频率做了比较，确定了具体的方案后，在针对matlab中的有关画图处理函数进行学习和分析，这样就提高了学习的针对性，同时节约了设计的时间。本实验所仿真的内容都是通信仿真中非常基础的实验，通过对这些实验的演示，有助于我把一些抽象的概念、原理具体化，进而加深对这些概念、原理的理解。并且通过自己的努力，认真学习相关的函数，通过设计前后的分析，大大提高了自己解决问题的能力。而在设计过程中通过对错误的改正，也加强了自己对相关知识的理解，这将对以后的学习工作有着很大的帮助。
通过本次开设的仿真课程，使我熟悉MATLAB软件环境的使用方法，包括函数、原理和方法的应用。熟悉了AM 信号的调制及相干解调过程。增强在通信系统设计方面的动手能力与自学能力。锻炼自主学习能力，增强分析问题、解决问题的能力。对一些过去对AM调制上没有弄懂或认识模糊的概念、理论有了正确的认识，为以后的工作和学习打下基础。总的来说，此次实践周不仅对原来通信原理知识得到了巩固，而且还学会了许多原来不会的东西，所以这次的实践周对我的帮助很大。
第四篇：通信原理数字频带传输系统课程设计
目 录
1技术要求..................................................................1 2基本原理..................................................................1 2.1 数字基带传输系统的组成..............................................1 2.2 基带传输的常用码型..................................................2 2.3 无码间串扰的基带传输特性............................................3 2.3.1 无码间串扰的条件...............................................3 2.3.2 余弦滚降特性...................................................3 2.4 眼图................................................................4 3 使用Matlab建立模型描述...................................................5 3.1 Simulink简介........................................................5 3.2 设计思路............................................................6 3.2.1 信源模块.......................................................6 3.2.2 收发滤波器和信道模块...........................................7 3.2.3 抽样判决模块...................................................9 3.2.4 误码率计算模块.................................................9 3.2.5 整体设计电路图................................................10 4 使用System View建立模型描述.............................................10 4.1 System View简介....................................................10 4.2 设计思路...........................................................11 5 模块功能分析.............................................................12 5.1 用Simulink设计系统.................................................12 5.2 用System View设计系统..............................................13 6 调试过程及结论...........................................................15 6.1 Simulink调试.......................................................15 6.1.1 Simulink调试结果..............................................15 6.1.2 Simulink调试结论..............................................17 6.2 System View调试....................................................17 6.2.1 System View调试结果...........................................17
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6.2.2 System View调试结论...........................................18 6.3 两种方案性能对比...................................................19 7 心得体会.................................................错误！未定义书签。8 参考文献.................................................................19
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数字基带通信系统的设计
1技术要求
设计一个数字基带传输系统，要求：（1）设计一个数字基带传输系统的结构；
（2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）；（3）用Matlab或SystemView 实现该数字基带通信系统；（4）观察仿真并进行波形分析；（5）系统的性能评价。
2基本原理
2.1 数字基带传输系统的组成
在数字传输系统中，其传输的对象通常是二进制数字信号，它可能是来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字脉冲，也可能是来自数字电话终端的脉冲编码调制（PCM）信号。这些二进制数字信号的频带范围通常从直流和低频开始，直到某一频率 m f，我们称这种信号为数字基带信号。在某些有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以不经过调制和解调过程在信道中直接传送，这种不使用调制和解调设备而直接传输基带信号的通信系统，我们称它为基带传输系统。而在另外一些信道，特别是无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制过程，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，相应地，在接收端必须经过解调过程，才能恢复数字基带信号。我们把这种包括了调制和解调过程的传输系统称为数字载波传输系统。
系统基带波形被脉冲变换器变换成适应信道传输的码型后，就送入信道，一方面受到信道特性的影响，使信号产生畸变；另一方面信号被信道中的加性噪声所叠加，造成信号的随即畸变。因此，在接收端必须有一个接收滤波器，使噪声尽可能受到抑制，为了提高系统的可靠性，在安排一个有限整形器和抽样判决器组成的识别电路，进一步排除噪声干扰和提取有用信号。对于抽样判决，必须有同步信号提取电路。在基带传输中，主要采用位同步。同步信号的提取方式采用自同步方式（直接法）。同步系统性能的好坏将直接影
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响通信质量的好坏，甚至会影响通信能否正常进行。
数字基带传输系统主要由信道信号形成器、信道、接收滤波器和抽样判决器组成，其模型如图1所示。
图1 数字基带传输系统方框图
信道信号形成器：基带传输系统的输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它不一定适合直接在信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过码型变换和波形变换来实现的，其目的是与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。
信道：允许基带信号通过的媒质。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，恒参信道如（明线、同轴电缆、对称电缆、光纤通道、无线电视距中继、卫星中继信道）对信号传输的影响主要是线形畸变；随参信道如（短波电离层反射、对流层散射信道等）对信号传输的影响主要有频率弥散现象（多径传播）、频率的选择性衰落。信道的线性噪声和加性噪声的影响。在通信系统的分析中，常常把噪声n(t)等效，集中在信道中引入。
接收滤波器：主要作用是滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。
抽样判决器：它是在传输特性不理想及噪声背景下，在由位定时脉冲控制的特殊点对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。
自同步法的同步提取电路：有两部分组成，包括非线型变换处理电路和窄带滤波器或锁相环。非线型变换处理电路的作用是使接收信号或解调后的数字基带信号经过非线型变换处理电路后含有位同步分量或位同步信息。窄带滤波器或锁相环的作用是滤除噪声和其他频谱分量，提取纯净的位同步信号。
2.2 基带传输的常用码型
为了在传输信道中获得优良的传输特性，一般要将信码信号变化为适合于信道传输特性的传输码，即进行适当的码型变换。
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对传输码型的要求如下：
（1）传输信号的频谱中不应有直流分量，低频分量和高频分量也要小；（2）码型中应包含定时信息，有利于定时信息的提取，尽量减小定时抖动；（3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；
（4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化；
（5）具有内在检错能力，即码型应具有一定规律性，以便于利用这一规律性进行宏观监测；
（6）编译码简单，以降低通信延时和成本。
常用的码型有AMI码、HDB3码、曼彻斯特双相码、差分双相码、密勒码、CMI码等。2.3 无码间串扰的基带传输特性
所谓码间串扰是由于系统传输总特性（包括收、发滤波器和信道的特性）不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽，并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰。
2.3.1 无码间串扰的条件
无码间串扰的时域条件为：h(t)的抽样值除了在t=0时不为零外，在其他所有的抽样点上均为零，就是不存在码间串扰。表达式如下：
h(kTs)
1k=0
h(kTs)0
k为其他整数
（1）
无码间串扰的频域条件为：
Heq(ω)∑H(ω2π i RB)常数
（2）
2.3.2 余弦滚降特性
升余弦滚降传输特性H(ω)可表示为
H()H0()H1()
（3）
H(ω)是对截止频率ωb的理想低通特性H0(ω)按H１(ω)的滚降特性进行“圆滑”得到的，H1(ω)对于ωb具有奇对称的幅度特性，其上、下截止角频率分别为ωb+ω
1、ωb-ω1。它的选取可根据需要选择，升余弦滚降传输特性H1(ω)采用余弦函数，此时H(ω)为
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升余弦滚降函数： htsinpi*T/Tbcos(2*pi*T/Tb)
（5）*2pi*T/Tb1(2*T/Tb)（4）
其中α为滚降系数。α值越大，h(t)的拖尾衰减越快，对定位精度要求越低。但是滚降系数使带宽增大，所以频带利用率低。
2.4 眼图
眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称为“眼图”。从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。眼图的“眼睛”张开的大小反映着码间串扰的强弱。“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。若同时存在码间串扰，“眼睛”将张开得更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带系统的性能优劣；可以指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰。
眼图的一般描述如图2所示。
图2 眼图的一般描述
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对于该图可获得以下信息：
（1）最佳抽样时刻应在“眼睛”张开最大的时刻。
（2）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。斜率越大，对定时误差就越灵敏。
（3）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。（4）眼图中央的横轴位置应对应判决门限电平。
（5）在抽样时刻上，上下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。
（6）对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要的影响。使用Matlab建立模型描述
3.1 Simulink简介
Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
Simulink模块库按功能进行分类，包括以下8类子库：Continuous（连续模块）、Discrete（离散模块）、Function&Tables（函数和平台模块）、Math（数学模块）、Nonlinear（非线性模块）、Signals&Systems（信号和系统模块）、Sinks（接收器模块）、Sources（输入源模块）。
启动Simulink只需在Matlab窗口中输入指令Simulink即可打开。
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3.2 设计思路
根据数字基带传输系统方框图，在设计时整个系统可分为信源模块、收发滤波器和信道模块、抽样判决输出模块、误码率计算模块这四个模块，下面介绍每个模块的设计思路。
3.2.1 信源模块
常见的基带信号波形有：单极性波形、双极性波形、单极性归零波形和双极性归零波形。双极性波形可用正负电平的脉冲分别表示二进制码“0”和“1”，故当“1”和“0”等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，且在接收端恢复信号的判决电平为0，抗干扰能力较强。故单极性波形的极性单一，虽然易于用TTL，CMOS电路产生，但直流分量大，要求传输线路具有直流传输能力，不利于信道传输。归零信号的占空比小于1，即：电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平，这样的波形有利于同步脉冲的提取。
基于以上考虑，本次课程设计我采用的码型为曼彻斯特双相码，其编码规则为：将二进制码“1”编成“10”，将二进制码“0”编成“01”。在这里采用了二进制双极性码，则将“1”编成“+1-1”码，将“0”编成“-1+1”码。采用Simulink中的Bernoulli Binary Generator(不归零二进制码生成器)、Unipolar to Bipolar Converter(单极性向双极性转换器)、Pulse Generator(脉冲生成器)、Constant（常数源模块）、Add（加法器）、Product（乘法器）、Scope（示波器）构成曼彻斯特码生成电路。模块连接图如图3所示。
图3 信源模块连接图
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Bernoulli Binary Generator用于产生“1”和“0”的随机信号，经过Unipolar to Bipolar Converter变为双极性信号；Pulse Generator用于产生占空比为1/2的单极性归零脉冲（2020），经过Add加法器减一后成为双极性脉冲（+1-1+1-1）。两路双极性信号作为乘法器的输入，相乘后结果为：第1路不归零码的1码与第2路（+1-1）相乘得到（+1-1），第1路-1码与第2路（+1-1）相乘得到（-1+1）码，形成了曼彻斯特码。
该模块参数设置：原信号频率设置为1000Hz,抽样脉冲信号频率为2000Hz。因为由前面的原理可知在原信号的一个码元宽度对应抽样的两个码元宽度。具体参数设计如图4所示。Bernoulli Binary Generator设置（左），Pulse Generator设置（右）。
图4 参数设置1
3.2.2 收发滤波器和信道模块
本模块由发送滤波器、传输信道、接受滤波器组成。1）发送、接受滤波器的设计
基带系统设计的核心问题是滤波器的选取，为了使系统冲激响应h(t)拖尾收敛速度加快，减小抽样时刻偏差造成的码间干扰问题，要求发送滤波器应具有升余弦滚降特性；要得到最大输出信噪比，就要使接受滤波器特性与其输入信号的频谱满足共轭匹配式如下：
GR(w)GT(w)e^(jwt0)（6）
GT(w)（7）同时系统函数满足H(w)GT(w)GR(w)考虑在t0时刻取样，上述方程改写为：
GR(w)于是有：
GR(w)GT(w)[H(w)]*（8）
因此，在构造系统时收发滤波器均采用平方根升余弦滤波器。
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2）信道的设计
信道是允许基带信号通过的媒介，通常为有线信道。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，且含有加性噪声。因此本次系统设计采用高斯白噪声信道。
为了减小码间干扰，在最大输出信噪比时刻输出信号，减小噪声干扰，传输模块由Upsample（内插函数）、Discrete Filter（根升余弦发送滤波器）、AWGN Channel（高斯信道）、Discrete Filter（根升余弦接收滤波器）组成。
信号通过Upsample升采样在相同的采样时间内将频率变为原来的10倍，再依次通过发送滤波器、信道、接受滤波器传输信号。
整个模块的连接图如图5所示。
图5 收发滤波器和信道模块连接图
该模块参数设置：根升余弦滚降收、发滤波器的参数为rcosine(2,10,'fir/sqrt',0.5,10)；参数的含义为rcosine(Fd,Fs,type_flag,r,delay)，其中Fd/2为截止频率，fir/sqrt为均方根FIR滤波器，delay为延时时间。信道采用高斯信道，噪声大小为50dB，此数值为最佳噪声大小。具体参数设置如图6所示。左为滤波器参数，右为信道参数。
图6 参数设置2
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3.2.3 抽样判决模块
由于采用的为双极性码，所以抽样电平为“0”，抽样判决规则为：大于“0”判“1”，小于“0”判“-1”。
利用Pulse Generator（脉冲生成器）、Product（乘法器）、Relay（滞环比较器）、Triggered Subsystem（触发子系统）、Downsample（内插函数）构成抽样判决电路，并通过Pulse Generator（脉冲生成器）、Constant（常数）、Add（加法器）、Product（乘法器）对接收到的曼彻斯特码进行解码。整个抽样判决模块电路图如图7所示。
图7 抽样判决模块电路图
如图可知本模块的设计思路：将接收到的信号与脉冲信号相乘，相当于进行了采样，之后通过Relay比较器进行判决，大于“0”判“1”，小于“0”判“-1”；之后通过Triggered Subsystem（触发子系统）进行时机采集，每段时间内只采集一次，最后通过内插函数恢复到原来的频率上。此时得到的为曼彻斯特码，要得到原来的双极性码必须经过解码电路，即图中所示：按照曼彻斯特码的编写过程对其进行反变换，应为+1与-1本身极性相反所以逆变换的过程就是其编码的过程。
该模块参数设置：脉冲信号频率为20000Hz，因为采样点频率需要远大于信号频率；Delay判决门限电平为“0”，大于“0”判“+1”，小于“0”判“-1”。参数设置在此不再截图。
3.2.4 误码率计算模块
为了计算整个系统的性能，在最后加了一个误码率计算的模块，因为测试下来最后的解码相对于原码有一定的延迟，所以对原码加上一个延迟函数再对于解码做误码率的计
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算。模块电路图如图8所示。
图8 误码率计算模块
3.2.5 整体设计电路图
综合了以上的四个模块，并在相应的地方添加示波器以便于波形的观察，在接受滤波器后添加眼图来观察系统是否存在码间串扰和噪声，用以判别系统的整体性能。系统整体设计电路图如图9所示。
图9 系统整体设计电路图 使用System View建立模型描述
4.1 System View简介
System View 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。从滤
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波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域，System View 在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。
利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。
4.2 设计思路
System View整个系统框图较为简单，信号直接通过与随机噪声相加的信道，再通过巴特沃斯滤波器，再经过抽样判决输出。整个系统框图如图10所示。
图10 System View整个系统框图
参数设置如下：
Token0：Source――Noise/PN――Pn Seg（幅度1V，频率10HZ，电平数2，偏移0V，产生单极性不归零码，随机产生）
Token1：在专业库中选择Comm——Processors——P shape（Select pulse Shape＝ Rectangular，Time offset＝0，Width＝0.01s，产生矩形脉冲基带信号）
Token3：Source――Noise/PN――Gauss Noise（均值为0，均方差为0.1的高斯白噪声）Token4：Operator――Filters/systems――Liner Sys Filters（Analog，Butterworth，阶数5，截止频率10Hz）
Token5：Operator――Sample/Hold――Sample（Sample rate=10HZ，用于对滤波后的波 形进行抽样，抽样速率等于码元速率）
Token6：Operator――Sample/Hold――Hold（Hold Value=Last Sample，Gain＝1，对抽 样后的值延时一段时间，得到恢复后的数字基带信号）
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Token7：Operator——Logic——Compare（Select comparison：a>=b True Output=1V，False Output＝-1V，对抽样值进行判决比较，得到输出码元波形）
Token8：产生正弦信号，作为比较器的另一个比较输入（振幅＝0V，频率＝10Hz）这里采用的滤波器为巴特沃斯数字滤波器，其特性也具有尾部收敛速度较快的特点，只要设置相应的阶数和频率，就可以消除信道中的噪声和码间串扰，但依旧会有延时产生，但延时较小，可以忽略。在System View中依旧可以采用眼图来观察系统的性能设计是否满足传输条件。整个系统的设计思想跟Simulink基本一致，只是在System View中运用的较为直白，这里不再叙述。模块功能分析
5.1 用Simulink设计系统
模块的分类以及功能设计已在第3部分中加以说明，下面结合每部分的波形来对相应模块进行分析。
1）信源模块：调试点波形如图11所示。
图11 信源模块调试点波形
由波形可知该模块可产生曼彻斯特双相码。
2）收发滤波器和信道模块：本模块包含了两个滤波器和一个信道，为了展现个部分功能，共引入了4路信号波形，用来观察信号从发送到接收的整个状态，包括延时、波形转换，同时可以观察到滤波器和信道的性能是否满足设计要求。这四个信号波形分别为发送滤波器前的发送信号
1、经过发送滤波器的信号
2、经过信道的信号
3、经过接收滤波器的信号4。调试点波形如图12所示。
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图12 收发滤波器和信道模块调试点波形
通过各点波形可以看出发送接收滤波器相比较前一个波形均有延时，经过高斯信道后波形明显增加了噪声，有一些杂波，在经过接受滤波器后被消除。该模块大大减弱了信号传输过程中所会遇到的码间串扰和噪声问题的影响。这一性能可通过眼图观察出来。
3）抽样判决模块：将信道接收到的信号通过抽样判决输出，各点波形如图13所示。
图13 抽样判决模块调试点波形
通过各点的波形可以看出在接收到的信号经过判决门限判决后需要经过不止一次的分时分频，为了结果的更精确，需进行多次采集，最后可判决出正确的波形。
5.2 用System View设计系统
采用此种方法的中间点波形如图14所示。
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图14 System View各点调试波形图
通过各个调试点的波形可以看出其对应的功能，因为前面基本介绍，这里不再述说。通过波形可以发现，信号在通过巴特沃斯滤波器后产生了一些延时，这可能是由滤波器本身的特性而导致的。而通过采样后的波形可以看出明显的门限电平为“0”，可以判别出信号的原始码型。
武汉理工大学《通信原理》课程设计说明书 调试过程及结论
6.1 Simulink调试
6.1.1 Simulink调试结果
系统最终解码与原码波形如图15所示。
图15 最终调试波形1
在原码后添加一个10ms的延时函数器件，输出波形如图16所示。
图16 最终调试波形2
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用眼图来观察信道传输后的性能，在接收滤波器后添加眼图，视图如图17所示。
图17 眼图示意图
最后输出信号的频谱图如图18所示。
图18 输出信号频谱图
误码率的计算值如图19所示，此时高斯噪声的大小约为50dB。
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图19 误码率计算
6.1.2 Simulink调试结论
通过波形比较、眼图以及信号频谱图可以得出以下结论：
1）系统解码相对原码延时了10ms的时长，延时主要受两个升余弦滤波器的影响； 2）在信道传输信号后，眼图的眼睛张开较大，没有过零点失真，噪声也基本没有，说明信道模块设计性能基本满足要求；
3）系统的误码率为0.004498，在2001个码元中有9个错码，误码率很小但不为零，说明在解码的过程中受到了系统噪声的干扰，由于误码率较小，基本可认为达到了设计要求。
6.2 System View调试
6.2.1 System View调试结果
系统最后输出的解码与原码波形如图20所示。
图20 最终调试波形
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在滤波器后观察眼图，视图如图21所示。
图21 眼图示意图
输出信号频谱图如图22所示。
图22 输出信号频谱图
6.2.2 System View调试结论
通过波形和眼图，可以得出以下结论：
1）系统解码相对原码有延时，但时长很短，为10e-3级别，延时主要受巴特沃斯滤波器的影响；
2）通过对眼图的观察，可以发现眼图张开较大，但有少部分杂乱的线，说明存在噪声，但通过波形来看，几乎没有失真。
3）整个系统性能调节达到设计要求。
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6.3 两种方案性能对比
通过调试观察波形、眼图以及频谱图，对比两个方案的总体系统性能，可以发现，在Simulink中设计的系统性能较为良好，我认为原因在于滤波器的设计，在Simulink中采用的是升余弦滤波器，更有助于实现无码间串扰传输，巴特沃斯滤波器虽然尾部收敛也比较快，但是对于数字基带传输的性能不如升余弦滤波器。参考文献
[1] 樊昌信，曹丽娜.《通信原理（第6版）》.北京：国防工业出版社，2008.[2] 陈星，刘斌.SystemView通信原理实验指导.北京航空航天大学电子工程系内部讲义，1997.
第五篇：通信原理课程设计-2psk调制与解调
成都学院（成都大学）课程设计报告
基于MATLAB-Simulink的2PSK仿真
摘要 :Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
本文主要是以simulink为基础平台，对2PSK信号的仿真。首先有关通信的绪论，然后文章第一章是课程设计的要求。第二章是对2PSK信号调制及解调原理的详细说明；第三章是本文的主体也是这个课题所要表现的主要内容2PSK信号的仿真部分，调制和解调都是simulink建模的的方法及参数设置。
本文的主要目的是对simulink的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。关键词：2PSK；调制与解调；simulink；
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成都学院（成都大学）课程设计报告
目录
第一章 绪论.........................................................................................................................................................1 1.1通信技术背景........................................................................................................................................1 1.2 课程设计的目的...................................................................................................................................1 1.3 课程设计的基本任务和要求...............................................................................................................1 1.4 MATLAB/Simulink的简介..................................................................................................................2 第二章 2psk信号的调制与解调原理................................................................................................................3 2.1数字调制的基本原理............................................................................................................................3 2.2二进制相移键控....................................................................................................................................3 第三章 实验仿真与结果分析...........................................................................................................................7 3.1调制部分................................................................................................................................................7 3.1.1 Simulink中2PSK调制的模块框图........................................................................................7 3.1.2 各模块参数的设置...................................................................................................................7 3.1.3 调制系统中各模块的波形.......................................................................................................8 3.1.4结果分析....................................................................................................................................8 3.2解调部分................................................................................................................................................9 3.2.1解调模块框图............................................................................................................................9 3.2.2 各模块参数设置.......................................................................................................................9 3.2.3 各模块的波形.............................................................................10 3.2.4结果分析...................................................................................................................................11 3.3加入高斯白噪声的调制与解调...........................................................................................................11 3.3.1系统框图3-3-1........................................................................................................................11 3.3.2 各模块参数的设置..................................................................................................................11 3.3.3 示波器得到的波形.................................................................................................................13 3.3.4结果分析..................................................................................................................................14 第四章 结束语.................................................................................................................................................15 参考文献.............................................................................................................................................................16
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第一章 绪论
1.1通信技术背景
通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。
现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善，到现在数字调制技术的广泛运用，使得信息的传输更为有效和可靠。
数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。
随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。
1.2 课程设计的目的
通信原理是电子信息工程通信方向的一门骨干的专业课，是通信方向后续专业课的基础。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。由于通信原理理论深、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。
1.3 课程设计的基本任务和要求
本次课程设计的基本任务：
使学生通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法，能够分析简单通信系统的性能。使学生掌握
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通信电路的设计方法，能够进行设计简单的通信电路系统。了解通信工程专业的发展现状及发展方向。与运用学过的MATLAB基本知识，熟悉MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台的使用。
课程设计中必须遵循下列要求：
利用通信原理中学习的理论知识，在Simulik仿真平台中设计出各种调制系统，并按题目要求运行、检测系统仿真结果。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。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。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，并且分析高斯噪声对信号的影响。要求编写课程设计论文，正确阐述和分析设计和实验结果。
1.4 MATLAB/Simulink的简介
Simulink提供了一套预定义模块，加以组合即可创建详细的系统框图。Simulink 库浏览器包含系统建模常用的模块库。其中包括：连续和离散动态模块，如积分和单位延迟；算法模块，如 Sum（加法）、Product（乘法）和 Lookup Table（查找表）等；结构模块，如 Mux、Switch 和 Bus Selector 等，无论是使用这些模块，还是将手写 MATLAB、C、Fortran 或 Ada 代码融合到模型时，均可构建自定义函数。借助于 Simulink 附加产品，可以加入航空、通信、PID 控制、控制逻辑、信号处理、视频和图像处理以及其他应用的专业化组件。有了附加产品，还可以利用机械、电气和液压组件来构建物理系统模型。Simulink 编辑器可用于全面控制模型中的内容和操作。
Simulik是MATLAB软件的扩展，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指Simulik提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。
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第二章 2psk信号的调制与解调原理
2.1数字调制的基本原理
在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。
图 2-1 数字调制系统的基本结构
数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK 或DPSK)。
2.2二进制相移键控
在二进制数字调制中,当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时,则产生二进制移相键控(2PSK)信号.通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0.二进制移相键控信号的时域表达式为e2PSK(t)= g(t-nTs)]cosωct（公式2-2-1）其中, an与2ASK和2FSK时的不同,在2PSK调制中,an应选择双极性,即
（公式2-2-2）
（公式2-2-3）
若g(t)是脉宽为Ts, 高度为1的矩形脉冲时,则有e2PSK(t)=cosωct, 发送概率为P-cosωct, 发送概率为1-P由式(2-2-3)可看出,当发送二进制符号1时,已调信号e2PSK(t)取0°相位,发送二进
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制符号0时,e2PSK(t)取180°相位.若用φn表示第n个符号的绝对相位,则有φn= 0°, 发送 1 符号180°, 发送 0 符号。这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制绝对移相方式.二进制相移键控信号的典型时间波形如图2-2所示。
图 2 – 2 二进制移相键控信号的时间波形
二进制移相键控信号的调制原理图如图 25所示.当恢复的相干载波产生180°倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错.（a）
（b）
图 2-3 2PSK信号的调制原理图
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图 2-4 2PSK信号的解调原理图
图 2-
52PSK信号相干解调各点时间波形
这种现象通常称为“倒π”现象.由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊,所以2PSK信号的相干解调存在随机的“倒π”现象,从而使得2PSK方式在实际中很少采用.成都学院（成都大学）课程设计报告
图2-6过零检测法原理图和各点波形
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第三章 实验仿真与结果分析
3.1调制部分
3.1.1 Simulink中2PSK调制的模块框图
图3-1-1
利用巴克码（取值为+1或-1）和基本的正弦信号相乘得到2psk的调制波
3.1.2 各模块参数的设置
图3-1-2 正弦载波的参数设置
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图3-1-3 码长为2，取样时间为0.00001s的巴克码设置
3.1.3 调制系统中各模块的波形
图3-1-4 巴克码波形
图3-1-5 幅度为2频率为1M的正弦波
图3-1-6 通过相乘器调制后的波形
3.1.4结果分析
利用巴克码与正弦载波相乘得到了调制的波形如图3-1-6所示。巴克码的取值为1时，调制波为初
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相为0开始的正弦波。巴克码值为-1时，调制波为倒向的正弦波。这样，通过巴克码与正弦波得到了调制波。
3.2解调部分
3.2.1解调模块框图
图3-2-1 2psk的解调模块
3.2.2 各模块参数设置
图3-2-2
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图3-2-3 3.2.3 各模块的波形
图3-2-4 原巴克码波形
图3-2-5 调制后的波形
图3-2-6 调制波与原始载波相乘后
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图3-2-7 通过低通滤波器后的波形
图3-2-8 解调恢复出的波形
3.2.4结果分析
利用3.1得到的调制波作为输入，与基本原始载波相乘得到如图3-2-6的波形。此波形通过低通滤波器后得到低通信号图3-2-7，取样判决器先取样再进行门限判决，得到恢复的信号图3-2-8即为解调信号。
3.3加入高斯白噪声的调制与解调
3.3.1系统框图3-3-1
图3-3-1
3.3.2 各模块参数的设置
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图3-3-2 高斯白噪声参数
图3-3-3 带通滤波器参数设置
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图3-3-4 误码率计算器设置
3.3.3 示波器得到的波形
（a）
（b）
（c）
（d）
（e）
（f）
图3-3-5 scope成都学院（成都大学）课程设计报告
（a）
（b）
（c）
图3-3-6 scope 其余模块的参数设置与前面相同模块一样。3.3.4结果分析
加入高斯白噪声的调制波的解调需要在与载波相乘前先用带通滤波器滤去部分噪声。通过带通滤波器后的波形如图3-3-5中的（c）图所示，可以看出相对于没有加噪声的调制波来说，此图还是有一定的误码。又因为通过了两个滤波器，判决出的波形显然与原巴克码的波形有一些时延，但是最终没有误码，所以误码率显示为0。
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第四章 结束语
半个多月的课程设计，在此就要写下结束语。回首这段时间的准备，感觉自己学到与收获的不仅仅是课程设计的完成更是通信原理知识的加深与理解。
首先自己对2PSK的调制与解调的原理更加理解了。2PSK的调制可以使用相位选择器也可以用乘法器。如果使用相位选择器需要使用两个频率相同幅值大小相同互为相反数的载波信号，巴克码输出+1或-1，选择器来选择不同载波再拼在一起就能得到调制波形。如果使用乘法器，直接把巴克码与载波相乘就好。虽然两种方法得到的调制波形没有什么区别，但是原理却大相径庭。第一种方法得到的波形是拼在一起的，而第二种才是平顺又载波而来的。在老师检查前我并没有意识到这个问题，进过一番讨论我才意识到这个问题。
2PSK的解调原理也并不困难。加入噪声后，需要把调制后的波先通过带通滤波器滤去大部分噪声。再与原来的载波相乘，得到幅值的一部分完全在横坐标上或下的正弦波。然后通过一个低通滤波器得到原巴克码的大致波形，最后通过一个判决器得到完整平滑的波形即为解调波。但是问题来了，两个滤波器的参数应该怎么设置呢？
由于老师要求载波频率1Mhz、码元速率100Khz，所以采样时间最好是载波频率的100倍，但是我们开始没有意识到这个问题，把滤波器上的采样时间设置在和载波速率一样，所以滤波器始终不能滤掉噪声。然后把带通滤波器的通频带设置在载波频率的左右，但是上下频差最好不要超过0.3Mhz这样就能滤出噪声。通过低通滤波器的波是调制波与原载波相乘后的波形，所以它的自然也减半。低通滤波器的通带0.5M，所以采样频率也低于50M。
在上述框架上加上误码率计算模块与频谱分析模块就能得到完整的调制解调与分析的系统框图。此次课程设计的原理是我们在书本上学到的，MATLAB中simulink仿真过程却是这一次动手得来的。以前自己只是用simulink做过自控原理的简单反馈仿真，多数的功能都不清楚。在课程设计的过程中我遇到了许多问题，有同学、老师的帮助我才得以顺利完成。
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参考文献
[1] 黄葆华 杨晓静 吕晶 编著，《通信原理》，西安电子科技大学出版社，2012 [2] 吴冰冰 编著，《通信原理》，北京大学出版社，2013 [3] 孙屹 吴磊编著, 《Simulink通信仿真开发手册》,国防工业出版社,2003 [4] 邵佳 董晨辉编著，《MATLAB/Simulink 通信系统建模与仿真实例精讲》，电子工业出版社 2009 [5] 石良臣 编著，《MATLAB/Simulink系统仿真超级学习手册》，人民邮电出版社,2014
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