ASK信号调制与解调实验

第一篇：ASK信号调制与解调实验

学 生 实 验 报 告

实验室名称：通信实验室

课程名称：数字传输技术

实验名称：ASK信号调制与解调实验

指导教师：

成绩：

一、实验目的

1.理解ASK调制与解调的原理。

2.掌握使用MATLAB语言进行ASK调制与解调的方法。

二、实验原理

1.二进制数字调制的数学模型

设基带二进制数据为an，g(t)为持续时间为Ts的高度为1的矩形脉冲，则二进制数据的单极性矩形波形可以表示为：

s(t)ang(tnTs)

P0,其中，an

1,1PP为二进制数据流中“0”出现的概率。n2.二进制幅移键控2ASK的调制

二进制幅移键控2ASK的输出波形e2ASK(t)是基带单极性波形与角频率为c的正弦载波的乘积，即

e2ASK(t)s(t)cosct 3.键控调制的物理实质

键控调制的物理实质是“波形替代”，在二进制幅移键控中，二进制1用持续时间为Ts的正弦波替代，二进制0则使用零电平来表示。

4.二进制幅移键控2ASK的解调

将接收到的ASK信号进行包络检波，然后在最佳取样时刻对检波输出进行取样，最后依据最佳判决门限作判决输出，即可得出解调输出。将解调输出与发送数据进行比较，就可计算出误码率来。

三、实验内容及要求

1.根据ASK调制和解调的原理，用一个脚本文件（Script File）来实现ASK信号的调制与解调的功能。设基带数据速率为100bit/s，ASK载波频率为1000Hz，仿真的系统采样频率为10000Hz，仿真时间为1s。信道的传输特性为850Hz到1150Hz的带通型信道，信道中的噪声为加性高斯噪声。

提示：仿真时间为1s，基带数据速率为100bit/s，则仿真的传输数据为100bit。可以使用Matlab的rand函数来产生。系统的采样频率为10000Hz，其是载波频率的10倍，因此一个载波周期中将有10个采样点，使得作图波形比较光滑。包络检波可以使用取绝对值并进行低通滤波来实现。仿真中假设最佳取样时刻是确定的，即接收机的定时提取被假定是理想的。仿真中加入噪声，可使用noise=0.3*randn(1,10000)实现，修改加入噪声的方差系数即可改变所加入噪声的大小。

2.实验结果中要求画出如下图形：

输入基带波形，ASK调制后输出的波形，加入高斯白噪声后的ASK波形，带限信道的频率响应（幅频响应和相频响应），加入噪声后的ASK信号通过带通信道的输出波形，接收机包络检波的输出波形，包络检波后经过低通滤波器的输出波形，包络检波后经过低通滤波器的输出波形所形成的眼图，最终取样判决输出的数据波形。

四、程序代码

Fs=10000;fc=1000;

%系统采样频率

%载波频率fc=1000Hz %仿真时间1s t=0:1/Fs:1-1/Fs;

transdata=rand(1,100)>0.5;

%发送数据（单极性）

basebandwave=ones(100,1)*transdata;

%基带速率为100bit/s，则1个bit期间采样100次 basebandwave=reshape(basebandwave,1,10*1000);

figure(1);subplot(3,1,1);plot(t,basebandwave);axis([0,1,-0.5,1.1]);

carrier=cos(2*pi*fc*t);

ASKout=basebandwave.*carrier;

%ASK调制输出

subplot(3,1,2);plot(t,ASKout);axis([0,1,-1.5,1.5]);

noise=0.3*randn(1,10000);ASKandNoise=ASKout+noise;subplot(3,1,3);plot(t,ASKandNoise);axis([0,1,-1.5,1.5]);

fl=850;fh=1150;N=3;

%带通信道参数850Hz~1150Hz，3阶 %求解信道滤波器系数 %作出信道频率响应图 [B,A] = BUTTER(N,[fl,fh]./(Fs/2));figure(2);freqz(B,A,1000,10000);

ASKrec=filter(B,A,ASKout);% ASKrec=filter(B,A,ASKandNoise);figure(3);subplot(3,1,1);plot(t,ASKrec);axis([0,1,-1.5,1.5]);

jianbo=abs(ASKrec);

%包络检波

subplot(3,1,2);plot(t,jianbo);axis([0,1,-0.1,1.5]);[b,a] = BUTTER(3,150./(Fs/2));

%150Hz低通滤波器设计

LPFout=filter(b,a,jianbo);

%眼图数据 subplot(3,1,3);plot(t,LPFout);axis([0,1,-0.1,1.5]);LPFoutforeye=reshape(LPFout,200,50);

figure(4);plot(LPFoutforeye);

level=mean(LPFout);

%作出低通输出信号的眼图

sampleout=LPFout(100:100:10000);panjueout=sampleout>level;

error=sum(abs(panjueout-transdata))

figure(5);subplot(2,1,1);stairs(transdata);axis([0,100,-0.1,1.1]);

%作出发送数据的图 title('transdata');subplot(2,1,2);stairs(panjueout);axis([0,100,-0.1,1.1]);

%接受病解调的输出数据的图 title('panjueout');

五、程序运行结果图 10.50-0.500.10.20.30.40.50.60.70.80.9110-100.10.20.30.40.50.60.70.80.9110-100.10.20.30.40.50.60.70.80.91 图1(a)输入基带波形；(b)ASK调制输出；(c)加入高斯白噪声后的ASK波形

0-50Magnitude(dB)-100-150-200-25005001000***03000Frequency(Hz)***00Phase(degrees)-200-400-600-80005001000***03000Frequency(Hz)***0 图2 带限信道的频率响应 10-101.510.5001.510.5000.10.20.30.40.50.60.70.80.910.10.20.30.40.50.60.70.80.910.10.20.30.40.50.60.70.80.91 图3(a)加噪的ASK信号通过带通信道的输出；(b)接收机包络检波的输出；(c)包络检波后经过低通滤波器的输出波形

0.80.70.60.50.40.30.20.***20140160180200 图4 包络检波后经过低通滤波器的输出波形所形成的眼图

transdata10.80.60.40.***708090100panjueout10.80.60.40.***708090100 图5(a)发送的数据；(b)接收并解调的输出数据

第二篇：模拟调制与解调(全)

通讯系统原理课程设计

设计题目：模拟调制/解调 姓

名：

院（系）： 机电工程学院 专

业：电子信息工程专业 指导老师：薛艳茹 刘艳东

日期：2010年6 月12 日至 6 月18日

一 设计目的：通过MATLAB软件实现模拟调制/解调。二 摘要：

根据调制信号的不同，可将调制分为模拟调制和数字调制。模拟调制的输入信号为连续变化的模拟量，数字调制的调制信号是离散的数字量。在对调制进行仿真模拟有带通的和基带的两种选择。带通仿真的载波信号包含于传输模型中。由于载波信号的频率远高于输入信号，根据抽样定理，抽样频率必须至少大于两倍的载波频率才能正确地恢复信号，因此对高频信号的模拟仿真效率低、速度慢。为了加速模拟仿真，一般使用基带仿真，也称为低通对等方法。基带仿真使用带通信号的复包络

关键字：MATLAB 基带调制与解调 带通模拟调制与解调

三 所需MATLAB函数：

在MATLAB的函数库中，每一个通带调制/解调函数也有一个基带调制/解调函数与其对应： 基带函数 带通函数 函数功能

amod amodce 模拟调制

ademod ademod 模拟调制 dmod ddemod 数字调制 ddemod ddemod 数字调制 modmap modmap 数字映射 demodmap demodmap 数字逆映射

其中可选用的模拟调制/解调方式为' DSB-SC AM' ,' DSB-TC AM ','SSB AM','QAM','FM'和'PM';可选的数字调制/解调，数字映射/逆映射的方式为'ASK'，'QASK'，'QASK/CIRCLE'，'QASK/ARB'，'FSK'，'PSK'和'sample'。sample函数可以改变输入数据的抽样速率，是一种支持调制技术的应用。

四 带通模拟调制与解调

模拟调制通常分为：幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)。幅度调制又可分为常规幅度调制(AM)、抑制双边带幅度调制(DSB-AM)、抑制单边带幅度调制(SSB-AM)和正交幅度调制(QAM)等。解调就是从调制信号中提取消息信号。解调过程与利用何种解调方式有关。在模拟调制的仿真中包含两个频率：载波频率 fc和仿真的采样频率 fs。这里我们主要用matlab进行正交幅度调制与解调的仿真

正交幅度调制(QAM)调制信号为：

u(t)mI(t)cos(2fctc)mQ(t)sin(2fcc)c

其中mI(t)为同相信号，mQ(t)为正交信号，fc是载波频率(单位赫兹Hz)，是初始相位。正交幅度调制过程如图所示。对应的解调过程如图

正交幅度调制框图

正交幅度调制的解调框图

带通模拟调制/解调函数：

(1)带通模拟调制函数amod()格式：y=amod(x,Fc,Fs,method…)

功能：用载波为Fc(Hz)的信号来调制模拟信号x，采样频率为Fs(Hz)，Fc > Fs。变量Fs可以是标量也可以为一个二维的矢量。二维矢量中第一个值为采样频率，第二个值为调制载波的初相，初相以弧度表示，默认值为0。根据采样定理，采样频率必须大于或等于调制信号最高频率的两倍。

(2)带通模拟解调函数ademod()格式：z=ademod(y,Fc,Fs,method...)功能：对载波为Fc的调制信号y进行解，采样频率Fs，Fc>Fs。它是amod函数的逆过程，amod与ademod选择的调制方式必须相同，否则不容易正确复制出源信号。该函数在解调中用到一个低通滤波器，低通滤波器传输函数的分子、分母由输入参数num、den指定，低通滤波器的采样时间等于1/Fs。当num=0或缺省时，函数使用一个默认的巴特沃斯低通滤波器，可由[num,den]=butter(5,Fc*2/Fs)生成。

五 基带调制与解调

基带仿真，也称低通对等方法，使用带通信号的复包络作为输入信号。设B为原始信号带宽，基带仿真要求仿真抽样率大于或等于2B，而一般的有 B<

● 相干解调

接收信号z(t)的同相和正交分量为：

j2(zI(t)jzQ(t)z(t)e

● 非相干解调

非相干解调可以应用于 DSB-SC AM、DSB-TC AM、FM 和 PM。对于AM调制，非相干解调可以使用包络检测法。

ˆ)fcfˆc)j(其中fc和

分别是载波信号的频率和相位。利用z(t)的估值可以恢复信号u(t)1．基带模拟调制函数amodce()格式：y=amodce(x,Fs,method,···)功能：对输入信号x进行调制，输出复包络信号。输入输出的采样频率为Fs(Hz)。输出y为一个复矩阵。Fs可以是标量也可以为二维的矢量。二维矢量中第一个值为采样频率，第二个值为载波信号的初相，初相以弧度表示，默认值为0。字符串变量method指定所用的调制方式

2．基带模拟解调函数ademodce()格式：z =ademodce(y,Fs,method…)

功能：对接收的复包络信号y进行解调，y的采样频率为Fs(Hz)。Fs可为标量也可以为二维矢量。矢量中第一个值为采样频率，第二个值为调制载波的初相，初相为弧度表示，且默认值为 0。采样频率必须与调制中所用的采样频率一致，但初相可以不一致。

函数在解调中可使用低通滤波器，低通滤波器传输函数的分子、分母分别由输入参数num和den指定,低通滤波器的采样时间为1/Fs 秒。当num=0或缺省时，该函数将不使用低通滤波器。字符串变量method指定所用的调制方式

六 使用MATLAB模拟信号调制与解调。

1.带通调制与解调MATLAB程序如下：

Fs=100;

%采样频率

Fc=15;

%载波频率

t=0:0.025:2;

%采样时间

x=sin([pi*t',2*pi*t']);

%信号

y=amod(x,Fc,Fs,'qam');

%正交幅度调制

z=ademod(y,Fc,Fs,'qam');

%正交幅度解调

plot(t,x(:,1),'-',t,z(:,1),'--')

%绘制调制信号

hold;plot(t,x(:,2),'-o',t,z(:,2),'--*')

%绘制调制信号 matlab仿真后效果图

2.基带调制解调MATLAB程序：

Fs=100;

%信号采样频率

t=[0:1/Fs:5]';

%信号采样时间

x=[sin(2*pi*t),.5*cos(5*pi*t),sawtooth(4*t)];

%输入信号原

y=amodce(x,Fs,'fm');

%调制

z=ademodce(y,Fs,'fm');

%解调

subplot(2,1,1);plot(x);

%绘制源信号

subplot(2,1,2);plot(z);

%绘制调制解调后的信号 程序运行得到的信号源和解调信号的波形图：

七 心得体会

通信原理是电子信息工程通信方向最主要的专业课程之一，通过在课堂上对理论知识的学习，我们了解到现代通信的基本方式以及其原理。然而，如何将理论在实践中得到验证和应用，是我们学习当中的一个问题。而通过本次课程设计，我们在强大的MATLAB平台上对数字信号的传输系统进行了一次仿真，有效的完善了学习过程中实践不足的问题，同时进一步巩固了原先的基础知识。

通过这次的课程设计，我们对信息和通信系统有了更进一步的认识，尤其是在系统设计方面，尽管是非常基础的2ASK调制与解调的传输，也是经过若干设备协同工作，才能保证信号有效传输，而小到仅仅是一个参数，都有可能导致整个系统无法正常运行。

另一方面，我们通过本次的课程设计，着实领教了MATLAB矩阵实验室强大的功能和实力。通过在SIMULINK环境下对系统进行模块化设计与仿真，使我们获得两方面具体经验，第一是MATLAB中SIMULINK功能模块的使用方法，第二是图形化和结构化的系统设计方法。这些经验虽然并不高深，但是对于刚入门的初学者来说，对以后步入专业领域进行设计或研发无疑具有重大的意义。

自从因特网把我们领进信息时代开始，人类的历史翻开了璀璨的一页。随着信息的飞速发展，通信原理也随之崛起。从而，使得培养新世纪的技术人才显得分外重要。

在学习通信原理理论基础后，我们又在此基础上通过利用MATLAB仿真真正的看到了通信中传输信息的一系列的问题。比如说要使信号不失真的能够传输到接收端就要考虑很多的因数。在发送端要注意噪声的加入，尽量的减少噪声进入信道中，以免在接收端使信号失真度过大而不能够恢复成原来的信号。而在接收端，采用哪种解调方式能够更好的恢复出原来的信号。

这次的课程设计使我收益颇丰，对通信原理有了新的认识。

Analog modulation/demodulation

Summary

According to the different modulated signal,the modulation can be divided into analog and digital modulation.Analog input signal for continuous modulation of the analog and digital changes is discrete modulation of the modulated signal of the digital quantity.In the simulation of modulation is simulated and baseband bandpass two choices.Band-pass simulation of signal transmission carrier contained in model.Because the frequency modulated signal input signal, far higher sampling theorem, sampling frequency according to at least than twice as the carrier frequency can properly restore signals, thus the simulation of the high frequency signal low efficiency and speed.In order to speed up the simulation, generally using baseband simulation, also called low-pass equivalence method.Keywords: MATLAB Analog modulation/demodulation 八 参考文献

通讯原理教程

樊昌信 编著

电子工业出版社

MATLAB语言与控制系统仿真

孙亮 主编

北京工业大学出版社

第三篇：通信原理教案 实验五 FSK调制解调实验

实验五 FSK 调制解调实验

(理论课:教材第七章P180--185）

实 验 内 容

1.频率键控（FSK）调制实验 2.频率键控（FSK）解调实验

一、实验目的

1.理解FSK调制的工作原理及电路组成。2.理解利用锁相环解调FSK的原理和实现方法。

二、实验电路工作原理

TP901 TP904TP90832KHz选频 32KHz方波12TP906TP907输出时钟K901D/A TP902模相FSKTP909拟加12解调整 开器(4046形16KHz方波12关FSK调制输出锁相环输 K902D/AK906解调)出 TP903TP90

5PN2K1 F832K904WMCLK 213WMDATA

K903

图2-1 FSK调制解调电原理框图

数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到了较为广泛的应用。

数字调频又可称作移频键控FSK，它是利用载频频率变化来传递数字信息。数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种情形。若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，它们之间相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，只是对其中一个载频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。

本实验电路中，由实验一提供的载频频率经过本实验电路分频而得到的两个不同频率的载频信号，则为相位连续的数字调频信号。

（一）FSK调制电路工作原理

FSK调制解调电原理框图，如图2-1所示；图2-2是它的调制电路电原理图。

输入的基带信号由转换开关K904转接后分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关1关闭，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到已调的FSK信号。

电路中的两路载频(f1、f2）由内时钟信号发生器产生，经过开关K901，K902送入。两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U901∶A与U901∶B(4066)。

（二）FSK解调电路工作原理 FSK集成电路模拟锁相环解调器由于性能优越，价格低廉，体积小，所以得到了越来越广泛的应用。解调电路电原理图如图2-3所示。

FSK集成电路模拟锁相环解调器的工作原理是十分简单的，只要在设计锁相环时，使

它锁定在FSK的一个载频f1上，对应输出高电平，而对另一载频f2失锁，对应输出低电平，那末在锁相环路滤波器输出端就可以得到解调的基带信号序列。

FSK锁相环解调器中的集成锁相环选用了MC14046。

压控振荡器的中心频率设计在32KHz。图2-3中R924、R925、CA901主要用来确定压控振荡器的振荡频率。R929、C904构成外接低通滤波器，其参数选择要满足环路性能指标的要求。从要求环路能快速捕捉、迅速锁定来看，低通滤波器的通带要宽些；从提高环路的跟踪特性来看，低通滤波器的通带又要窄些。因此电路设计应在满足捕捉时间前提下，尽量减小环路低通滤波器的带宽。

当输入信号为16KHz时，环路失锁。此时环路对16KHz载频的跟踪破坏。可见，环路对32KHz载频锁定时输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低电平。只要适当选择环路参数，使它对32KHz锁定，对16KHz失锁，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。关于FSK调制原理波形见图2-4所示。

三、实验内容

测试FSK调制解调电路TP901—TP909各测量点波形，并作详细分析。

1．按下按键开关： K01、K02、K900。

2．跳线开关设置： K9012–

3、K9022–3。K903:1-2 3 K9041–

2、2KHz的伪随机码，码序列为：*** 做FSK解调实验时，K9041–

2、K9031–2。K905：1－2 3－4K906:2-3 K907:1-2 3．在CA901插上电容，使压控振荡器工作在32KHz，电容在1800Pf2400Pf之间。

4．注意选择不同的数字基带信号的速率。有1110010码(2KHz)、1010交替码(8KHz)。由信号转接开关K904进行选择。

5．接通开关K906“2”和“3”脚，输入FSK信号给解调电路，注意观察“1”“0”码内所含载波的数目。

6．观察FSK解调输出TP907～TP909波形，并作记录，并同时观察FSK调制端的基带信号，比较两者波形，观察是否有失真。

四、测量点说明

TP901：32KHz载频信号，由K901的1与2相连，可调节电位器W901改变幅度。

TP902：16KHz载频信号，由K902的1与2相连，可调节电位器W902改变幅度。

TP903：作为F = 2KHz或8KHz的数字基带信码信号输入，由开关K904决定。K904 的1与2相连：码元速率为2KHz的***码；K904的2与3相连：码元速率为8KHz的10101010码。

TP904：32KHz基带FSK调制信号输出。TP905：16KHz基带FSK调制信号输出。

TP906：FSK调制信号叠加后输出，送到FSK解调电路的由输入开关K905控制。

TP907：FSK解调信号输入。由FSK解调电路的输入开关K906的2与3脚接入

TP908：FSK解调电路工作时钟，正常工作时应为32KHz左右，频偏不大于2KHz，若有偏差，可调节电位器W903或W904和改变CA901的电容4 值。

TP909：FSK解调信号输出，即数字基带信码信号输出，波形同TP903。注：在FSK解调时，K904只能是1与2相连，即解调出码元速率为2KHz的***码。K904的2与3脚不能相连，否则FSK解调电路解调不出此时的数字基带信码信号，因为此时F = 8KHz，fc2 = 16KHz，所以不满足4F ≤ fc1的关系，因为此时它们的频谱重叠了。所以在此项实验做完后，应注意把开关K904设置成1与2相连接的位置上。

五、讨论思考题

1.画出测试点的各点波形。

2.写出改变4046的哪些外围元件参数对其解调正确输出有影响? 3.采用锁相环解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比有否产生延迟?

六、实测各点波形

1、FSK频率键控调制电路的工作波形

（上图）：TP901：32KHz载频信号（下图）：TP902：16KHz载频信号

TP903： 2KHz数字基带信码信号

图理原电路电制调KSF 2－2图 8

图理原电路电调解KSF 3－2图 TP9010t32KHz载频fC1输入TP9020t16KHz载频fC2输入TP9030TP9041110010tt信码032KHz载频fC1输出TP9050t16KHz载频fC2输出TP9060t合路后FSK输出 图2-4 FSK调制原理波形图

上图 TP904：32KHz载频FSK调制信号 K905 1-2 3-4 全部断开后测出 下图 TP905：16KHz载频FSK调制信号

TP906：FSK调制叠加后输出信号 K905 1-2 3-4 测出

2、FSK频率键控解调电路的工作波形 K906 2-3

TP907：FSK解调信号输入。同TP906 10

TP908：FSK解调电路32KHz工作时钟，TP909：FSK解调输出 的2KHz数字基带信码 同TP903

第四篇：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；

I

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

II

成都学院（成都大学）课程设计报告

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

成都学院（成都大学）课程设计报告

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。

成都学院（成都大学）课程设计报告

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

成都学院（成都大学）课程设计报告

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

成都学院（成都大学）课程设计报告

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

成都学院（成都大学）课程设计报告

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

成都学院（成都大学）课程设计报告

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

成都学院（成都大学）课程设计报告

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

成都学院（成都大学）课程设计报告

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

成都学院（成都大学）课程设计报告

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

成都学院（成都大学）课程设计报告

图3-3-2 高斯白噪声参数

图3-3-3 带通滤波器参数设置

成都学院（成都大学）课程设计报告

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。

成都学院（成都大学）课程设计报告

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。

成都学院（成都大学）课程设计报告

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

成都学院（成都大学）课程设计报告

第五篇：南昌大学通信原理综合设计实验FSK PSK调制与解调 实验报告

实 验 报 告

课程名称： 通信原理综合设计实验 指导老师： 学生姓名： 学 号： 专业班级：

2016年 06月 16日 实验一 7位伪随机码1110010设计

一、实验目的

1、了解数字信号的波形特点

2、掌握D触发器延时设计数字电路的原理及方；

3、熟悉Multisim 13.0软件的使用

二、设计要求

设计7位伪随机码1110010，要求输出波形没有毛刺和抖动，波形稳定效果较好，可用于后续的综合设计实验。

三、实验原理与仿真电路及结果

要求产生7位伪随机码，根据M=2-1=7,所以n=3，需要3个D触发器，在32KHz正弦波或方波的时钟信号触发下，第三个D触发器输出端产生1110010的7位伪随机绝对码。仿真电路及波形结果如下：

n

图

一、7位伪随机码1110010产生电路

图

二、7位伪随机码1110010波形

观察结果波形发现，伪随机码波形频率较之信号源波形（32KHz）减小了，但幅值不变仍为5v.四、实验心得与体会

本实验原理较为简单，在大二上学期的《数字电路与逻辑设计》课程中已经学习过，且实验前老师也给出了电路，故完成实验只需要简单的搭建仿真电路即可，产生正确的随机码波形也为后两个设计实验做好准备。通过本次设计实验，我重新复习了数字电路逻辑设计中的D触发器产生特定数字序列的知识，同时也熟练了Multisim软件的使用，为后续综合设计实验打下基础。

实验二 2FSK调制、解调电路综合设计

一、实验目的

1、掌握2FSK调制和解调的工作原理及电路组成

2、学会低通滤波器和放大器的设计

3、掌握LM311设计抽样判决器的方法、判决门限的合理设定

4、进一步熟悉Multisim13.0的使用

二、设计要求

设计2FSK调制解调电路，载波f1=128KHz，f2=256KHz，基带信号位7位伪随机绝对码（1110010）要求调制的信号波形失真小，不会被解调电路影响，并且解调出来的基带信号尽量延时小、判决准确。

三、实验电路与结果

 实验总电路图

图

一、FSK调制、解调总电路  调制电路

1）实验所用的128KHz和256KHz载波正弦信号由对应频率的方波通过高低通滤波得到，子电路如下：

图

二、128KHz正弦载波信号生成电路

图

三、256KHz正弦载波信号生成电路

2）实验基带信号7位伪随机码子电路（同实验一）如下：

图

四、基带信号1110010生成子电路

3）128KHz、256KHz载波信号、基带信号、已调信号波形：

图

五、载波、基带及已调信号波形  解调电路

1）解调部分电路如下：

图

六、FSK解调电路

以上电路中，解调运用的仍是4066芯片的开关特性来实现：将已调信号接入4066中并分别用128KHz、256KHz的信号源方波“识别”出已调信号中的128KHz和256KHz频率的正弦信号，然后经过两个相同的32KHz（生成伪随机码的信号源频率）的低通滤波器，滤出含有基带信号的“混合”波形，最后将这两路信号接入LM311比较器，根据课本知识，这一步实现的是两路信号的比较，谁大输出谁，最终输出解调信号。

电路中，LM311比较器处接了两个上拉电阻（R9、R10）和下拉电阻（R25），作用分别是使解调信号可正常输出和矫正美观解调波形。另32KHz的低通滤波器电路及最终所得的解调信号波形见下图：

图

七、32KHz低通滤波器

图

八、FSK解调信号与基带信号波形对比

观察波形结果发现，信号得到了较好的解调，基本恢复了基带信号（上方为基带信号，下方为解调信号）。不过解调信号与基带信号存在一定的延时，这可能是由电路中的某些器件引起的，如：电路中4066、LM311芯片的触发可能导致信号延时；滤波电路中，电阻和电容也可能对相位产生影响，使信号延时。总体来说，FSK对基带信号的调制和解调结果是比较合理的，实验具有一定的准确性。

四、实验心得体会：

本实验是FSK调制与解调的综合性设计实验，首先载波信号调用实验一中的方波高低通生成正弦波方法得到，基带信号调用实验四中的伪随机码方法生成。另外实验增加的难度在于，运用4066和LM311芯片实现已调信号的解调。首先充分利用了4066芯片的开关特性，“识别”出已调信号中两个载波频率的波形并进行低通滤波得到两路初解调信号，然后利用LM311芯片完成两路信号的比较，同课本介绍的包络检波一样，谁大输出谁，完成信号的解调。实验完成后，我思考的问题是，为什么要通过比较器来得到解调信号。我的理解是：4066开关电路不像实验五中的科斯塔斯环一样锁定频率精准，锁住了频率即输出1，否则输出0。对于128KHz的信号，利用256KHz的方波控制开关也同样会有部分信号流过，且这部分信号低通滤波较难滤除干净，所以采用比较信号大小的方法来决定信号的输出，剔除掉这部分干扰信号完成解调。本实验的综合和性较强，且电路成分也比较多，宜采用子电路方法简化电路以减少因电路间干扰而出现错误。实验难点在于设计产生载波信号和解调部分的滤波器的设计，这直接影响到最后是否可成功解调出信号。在实验一2KHz低通滤波器设计的基础上，将其修改成所需截至频率的滤波器较容易实现，一般经验性的操作是将电容调小一个数量级，然后再观察波形调整电阻来实现。总之实验下来让我更加熟练了multisim仿真操作、不同截至频率滤波器的调节技巧以及FSK调制与解调理论知识的理解。实践结合起理论知识，使得我们更清晰的理解理论并提高了动手操作能力，受益略多。实验三 2DPSK调制、解调电路综合设计

一、实验目的

1、掌握2DPSK调制和解调的工作原理及电路组成

2、了解实现信号0相和π相波形间转换的电路

3、掌握低通滤波器的参数设置和LM311抽样判决器的判决电压设置

4、熟练运用Multisim13.0,学会用软件实现简单的电路调试

二、设计要求

1.设计2DPSK调制解调电路，载波f=512KHz，基带信号位7位伪随机相对码。要求调制的信号波形失真小，不会被解调电路影响，并且解调出的基带信号尽量延时小，判决准确。

2.采用子电路设计方法。3.用4066芯片实现解调信号。

三、实验电路与结果

 实验总电路图

图

一、PSK调制、解调总电路

 调制电路

1）实验所用512KHz的载波正弦信号由对应频率的方波通过高低通滤波得到，子电路如下图所示：

图

二、512KHz正弦载波信号生成电路

2）实验基带信号7位伪随机码子电路（同实验一）如下：

图

三、基带信号1110010生成子电路

3）实验中同、反相子电路图：

图

四、同相子电路

图

五、反相子电路

4）512KHz载波信号、同、反相信号、基带信号：

图

六、512KHz载波、同、反相信号、基带信号波形图

其中，图一的最上方为512KHz载波波形，中间为同相信号波形，最下方为反相信号波形。

5）已调信号波形：

图

七、已调信号波形  解调电路

1）解调部分电路如下：

图

八、PSK解调电路

以上电路中，解调运用的仍是4066芯片的开关特性来实现：将已调信号接入4066中并用512KHz的信号源方波“识别”出已调信号中的同反相512KHz频率的正弦信号，然后经过两个相同截至频率的低通滤波器（理论值为32KHz，即与生成伪随机码的信号源频率一致），滤出含有基带信号的“混合”波形。参考“混合”波形的幅值设置一个合理的判决门限电压值（本实验中给的是1v），与所得的“混合”信号一起接入LM311比较器中比较，最后得到解调信号。

电路中，LM311比较器处接了下拉电阻（R25），作用是使解调信号可正常输出解调波形。另解调低通滤波器电路及最终所得的解调信号波形见下图：

图

九、解调低通滤波器电路

图

十、PSK解调信号与基带信号波形对比

观察波形结果发现，信号得到了较好的解调，基本恢复了基带信号（上方为基带信号，下方为解调信号）。但解调信号与基带信号间存在一定的延时，这与FSK实验中一样，可能是由电路中的某些器件引起的，如：电路中4066、LM311芯片的触发可能导致信号延时；滤波电路中，电阻和电容也可能对相位产生影响，使信号延时。总体来说，PSK对基带信号的调制和解调结果是比较合理的，实验具有一定的准确性。

四、实验心得体会：

本实验是PSK调制与解调的综合性设计实验，在上个FSK调制解调设计实验的基础上，完成本实验相对简单了一些。实验的核心内容在于：运用4066和LM311芯片实现已调信号的解调。首先充分利用了4066芯片的开关特性，“识别”出已调信号中同反相的两个载波信号并经过低通滤波得到初解调信号。通过参考初解调信号的幅值给定一个合理的判决门限电压值，然后与初解调信号一起接入LM311芯片进行信号比较，得到解调信号。实验完成后，我思考的问题是，通过给定一个判决门限值与初解调信号比较是怎样实现信号解调的。我的理解是：接入4066解调芯片的信号都是含有512KHz频率的信号，故开关电路一直都会有信号流过。但是已调信号的相位跳变点正是直接携带基带信号信息的，当这个跳变点遇上512KHz的方波时，经过开关电路即会产生幅值的前后变化，故我们可以设置一个处于幅值变化之间的某个电压值作为判决门限值，这样即可实现同反相载波的区分，解调出基带信号的。本实验的综合和性较强，且电路成分也比较多，宜采用子电路方法简化电路以减少因电路间干扰而出现错误。实验难点同FSK一样，在于设计产生载波信号和解调部分的滤波器的设计，这直接影响到最后是否可成功解调出信号。总之实验下来让我更加熟练了multisim仿真操作、不同截至频率滤波器的调节技巧以及PSK调制与解调理论知识的理解。实践结合起理论知识，使得我们更清晰的理解理论并提高了动手操作能力，受益略多。