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1、 刘伟 生产实习 第 页 共 页 1 引言本课程设计是在 MATLAB 集成环境下，设计一个 2 路 FDM 的 PAM 与 DSB 解调与相干解调通信系统，并在 Simulink 平台上仿真，并把运行仿真结果输入显示器，通过分析比较调制与解调输出波形以及功率谱特征，理解 PAM 与 DSB 调制以及相干解调原理。最后再分别加入高斯噪声后，观察对波形的影响，并对其进行分析总结。1.1 课程设计的目的通过课程设计学会运用 MATLAB 集成环境下的 Simulink 平台，设计实现 2 路 FDM的 PAM 与 DSB 调制与相干解调系统仿真 1。加深对所学的通信原理知识理解，培养学生专业素质，
2、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 课程设计的基本任务和要求本次课程设计的基本任务：（1）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。（2）使学生掌握通信电路的设计方法，能够进行设计简单的通信电路系统。（3）与运用学过的 MATLAB 基本知识，熟悉 MATLAB 集成环境下的 Simulink
3、 仿真平台的使用。课程设计中必须遵循下列要求：（1）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与解调系统、基带传输系统、差错控制编解码系统等等，并按题目要求运行、检测系统仿真结果。（2）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。 刘伟 生产实习 第 页 共 页 （3）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。（4）在调制与解调电路间加上高斯白噪声源，分析比较加入高斯白噪声后解调信号与基带信号的性能。 （5）按要求编写课程设计论文，正确阐述和分析设计和
4、实验结果。1.3 设计平台Simulink 是 Matlab 环境下的一部分，它通过使用框图的方式编辑建模，比较直观。Simulink 是一种基于 MATLAB 的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中 2。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 Simul
5、ink 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。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于 Simulink。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 3。Simulink 是一种可视化工具。构架在 Simulink 基础之上的其他产品扩展了Simulink 多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink 与 MATLAB; 紧密集成，可以直接访问
6、MATLAB 大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。 刘伟 生产实习 第 页 共 页 2 设计原理2.1 Simulink工作环境（1）模型库在 MATLAB 命令窗口输入“simulink”并回车，就可进入 Simulink 模型库单击工具栏上的 按钮也可进入。Simulik 模块库按功能进行分为以下 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
7、）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）用户可以根据需要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。Simulink 模型库中的仿真模块组织成三级树结构 Simulink 子模型库中包含了Continous、Discontinus 等下一级模型库 Continous 模型库中又包含了若干模块，可直接加入仿真模型。图 2-1 Simulink工具箱（2）设计仿真模型 刘伟 生产实习 第 页 共 页 在 MATLAB 子窗口或 Simulink 模型库的菜单栏依次选择“File” | “New” | “Model”，即可生成空白仿真模型窗
8、口图 2-2 新建仿真模型窗口（3）运行仿真两种方式分别是菜单方式和命令行方式，菜单方式：在菜单栏中依次选择Simulation | Start 或在工具栏上单击 。命令行方式：输入 “sim”启动仿真进程比较这两种不同的运行方式：菜单方式的优点在于交互性，通过设置示波器或显示模块即可在仿真过程中观察输出信号。命令行方式启动模型后，不能观察仿真进程，但仍可通过显示模块观察输出，适用于批处理方式 4。2.2 频分多路复用原理频分多路复用（Frequency-division multiplexing，FDM） ，是一种将多路基带信号调制到不同频率载波上再进行叠加形成一个复合信号的多路复用技术。在
9、物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽的情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同（或略宽）的子信道，每个子信道传输一种信号，这就是频分多路复用。 刘伟 生产实习 第 页 共 页 图 2-3 频分多路复用系统组成图在频分复用系统的接收端，首先用带通滤波器将各种信号分别提取，然后解调，再经低通滤波后输出。2.3抑制载波的双边带调幅（DSB）原理（1）幅度调制原理在消息信号 m(t)上不加上直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称抑制载波双边带（DSB-SC）调制信号，简称双边带（DSB）信号。DSB 调制器模型如下图，可见 DSB 信号实质上就是基
10、带信号与载波直接相乘。图 2-4 DSB信号调制器模型其时域和频域表示式分别如下(2-1)ttmtScDBos)(2-2)()21cM 刘伟 生产实习 第 页 共 页 除不再含有载频分量离散谱外，DSB 信号的频谱与 AM 信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故 DSB 信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与 AM 信号相同，也为基带信号带宽的两倍，DSB 信号的波形和频谱分别如下 4： 图 2-5 DSB信号的波形与频谱（2）DSB 的解调原理因为不存在载波分量，DSB 信号的调制效率是 100%，即全部功率都用于信息传输。但由于 DSB 信号的包络不再与 m(t)成正比，故不能进行
11、包络检波，需采用相干解调 5。图 2-6 DSB信号相干解调模型图中 SL(t)为本地载波，也叫相干载波，必须与发送端的载波完成同步。即频率相同时域分析如下：(2-3)t2cos)(1)(2tm(t)cosS(t)(t)LDBp tmtS Sp(t)经过低通滤波器 LPF，滤掉高频成份， 为(2-4)(21)(ttmo 刘伟 生产实习 第 页 共 页 频域分析如下： )(S)-(21)( cDBcDSBp Q(2-5)21HpoMM式中的 H()为 LPF 的系统函数。频域分析的过程如图所示。事实上 本地载）（ tLS波和发端载波完全一致的条件是是不易满足的，因此，需要讨论 有误差情况下）（
12、t对解调结果的影响 6。图 2-7 DSB信号相干解调过程示意图2.4 脉冲幅度(PAM)原理（1）幅度调制原理设脉冲载波以 s(t)表示，它是由脉宽为 秒、重复同期为 Ts 秒的矩形脉冲串组成，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 2-8(a)所示，基Hf带信号的波形及频谱如图 2-8(b)所示；脉冲载波的波形及频谱如图 2-8(c)所示；已抽样的信号波形及频谱如图 2-8(d)所示。 刘伟 生产实习 第 页 共 页 图 2-8 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，可以写出相应的频域表()xts达式：(2-
13、6)1() ()(2)2HHXsSanXn()*= T式(2-6)中 是 的频谱函数，根据 信号的定义可以认为， 表示的矩()St ()t ()St形脉冲串是由脉宽为 秒的门函数 与周期性冲激函数 卷积得到，根据频率()gt ()Tt卷积定理，其相应的时域和频域表达式分别如下： 1,|/20()()()2t agGS()()()()TsTHsttkn(2-7) 2()()()()2)TTHHsstgtSSan （2）PAM 的解调原理图 2-9 矩形脉冲为载波解调原理图 刘伟 生产实习 第 页 共 页 分析式(2-7)可以发现，当 = 0 时得到的频谱函数为 ，与信号n(/)sTX的频谱函数
14、进行比较，只是差一个比例常数 ，因此，采样频率只要满()xt()X(/)s足 ，就可以用一个带宽满足 的理想低通滤波器，把 的成分sHf 2HsHfBf ()取出来，以不失真地恢复 的波形如图 2-9 所示。()xt3设计步骤3.1 DSB 信号调制与 PAM 信号调制（1）DSB 信号调制打开 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 DSB 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“add to untitled” 图 3-3 中 sine wave1 为正弦基带信号、sine wave2 为载波、product 为乘法器、scope 为示波器，将基带信号的的幅度 Amplitude 和角频率 Frequency 设置为 1 和 pi，将载波 sine wave2 幅度设 1，角频率设 5*pi。如下图所示，图 3-1 基带信号参数设置图 刘伟 生产实习 第 页 共 页 图 3-2
