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1、通信系统建模与仿真_rJ实践报告PAM传输系统的建模与仿真院别：信息与自动化学院专业：通信工程年级：2011 级学生姓名：何芳龙、冯军源、张泽鹏指导老师：赵琳目录1 概述 11.1 研究内容 11.2课程设计要求 12 PAM系统调制与解调基本原理22.1 PAM 系统概念 22.1.1 PAM调制原理PAM调制信号的频谱22.1.2 PAM 调制信号的频谱 22.2 MATLAB 简介 33 PAM系统的Simulink仿真与性能分析43.1 随机信号调制 43.2 随机信号波解调 63.3 整体仿真电路 104 PAM 调制的误码性能研究与仿真104. 1PAM信号的符号错误率104.2
2、绘制曲线程序 114.3 模拟性能曲线 115 总结 126 致谢 127 参考文献 131 概述本设计主要介绍了四进制 PAM 调制与解调过程，调制前后发生的变化，加上 噪声后波形出现的各种变化，通过星座图、眼图、波形图等来观察。在课程设计 中，系统开发平台XP,程序设计与仿真均采用MATLAB集成环境下的Simulink 仿真平台，最后利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，设计一个PAM调 制与解调系统.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;加上各种噪声源，观察波形变化;最后根据运行结果和波形来 分析该系统性能。1.1 研究内容利用M
3、ATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，设计一个PAM调制与解调系 统。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；观察波形变化；最后根据运行结果和波形来分析该系统。1.2 课程设计要求(1) 学习通信仿真软件MATLAB的基本使用方法，学会使用这些软件解决实 际系统出现的问题。(2) 利用通信原理中所学到的相关知识，在Simulink仿真平台中设计PAM 仿真系统，并用示波器观察调制与解调后的波形。(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，分析模块观察调制前后信号调试图的变化。2 PAM系统调制与解调基本原理2.1 P
4、AM 系统概念PAM脉冲幅度调制，其主要是对于抽样定理的应用。用调制信号控制脉冲序 列的幅度，使脉冲幅度在其平均值上下随调制信号的瞬时值变化。因为人发出的 语音信号的频率是介于 300Hz-3.4kHz 之间，而根据奈奎斯特抽样定理抽样频率应大于或是等于信号最高频率的两倍，通过计算抽样频率可得到 8KHZ 频率 即可满足要求，频率越高抽样的效果越好失真度越小，还原出来的信号最能符合 原语音信号。PAM中还有一些其他要注意的地方，比如，用方波产生电路产生的 锯齿波直接拿来进行抽样最后的效果不会太好，所以必须经过一些“加工和处 理”然后还有就是最后取样们的设计也需要尽量让失真度最小。因此，PA调制
5、 对于载波的产生很关键。2.1.1 PAM 调制原理通常人们谈论的调制技术是采用连续振荡波形(正弦型信号)作为载波的，然 而，正弦型信号并非是唯一的载波形式。在时间上离散的脉冲串，同样可以作为 载波，这时的调制是用基带信号去改变脉冲的某些参数而达到的，人们常把这种 调制称为脉冲调制。通常，按基带信号改变脉冲参数 (幅度、宽度、时间位置 ) 的不同，把脉冲调制分为脉幅调制(PAM)、脉宽调制(PDM)和脉位调制(PPM)等。 所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。脉冲 幅度调制的理论基础是抽样定理。对于一个最高频率为3m的带限信号，当抽 样频率大于两倍的3m时，我们可
6、以从抽样信号中恢复出原来的信号。如果脉冲 载波是由冲激脉冲组成的，则前面所说的抽样定理，就是脉冲振幅调制的原理。 但是，实际上真正的冲激脉冲串是不可能实现的，而通常只能采用窄脉冲串来实 现，因此，研究窄脉冲作为脉冲载波的PAM方式，将更加具有实际意义。2.1.2 PAM 调制信号的频谱基带模拟信号的波形为m(t),其频谱为M(f)；用这个信号对一个脉冲载波 s(t)调幅，s(t)的周期为T，其频谱为S(f)；脉冲宽度为，幅度为A；并设抽样 信号ms(t)是m(t)和s(t)的乘积。则抽样信号ms(t)的频谱就是两者频谱的卷积 它与理想抽样(采用冲击序列抽样)的频相似，也是由无限多个间隔为3 s
7、=23 H 的M(3 )频谱图之和组成。其中，n=0的成分是(At /T)M(3 )，与原信号谱M(3 ) 只差一个比例常数(At /T)，因而也可用低通滤波器从Ms(3 )中滤出M(3 )，从 而恢复出基带信号m(t)。平顶抽样的脉冲调制平顶抽样又叫瞬时抽样，它与自 然抽样的不同之处在于它的抽样后信号中的脉冲均具有相同的形状顶部平 坦的矩形脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样值。平顶抽样PAM信号在原理上可 以由理想抽样和脉冲形成电路产生，其原理框图及波形如图 1-9 所示，其中脉 冲形成电路的作用就是把冲激脉冲变为矩形脉冲。设基带信号为m(t),矩形脉 冲形成电路的冲激响应为H(t), m(t
8、)经过理想抽样后得到的信号ms(t)可用下 式表示，即m (t)二兰 m(nT )b (t 一 nT )1-2)s s sn=g上式表明，ms(t)是由一系列被m(n Ts)加权的冲激序列组成，而m(n Ts) 就是第n个抽样值幅度。经过矩形脉冲形成电路，每当输入一个冲激信号，在 其输出端便产生一个幅度为m(n Ts)的矩形脉冲H(t )，因此在ms( t)作用下， 输出便产生一系列被m(nT)加权的矩形脉冲序列，这就是平顶抽样PAM信号mH( t) 它表示为：m (t)二兰 m(nTs)H (t 一 nTs)1-3)Hn=g设脉冲形成电路的传输函数为H（3 ）,则输出的平顶抽样信号频谱图MH
9、（3 ）(1-4)(1-5)MH(3 )=Ms(3 )H(3 )利用式（1-4）的结果，上式变为：Mh(w)二 1H(W)Km (w-2nWH)二T 艺H (w) M (w-2nWH)n=a由上式看出，平顶抽样的PAM信号频谱MH（3 ）是由H（3 ）加权后的周期性重 复的M（3 ）所组成，由于H（3 ）是3的函数，如果直接用低通滤波器恢复，得到 的是H（3 ）M（3 ）/Ts,它必然存在失真。以上按自然抽样和平顶抽样均能构成PAM 通信系统，也就是说可以在信道中直接传输抽样后的信号，但由于它们抗干扰能 力差，目前很少实用。它已被性能良好的脉冲编码调制（PCM）所取代。PAM解调 原理解调是调
10、制的逆过程，信号解调的方法包括两种，相干解调（同步检波）与 非相干解调（包络检波）。解调与调制的实质一样，均是频谱搬移，可以通过一 个相乘器与载波相乘来实现。本次设计采用相干解调时，为了无失真地恢复基带 信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波（同频同相）本地载波。为了从 mq（t）中恢复原基带信号m（t）。在滤波之前先用特性为1/Q（3 ）频谱图校正网络 加以修正，则低通滤波器便能无失真地恢复原基带信号m（t）。在实际应用中， 平顶抽样信号采用抽样保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。实际应用中， 恢复信号的低通滤波器也不可能是理想的，因此考虑到实际滤波器可能实现的特 性，抽样速率fs要比2
11、fH选的大一些，一般fs= （2.53）fH。例如语音信号频 率一般为3003400 Hz,抽样速率fs 一般取8000 Hz。3 PAM 系统的 Simulink 仿真与性能分析在本次课设中我们做的是调制解调分开的4进制的PAM系统的仿真及误码率 的分析。3.1 随机信号调制建立基本波形是随机信号的 4-PAM 的基带仿真模型并观察通过高斯信道传 输前后的信号星座图。（1）原理图，如图所示ParametF： a1 d 0 mInteger.-PA.M u d u atu rBaseband：j ene ratu r.-PAhDemudij aturBasebandRanilom Int Ge
12、nerator (mask (1 irdzlGenerate random ijni form It di st ritu tmd iiit eEers in the ranEe 0.M 11.诡lwq M.-PAh即户Mtj-.-PAhR a n d o mIntenerRandom IntegerGmn e ratci r(2)参数设置M-：=lit nuiTiDer:OKCancelHelpApply图 3-2 Random integer Generator 的参数设置3)随机信号参数设置K-PAM Modulator B：aeebandma.skt.linJ:!i.ralue mus
13、t be an even intecer.mto symbols.the output sample time eaua1e the Eymbol periodFaramet ersM-aiT rLiuriber:IrLpiit typeI nt e e e rL-onz t e 11 a 11 on o r de r 1 he :Normal 1 lation method:Mini mum di stance:Samples per symbol:The litDut 匚辽 beinput vndth miiEtinnut. the inuutsymbol. The bitsIn ca.s
14、e ofthe number.-FA.rulodu atorBasebandthe mdtil of the outiit trameSamples ver symbol value.In ca.se ofdivided dtRandom IntegerGeneratorR a n d o mIntegerint epr input.mteeer liujut. the mDut must.-FA.Ieither bits or mtecers. In case of samplebased. tit lreutj theeoual the nianiber ot bits per symbo
15、l, In case ot frame-based, bitwidth. must th!can be eitheran mteeer multinie or the rLiuriber of bits perb 1 narymaDDed. or &raT-maDuedthe irLput must be a. scalar.be a coluiriR vector.Mo dul ate the input si ErLal ushle the duI se amDl 1 tude mo dul a 11 on met ho !.The M-ary number图 3-4 M-PAM Demodulator Baseb
