模拟通信系统与数字通信系统的设计与仿真.

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1、广西科技大学 课程设计说明书课题名称：模拟通信系统与数字通信系统的设计与仿真院（系）专业：班级：学生姓名：王永源学号：201200402016指导教师：2015年1月20日目录第一章课程设计的任务说明11.1课程设计目的11.2课程设计要求1第二章 MATLAB/SIMULINK 简介3第三章设计原理53.1通信系统设计一般模型53.2模拟通信系统 53.3数字通信系统5第四章DSB的基本原理与实现64.1DSB信号的模型 64.2DSB信号调制过程分析7第五章PCM的基本原理与实现 85.1PCM 原理85.2PCM编码介绍85.3PCM编码电路设计第六章2ASK的基本原理及实现6.2ASK

2、调制基本原理 2ASK的产生2ASK解调率谱及带宽第七章Smulink的模型建立和仿真 1216 166.2 166.3 176.42AS功18197.1模拟通信系统仿真图197.2数字通信系统仿真图227.3模拟通信系统仿真效果图237.4数字通信系统仿真效果图26第八章结束语第一章课程设计任务说明1.1课程设计的目的28(1) 通过利用 matlab simulink，熟悉 matlab simulink 仿真工具。（2） 通过课程设计来更好的掌握课本相关知识，熟悉模拟DSB、SSB、VSB 和数字2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的调制与解调方法。（3）通过实验掌握模拟信号转换为数

3、字信号的方法和步骤。（4）更好的了解通信原理的相关知识，磨练自己分析问题、查阅资料、巩固 知识、创新等各方面能力。1.2课程设计的要求1.2.1模拟信号通信系统（1）输入：输入模拟信号（例如正弦型单音频信号等），给出其时域波形和 功率谱密度。（2） 调制：对输入的模拟信号进行 DSB、SSB、PM （三选一）调制；给出调 制后信号的时域波形和功率谱密度。（3）信道：假定信道属于加性高斯信道，或自行设计。（4）解调：DSB、SSB、PM （与所选调制方式相对应）解调，仿真获得该系 统的输出波形，并得到该模拟传输系统的性能指标，即该系统的输出信噪比随输入信噪比的变化曲线。图1-1模拟信号调制解调模

4、型图1.2.2数字信号通信系统（1）输入：首先输入模拟信号，给出此模拟信号的时域波形。（2） 数字化：将模拟信号进行数字化，得到数字信号，可以选择PCM编 码。（3）调制：可以选择简单的二进制数字调制方式，例如振幅键控（2ASK）、相移监控（2PSK）、频移键控（2FSK）,差分相移键控（DPSK） 等，给出调制后信号的时域波形。（4）信道：假定信道属于加性高斯信道，或自行设计。（5）解调：相应的2ASK、2PSK、2FSK，DPSK解调，仿真获得解调输出波 形。（6）PCM解码：给出解码后的模拟信号的时域波形，并与输入信号进行比 较。（7）系统性能分析：比较在不同调制方式下，该数字频带传输系

5、统的性能指标，即该系统的输出误码率随输入信噪比的变化曲线。图1-2模拟信号数字调制解调框图第二章 MATLAB/SIMULINK 简介美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室 “MatrixLaboratory （缩写为Matlab）这就是Matlab最早的雏形。开发的最早的目的 是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。从Matlab诞生开始，由于其高度的集成性及应用的方便性，在高校中受到了极大的欢迎。由于它使用方便，能非常快 的实现科研人员的设想，极大的节约了科研人员的时间，受到了大多数科研人员的 支持，经过一代代人的努力，目前已发展到了7.X版本。Matlab是一种解释性执行

6、语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单，扩充方便，尤其 是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充 Matlab的功能，使其成为了巨大的知识宝库。可以毫不夸张的说，哪怕是你真正 理解了一个工具箱，那么就是理解了一门非常重要的科学知识。科研工作者通常可 以通过Matlab来学习某个领域的科学知识，这就是 Matlab真正在全世界推广开来 的原因。目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库（工具箱），所以计算的 功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。另外，,Matlab和

7、其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了 Matlab的应用潜力。可以说，Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一， 掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模 和仿真等方面应用最广泛的工具之一。确切的说，Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模 型，或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进 程的。Simulink工作环境进过几年的发展，已经成为学术和工业界用来建模和仿真

8、的主流工具包。在Simulink环境中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接 口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需 进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真 结果。它的主要特点在于：1、建模方便、快捷；2、易于进行模型分析；3、优越 的仿真性能。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、 方便、灵活的优点。Simulink模块库（或函数库）包含有Si nks （输出方式）、Sources （输入源）、Lin ear （线性环节）、No nlin ear （非 线性环节）、Connection （连接与接口）和

9、Extra （其他环节）等具有不同功能或 函数运算的Simulink库模块（或库函数），而且每个子模型库中包含有相应的功 能模块，用户还可以根据需要定制和创建自己的模块。用Simuli nk创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可 以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的 内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模 块之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方 便，而命令行方式对于运行仿真

10、的批处理非常有用。采用Scope模块和其他的显示模块，可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果，若改变模块的参数并再次 运行即可观察到相应的结果，这适用于因果关系的问题研究。仿真的结果还可以存 放到MATLAB的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和整理工具， MATLAB的所有工具及Simulink本身的应用工具箱都包含这些工具。由于 MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的 模型进行仿真、分析和修改模型。但是 Simulink不能脱离MATLAB而独立工作。第三章设计原理3.1通信系统一般模型通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒

11、 质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿（受信者，其模型如下图所示:-信息雷】弓屋送设备）一 信道 T接收设备Ti受信i H1餐 L=_Tjt1J减/ :噪慣!：I-图3-1通信系统一般模式框图3.2模拟通信系统图3-2模拟信号通信系统模型框图3.3数字通信系统通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如下图所示：图3-3数字信号通信系统模型框图第四章DSB的基本原理与实现4.1DSB信号的模型在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带 传送。如果将载波抑制，只需在将直流 0A去掉，即可输出抑制载波双边带信号, 简称双

12、边带信号（DSB）。DSB调制器模型如图4-1所示:m (t)cos(W图4-1DSB调制器模型图其中，设正弦载波为0( cos(c c t A t =+式中，A为载波幅度；c G为载波角频率；0?为初始相位(假定 0?为0)。调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位 置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信 号。双边带解调通常采用相干解调的方式，它使用一个同步解调器，即由相乘器和 低通滤波器组成。在解调过程中，输入信号和噪声可以分别单独解调。相干解调的 原理框图如图4-2所示:图4-2相干解调原理框图相干解调器的数学模型信号传输信道为高斯白

13、噪声信道，其功率为2er n4.2DSB信号调制过程分析假定调制信号（m t的平均值为0,与载波相乘，即可形成DSB信号，其时域 表达式为（cos DSB c s m t t3=式中，（m t的平均值为0。DSB的频谱为(1( (2DSB c c s M M 3333bDS+言号的包络不再与调制信号的变化规律一 致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号，需采用相干解调（同步检波。另外，在调制信号（m t的过零点处，高频载波相位有180的突变。除了不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的频谱完全相 同，仍由上下对称的两个边带组成。所以 DSB信号的带宽与AM信号的带宽相 同，也

14、为基带信号带宽的两倍，即2DSB AM HB B f =式中，H f为调制信号的最高频率。第五章PCM的基本原理与实现5.1PCM原理脉冲编码调制，是把模拟信号抽样、量化、编码成二进制符号的 过程。原理框图如下图所示：抽样保持量化器编码器信道译码器低通滤波器模拟信号输入PCM信号输出干扰PCM信号输入模拟信号输出冲激脉冲图5-1PCM原理方框图5.2PCM编码介绍在编码器中由冲激脉冲对模拟信号抽样，得到在抽样时刻上的信号抽样值。这 个抽样值仍是模拟量。在它量化之前，通常由保持电路（hold in gcircuit ）将其作短暂保存，以便电路有时间对其量化。在实际电路中，常把抽样和保持电路作在一 起，称为抽样保持电路。图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，然后在 编码器中进行二进制编码。这样，每个二进制码组就代表一个量化后的信号抽样 值。图中的译码器的原理和编码过程相反。其中，量化与编码的组合称为模/数变换器（A/D变换器；译码与低通滤波的组合称为数/模变换器（D/A变换器。抽样是对模拟信号进行周期性的扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的 信号。我们要求经过抽样的信号应包含原信号的所有信息，即能无失真地恢复出原 模拟信号，抽样速率的下限由抽样定理确定。量化是把经抽样得到的瞬时值进行幅度离散，即指定Q规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示。编码是用二进制码组