通信原理课程ASK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真

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ASK与PAM混合调制与非相干解调系统仿真

学生姓名： 指导老师：

摘 要

本课程设计主要用Simulink平台仿真一个ASK与PAM混合调制与非相干解调

通信系统，并用图形输入法设计相关电路，用示波器和频谱模块分析系统性能。在课程

设计中，首先根据原理画出图形，然后构建调制解调电路，再在Simulink中调出各元

件组成电路，接着设置调制解调电路中各个模块的参数值并加以运行，并把运行仿真结

果输入显示器，根据显示结果分析所设置的系统性能 。通过波形分析，了解到本课程

设计非常成功。

关键词

Simulink；ASK、FAM平台；仿真

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1 引 言

MATLAB 的名称源自 Matrix Laboratory ，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的

形式处理数据。 MATLAB 将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内

置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设

计工作，而且利用 MATLAB 产品的开放式结构，可以非常容易地对 MATLAB 的功能进行

扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，不断完善 MATLAB 产品以提高产品自身的竞

争能力。总的来说，该软件有三大特点。一是功能强大。具有数值计算和符号计算、计

算结果和编程可视化、数学和文字统一处理、离线和在线计算等功能；二是界面友善、

语言自然。MATLAB以复数处理作为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近；

三是开放性强。当学好MATLAB的同时，会更好的帮助自己去就解决一些难题，而且

MATLAB拥有非常好的发展前途，对我们未来的帮助也是不可限量的。

1.1课程设计的目的

通过设计ASK与PAM混合调制与非相干解调系统，并使其在不同的噪声信道中运行，

让我们进一步理解通信系统的基本组成、模拟通信和数字通信的基础理论、通信系统发

射端信号的形成及接收端信号解调的原理、给教师的建议 通信系统信号传输质量的检测等方面的相关

知识。

学会综合运用这些知识，并把这些知识运用于实践当中，使所学知识在综合运用能

力上以及分析问题、解决问题能力上得到进一步的发展，让自己对这些知识有更深的了

解。

通过课程设计培养严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。

1.2课程设计的要求

（1） 学习使用MATLAB下Simulink仿真平台构建相应的通信系统。熟练掌握

Simulink中的语法结构，编写方法。

（2） 利用课堂所学知识，在Simulink仿真平台中设计ASK与PAM混合调制

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与非相干解调系统。按照要求运行，检测系统仿真结果。

（3） 按照老师要求，认真完成课程设计报告书，加深课堂理论的理解，能够

正确阐述设计和实验结果。

（4） 在老师的指导下，个人独立完成自己的设计任务，严禁抄袭。

2 设计原理

2.1通信简介

通信的目的是传递消息中所包含的信息。消息是物质或精神状态的一种反应，在不

同时期具有不同的表现形式。例如，话音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等都是

消息（message）。人们接收消息，关心的是消息中所包含的有效内容，即信息

（information）。通信则是进行信息的时空转移，即把消息从一方传送到另一方。基于

这种认识，“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。

[1]

2.2 工作平台简介

MATLAB是美国MathWorks公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大

型软件，是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。它

集图示和精确计算于一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其他需

要进行复杂数值计算的领域得到广泛应用。它不仅是一个在各类工程设计中便于使用的

计算工具，而且也是一个在数学、数值分析和工程计算等课程教学中的优秀的教学工具，

在世界各地的高等院校中十分流行，在各类工业应用中更有不俗的表现。MATLAB可以在

几乎所有的PC机和大型计算机上运行，适用于Windows、UNIX等各种系统平台。

[2]

Simulink作为MATLAB语言上的一个可视化建模仿真平台，起源于对自动控制系统

的仿真需求，它采用方框图建模的形式，更加贴近于工程习惯。目前，MATLAB/Simulink

的应用已经远远超越了数值计算和控制系统仿真等传统领域，在几乎所有理工学科中形

成了为数众多的专业工具库和函数库，日益成为科学研究和工程设计中日常计算和仿真

实验的工具。

[3]

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2.3 ASK调制与解调原理

一般来说，数字调制与模拟调制的基本原理相同，但是数字信号有离散取值的特

点。因此有两种基本调制方法：一是可以把数字信号当成特殊的模拟信号处理；二是利

用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制，称之为键控法。

[1]

振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。

在2ASK中，载波的幅度有无分别对应二进制信息“1”和“0”。2ASK信号的产生方法

有两种：模拟调制法和键控法。本次设计采用模拟调制。ASK解调也有两种方法，分别

为非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。

[1]

2.4 FAM调制与解调原理

PAM类似于AM，用二进制脉冲序列作为载波受控于基带信号的幅度，就是取样定

理。而解调只需通过相关的低通滤波器，滤出基带信号。

3设计步骤

利用Simulink仿真平台构造出的ASK与PAM混合调制与非相干解调系统如3-1所

示。

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图3-1 ASK与PAM混合调制与非相干解调仿真图

如仿真图所示，系统设置了四个示波器，分别表示ASK调制，ASK和PAM混合调制,ASK

与PAM混合调制后解调和加入三种噪声后的输出信号。此外，系统中在相应部分接入若

干频谱分析模块，便于比较调制前后的信号的频谱变化。

仿真系统架构，不仅要找对每个对应的模块，还要对每个模块进行正确的参数设置。

在这里主要列举非相干解调的三个主要模块的参数设置图，如图3-2、3-3、3-4所示。

图3-2 绝对值参数设置图

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图3-3 低通滤波器参数设置图

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图3-4 抽样判决器的参数设置图

3.1 ASK与PAM混合调制

在仿真系统中，用“Bernoulli Binary Generator”模块产生随机二进制脉冲序列；

用“Sine Wave”函数产生正弦波作为载波。此时需将载波频率设为相对高频，本系统

设成5*pi。再从相应模块调出阿黛尔雨果 乘法器“product”。脉冲与载波两者通过乘法器相乘，

即可获得ASK调制信号。用“Power Spectral Density”分析，ASK调制前后的信号频

谱如图3-5与图3-6所示；ASK调制的全过程则通过示波器1观察，如图3-7所示。

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图 3-5 ASK调制前频谱图 图3-6 ASK调制后频谱图

从以上两幅频谱图可以看出，调制前后的功率谱波形基本一致，但是存在一定的延时，

由此可得出结论：调制成功。

图 3-7 ASK调制波形图

通道1是ASK信号的原始波形，通道2是标准正弦波，通道3是调制后的波形，经过对

波形的观察，可以知道该调制过程是成功的。

因为是混合调制，所以将ASK调制信号作为PAM调制的基带信号处理。另外从

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Simulink树状图中调出“Pul Generator”，用来产生二进制脉冲。两者通过乘法器

相乘后，即可得出混合调制信号。PAM调制前后的信号频谱如图3-8和3-9所示。混合

调制过程则通过示波器2观察得出，如图3-10所示。

图3-8 PAM调制前频谱图 图3-9 PAM调制后频谱图

通过对以上两幅图进行比较，调制前后的功率谱波形一致，所以调制成功。

图3-10 PAM调制过程

图3-7中，通道1 是ASK调制后的波形图，通道2是FAM的原始波形图，通道3是混合

调制波形图，通道4是混合调制后的信号经过低通滤波器之后的波形，从图中可以看出

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该调制过程很成功。

3.2 PAM与ASK非相干解调

非相干解调只需将混合调制后的信号通过一个绝对值（Abs），就可以检出信号包

络，然后再接一个低通滤波器，再经过一个抽样判决器即可恢复调制前的基带信号。从

库中调出“Analog Filter Design” ,将滤波器类型设置为“Lowpass”低通 ，频率设

置为4*pi即可。解调前后的频谱，如图3-11和情诗古代 3-12所示。示波器观察得出解调过程

波形变化如图3-13所示，第5通道为PAM调制前的基带信号，与第6通道解调后的信

号进行比较，从而可以看出，存在延迟。

图3-11 解调前频谱图 图3-12 解调后频谱图

通过对以上两幅图的功率谱波形进行比较可以知道此次解调成功。

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图3-13 非相干解调波形图

图3-13中的通道5是调制前的原始波形，通道6是进行非相干解调后的波

形，从图中可以看出这两个波形是基本一致的，只是通道6中的波形存在

一定的延迟，由此可以断定，此次系统设计非常成功。

3.3 叠加噪声的ASK与PAM混合调制系统的抗噪声性能

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，分别为高斯白噪

声、瑞利噪声、莱斯噪声。用频谱模块分析观察得各频谱，分别为图3-15，图3-16，

图3-17。图3-14为理想信道输出信号的频谱。用示波器分别观察各噪声信道的时域波

形如图3-18，通道1为理想信道输出，通道2、3、4分别为高斯信道、瑞利信道、莱斯

信道输出。

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图3-14 理想信道输出频谱 图3-15 高斯信道输出频谱

图3-16 瑞利信道输出频谱 图3-17 莱斯信道输出频谱

通过对以上四幅图进行比较可以看出，后面三幅图的功率谱波形和第一幅图的功率谱波

形有一定的出入，而且后两幅的功率谱波形的尾巴与理想比更高，由此说明这三个噪声

对原始信号有一定的影响，但瑞利噪声和莱斯噪声的干扰更大。

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图3-18 各信道输出时域波形

图3-18中的通道1是解调后的波形图，通道2、3、4分别代表的是高斯、瑞利和莱斯

信道的波形图。从中可以看出三个噪声产生的影响。

通信系统中的噪声是叠加在信号上的，没有传输信行楷毛笔书法字帖 号时通信系统中也有噪声，噪声

永远存在与通信系统中，称之为加性干扰。噪声对信号的传输是有害的，它能使模拟信

号失真，使数字信号发生错码，并限制着信息的传输效率。

如图3-15所示，各类噪声对信道造成了不同程度的影响，其中高斯噪声影响较小，

瑞利和莱斯噪声对系统信道影响较大。从各信道的频谱也可以很明显地看出，后两种噪

声的频谱发生了比较明显的变化。

正弦波加窄带高斯噪声的包络分布与信噪比有关。由此可见，我们要在可能的条件

下尽量地提高系统的信噪比，让传输信号最大不失真。

4 遇到的问题及解决办法

初次接触Simulink仿真时不知从何下手，而且又全是英文界面，根本看不懂，以

致我不知道到哪里去找相关模块。后来经过指导老师的介绍，先了解函数库的分布和内

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容，并且下载了金山快译，使我在查找有关模块和翻译不懂的英文时真是得心应手。

相关仿真器件的属性设置拿捏不准，比如滤波器的频率高低，参数大小都不确定，

不合适的频率、参数大小将紫檀佛珠 导致信号失真。调试时需要自己一个一个的慢慢调节，根据

示波器观察的波形多次改变得出准确结果。

在做非相干解调部分时，没有区分相干调节和非相干调节，同时用到了乘法器和绝

对值，从而导致波形失真，无法正确显示。经老师指点，去掉乘法器，通过相应的调节，

改变各元件的参数，终于得到正确的波形。

观察波形进行比较时，要将所比较的信号放到同一个示波器内进行观察，当所需的

信号波形都一一比较真确后，再从新连好图形。当理想信号和噪音信号在进行比较时，

也可以用到这种方法。

5 结束语

本次课设计历时2个星期，可谓是困难从从，不过在老师的悉心指导下，终于成功

地完成了课程设计，同时对MATLAB/Simulink也有了更深一步的了解。当在运用模块时，

应该弄明白每个模块的作用，不懂的问题可以查阅参考书，或者请教其他同学和老师。

养成独立思考的习惯，加强自己的动手能力，即充分发农村围墙 挥主观能动性。完成一个课程

设计会让我们自己获益匪浅，理论用于指导实践，也必须应用于实践。课设必须

自己动脑动手，这样加深了对知识的理解，也能使自己对知识的运用更加娴熟。

这次课程设计就是一次理论结合实践的重要表现，让我把自己所学的知识更好的

实践相关联，使自己的知识更加稳固。

总的来说，这次所设计的系统还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，最后在

老师的辛勤的指导下，终于游逆而解，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有

了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自

己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的信心。最

后，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

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参考文献

[1] 樊昌信，曹丽娜.通信原理. 北京：国防工业出版社，2008

[2] 张圣勤. MATLAB7.0实用教程. 北京：机械工程出版社，2006

[3] 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析. 北京：清华大学出版社，

2008

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