1、成績評定表學生姓名111班級學號1111專業電子信息工程課程設計題目PAM系統仿真評語組長簽字：成績日期年月日課程設計任務書學院信息科學與工程專業電子信息工程學生姓名111班級學號11111課程設計題目PAM系統仿真實踐教學要求與任務：利用MATLAB/Simulink進行編程和仿真，仿真的內容可以是關于信 源、信源編碼、模擬調制、數子調制、多兀調制、差錯控制、多址技術、 信道仿真及具體通信電路的仿真實現。也可以用MATLAB編程對通信的某一具體環節進行仿真。工作計劃與進度安排：2013年03月04日選題目查閱資料2013年03月05日 編寫軟件源程序或建立仿真模塊圖2013年03月06日 調

2、試程序或仿真模型2013年03月07日 性能分析及驗收2013年03月09日 撰寫課程設計報告、答辯指導教師：2012年 月 日專業負責人：2012年 月 日學院教學副院長：2013年 月 日沈陽理工大學通信系統課程設計報告摘要在通信系統中，調制與解調是實現信號傳遞必不可少的重要手段。所謂調制 是把信號轉換成合適在信道中傳輸的形式的一種過程。用信號去控制周期脈沖序 列的幅度稱為脈沖幅度調制（PAM ）。本課程設計主要介紹了 PAM調制與解調 過程，調制前后發生的變化，加上噪聲后波形出現的各種變化，通過星座圖、眼 圖、波形圖等來觀察。在課程設計中，系統開發平臺為Win dows 7,程序設計與仿

3、真均采用MATLAB集成環境下的Simulink仿真平臺，最后仿真詳單與理論分 析一致。關鍵詞：Matlab/Sumulink仿真平臺；通信系統；PAM調制與解調；噪聲1課程設計目的12課程設計要求13相關知識14課程設計分析55仿真106結果分析147參考文獻14ii沈陽理工大學通信系統課程設計報告PAM系統仿真程序設計1. 課程設計目的（1）加深對相位調制（PAM基本理論知識的理解（2）培養獨立開展科研的能力和編程能力。（3）掌握用MATLABS現信號的PAM調制。（4）掌握MATLA軟件的使用。2. 課程設計要求1）學習現有流行的通信仿真軟件 MATLAB的基本使用方法，學會使用這 些軟

4、件解決實際系統出現的問題2）禾U用通信原理中所學到的相關知識，在 Simulink仿真平臺中設計PAM 仿真系統，并用示波器觀察調制與解調后的波形。3）再以調制信號為輸入，構建解調電路，用示波器觀察調制前后的信號波 形，分析模塊觀察調制前后信號調試圖的變化。4）在老師的指導下，要求獨立完成課程設計的全部內容，并按要求編寫課 程設計學年論文，能正確闡述和分析設計和實驗結果。1沈陽理工大學通信系統課程設計報告3. PAM系統3.1 PAM系統概念1. PAM調制原理：通常人們談論的調制技術是采用連續振蕩波形(正弦型信號)作為載波的，然 而，正弦型信號并非是唯一的載波形式。 在時間上離散的脈沖串，同

5、樣可以作為 載波，這時的調制是用基帶信號去改變脈沖的某些參數而達到的， 人們常把這種 調制稱為脈沖調制。通常，按基帶信號改變脈沖參數 (幅度、寬度、時間位置)的 不同，把脈沖調制分為脈幅調制(PAM)、脈寬調制(PDM)和脈位調制(PPM)等。所謂脈沖振幅調制，即是脈沖載波的幅度隨基帶信號變化的一種調制方式。脈沖幅度調制的理論基礎是抽樣定理。對于一個最高頻率為3 m的帶限信號，當抽樣頻率大于兩倍的3 m時，我們可以從抽樣信號中恢復出原來的信號。 如果 脈沖載波是由沖激脈沖組成的，則前面所說的抽樣定理，就是脈沖振幅調制的原 理。但是，實際上真正的沖激脈沖串是不可能實現的， 而通常只能采用窄脈沖串

6、 來實現，因此，研究窄脈沖作為脈沖載波的 PAM方式，將更加具有實際意義3。2沈陽理工大學通信系統課程設計報告#沈陽理工大學通信系統課程設計報告PDM I"|L fli1| 1*PPM ；1111 1sto-RAM圖1-3脈沖波形調制示意圖根據樣本值的不同，脈沖幅度調制有兩種情況：一種是樣本值和調制信號在 抽樣區間的函數值完全一樣；一種是樣本值是常數，這個常數和調制信號在抽樣 區間的某個瞬時值相同。通常，我們將前者稱為自然抽樣的脈沖幅度調制，將后 者稱為平頂抽樣的脈沖幅度調制。(1) 自然抽樣脈沖調制：自然抽樣又稱曲頂抽樣，它是指抽樣后的脈沖幅度(頂部)隨被抽樣信號 m(t)變化，或

7、者說保持了 m(t)的變化規律。設模擬基帶信號m(t)的波形及頻譜圖如圖1-4(a)所示，脈沖載波以s(t)表示， 它是寬度為t，周期為Ts的矩形窄脈沖序列，其中Ts是按抽樣定理確定的，這里 取Ts=1/(2fH)os(t)的波形及頻譜圖如圖1-4(b)所示，則自然抽樣PAM信號ms(t)(波 形見圖1-4(c)為m(t)與s(t)的乘積，即<=>1 M()泊 ° 'H''3沈陽理工大學通信系統課程設計報告#沈陽理工大學通信系統課程設計報告圖1-4自然抽樣的PAM波形及頻譜圖由頻域卷積定理知ms(t)的頻譜圖為1a近(1-1)Ms( ) M ( )

8、S ( )SOn H)M( 2n h)n=-：2T頻譜圖如圖1-4(d)所示，它與理想抽樣(采用沖擊序列抽樣)的頻譜圖非常相似，也是由無限多個間隔為3 s=2 w h的M( 3 )頻譜圖之和組成。其中,n=0的成 分是(A t /T)M( 3)，與原信號譜M(3)只差一個比例常數(A t /T)，因而也可用低 通濾波器從Ms( 3)中濾出M( 3)，從而恢復出基帶信號m(t)。(2) 平頂抽樣的脈沖調制平頂抽樣又叫瞬時抽樣，它與自然抽樣的不同之處在于它的抽樣后信號中的 脈沖均具有相同的形狀頂部平坦的矩形脈沖，矩形脈沖的幅度即為瞬時抽樣 值。平頂抽樣PAM信號在原理上可以由理想抽樣和脈沖形成電路

9、產生，其原理 框圖及波形如圖1-9所示，其中脈沖形成電路的作用就是把沖激脈沖變為矩形 脈沖。設基帶信號為m(t)，矩形脈沖形成電路的沖激響應為H(t)， m(t)經過理想抽樣后得到的信號ms(t)可用下式表示，即ms(t)= 'm(nTs) 8 (t-n Ts)(1-2)4沈陽理工大學通信系統課程設計報告#沈陽理工大學通信系統課程設計報告上式表明，ms(t)是由一系列被m(n Ts)加權的沖激序列組成，而 m(n Ts)就是第 n個抽樣值幅度。經過矩形脈沖形成電路，每當輸入一個沖激信號，在其輸出端便產生一個幅度為 m(n Ts)的矩形脈沖H(t)，因此在ms(t)作用下，輸出便產 生一

10、系列被m(nT)加權的矩形脈沖序列，這就是平頂抽樣PAM信號mH(t)。它表 小為旳(1-3)mH(t) = 'm( nTs)H(t- nTs)n=-00波形如圖2-5 (a)所示矗)*f*1*ft七F-1I OF Tw_t(a)Q()T(t)(b)#沈陽理工大學通信系統課程設計報告#沈陽理工大學通信系統課程設計報告圖1-5平頂抽樣信號及其產生原理框圖#沈陽理工大學通信系統課程設計報告5沈陽理工大學通信系統課程設計報告設脈沖形成電路的傳輸函數為 H( co ),則輸出的平頂抽樣信號頻譜圖 Mh(® ) 為Mh(3 )=Ms(3 )H( o )(1-4)利用式(1-4)的結果，

11、上式變為I.;.:1(1-5)mh)= H( y M( 2n h)H( )M( -21 h)n=：T nTn=：由上式看出，平頂抽樣的PAM信號頻譜圖MH( o)是由H( o )加權后的周期性 重復的M( o )所組成，由于H( o )是3的函數，如果直接用低通濾波器恢復，得 到的是H( o )M( o )/Ts，它必然存在失真。以上按自然抽樣和平頂抽樣均能構成 PAM通信系統，也就是說可以在信道 中直接傳輸抽樣后的信號，但由于它們抗干擾能力差，目前很少實用。它已被性能良好的脈沖編碼調制(PCM)所取代。(1) PAM解調原理解調是調制的逆過程，信號解調的方法包括兩種，相干解調(同步檢波)與

12、非相干解調(包絡檢波)。解調與調制的實質一樣，均是頻譜搬移，可以通過一 個相乘器與載波相乘來實現。本次設計采用相干解調時，為了無失真地恢復基帶 信號，接收端必須提供一個與接收的已調載波(同頻同相)本地載波。為了從 mq(t)中恢復原基帶信號m(t)，可采用圖1-6所示的解調原理方框圖。在濾波之前 先用特性為1/Q( o)頻譜圖校正網絡加以修正，則低通濾波器便能無失真地恢復 原基帶信號m(t)。在實際應用中，平頂抽樣信號采用抽樣保持電路來實現，得到的脈沖為矩形脈沖。實際應用中，恢復信號的低通濾波器也不可能是理想的， 因此考慮到實 際濾波器可能實現的特性，抽樣速率 fs要比2fH選的大一些，一般f

13、s= (2.53) fH。例如語音信號頻率一般為 3003400 Hz,抽樣速率fs 一般取8000 Hz。Ms®)低通1 /0(特)濾波器M()圖1-6平頂抽樣PAM信號的解調原理框圖以上按自然抽樣和平頂抽樣均能構成 PAM通信系統，也就是說可以在信道 中直接傳輸抽樣后的信號，但由于它們抗干擾能力差，目前很少實用。它已被性能良好的脈沖編碼調制（PCM）所取代。3.2 MATLAB 簡介3.2.1基本功能MATLAB是很實用的數學軟件它在數學類科技應用軟件中在數值運算 方面首屈一指。MATLA列以進行運算、繪制函數和數據、實現算法、創建 用戶界面、連接接其他編程語言的程序等，主要應用

14、于工程計算、控制設 計、信號處理與通訊、金融建模設計與分析等領域。MATLAB勺基本數據單位是矩陣，它的指令表達式與數學、工程中常用 的形式十分相似，故用 MATLAB來解算問題要比用 C, FORTRAN!語言完成 相同的事情簡捷得多， 并且mathwork也吸收了像 Maple等軟件的優點，使M ATLAB成為一個強大的數學軟件。可以直接調用,用戶也可以將自己編寫的實用程序導入到 MATLAB數庫中方便自己以后調用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。3.2.2 MATLAB 產品應用MATLAB產品族可以用來進行以下各種工作：數值分析數值和符

15、號計算工程與科學繪圖控制系統的設計與仿真數字信號處理技術通訊系統設計與仿真3.2.3 MATLAB 特點此高級語言可用于技術計算此開發環境可對代碼、文件和數據進行管理交互式工具可以按迭代的方式探查、設計及求解問題二維和三維圖形函數可用于可視化數據各種工具可用于構建自定義的圖形用戶界面3.2.4 MATLAB系列工具優勢（1）友好的工作平臺和編程環境MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用 MATLAB的函數和文 件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空 間、文件的瀏覽器。隨著 MATLAB勺

16、商業化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的matlaBS供了完整的聯機查詢、幫助系統，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環境提供了比較完備的調試系 統，程序不必經過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現的錯誤 及進行出錯原因分析。（2）簡單易用的程序語言MATLAB-個高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數、數據結構、 輸入和輸出和面向對象編程特點。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執 行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復雜的應用程序（M文件）后再一起運行。新版本的 MATLAE語言是基于

17、最為流行的C+語言基礎上的，因此語法特征與 C+語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數 學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業的科技人員使用。而且這 種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是MATLAB能夠深入到科學研究及工程計算各個領域的重要原因。（3）強大的科學計算機數據處理能力MATLAB!一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數 學運算函數，可以方便的實現用戶所需的各種計算功能。 函數中所使用的算法都 是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經過了各種優化和容錯處理。在通常 情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C復數的各種運算、三角函數和其他 初等數學運

18、算、多維數組操作以及建模動態仿真等。3.3 SIMULINK 簡介SIMULINK是 MATLAB件的擴展，它是實現動態系統建模和仿真的一個軟件 包，它與MATLA語言的主要區別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統模型的構建，而非語言的編程上。在simulink環境中，利用鼠標就可以在模型窗口中直觀地“畫” 出系統模型，然后直接進行仿真。它為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口， 采用這種結構畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。而所謂模型化圖形輸入是指 SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統 模塊，用戶只需要知道這些模塊的

19、輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內部是如何實現的，通過對這些基本模塊的調用，再將它們連接起來就可以構成所需 要的系統模型（以.mdl檔進行存取），進而進行仿真與分析。SIMILINK模塊庫 按功能進行分類，包括以下8類子庫：Continuous （連續模塊），Discrete （離 散模塊），Function&Tables （函數和平臺模塊），Math （數學模塊），Nonlin ear （非線性模塊），Signals&Systems （信號和系統模塊），Sinks （接收器模 塊），Sources （輸入源模塊）。4. PAM系統的Simulink仿真與性能分析4.1正弦

20、波矩形抽樣建立對基本正弦信號的矩形波抽樣(1)原理圖如圖4-1圖4-1正弦函數矩形波抽樣原理圖9沈陽理工大學通信系統課程設計報告10沈陽理工大學通信系統課程設計報告(2)波形如圖4-2所示圖4-2正弦波矩形取樣的波形圖4.2矩形波調制建立基本波形是矩形波形的8-PA M的基帶仿真模型并觀察通過高斯信道傳輸前后的信號星座圖(1)原理圖，如圖4-3所示圖4-3矩形波調制原理圖11沈陽理工大學通信系統課程設計報告(2)波形仿真結果如圖4-9,4-10所示，可見調制輸出信號點位于復平面實軸方向上， 是一維的，共8個點，點間最小距離為2。經過高斯信道后，接收信號點受到干 擾而以高斯分布概率密度函數規律以

21、各點發送信號為期望散步于發送信號附近。 方差約大，接收信號點的分散程度越高。圖4-4矩形波調制后加高斯噪聲后星座圖4.3矩形波抽樣后解調將上面調制的基本矩形波形修改為余弦波，即g(t)=1-cos(2*pi/T), 其余參數不變，觀察調制輸出的眼圖，星座圖，等效基帶信號的波形。(1)原理圖圖4-5上余弦調制(2)參數設置，傳輸碼元時隙為 1ms要求調制輸出電平最小距離為 2, 高斯信道加入噪聲方差為0.05ms。圖4-6 M-PAM調制亡 Block Piara*et ers; AT&N Channel| ? XAWN Chann«L(link)Add 訕Gtussim hf

22、lise to the inpyt Eicn&L The input and output siEiuls b« real or coaples, This block supports multi charnel input and output siemls as mil as frame_based proceesihe.When usine, ti thsr Gf the vtiitnce modes wi th comp lei iiwut Sj lilt vAri&nct values are equallT divided ftmong the ral

23、命nd imaiinarr components of thesignaLFazamet ezsInitial seed:SModt: | SjemI to noiie r&ljo(SW三SHR (dB):IiMJut siptal power (iflat t s):14沈陽理工大學通信系統課程設計報告#沈陽理工大學通信系統課程設計報告Eye L'liagrsmCancel I HelpApply圖4-7高斯噪聲信道參數設置(3)波形圖，仿真得出的眼圖如圖 4-8，星座圖如圖4-9，升余弦波形如圖4-10卜* +hi r>ri/Pi ?sr：rp+ pTi rsJ?jr

24、=Sr：ir«ppE叵I1 Eile Ajc e 3Charmels SJti itdowHelpId16圖4-8眼圖波形圖4-9星座圖波形設置圖4-10升余弦波形15沈陽理工大學通信系統課程設計報告16沈陽理工大學通信系統課程設計報告4.4矩形波解調在對矩形波調制后進行解調(1)調制解調原理圖4-11解調原理圖(2)調制解調器參數設置如圖4-12圖4-12矩形波參數設置17沈陽理工大學通信系統課程設計報告18沈陽理工大學通信系統課程設計報告(3)調制解調波形如圖4-13 , 4-14圖4-13基帶波形圖4-14 PAM解調波形#沈陽理工大學通信系統課程設計報告5. 仿真5.1正弦波

25、矩形抽樣代碼echo onT=1;delta_T=T/200;%矩形波的參數設置alpha=0.5;fc=40/T;A_m=1;t=-5*T+delta_T:delta_T:5*T;N=le ngth(t);for i=1:N,if(abs(t(i)=T/(2*alpha),g_T(i)=si nc(t(i)/T)*(cos(pi*alpha*t(i)/T”(1-4*alphaA2*t(iF2/TA2); elseg_T(i)=0;%正弦波的參數設置end;echo off;endecho on;G_T=abs(fft(g_T);u_m=A_m*g_T.*cos(2*pi*fc*t);U_m=

26、abs(fft(u_m);%正弦波矩形取樣的波形圖f=-0.5/delta_T:1/(delta_T*(N-1):0.5/delta_T;figure(1);plot(f,fftshift(G_T);axis(-1/T 1/T 0 max(G_T);grid;title('基帶信號的頻譜')figure (2);plot(f,fftshift(U_m);grid;title('幅度已調信號的頻譜')19沈陽理工大學通信系統課程設計報告5.2矩形波調制代碼建立基本波形是矩形波形的8-PAM的基帶仿真模型fun cti on sampl,qua nt,pcm=a_d

27、_1(A,F,P,D)%專輸碼元時隙為1ms %Fs=20*F;t=0:1/Fs:2/F;samp=A*si n(2*pi*F*t+P);figureplot(t,samp);ti tle('正弦波信號波形圖');xlabel(' 時間');ylabel(' 幅度');grid onsampl=samp/A;partiti on, codebook=lloyds(sampl,D);in dx,qua nt=qua ntiz(sampl,partiti on ,codebook);figure(2)plot(t,sampl,'x',

28、t,qua nt,'.');ti tle('高斯信道加入噪聲方差為0.05ms ');xlabel(' 時間');ylabel(' 幅度');grid onaxis(0 2/F -1.2 1.2);in dex=in dx-1;pcm1=zeros(le ngth(i ndex),1);i=1;while i<=le ngth(i ndex)if in dex(i,1)=-1in dex(i,1)=0;endi=i+1;endpcm1=dec2b in (i ndex,4);pcm2=pcm1'pcm2=reshape(pcm2,1,ceil(log2(D)*41);m=le ngth(pcm2);for n=1:mif ischar(pcm2( n)=1pcm (n)=str2 num(pcm2( n);endend20沈陽理工大學通信系統課程設計報告21沈陽