信 号 与 系 统
设计题目：
院 系：
专业班级：
学生姓名：
学 号：
专业班级：
起止时间：
课 程 设 计 信号的调制与解调 机械电子工程系 09应用电子技术 谢焱松 吴 杰 谭雨恒 刘 庆 09353017 09353018 09353019 09353020 文如泉 2010.12.13-2010.12.25
设计任务：
信号的调制与解调
∙ 目的：理解Fourier变换在通信系统中的应用：掌握调制与解调的基本原理。
∙ 要求：实现信号的调制与解调。
∙ 内容：调制信号为一取样信号（自己选，一般取常见的信号），利用MATLAB分析幅度调制（AM）产生的信号频谱，比较信号调制前后的频谱并解调已调信号。设载波信号的频率为100HZ。
∙ 方法：应用MATLAB平台。
∙ 参考资料：MATLAB相关书籍。
教师点评：
一、课程设计目的
利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，设计一个2ASK/2DPSK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，用误码测试模块测量误码率；最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。
二、课程设计要求
（1）熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，熟悉2ASK/2DPSK系统的调制解调原理，构建调制解调电路图。
（2）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的频谱的变化。并观察解调前后频谱有何变化以加深对该信号调制解调原理的理解。
（3）在调制与解调电路间加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率，并给出仿真波形，改变信噪比并比较解调后波形，分析噪声对系统造成的影响。
（4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。
三、基本原理
1 ASK调制与解调
ASK 即幅移键控（振幅键控），是一种相对简单的调制方式。
对于振幅键控这样的线性调制来说，在二进制里，2ASK是利用基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出，有载波输出时表示发送“1”，反之表示发送“0”。
根据线性调制的原理，一个2ASK信号可表示为：e0(t)=s(t)coswct。式中，wc为载波角频率，s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列s(t)=∑ang(t-nTb)。其中，g(t)是持续时
n
间为Tb、高度为1的矩形脉冲，常称为门函数；an为二进制数字 调制：幅移键控相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进制数码
而已。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。二进制振幅键控它实际是当调制的数字信号为“1”时，传输载波；当调
制的数字信号为“0”时，不传输载波。原理如图1所示。
图2 输出后2ASK的波形
解调：2ASK信号解调的常用方法主要有两种：包络检波法和相干检测法。本课程设计采用相干解调法。
相干检测法是利用此载波与收到的已调信号相乘，经低通滤波滤除第二项高频分量后，即可输出s(t)信号，低通滤波器的截止频率与基带数字信号的最高频率相等。由于噪声影响及传输特性的不理想，低通滤波器输出波形有失真，经抽样判决、整形后再生数字基带脉冲，原理如图3所示。
二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2DPSK。它是用前后码元的相
对载波相位值传送数字信息，所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。
调制：2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如，假设相位值用相位偏移△φ表示（△φ定义为本码元初相与前一码元初相只差），并设：
△φ=π→数字信息1； △φ=0→数字信息0
则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如如下：
数字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1
2DPSK信号相位：0 0 0 π 0 π π π 0 0 π
或 π π π 0 π 0 0 0 π π 0
画出的2PSK及DPSK信号的波形如图4示。
图4 2PSK及2DPSK信号的波形 2DPSK的产生基本类似于2PSK，只是调制信号需要经过码型变换，将绝对码变为相对码，其原理图如图5所示。
图
5 2DPSK信号的调制原理图
可见，2DPSK信号的功率谱密度和2PSK信号的功率谱密度是完全一样的。
解调：2DPSK信号可以采用相干解调法和差分相干解调法。文中采用相干解调法，其解调原理是：先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息，如图6所示，（a）和（b）分别表示解调器原理图和解调过程各点时间波形。
图
6(b) 2DPSK的相干解调波形
3 2ASK/2DPSK调制与解调
2ASK/2DPSK调制与解调：即将2DPSK的调制与解调系统嵌入到2ASK调制于解调系统中。整个过程为：ASK调制——DPSK调制——DPSK解调——ASK解调
四、系统设计
1 ASK调制与解调
构建ASK调制与解调电路，如图7所示，并用示波器观察调制与解调前后的信号波形，如图8所示。
将基带信号与载波信号相乘，经过带同滤波器，就完成了调制过程；经过信道传输
后，经过带同滤波器，与本地载波相乘，再经过低通滤波器，最后经过抽样判决起转换
成数字信号，就完成了解调过程。
图8 ASK调制与解调波形图
第一路波形为基带信号，第二路波形为载波，第三波形路为调制后的信号，第四路波形为已调信号经过带同滤波器和低通滤波器后所得信号，第五路波形为经过抽样判决器过得到的解调波形。
2 DPSK调制与解调
构建DPSK调制与解调电路，并用示波器观察调制与解调前后的信号波形。
图
9 DPSK调制与解调电路图
图9是DPSK采用模拟调制的电路图。调制电路的主要模块是码型变换模块，它主要是完成绝对码波形转换为相对码波形，在实际的仿真中基带信号要先经过差分编码，再进行极性双变换，得到的信号与载波一起通过相乘器，就完成了调制过程。仿真结果
如图10所示。
图
10 DPSK调制与解调波形
3 ASK/DPSK调制与解调
根据ASK和DPSK调制与解调电路图以及ASK/DPSK调制与解调的原理，构建ASK/DPSK调制与解调电路，如图11所示，调制与解调前后的信号波形如图12。
图11 ASK/DPSK调制与解调电路 第一路波形为基带信号，第二路信号为载波信号，第三路信号为基带信号与载波相乘所得信号，第四路信号为所得信号经过带通滤波器后的已调波，第五路信号是经过抽样判决后的数字信号，第六路信号是经过封装部分的DPSK调制与解调后所得的信号，第七路信号是经过带通滤波器后与本地载波相乘后的所得信号，第八路信号是经过低通
滤波器后的信号，第九路信号是经过抽样判决器后的解调信号。
图12 ASK/DPSK调制与解调波形
其中subsystem中封装的DPSK调制与解调电路图如图13，波形如图14所示。
图13 封装的DPSK调制与解调电路图
第一路信号是载波，第二路信号是ASK调制信号，第三路信号是经过码变换和单双极性变换后，与载波相乘所得的调制信号，第四路信号第三路信号相同，为了观察噪声对信号的影响而加入，第五路信号经过带通滤波器后，与本地载波相乘后，再通过低通滤波器后得到的信号，第六路信号是经过抽样判决器后的DPSK解调信号。
图14 封装的DPSK调制与解调波形图
图15 基带信号频谱 图16 ASK调制后信号频谱
图
17 DPSK调制后信号频谱
图18 DPSK解调后信号频谱 将频谱分析模块加入到基带信号处，其频谱如图15
所示；将频谱分析模块加入到
ASK调制后，其频谱如图16所示；将频谱分析模块加入到DPSK调制后，其频谱如图17所示；将频谱分析模块加入到DPSK调制后，其频谱如图18所示。
五、课程设计体会
课程设计是培养我们综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识运用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。在这次课程设计中，我发现了很多自身的不足，比如基础知识不扎实，缺乏耐心，经不起挫折，容易丧失信心等等，这些必须在将来的学习生活中慢慢改进，加以克服。
在设计的过程中，不断的尝试，不断的遇到困难，不断的想办法克服困难，这次课程设计，使我明白到只有这样，才能真正学到、掌握知识。
最后，我在设计中遇到了种种难题，文如泉老师总是不厌其烦的为我讲解，提点我，才助长了我完成这次课程设计的信心，从文老师那里我学到了很多。在此我要对她表示衷心的感谢！
六、参考文献
[1]陈浩.焦振宇.基于MATLAB7.0的信号调制与解调分析[J]；
[2]王志刚.基于软件无线电技术的信号识别与调制解调系统；
[3]陈后金.信号与系统[M].北京高等教育出版社2007；
[4]张洁.双边带幅度调制及其MATLAB仿真[J].科技经济市场2006；
[5]孙讫.李妍MATLAB通信仿真开发手册[M].国防工业出版社2005；
[6]胡广书.现代信号处理[M].北京清华大学出版社2004。
信 号 与 系 统
设计题目：
院 系：
专业班级：
学生姓名：
学 号：
专业班级：
起止时间：
课 程 设 计 信号的调制与解调 机械电子工程系 09应用电子技术 谢焱松 吴 杰 谭雨恒 刘 庆 09353017 09353018 09353019 09353020 文如泉 2010.12.13-2010.12.25
设计任务：
信号的调制与解调
∙ 目的：理解Fourier变换在通信系统中的应用：掌握调制与解调的基本原理。
∙ 要求：实现信号的调制与解调。
∙ 内容：调制信号为一取样信号（自己选，一般取常见的信号），利用MATLAB分析幅度调制（AM）产生的信号频谱，比较信号调制前后的频谱并解调已调信号。设载波信号的频率为100HZ。
∙ 方法：应用MATLAB平台。
∙ 参考资料：MATLAB相关书籍。
教师点评：
一、课程设计目的
利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，设计一个2ASK/2DPSK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，用误码测试模块测量误码率；最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。
二、课程设计要求
（1）熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，熟悉2ASK/2DPSK系统的调制解调原理，构建调制解调电路图。
（2）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的频谱的变化。并观察解调前后频谱有何变化以加深对该信号调制解调原理的理解。
（3）在调制与解调电路间加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率，并给出仿真波形，改变信噪比并比较解调后波形，分析噪声对系统造成的影响。
（4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。
三、基本原理
1 ASK调制与解调
ASK 即幅移键控（振幅键控），是一种相对简单的调制方式。
对于振幅键控这样的线性调制来说，在二进制里，2ASK是利用基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出，有载波输出时表示发送“1”，反之表示发送“0”。
根据线性调制的原理，一个2ASK信号可表示为：e0(t)=s(t)coswct。式中，wc为载波角频率，s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列s(t)=∑ang(t-nTb)。其中，g(t)是持续时
n
间为Tb、高度为1的矩形脉冲，常称为门函数；an为二进制数字 调制：幅移键控相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进制数码
而已。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。二进制振幅键控它实际是当调制的数字信号为“1”时，传输载波；当调
制的数字信号为“0”时，不传输载波。原理如图1所示。
图2 输出后2ASK的波形
解调：2ASK信号解调的常用方法主要有两种：包络检波法和相干检测法。本课程设计采用相干解调法。
相干检测法是利用此载波与收到的已调信号相乘，经低通滤波滤除第二项高频分量后，即可输出s(t)信号，低通滤波器的截止频率与基带数字信号的最高频率相等。由于噪声影响及传输特性的不理想，低通滤波器输出波形有失真，经抽样判决、整形后再生数字基带脉冲，原理如图3所示。
二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2DPSK。它是用前后码元的相
对载波相位值传送数字信息，所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。
调制：2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。例如，假设相位值用相位偏移△φ表示（△φ定义为本码元初相与前一码元初相只差），并设：
△φ=π→数字信息1； △φ=0→数字信息0
则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如如下：
数字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1
2DPSK信号相位：0 0 0 π 0 π π π 0 0 π
或 π π π 0 π 0 0 0 π π 0
画出的2PSK及DPSK信号的波形如图4示。
图4 2PSK及2DPSK信号的波形 2DPSK的产生基本类似于2PSK，只是调制信号需要经过码型变换，将绝对码变为相对码，其原理图如图5所示。
图
5 2DPSK信号的调制原理图
可见，2DPSK信号的功率谱密度和2PSK信号的功率谱密度是完全一样的。
解调：2DPSK信号可以采用相干解调法和差分相干解调法。文中采用相干解调法，其解调原理是：先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息，如图6所示，（a）和（b）分别表示解调器原理图和解调过程各点时间波形。
图
6(b) 2DPSK的相干解调波形
3 2ASK/2DPSK调制与解调
2ASK/2DPSK调制与解调：即将2DPSK的调制与解调系统嵌入到2ASK调制于解调系统中。整个过程为：ASK调制——DPSK调制——DPSK解调——ASK解调
四、系统设计
1 ASK调制与解调
构建ASK调制与解调电路，如图7所示，并用示波器观察调制与解调前后的信号波形，如图8所示。
将基带信号与载波信号相乘，经过带同滤波器，就完成了调制过程；经过信道传输
后，经过带同滤波器，与本地载波相乘，再经过低通滤波器，最后经过抽样判决起转换
成数字信号，就完成了解调过程。
图8 ASK调制与解调波形图
第一路波形为基带信号，第二路波形为载波，第三波形路为调制后的信号，第四路波形为已调信号经过带同滤波器和低通滤波器后所得信号，第五路波形为经过抽样判决器过得到的解调波形。
2 DPSK调制与解调
构建DPSK调制与解调电路，并用示波器观察调制与解调前后的信号波形。
图
9 DPSK调制与解调电路图
图9是DPSK采用模拟调制的电路图。调制电路的主要模块是码型变换模块，它主要是完成绝对码波形转换为相对码波形，在实际的仿真中基带信号要先经过差分编码，再进行极性双变换，得到的信号与载波一起通过相乘器，就完成了调制过程。仿真结果
如图10所示。
图
10 DPSK调制与解调波形
3 ASK/DPSK调制与解调
根据ASK和DPSK调制与解调电路图以及ASK/DPSK调制与解调的原理，构建ASK/DPSK调制与解调电路，如图11所示，调制与解调前后的信号波形如图12。
图11 ASK/DPSK调制与解调电路 第一路波形为基带信号，第二路信号为载波信号，第三路信号为基带信号与载波相乘所得信号，第四路信号为所得信号经过带通滤波器后的已调波，第五路信号是经过抽样判决后的数字信号，第六路信号是经过封装部分的DPSK调制与解调后所得的信号，第七路信号是经过带通滤波器后与本地载波相乘后的所得信号，第八路信号是经过低通
滤波器后的信号，第九路信号是经过抽样判决器后的解调信号。
图12 ASK/DPSK调制与解调波形
其中subsystem中封装的DPSK调制与解调电路图如图13，波形如图14所示。
图13 封装的DPSK调制与解调电路图
第一路信号是载波，第二路信号是ASK调制信号，第三路信号是经过码变换和单双极性变换后，与载波相乘所得的调制信号，第四路信号第三路信号相同，为了观察噪声对信号的影响而加入，第五路信号经过带通滤波器后，与本地载波相乘后，再通过低通滤波器后得到的信号，第六路信号是经过抽样判决器后的DPSK解调信号。
图14 封装的DPSK调制与解调波形图
图15 基带信号频谱 图16 ASK调制后信号频谱
图
17 DPSK调制后信号频谱
图18 DPSK解调后信号频谱 将频谱分析模块加入到基带信号处，其频谱如图15
所示；将频谱分析模块加入到
ASK调制后，其频谱如图16所示；将频谱分析模块加入到DPSK调制后，其频谱如图17所示；将频谱分析模块加入到DPSK调制后，其频谱如图18所示。
五、课程设计体会
课程设计是培养我们综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识运用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。在这次课程设计中，我发现了很多自身的不足，比如基础知识不扎实，缺乏耐心，经不起挫折，容易丧失信心等等，这些必须在将来的学习生活中慢慢改进，加以克服。
在设计的过程中，不断的尝试，不断的遇到困难，不断的想办法克服困难，这次课程设计，使我明白到只有这样，才能真正学到、掌握知识。
最后，我在设计中遇到了种种难题，文如泉老师总是不厌其烦的为我讲解，提点我，才助长了我完成这次课程设计的信心，从文老师那里我学到了很多。在此我要对她表示衷心的感谢！
六、参考文献
[1]陈浩.焦振宇.基于MATLAB7.0的信号调制与解调分析[J]；
[2]王志刚.基于软件无线电技术的信号识别与调制解调系统；
[3]陈后金.信号与系统[M].北京高等教育出版社2007；
[4]张洁.双边带幅度调制及其MATLAB仿真[J].科技经济市场2006；
[5]孙讫.李妍MATLAB通信仿真开发手册[M].国防工业出版社2005；
[6]胡广书.现代信号处理[M].北京清华大学出版社2004。