通信应用系统课程设计班级学号：152210704111姓名：陈犇张润华石彬学院：计算机学院2018 年 12 月目录实验一 FSK 传输系统实验 (3)一.实验目的 (3)二.实验原理 (3)(一)2FSK调制原理 (3)(二)2FSK解调原理 (4)(三)2FSK信号的表达式和波形图 (5)三.实验步骤 (6)(一)FSK调制仿真 (6)(二)FSK解调仿真 (9)(三)FSK系统性能测试仿真 (15)四.实验心得 (17)实验二 PAM编译码器系统 (18)一.实验目的 (18)二.实验原理 (18)1.自然抽样脉冲调制 (19)2.平顶抽样的脉冲幅度调制 (20)三.实验步骤 (20)1.对正弦波进行抽样 (20)2. 对矩形波进行调制 (23)3.PAM解调 (24)3.矩形波解调 (24)四.实验心得 (26)实验三 PCM编译码器系统 (27)一、实验目的 (27)二、实验原理 (27)三、实验步骤 (30)实验一FSK 传输系统实验一. 实验目的1)利用simulink建立FSK调制系统的仿真模型；2)利用simulink建立FSK解调系统的仿真模型；3)利用simulink对FSK系统的性能进行测试；4)将仿真结果与理论结果进行比较、分析；二.实验原理(一)2FSK调制原理二进制移频键控信号的产生，可以采用模拟调频电路来实现,也可以采用数字键控的方法来实现。
两种FSK信号的调制方法的差异在于：由直接调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的（这一类特殊的FSK，称为连续相位FSK（Continous-Phase FSK，CPFSK）），而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。
模拟调频法：用数字基带矩形脉冲控制一个振荡器的某些参数，可直接改变其振荡频率，输出不同频率的已调信号。
原理方框图如图2-1所示。
图2-1 模拟调频法产生2FSK信号的原理图数字键控法：用数字矩形脉冲控制电子开关，使电子开关在两个独立的振荡器之间进行转换，从而在输出端得到不同频率的已调信号。
图2-2是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图，图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制，在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一。
图2-2 键控法产生2FSK信号的原理图(二)2FSK解调原理２ＦＳＫ解调常采用非相干解调法和相干解调法。
非相干解调法用两个带通滤波器分别滤出不同频率的高频脉冲，经包络检测后分别取出它们的包络，将包络检波器的输出经过低通滤波后，送入抽样判决器进行比较，从而判决并输出基带数字信号。
原理方框图如图2-3所示。
图2-3 2FSK相干解调方框图相干解调的具体解调电路是同步检波器，原理方框图如图2-4所示。
图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。
它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信息的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲v1、v2进行比较判决，即可还原出基带数字信号。
到来时对两个低频信号的抽样值图2-4 2FSK 相干解调方框图(三) 2FSK 信号的表达式和波形图在二进制数字调制中,若正弦载波的频率随二进制基带信号在f 1和f 2两个频率点间变化，则产生二进制移频键控信号(2FSK 信号)。
二进制移频键控信号的时间波形如图2-5 所示，图中波形g 可分解为波形e 和波形f ，即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加。
若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f 1，0符号对应于载波频率f 2，则二进制移频键控信号的时域表达式为212()()cos()()cos()FSK n s n n b n n n e t a g t nT t a g t nT t ωφωθ⎡⎤⎡⎤=-++-+⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦∑∑ (2-1-1)(2-1-2)(2-1-3)图2-5 二进制频移键控信号的波形由图2-1可看出bn 是an的反码，即若an=1，则bn=0，若an=0，则bn=1；两个相角分别代表第n个信号码元的初始相位。
在二进制频移键控信号中，均不携带信息，通常令其为零。
因此，二进制频移键控信号的时域表达式可简化为（2-1-4）三.实验步骤(一)FSK调制仿真2FSK信号是由频率分别为f1和f2的两个载波对信号源进行频率上的控制而形成的，其中f1和f2是两个频率有明显差别的且都远大于信号源频率的载波信号，2FSK信号产生的simulink仿真模型图如下所示：图3-1 2FSK信号的simulink模型方框图其中sin wave1和sin wave2是两个频率分别为f1和f2的载波，Pulse Generator模块是信号源，NOT作为反相器实现方波的反相，最后经过相乘器和相加器生成2FSK信号，ATTENTION：此法只适用于0-1二进制码信道编码，否则此法此处不可使用。
关键点在于0反向为1，同一时刻仅有一方信号为1.各参数设置如下：载波f1的参数设置：其中幅度为2，f1=1Hz,采样时间为0.002s在此选择载波为单精度信号图3-2 载波sin wave1的参数设置载波f2的参数设置：载波是幅度为2，f2=2,采样时间.为0.002的单精度信号。
图3-3 载波sin wave1的参数设置原信号源s(t)序列是用随机的0-1信号产生来模拟信源码流输出，为了方便产生对应的0-1电平信号可以选择基于采样的Pulse Generator（脉冲发生器）信号模块，其参数设置如下：其中方波是幅度为1，周期为3，占1比为1/3的基于采样的信号。
图3-4 Pulse Generator信号模块参数设置【分析】经过以上参数的设置后就可以进行系统的仿真，波形显示如截图：【分析】图中上起第一个为A equal to 2 v 的二进制01电平信号，第二个是f1的载波信号，用于被调制，图三为f2的载波信号也用于被调至，则第四个是按照第一个的信息利用f2和f3的载波信号进行调制的信道编码信号，可以在图4中明显观察到图一的信息被键控调制到两个载波上。
(二)FSK解调仿真解调框图：【分析】调制信号平行传送到两个特定频率的巴特沃兹滤波器，对同一结果信号进行针对分频，提取对应的两路频率信息，由于同一时刻只有一路信号有波动，因此可以采用比较器来完成信号比较从而输出信息的有无从而还原0-1信息，其中信号波动能量来源即为信息代表位0或1.零阶保持器完成信号保持，还原出原信号。
载波（Sine Wave1）参数设置：【分析】载波频率设置为：10HZ，幅度为2 载波（Sine Wave2）参数设置：【分析】载波频率：20HZ，幅度为+2Pulse Generator（脉冲发生器）信号模块其参数设置如下：【分析】其中方波是幅度为1，周期为3，占1比为1/3的基于采样的信号。
带通滤波器（上）参数设置：【分析】带通滤波器参数：带通范围为5～15HZ由于滤波器的边沿缓降，设置为5～15HZ为宜。
带通滤波器（下）参数设置：【分析】带通滤波器参数：带通范围为16～26HZ，考虑滤波器的边沿缓。
低通滤波器（Digital Filter Design1）参数设置:【分析】低通滤波器参数：截止频率为10HZ低通滤波器（Digital Filter Design2）参数设置：【分析】低通滤波器参数：截止频率为20HZ●relay参数设置：【分析】将按照幅度范围输出0-1信息，对波形进行调整。
●Zero-Order Hold（将具有连续采样时间的输入信号转换为具有离散采样时间的输出信号）参数设置：【分析】抽样时间：1s，设置依据：经查阅资料可知，其抽样时间应与脉冲产生器的抽样时间一致，故设为1s。
Unit Delay（使用指定的离散采样时间实现延迟。
该模块接受并输出具有离散采样时间的信号）参数设置：【分析】抽样时间：1s，设置：抽样时间应与脉冲产生器的抽样时间一致，故设为1s。
解调出来的波形有延时，用延时器可以产生更好的波形（对波形进行圆滑）。
解调波形如下图：【分析】图中上起第一个即为脉冲发生器产生的二进制序列01规律序列，第二个为收到的2FSK波形信息，第三个为脉冲发生器产生的二进制序列信号延时一个Ts后的波形，最后一个图为解调后的二进制序列信息。
【分析】观察波形，2FSK线路模拟基本达到预期，没有噪声干扰的情况下，信息未发生失真。
(三)FSK系统性能测试仿真【分析】加入高斯噪声后的FSK系统仿真方框图：【分析】加入高斯噪声后的误码率：【分析】由上图可知：加入高斯噪声后，信号质量变差，误码率升高。
加入高斯噪声后的波形如下图：【分析】图中上起第一个为脉冲发生器产生的二进制01单位规律序列，第二个为收到的加入高斯噪声后的2FSK波形，第三个为脉冲发生器产生的二进制序列信号延时一个Ts后的波形，最后一个为解调后的二进制序列。
可以观察到高斯噪声对总体波形进行了点电平抬高和降低，若噪声对信号f没有较大影响或者高斯噪声f范围不在有效信号频带内，则信号具有较高的抗干扰能力。
这也是我们进行信号编码的原因之一，调制到高频能够有效抗干扰和提高信号传输效率。
四.实验心得2FSK作为信道编码的一种典型调制方式，其原理很简单，与我们所学的数字电路中的模拟开关，选择器模型高度相似，有很好的顺承性，有利于巩固我们信号部分的应用和拓展，信道编码属于通信原理的重要章节，对于信号有效传输具有极其重要的地位，2FSK是其中最为经典的一种。
同时我们也知道2FSK相较于其他编码方式也有自己的缺点，主要还是调制效率较低，模拟开关速度有上限，并且会有一定的延时和误码现象，我们还可以通过提高FSK调制位数来提高效率，但是同时，也增加了误码风险，但是我们可以折衷选择一个效率最高的，或者说性价比最高的。
总而言之，对2FSK进行模拟是非常有意义的实验，有利于我们进一步巩固通信原理书本知识，并且利用现代化的实验环境方便的对电路进行模拟，实现功能，让我们对具体实现电路有更加深层次的理解。
对于MATLAB的应用是现代通信人的必备工具，MATLAB的实验环境为我们虚拟实践提供了非常好的条件，对于缩小搞笑硬件差距，让我们赶超其他优秀高校的同学提供了机会。
我们一定好利用好这一利器。
实验二PAM编译码器系统一.实验目的1)加深对相位调制（PAM）基本理论知识的理解。
2)利用simulink建立PAM编译码器系统的仿真模型。
3)掌握用simulink实现信号的PAM调制，并观察波形。
二.实验原理在通信系统中，抽样过程是模拟信号数字化的第一步，利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样。
调制与解调是实现信号传递必不可少的重要手段。