PAM傳輸系統(tǒng)的建模與仿真解讀

1壬肖M植稅琴-■■■'■■■■■■-TianjinTianShiCollege《通信系統(tǒng)建模與仿真》

實(shí)踐報(bào)告■_rJPAM傳輸系統(tǒng)的建模與仿真院別：信息與自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)：通信工程年級(jí)：2011級(jí)學(xué)生姓名：何芳龍、馮軍源、張澤鵬指導(dǎo)老師：目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1概述 1\o"CurrentDocument"1.1研究內(nèi)容 1\o"CurrentDocument"1.2課程設(shè)計(jì)要求 1\o"CurrentDocument"PAM系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)基本原理 2\o"CurrentDocument"PAM系統(tǒng)概念 2PAM調(diào)制原理PAM調(diào)制信號(hào)的頻譜 2\o"CurrentDocument"PAM調(diào)制信號(hào)的頻譜 2MATLAB簡介 3\o"CurrentDocument"PAM系統(tǒng)的Simulink仿真與性能分析 4\o"CurrentDocument"3.1隨機(jī)信號(hào)調(diào)制 4\o"CurrentDocument"3.2隨機(jī)信號(hào)波解調(diào) 6\o"CurrentDocument"3.3整體仿真電路 10\o"CurrentDocument"PAM調(diào)制的誤碼性能研究與仿真 104.1PAM信號(hào)的符號(hào)錯(cuò)誤率 10\o"CurrentDocument"4.2繪制曲線程序 114.3模擬性能曲線 11\o"CurrentDocument"5總結(jié) 12\o"CurrentDocument"6致謝 12\o"CurrentDocument"7參考文獻(xiàn) 131概述本設(shè)計(jì)主要介紹了四進(jìn)制PAM調(diào)制與解調(diào)過程，調(diào)制前后發(fā)生的變化，加上噪聲后波形出現(xiàn)的各種變化，通過星座圖、眼圖、波形圖等來觀察。在課程設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)XP，程序設(shè)計(jì)與仿真均采用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)，最后利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)PAM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng).用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形;用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化;加上各種噪聲源，觀察波形變化;最后根據(jù)運(yùn)行結(jié)果和波形來分析該系統(tǒng)性能。1.1研究內(nèi)容利用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)PAM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)。用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形；用頻譜分析模塊觀察調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化；觀察波形變化；最后根據(jù)運(yùn)行結(jié)果和波形來分析該系統(tǒng)。2課程設(shè)計(jì)要求學(xué)習(xí)通信仿真軟件MATLAB的基本使用方法，學(xué)會(huì)使用這些軟件解決實(shí)際系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。利用通信原理中所學(xué)到的相關(guān)知識(shí)，在Simulink仿真平臺(tái)中設(shè)計(jì)PAM仿真系統(tǒng)，并用示波器觀察調(diào)制與解調(diào)后的波形。再以調(diào)制信號(hào)為輸入，構(gòu)建解調(diào)電路，用示波器觀察調(diào)制前后的信號(hào)波形，分析模塊觀察調(diào)制前后信號(hào)調(diào)試圖的變化。2PAM系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)基本原理PAM系統(tǒng)概念PAM脈沖幅度調(diào)制，其主要是對于抽樣定理的應(yīng)用。用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列的幅度，使脈沖幅度在其平均值上下隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)值變化。因?yàn)槿税l(fā)出的語音信號(hào)的頻率是介于300Hz--3.4kHz之間，而根據(jù)奈奎斯特抽樣定理 抽樣頻率應(yīng)大于或是等于信號(hào)最高頻率的兩倍，通過計(jì)算抽樣頻率可得到8KHZ頻率即可滿足要求，頻率越高抽樣的效果越好失真度越小，還原出來的信號(hào)最能符合原語音信號(hào)。PAM中還有一些其他要注意的地方，比如，用方波產(chǎn)生電路產(chǎn)生的鋸齒波直接拿來進(jìn)行抽樣最后的效果不會(huì)太好，所以必須經(jīng)過一些“加工和處理”然后還有就是最后取樣們的設(shè)計(jì)也需要盡量讓失真度最小。因此，PA調(diào)制對于載波的產(chǎn)生很關(guān)鍵。

PAM調(diào)制原理通常人們談?wù)摰恼{(diào)制技術(shù)是采用連續(xù)振蕩波形(正弦型信號(hào))作為載波的，然而，正弦型信號(hào)并非是唯一的載波形式。在時(shí)間上離散的脈沖串，同樣可以作為載波，這時(shí)的調(diào)制是用基帶信號(hào)去改變脈沖的某些參數(shù)而達(dá)到的，人們常把這種調(diào)制稱為脈沖調(diào)制。通常，按基帶信號(hào)改變脈沖參數(shù)(幅度、寬度、時(shí)間位置)的不同，把脈沖調(diào)制分為脈幅調(diào)制(PAM)、脈寬調(diào)制(PDM)和脈位調(diào)制(PPM)等。所謂脈沖振幅調(diào)制，即是脈沖載波的幅度隨基帶信號(hào)變化的一種調(diào)制方式。脈沖幅度調(diào)制的理論基礎(chǔ)是抽樣定理。對于一個(gè)最高頻率為sm的帶限信號(hào)，當(dāng)抽樣頻率大于兩倍的sm時(shí)，我們可以從抽樣信號(hào)中恢復(fù)出原來的信號(hào)。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(diào)制的原理。但是，實(shí)際上真正的沖激脈沖串是不可能實(shí)現(xiàn)的，而通常只能采用窄脈沖串來實(shí)現(xiàn)，因此，研究窄脈沖作為脈沖載波的PAM方式，將更加具有實(shí)際意義。PAM調(diào)制信號(hào)的頻譜基帶模擬信號(hào)的波形為m(t),其頻譜為M(f)；用這個(gè)信號(hào)對一個(gè)脈沖載波s(t)調(diào)幅，s(t)的周期為T，其頻譜為S(f)；脈沖寬度為，幅度為A；并設(shè)抽樣信號(hào)ms(t)是m(t)和s(t)的乘積。則抽樣信號(hào)ms(t)的頻譜就是兩者頻譜的卷積它與理想抽樣(采用沖擊序列抽樣)的頻相似，也是由無限多個(gè)間隔為ss=2sH的M(s)頻譜圖之和組成。其中，n=0的成分是(At/T)M(s)，與原信號(hào)譜M(s)只差一個(gè)比例常數(shù)(At/T)，因而也可用低通濾波器從Ms(s)中濾出M(s)，從而恢復(fù)出基帶信號(hào)m(t)。平頂抽樣的脈沖調(diào)制平頂抽樣又叫瞬時(shí)抽樣，它與自然抽樣的不同之處在于它的抽樣后信號(hào)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(shí)抽樣值。平頂抽樣PAM信號(hào)在原理上可以由理想抽樣和脈沖形成電路產(chǎn)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?yōu)榫匦蚊}沖。設(shè)基帶信號(hào)為m(t),矩形脈沖形成電路的沖激響應(yīng)為H(t),m(t)經(jīng)過理想抽樣后得到的信號(hào)ms(t)可用下式表示，即m(t)二蘭m(nT)b(t一nT)(1—2)s s s(1—2)n=—g上式表明，ms(t)是由一系列被m(nTs))加權(quán)的沖激序列組成，而m(nTs))就是第n個(gè)抽樣值幅度。經(jīng)過矩形脈沖形成電路，每當(dāng)輸入一個(gè)沖激信號(hào)，在其輸出端便產(chǎn)生一個(gè)幅度為m(nTs))的矩形脈沖H(t)，因此在ms(t)作用下，輸出便產(chǎn)生一系列被m(nT)加權(quán)的矩形脈沖序列，這就是平頂抽樣PAM信號(hào)mH(t)它表示為：

m(t)二蘭m(nTs)H(t一nTs)1-3)H1-3)n=—g設(shè)脈沖形成電路的傳輸函數(shù)為H（3）,則輸出的平頂抽樣信號(hào)頻譜圖MH（3）(1-4)(1-5)MH（3）=MS（3）H（3）(1-4)(1-5)利用式（1-4）的結(jié)果,上式變?yōu)椋篗h(w)二1H(W)Km(w-2nWH)二T藝H(w)M(w-2nWH)n=—a由上式看出，平頂抽樣的PAM信號(hào)頻譜MH（s）是由H（s）加權(quán)后的周期性重復(fù)的M@）所組成，由于H@）是3的函數(shù)，如果直接用低通濾波器恢復(fù)，得到的是H（3）M（3）/Ts,它必然存在失真。以上按自然抽樣和平頂抽樣均能構(gòu)成PAM通信系統(tǒng)，也就是說可以在信道中直接傳輸抽樣后的信號(hào)，但由于它們抗干擾能力差，目前很少實(shí)用。它已被性能良好的脈沖編碼調(diào)制（PCM）所取代。PAM解調(diào)原理解調(diào)是調(diào)制的逆過程，信號(hào)解調(diào)的方法包括兩種，相干解調(diào)（同步檢波）與非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。解調(diào)與調(diào)制的實(shí)質(zhì)一樣，均是頻譜搬移，可以通過一個(gè)相乘器與載波相乘來實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)采用相干解調(diào)時(shí)，為了無失真地恢復(fù)基帶信號(hào)，接收端必須提供一個(gè)與接收的已調(diào)載波（同頻同相）本地載波。為了從mq（t）中恢復(fù)原基帶信號(hào)m（t）。在濾波之前先用特性為1/Q（?）頻譜圖校正網(wǎng)絡(luò)加以修正，則低通濾波器便能無失真地恢復(fù)原基帶信號(hào)m（t）。在實(shí)際應(yīng)用中，平頂抽樣信號(hào)采用抽樣保持電路來實(shí)現(xiàn)，得到的脈沖為矩形脈沖。實(shí)際應(yīng)用中，恢復(fù)信號(hào)的低通濾波器也不可能是理想的，因此考慮到實(shí)際濾波器可能實(shí)現(xiàn)的特性，抽樣速率fs要比2fH選的大一些，一般fs=（2.5~3）fH。例如語音信號(hào)頻率一般為300~3400Hz，抽樣速率fs—般取8000Hz。3PAM系統(tǒng)的Simulink仿真與性能分析在本次課設(shè)中我們做的是調(diào)制解調(diào)分開的4進(jìn)制的PAM系統(tǒng)的仿真及誤碼率的分析。3.1隨機(jī)信號(hào)調(diào)制建立基本波形是隨機(jī)信號(hào)的4-PAM的基帶仿真模型并觀察通過高斯信道傳輸前后的信號(hào)星座圖。（1）原理圖，如圖所示|~Ln~i— ―Ir■-Rjnd￡■mIrbteo4rF［日ndomIn口亡「3oner^torh.-1-P/\h..1DamcidulJtcir日亡b日n-dh.^1>ndijIa-tc"rjridG■:?■:■pe"1圖3-1調(diào)制原理圖參數(shù)設(shè)置圖3-2RandomintegerGenerator的參數(shù)設(shè)置隨機(jī)信號(hào)參數(shù)設(shè)置

圖3-3M-PAMModulatorBaseband的參數(shù)設(shè)置圖3-4M-PAMDemodulatorBaseband的參數(shù)設(shè)置3.2隨機(jī)信號(hào)波解調(diào)（1）仿真圖形圖3-5隨機(jī)信號(hào)波的仿真圖圖3-6(4-PAM解調(diào)仿真圖形)(2)參數(shù)設(shè)置itleilCGftitleilCGFileEd]tKlevSimulatitm itTdciLsHelp丨1|戸U昌|第躺靈I仝亡|*■疋廠l^dJl^J宣囤觀禽I貝置園舎冀RandL'mintegerRjnd■:■mInts^gr^enersalorRandL'mintegerRjnd■:■mInts^gr^enersalor圖3-7RandomintegerGenerator的參數(shù)設(shè)置圖3-8AWGNChannel的參數(shù)設(shè)置gil電EditVi-aivSiriuL-LtLoiiF竽皿ITools.EaLpD|曲日昌電1唁|力；上|卜■|lOD |JT2—三］團(tuán)固囤送也I”囲區(qū)弁黯nr-ir-iP-1-LT^WARjndDITi ?kl-PAMInti-gar1i 1RjndomIrYlaga 町戸占和|Oenerdor jvhdulshrBa^barid圖3-9M-PAMModulatorBaseband的參數(shù)設(shè)置m.qi■口lx!■?*<zJffim0S■邑貢n&i-diiin日豪于足T3日Zlti彼什--/m.qi■口lx!■?*<zJffim0S■邑貢n&i-diiin日豪于足T3日Zlti彼什--/mUilaJSS'iun*r^iritiviHriw-Jiins1e dEr?t^-Td >*1bArFl?tEn^nd-1圖3-10信噪比為10的星座圖口皿國母￡電|m?＞阿廠~3田曰日哦岀號(hào)巳曬苗咚kiEdsrhvkigw4"?rainiB!i?:-iiiii'Bi

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