通信与电子系统CAD实验指导书(5)

实验六、二进制数字调制解调系统的仿真

1、实验目的

用SystemView实现二进制数字调制和解调系统的仿真 2、实验原理

为使数字信号在带通信道中传输，必须对数字信号进行调制。最基本的数字调制技术为：ASK、FSK和PSK。

1）ASK

在幅移键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。二进制振幅键控信号的产生 方法有两种：2ASK(一般的模拟幅度调制方法，但输入信号为二进制数字信号)和OOK （二进制振幅键控方式），即载波在二进制调制信号1或0控制下通或断，这种二进制 幅度键控方式称为通－断键控（OOK）。

a) 调制部分：二进制幅度键控的调制器可用一个相乘器来实现。对于OOK信号，相乘器

则可以用一个开关电路来代替。调制信号为1时，开关电路导通，为0时切断 OOK信号表达式：

S

OOK(

t)=a(n)?Acos(?0t)

A：载波幅度 ?0：载波频率 a(n): 二进制数字信号 原理框图：

基带信号a(n) 2ASK输出

载波 OOK输出

载波Acos(?0t) 二进制数据

(a) 调幅法

(b) 通断键控法

b) 解调部分：解调有相干和非相干两种。非相干系统设备简单，但在信噪比较小时，相干系统的性能优于非相干系统，为了将数字信号复原出来，在接收系统中还要增加一个抽样判决器。下图是OOK键控信号采用相干解调时的原理框图。

原理框图

解调信号 a（n）

S OOK (t) 低通滤波器 抽样判决

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载波 Acos(?0t) 定时脉冲 2) FSK

FSK是用数字基带信号去调制载波的频率。因为数字信号的电平是离散的， 所以，载波频率的变化也是离散的。在本实验中，二进制基带信号是用正负电平 表示。对于2FSK，载波频率随着调制信号1或-1而变，1对映于载波频率f1 , -1 对映于载频f2 。

a) 调制部分：用数字信号去调制载波的频率 。且2FSK可以看作是两个不同 载频的ASK已调信号

Acos(?1t) a(n)=1

SFSK(t)=

Acos(?2t) a(n)=-1 原理框图

门一

基带信号a(n) Acos(?1t) SFSK(t)

倒 相门二 Acos(?2t)

b) 解调部分： 2FSK信号可看成是两个载频不同的ASK信号，有相干和非

干两种解调方式。这里采用相干方式。（LP是指低通滤波器）

原理框图

LP SFSK(t) 相干载波Acos(?1t) 解调信号 LP a（t）

相干载波 Acos(?2t)

3） PSK

二进制相移键控（2PSK）就是根据数字基带信号的两个电平，使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。通常，两个载波相位相差π弧度 ，故有时又称为反相键控（PRK）。

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如果被调制的二进制信号是用正负电平表示，那么，2PSK与双边带抑制载 波调幅（DSB）是完全等效的。因此，PSK信号可以写成如下形式：

SPSK(t)=A?a(n)?cos(?0t+?)

a) 调制部分：在2PSK中，通常用相位0?或180?来分别表示1或-1。在这

里用调相法来生成2PSK : 将数字信号与载波直接相乘。这也是DSB信号产生的方法。

SBPSK(t)=cos(?0t+?i) , ?i=0或?

Acos(?0t) a(n)=1 SBPSK（t）= ?Acos(?0t) a(n)= -1

原理框图

基带信号a(n) 调制信号SBPSK（t） 载波Acos(?0t) b) 解调部分：BPSK必须采用相干解调，如何得到同步载波是个关键问题 。 原理框图

SBPSK(t) 解调信号a（n）

LP

本地载波Acos(?0t)

3、实验内容

1）用Systemview构造ASK、FSK、PSK调制解调系统的仿真模型 要求：a) 采用用模拟法或键控法进行调制

b) 采用相干解调或非相干解调法进行解调

c) 用抽样判决恢复出数字信号

参数设置：信号源用双极性PN码发生器，码速率为50Hz，载波为频率为1000Hz的 正弦信号，采用OOK法时，键控开关可以选用Logic库中的单刀双掷开关SPDT。相 干解调时滤波器可选择模拟低通滤波器，滤波器截止频率参考值选225Hz，在信号源、 调制器输出、解调器输出、系统输出端设置观察点

2）系统运行

运行时间=0.5 秒 采样频率=20,000 赫兹

在Systemview 系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察各观察点的波形。并

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在分析窗绘出该系统调制后的功率谱。

思考题：1）分析说明实验结果与理论值之间的差别。

2）改变参数配置，将所得不同结果存档后，与实验结果进行比较，说明参数

改变对结果的影响

4、实验报告要求

实验报告应该包括：设计原理方框图、设计参数说明、仿真结果分析（时域、频域等），以

及实验步骤

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实验七、 信号采样与恢复的仿真

1、目的

1）构造信号采样与恢复系统的仿真模型 2) 抽样定理验证

3) 输入波形与输出波形的对比分析

2、实验原理

抽样定理是任何模拟信号数字化的理论基础，其实只是一个连续时间模拟信号经过抽样变

成离散的序列后，能否由此序列恢复原来的模拟信号的问题。对于一个频带被限制在（0，2fH）

内的模拟信号x(t)，如果抽样频率fs大于或等于2fH，则可以有抽样序列完全恢复原来的模拟 信号，反之。如果抽样频率fs小于2fH，就会产生混叠失真。例如普通的话音信号限带为3300Hz 左右，而抽样频率通常选8kHz。

将模拟信号源与脉冲序列相乘即可得到抽样信号序列，要恢复原来的信号，让抽样信号序 列通过低通滤波器即可。下图为低通信号采样与恢复的原理图。

低 通 滤波器 信号 恢复 信号源 抽样脉冲 信号的采样与恢复原理图

3、实验内容

1）构造信号的采集与恢复仿真电路图

要求： 信号源为3个不同频率的正弦信号相加。f1= 10Hz，f2= 12Hz, f3= 8Hz，抽样脉冲为

窄脉宽矩阵脉冲，频率选取30Hz，脉宽为10-3s，低通滤波器可选Butterworth低通滤波器， 截止频率为12Hz。系统时间设置：采样点数：1024，采样频率1kHz。建立数个观察点， 信号源、抽样信号，输出信号。

2）运行系统进行仿真，观察各观察点的时域波形，以及频域波形，对比输入模拟信号与恢复

的信号波形，是否有失真？ 3）当抽样频率选取为20Hz，重新运行系统，对比输入模拟信号与恢复的信号波形，是否有

失真？ 4、实验报告要求

实验报告应该包括：设计原理方框图、设计参数说明、仿真结果分析（时域、频域等），以

及实验步骤

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