通信课程设计AM和OOK的调制与解调电路设计

计算机与信息工程系
《通信原理》
课程设计报告
专业通信工程
班级 ****
学号 ******
姓名 *****
报告完成日期 2011-12-24
指导教师 ***** 评语：
成绩：
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摘要
通信按照传统的理解就是信息的传输，信息的传输离不开它的传输工具，通信系统应运而生，我们此次课程设计的目的就是要对调制解调的通信系统进行仿真研究。

当然，在通信系统的设计研发过程中，通信系统的软件仿真已成为必不可少的一部分。

目前，电子设计自动化EDA(Electronic Design Automatic)已成为通信系统设计的主潮流。

为了使复杂的设计过程更加便捷高效，使得分析与设计所需的时间和费用降低。

美国Elanix公司推出的基于PC机Windows平台的SystemView动态系统仿真软件，是一个比较流行的，优秀的仿真软件。

它是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真、能满足从信号处理、滤波器设计，到复杂的通信系统等要求。

通常，调制分为模拟调制和数字调制，模拟调制。

模拟调制常用的方法有AM 调制、DSB调制、SSB调制；数字调制常用的方法有BFSK调制等。

经过调制不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响。

调制方式往往决定着一个通信系统的性能。

本文利用SystemView软件设计AM和OOK的调制和解调电路，并通过分析其输人输出波形验证所设计电路的正确性。

关键词：SystemView软件，AM,OOK
Abstract
According to the traditional communication understanding is the information transmission, information transmission is inseparable from its transmission tools, communication system emerge as the times require, we have designed this course is aim to modem communication system simulation. Of course, in communication system design and development process, the communication system software simulation has become an essential part of it. At present, the electronic design automation EDA (Electronic Design Automatic) has become the main trend of communication system design. In order to make the complex design process more efficient and convenient, making the analysis and design of the time and costs is required. U.S. Elanix company introduced PC-based Windows platform SystemView dynamic system simulation software, is a more popular, excellent simulation software.
It is a signal-level system simulation software, and communication systems primarily for circuit, design, simulation, to meet from the signal processing, filter design, to complex communication system and other requirements.
Typically, the modulation is divided into analog modulation and digital modulation, analog modulation. Analog modulation methods are commonly used AM modulation, DSB modulation, SSB modulation; digital modulation methods are commonly used BFSK modulation. Spectrum can be modulated used not only move, move the modulated signal spectrum to the desired position, which will convert the modulated signal suitable for transmission or to facilitated the channel multiplexed channels modulated signal, the transmission on system and has a great impact. Modulation often determines the performance of a communication system.
This paper uses the SystemView software to design AM and OOK modulation and demodulation circuit, and through the analysis of the input and output waveforms verify the correctness of the design circuit.
关键词：SystemView软件，AM,OOK
目录
摘要 (2)
A BSTRACT (3)
第1章系统概述 (3)
1.1设计题目 (3)
1.2设计目的和内容 (3)
1.2.1 设计目的 (3)
1.2.2设计要求 (3)
1.2.3设计内容 (3)
第2章软件开发 (3)
2.1S YSTEMVIEW软件简介 (3)
2.2设计原理 (4)
2.2.1模拟调制系统原理 (4)
2.2.2数字调制系统 (5)
2.3调制解调仿真电路图 (6)
2.3.1 AM调制解调仿真电路 (6)
2.3.2 ASK(OOK)调制解调仿真电路 (7)
第3章系统调试及分析 (9)
3.1仿真波形图 (9)
3.1.1 AM调制解调仿真仿真后的波形 (9)
3.1.2 ASK(OOK)调制解调仿真仿真后的波形 (9)
3.2调制系统仿真结果分析 (10)
3.2.1 AM调制系统仿真结果分析 (10)
3.2.2 ASK(OOK) 调制系统仿真结果分析 (10)
结论 (11)
谢辞 (12)
参考文献 (13)
前言
通信按照传统的理解就是信息的传输。

在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的命脉。

信息作为一种资源，只有通过广泛传播与交流，才能产生利用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产力的发展，创造出巨大的经济效益。

而通信作为传输信息的手段或方式，与传感技术、计算机技术相融合，已成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大动力。

可以预见，未来的通信对人们的生活方式和社会的发展将会产生更加重大和意义深远的影响。

在通信系统中，从消息变换过来的原始信号所占的有效频带往往具有频率较低的频谱分量(例如语音信号),如果将这种信号直接在信道中进行传输，则会严重影响信息传送的有效性和可靠性,因此这种信号在许多信道中均是不适宜直接进行传输的。

在通信系统的发射端通常需要有调制过程，将调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，使之转换成适于信道传输或便于信道多路复用的已调信号；而在接收端则需要有解调过程，以恢复原来有用的信号。

调制解调方式常常决定了一个通信系统的性能。

随着数字化波形测量技术和计算机技术的发展，可以使用数字化方法实现调制与解调过程。

调制在通信系统中具有重要的作用。

通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。

调制方式往往决定了一个通信系统的性能。

调制技术是指把基带信号变换成传输信号的技术。

基带信号是原始的电信号，一般是指基本的信号波形，在数字通信中则指相应的电脉冲。

在无线遥测遥控系统和无线电技术中调制就是用基带信号控制高频载波的参数（振幅、频率和相位），使这些参数随基带信号变化。

用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。

未调制的高频电振荡称为载波（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脉冲序列等）。

被调制信号调制过的高频电振荡称为已调波或已调信号。

已调信号通过信道传送到接收端，在接收端经解调后恢复成原始基带信号。

第1章系统概述
1.1 设计题目
基于SystemView的调制与解调电路设计
1.2设计目的和内容
1.2.1 设计目的
通过本次课程设计，使学生加深对所学通信原理知识的理解，培养学生专业素质，提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后的专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。

1.2.2设计要求
1．掌握通信系统安装的基本知识和技能，培养学生对通信电路系统的整机调试和检测的能力。

2．掌握通信电路的设计方法，进行设计简单的通信电路系统。

3．通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法，能够分析简单通信系统的性能。

1.2.3设计内容
1．设计一个模拟线性调制系统：用Systemview软件对AM调幅进行仿真，并分析其输出波形和解调波形。

2．设计一个数字调制系统：用Systemview软件对二进制振幅键控进行仿真，并分析其输出波形和解调波形。

第2章软件开发
2.1 Systemview软件简介
SystemView是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真、能满足从信号处理、滤波器设计，到复杂的通信系统等要求。

SystemView借助大家熟悉的Windows窗口环境，以模块化和交互式的界面，为用户提供一个嵌入式的分析引擎。

SystemView由系统设计窗口和分析窗口两个窗口组成。

所有系统的设计、搭建等基本操作，都是在设计窗口内完成。

分析窗口是用户观察SystemView数据输出的基本工具，在窗口界面中，有多种选项可以增强显示的灵活性和系统的用途等功能。

在分析窗口最为重要的是接收计算器，利用这个工具我们可以获得输出的各种数据和频域参数，并对其进行分析、处理、比较，或进一步的组合运算。

例如信号的频谱图就可以很方便的在此窗口观察到。

使用SystemView,我们只需用鼠标点击器图标即可完成系统的建模、设
()t m ()t s m ()t c ωcos 乘法器 ()t h 图2-1线性调制系统的一般模型
计和测试，而不用学习复杂的计算机程序编制，也不必担心程序中是否存在编程错误。

SystemView 仿真系统具有能仿真大量的应用系统，快速方便的动态系统设计与仿真，在报告中方便地加入SystemView 的结论，提供基于组织结构图方式的设计，多速率系统和并行系统，完备的滤波器和线性系统设计，先进的信号分析和数据块处理，课扩展性，完善的自我诊断功能等优点：
总之，SystemView 的设计者希望它成为一种强大有力的基于个人计算机的动态的通信系统仿真工具，以实现在不具备先进仪器的条件下同样也能完成复杂的通信系统设计与仿真。

2.2设计原理
2.2.1 模拟调制系统原理
模拟调制系统可分为线性调制和非线性调制，本课程设计只研究线性调制系统的设计与仿真。

线性调制系统中，常用的方法有AM 调制，DSB 调制等。

线性调制的一般原理：
载波：)cos()(0ϕω+=t A t s c 调制信号：)cos()()(0ϕω+=t t Am t s c m
式中()t m —基带信号。

线性调制器一般模型如图：
在该模型中，适当选择带通滤波器的冲击响应()t h ，便可以得到各种线性调制信号。

线性解调器的一般模型如下：
图3-2线性解调系统的一般模型 其中()t s m —已调信号，()t n —信道加性高斯白噪声
（1）AM 调制原理
标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅(AM)。

假设调制信号()t m 的平均值为0，将其叠加一个直流分量0A 后载波相乘(图3-3)，即可形成调幅信号。

()t m ()t s m
()t n
图2-2线性解调系统的一般模型 解调器
带通滤波加法
其时域表达式为： ()()00cos cos cos AM c c c S A m t t A t m t t ϖϖϖ=+=+⎡⎤⎣⎦
式中：0A 为外加的直流分量；()t m 可以是确知信号，也可以是随机信号。

AM 调制模型如下：
图2-3 AM 调制模型
A 0 为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号也可以是随机信号。

⑵AM 解调原理
解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（调制信号）。

调制的方法有两类：相干解调和非相干解调。

在此只介绍相干解调。

相干解调也叫同步检波。

解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。

解调是把在载频位置的已调信号的谱搬回原始基带位置。

相干解调的一般模型如图
图2-4 相干解调的一般模型
相干解调时，为了无失真的恢复原始基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步的相干波()t c ωcos ，它与接受的已调信号()t s m
相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号()t s d。

2.2.2数字调制系统
数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输。

为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。

这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。

在接收端通过调制器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调。

2.2.3 数字调制技术的方法
m(t) ()t c ωcos A 0 ()t s m
LPF ()t c ωcos ()t s p ()t s d
()t s m
数字调制技术有两种方法：
①利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；
②利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。

这种方法通常称为键控法。

对载波的幅度进行键控得到振幅键控信号，本课程设计只研究振幅键控。

2.2.4 二进制振幅键控的基本原理
振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。

ASK 是幅移键控调制的简写，例如二进制的，把二进制符号0和1分别用不同的幅度来表示，就是ASK 了。

而OOK 则是ASK 调制的一个特例， “通-断键控(OOK)”信号表达式为
2ASK 信号产生方法有两种：模拟调制法和键控法，调制模型如下：
图2-5 模拟调制法（相乘器法） 图2-6 数字键控法 2ASK 信号基本的解调方法：非相干解调和相干解调，解调模型如下：
图2-7 非相干解调(包络检波法)
图2-8 相干解调(同步检测法) 2.3调制解调仿真电路图
2.3.1 AM 调制解调仿真电路
根据AM 调制解调原理用SystemView 仿真出来的电路图如图2-3
⎩⎨⎧-=”时发送“以概率，”时发送“以概率0P 101P t,Acos )(c OOK ωt e 乘法器
)(2t e A S K 二进制不归零信号t c ωco s )(t s t c ωco s )(t s )
(2t e A SK 开关电路带通滤波器全波整流器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2t e ASK a b c d 带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(2t e ASK t c ωcos
图2-9 AM 调制系统的仿真图
主要参数如图所示:
基带信号 ()t c ωcos
直流分量 相干波
2.3.2 ASK(OOK)调制解调仿真电路
根据ASK 调制解调原理用SystemView 仿真出来的电路图如图2-4
图2-10 ASK(OOK)调制系统的仿真图
主要参数如图所示：
二进制不归零信号 ()t c ωcos
抽样判决器
第3章系统调试及分析
3.1仿真波形图
3.1.1 AM调制解调仿真仿真后的波形
图3-1 AM调制系统仿真波形3.1.2 ASK(OOK)调制解调仿真仿真后的波形
图3-2 ASK(OOK)调制系统仿真波形
3.2 调制系统仿真结果分析
3.2.1 AM 调制系统仿真结果分析
AM 调制为线性调制的一种，由图2-5可以看出，在波形上，已调信号的幅值随基带信号变化而呈正比地变化，而在频谱结构上，它完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。

用相干解调法解调出来的信号与基带信号基本一致，实现了无失真传输。

3.2.2 ASK(OOK) 调制系统仿真结果分析
2ASK
已调信号的功率谱密度图如图所示
图3-3 2ASK 信号的功率谱密度示意图
从上图可以看出：
2ASK 信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。

2ASK 信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱的主瓣（第一个谱零点位置），则有：2ASK 信号的传输带宽是码元速率的两倍。

()2ASK P f f c f c f -c s f f +c s f f -2c s
f f +-2c s f f
结论
通过这一周通信原理课程设计，我学会了如何利用仿真软件对所学知识进行仿真及在仿真过程中解决问题，并且提高了我对通信原理的兴趣，同时也使我对所学知识有了更深一步的了解，并且可以熟练应用SystemView仿真软件。

在此期间，我们可以更好的知道自己的优势所在，把握好自己的优势，也可以知道自己的不足和缺陷，加以改正。

在此过程中，通过查找资料，以及反复的修改参数值，查找问题解决问题，不仅培养了自己独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

把课堂上学到的东西运用到实践中来，验证课本知识的正确性，同时也巩固所学知识。

在这次课程设计的过程中使我受益匪浅。

仿真前，我们应对调制和解调方式的选择要作全面考虑，比如说调制系统的相关参数一定要设置合理，以及解调采用哪种方式，相关参数的设定也要合理。

画图前，大脑中要建立相应的模型，且思路一定要清晰。

有些复杂的仿真需考虑得更加全面，如果要求较高的频带利用率，则应选择相干2PSK、2DPSK、2ASK，而BFSK最不可取；如果抗噪声性能是最主要的，则应考虑相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取；若传输信道是随参信道，则BFSK具有更好的适应能力。

目前用得最多的数字调制方式是相干2DPSK和非相干BFSK；如果要求较高的功率利用率，则应选择相干2PSK、2DPSK、2ASK最不可取。

相干2DPSK主要用于高速数据传输，而非相干BFSK则用于中、低速数据传输中，特别是在衰落信道中传输数据时，它证明了自己的广泛的应用。

谢辞
实践是检验真理的唯一标准。

在这次课程设计中，有许多自己不懂的问题，是老师和周围的同学的热心帮助给与我详细的解答，我得以顺利完成了自己的课程设计。

他们的严谨的态度和细心的指导使我受益非浅。

同时也让我认识到在现代化的今天，树立正确的思想观念和寻找正确的学习方法的重要性。

此次课程设计充分运用了书本上所学的理论，即将理论与实践相结合了起来，锻炼了自己，感觉收获颇多。

在这里，对所有给予我帮助和支持的老师和同学们表示深深的谢意！
参考文献
[1] 林菲，张少蔚主编的《通信原理辅导及》，延边大学出版社2011
[2] 李东生.《SystemView系统设计及仿真入门与应用》,电子工业出版社
[3] 樊昌信.《通信原理》（第六版）国防工业出版社2011。