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1、-基于matlab的2ask通信系统设计与仿真-第 7 页实践教学兰州理工大学计算机与通信学院2013年春季学期通信系统仿真训练课程设计 题 目：2ASK通信系统的设计与仿真 专业班级： 通信工程（2）班 姓 名： 学 号： 8 指导教师： 李英堂 成 绩： 摘要现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善，到现在数字调制技术的广泛运用，使得信息的传输更为有效和可靠。二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式，也是各种数字调制的基础。本课程设计主要是利用MATLAB集成环境下的Simulink仿
2、真平台,设计一个2ASK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。通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的2ASK调制与解调情况。关键词： MATLAB； 2ASK；误码率；目录一 引 言11.1 课程设计目的11.2 课程设计内容11.3课程设计要求1二 2ASK调制与解调原理22.1 2ASK调制原理22.2 2ASK解调原理4三 设计步骤63.1 matlab的工作环境熟悉63.2 ASK调制电路分析8四 结束语20参考文献21一 引 言本课程设计主要是
3、深入理解和掌握振幅通信系统的各个关键环节，包括调制、解调、滤波、传输、噪声对通信质量的影响等。在数字信号处理实验课的基础上更加深入的掌握数字滤波器的设计原理及实现方法。使我对系统各关键点的信号波形及频谱有深刻的认识。1.1 课程设计目的（1） 学习使用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能，学会利用仿真的手段对于实用通信系统的基本理论，基本算法进行实际验证。（2） 学习通信系统仿真软件MATLAB的基本使用方法，学会使用这些软件解决实际系统出现的问题。（3） 用MATLAB设计一种2ASK调制解调系统。1.2 课程设计内容 利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个
4、2ASK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。1.3课程设计要求（1）掌握2ASK调制和解调的原理及实现方法：（2）根据2ASK调制系统的原理给出调制和解调的框图：（3）利用MATLAB软件仿真2ASK调制系统，实现2ASK调制和解调，要求信道为高斯白噪声，给出调制信号，载波信号及已调信号的波形和频谱图。改变基带信号，对产生的波形进行分析。（4）在不同信噪比情况下，求2ASK系统的误码率，并画出误码率和信噪比的关系图。二 2ASK调制与解调原理2.1 2ASK调
5、制原理振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。 设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。该二进制符号序列可表示为 其中:二进制振幅键控信号时间波型如图1 所示。 由图1 可以看出，2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化，所以又称为通断键控信号（OOK信号）。 二进制振幅键控信号的产生方法如图2 所示，图(a)是采用模拟相乘的方法实现， 图(b)是采用数字键控的方法实现。 由图1 可以看出，2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。所以，对2AS
6、K信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)，其相应原理方框图如图3 所示。2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图4 所示。 图2-1 二进制振幅键控信号时间波型2ASK信号的功率谱密度 由于二进制的随机脉冲序列是一个随机过程,所以调制后的二进制数字信号也是一个随机过程，因此在频率域中只能用功率谱密度表示。2ASK 信号功率谱密度的特点如下：(1)由连续谱和离散谱两部分构成，连续谱由信号g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；(2)已调信号波形的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。2ASK 信号功率谱密度推导：已知，设的功率谱为，s(t)的功率谱为。则 ， 图2-2 2
7、ASK信号的功率谱密度示意图在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的方式有两种：（1）模拟相乘法：通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为模拟相乘法，其电路如图2-3所示。在该电路中载波信号和二进制数字信号同时输入到相乘器中完成调制。（2）数字键控法：用开关电路控制输出调制信号，当开关接载波就有信号输出，当开关接地就没信号输出，其电路如图2-4所示。图2-3模拟相乘法 图2-4数字键控法2.2 2ASK解调原理2ASK/OOK信号有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法
8、），相应的接收系统如图2-5、图2-6所示。图2-5非相干解调方式图2-6 相干解调方式抽样判决器的作用是：信号经过抽样判决器，即可确定接收码元是“1”还是“0”。假设抽样判决门限为b，当信号抽样值大于b时，判为“1”码；信号抽样值小于b时，判为“0”码。当本实验为简化设计电路，在调制的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道时理想的，所以在解调部分也没有加带通滤波器。 图2-72ASK信号非相干解调过程的时间波形三 设计步骤3.1 matlab的工作环境熟悉MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，
9、主要包括MATLAB和SIMULINK两大部分。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。 SIMULINK是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个
10、软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。图3-1正弦仿真电路图正弦波参数设置如图3-2所示：图3-2 正弦参数设置系统内的示波器显示的波形如图。图3-3 单正弦波与平方波的对比结论：两正弦波叠加之后的周期是原周期的
11、1/2,频度是原频度的2倍。3.2ASK调制电路分析（1）通过Simulink的工作模块建立2ASK二级调制系统，用频谱分析仪观察调制前后的频谱，用示波器观察调制信号前后的波形（？用什么仪器） 二级2ASK调制与解调系统的仿真电路图如图8图3-4 二级2ASK调制与解调系统的仿真电路图此系统所用仿真电路模块有: 伯努利二进制发生器模块，正弦波发生器模块，功率谱密度模块，高斯噪声发生器Gaussian Noise Generator模块，模拟滤波器模块，误码率计算模块，采样量化编码模块，示波器模块。伯努利二进制发生器模块用于发出源信号，示波器用于观察波形。（2）系统所用模块的参数设置伯努利二进制
12、发生器模块ernoulli Binary Generator的参数设置为：Probability of a zero 0概率设为0.5，initial seed设为61， Sample time抽样时间为1S，Sample per frame是输入信息码为1。图3-5 伯努利二进制发生器模块参数设置Power Spectral Density的参数设置为：Sample time抽样时间为0.01s图3-6 Power Spectral Density的参数设置正弦波Sine Wave的参数设置为：频率设为60rad/sec。 图3-7 正弦载波的参数设置Product1模块的参数设置为：输入端
13、数量设为2图3-8 Product1模块的参数设置Gaussian Noise Generator模块的设置为：Sample time抽样时间为0.01s图3-9 Gaussian Noise Generator模块的设置Sum模块的参数设置为：sample time 设为-1图3-10 Sum模块的参数设置Analog Filter Design2模块的参数设置为：图3-11 Analog Filter Design2模块的参数设置Power Spectral Density1模块的参数设置为：Sample time抽样时间为0.01s图3-12 Power Spectral Density
14、1模块的参数设置Product模块的参数设置为：输入端数量设为2图3-13 Product模块的参数设置Analog Filter Design1模块的参数设置为：图3-14 Analog Filter Design1模块的参数设置Error Rate Calculation模块的参数设置为：延时Receive delay设为2。图3-15 Error Rate Calculation模块的参数设置Sampled Quantizer Encode模块的参数设置为：量化分割quantization partition设为0.2，量化码quantization codebook设为0 1。图3-1
15、6 Sampled Quantizer Encode模块的参数设置Display的参数设定为：图3-17 Display的参数设定Scope1的参数设定为：示波器的接口有6个，时间范围是自动调整图3-18 Scope1的参数设定2） 系统运行示波器的显示为：不加噪声示波器显示为如图23，由上到下波形所表示为：1.发出源信号波形。2.加入正弦波信号后的信号波形。3.经过带通滤波器后的信号波形。4.经过低通滤波器后的信号波形。5.采样量化编码后的输出源信号波形。图3-19 不加噪声示波器的显示不加噪声 Display的显示为：图3-20 不加噪声 Display的显示加入高斯发生器 Gaussia
16、n Noise Generator模块，设置为：Sample time抽样时间为0.01s图3-21 Gaussian Noise Generator模块设置加入高斯噪声后，示波器显示如图26，由上到下波形所表示为：1.发出源信号。2.加入正弦波信号后的信号波形。3.加入高斯噪声后的波形。4.经过带通滤波器后的信号波形。5.经过低通滤波器后的信号波形。6.采样量化编码后的输出源信号波形。图3-22 加入高斯白噪声后示波器的显示加入高斯噪声后Display的显示为：图3-23 加入高斯白噪声后的显示结论：在编码器和解码器模块间加上高斯噪声模块模拟信号在信道中的传输有干涉，所以就有了误码率，并且随
17、着错误率的增大误码率增大。四 结束语本次课程设计，我的任务是用matlan来实现2ASK调制解调系统。开始我对2ASK和matlab了解特别少，通过查阅相关资料，我熟悉了2ASK调制解调原理，弄懂了2ASK与matlab的关系，加深了对通信原理的认识。经过几天忙碌的课程设计我体会到了很多。首先，我意识到自己的知识还很欠缺，做设计的时候有遇到了很多困难，通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。另外课程设计提高了自己快速学习的能力，在如今信息化的社会，快速学习的能力显的越来越重要其次，我认识到理论运用到实践的重要性，正所谓“纸
18、上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的。所以在本学期学完通信原理之际，紧接着来一次通信原理的课程设计事很有必要的。这样不仅加深我们对通信原理的认识，而且还及时真正做到了学以致用。最后，我明白了在学习中一定要多想、多问、多思考，遇到问题首先要自己解决，解决不了的找老师和同学帮忙，想想老师或者同学为什么要这么做，有没有更好的解决办法，只有这样我们才会不断进步。在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导，感谢老师给我们的帮助。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献【1】樊昌信，曹丽娜，通信原理.国防工业出版社，2009【2】邵玉斌.Matlab/Simulink通信原理建模与仿真实例分析，清华大学出版社，2008【3】贾秋玲，袁冬莉，栾云凤. MATLAB7.X/Simulik/Stateflow系统仿真、分析及设计 西安：西北工业大学出版社 2006【4】张圣勤.MATLAB7.0实用教程，机器工业出版社，2006