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1、通信原理大作业通信原理大作业2ASK 信号传输仿真一、选题意义一、选题意义2ASK（二进制振幅键控）是一种最简单的数字信号的载波传输，通过对 2ASK的仿真可以更好的理解数字调制系统的组成以及各模块的功能。二、仿真实验任务二、仿真实验任务1.掌握 2ASK 调制解调原理及其实现方法.2.按照 2ASK 产生模型和解调模型分别产生 2ASK 信号和高斯白噪声，经过信道传输后进行解调。3.测试 2ASK 传输信号加入噪声后的误码率,分析 2ASK 传输系统的抗噪声性能;三、仿真原理三、仿真原理本实验主要是利用 MATLAB 集成环境下的 Simulink 仿真平台，设计一个 2ASK调制与解调系统
2、.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。3 3。1 2ASK1 2ASK 调制与解调原理调制与解调原理3 3。1.11.12ASK2ASK 调制原理调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 1P，且相互独立。该二进制符号序列可表示为其中：e2A
3、SK(t)s(t)coswc(t)ang(t nTs)cos wctn（1）二进制振幅键控信号时间波形如图 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）。图 1二进制振幅键控信号时间波形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 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
4、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 3 所示。图 2 模拟相乘法图 3 数字键控法3.13.1。2 22ASK2ASK解调原理解调原理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），相应的接收系统如图 4、图 5 所示。图 4 非相干解调方式图 5 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，
5、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。11001000101bcad图 62ASK 信号非相干解调过程的时间波形3 3。2 2设计步骤设计步骤3.23.2。1 12 2ASKASK 调制解调系统调制解调系统通过 Simulink 的工作模块建立 2ASK 调制解调系统，用示波器观察调制及解调过程中信号的波形。二级 2ASK 调制与解调系统的仿真电路图如图 7 所示。Power SpectralDensitybutterBernoulliBinaryBernoulli BinaryGeneratorProductAnalogFilter DesignAddAnalogFilte
6、r Design1Product1AnalogFilter Design2Power SpectralDensity1butterbutterGaussianGaussian NoiseGeneratorRayleighURayleigh NoiseGeneratorSine WaveRicianQuantizingIdxEncoderQ(U)QuantizingEncoderScopeRician NoiseGeneratorTx Error Rate CalculationRxError RateCalculation0.6667Display图 7 2ASK 调制与解调系统的仿真电路图将
7、基带信号（Bernoulli 信号)与载波信号(正弦信号）相乘，经过带通滤波器,就完成了调制过程;经过信道传输后，经过带通滤波器，与本地载波(正弦信号)相乘，再经过低通滤波器,最后经过抽样判决起转换成数字信号，就完成了解调过程。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。第一路波形为基带信号（Bernoulli信号)，第二路波形为载波（正弦信号），第三波形路为调制后
8、的信号,第四路波形为已调信号经过带通滤波器和低通滤波器后所得信号，第五路波形为经过抽样判决器过得到的解调波形。3.2.23.2.2系统所用模块的参数设置系统所用模块的参数设置在 2ASK 调制与解调中,将基带信号（Brenoulli 信号）零出现的概率设为 0。5，抽样时间设为 1,其参数设定如图 8 所示。载波频率应比基带信号的频率大,故将载波的频率参数设置为 10pi，抽样时间为 0，其参数图如图 9 所示.图 82ASK 基带信号参数设定图 92ASK 载波信号参数设定带通滤波器和低通滤波器的参数设定如图 10，11 所示.图 102ASK 带通滤波器参数设定图 112ASK 低滤通波器
9、参数设定抽样判决器参数设定如图 12 所示。图 122ASK 抽样判决器参数设定计算误码率模块参数设定如图 13 所示。图 132ASK 误码率计算模块参数设定四、仿真实验结果及分析四、仿真实验结果及分析1）不加噪声时，示波器显示的 5 路信号波形如图 14 所示。图 14不加噪声示波器显示的波形图中由上到下波形所表示为：1.信号源产生的信号波形根据 3。2 中参数的设置,信号源产生的信号是二进制基带信号，信号的幅度为 0 和 1 时分别代表二进制信息“0”和“1”,且 0、1 出现的概率相等。时间轴上单位长度表示码元的持续时间，即为 1 秒，图中显示了前 10 秒内信号源产生的信号波形。2.
10、加入的正弦载波的信号波形正弦信号的幅度设置为 1，频率为 10pi,即周期为 0。2 秒,从图中可以看到，1 个码元持续时间内，正弦信号重复 5 个周期。3.已调信号经过带通滤波器后的信号波形这就是 2ASK 信号的时域波形,2ASK 信号是基带信号和正弦载波相乘得到的，其实质是幅度受到基带信号控制的载波，载波幅度的变化即代表了二进制信息.4。相干解调后的信号波形相干解调是将已调信号和载波相乘,然后通过低通滤波器，得到如图所示的信号波形。5。采样量化编码后的输出源信号波形量化编码器对相干解调后的信号进行抽样判决，恢复出原基带信号，从图中可以看出,在无噪声的情况下，可以无差错的恢复出原基带信号，
11、只是产生了一定的延时.2)加高斯噪声时示波器显示为如图 15。图 15加高斯噪声时示波器显示示波器显示波形的顺序与图14 相同。比较图 14 和图 15 可以看到，加入噪声以后，已调信号的幅度变化范围扩大,不再是在 0、1 之间变化.经过相干解调及抽样判决以后，恢复出的基带信号已经和原基带信号产生了差别,即出现了误码.4 4。1 1、调制前后信号频谱的变化、调制前后信号频谱的变化构建好调制电路，加入频谱分析模块，用频谱分析模块观察调制前后的信号频谱变换。基带信号和调制信号的频谱分别如图 16，图 17 所示。图 16基带信号频谱图 172ASK 调制后信号频谱由图 16 和图 17 可以看出,
12、基带信号的功率谱密度集中在低频，已调信号（2ASK信号）的功率谱密度集中在 30Hz 附近，并且可以看到 2ASK 信号的带宽是二进制基带信号带宽的两倍。4.24.2、2ASK2ASK 想干解调系统误码率性能分析想干解调系统误码率性能分析解调器的框图如图 5 所示，低通滤波滤波器输出x(t)a nc(t),发“1”nc(t)，发“0”当发送“0时,概率密度函数为f1x20(x)22exp2n2n当发送“1”时,概率密度函数为1(xa)2f1(x)22expn22n发送 1 码元，接收为 0 码元的错误概率为Pe1 Px bbf1(x)dx(4）发送 0 码元,接收为 1 码元的错误概率为Pe0
13、 Px bf0(x)dx1b2erfc(ba2)n其中erfc(x)22xeudu总的误码率为Pe P(0)Pe0 P(1)Pe1当 P(0)=P（1）时，总的误码率为P1ae22 2)1erfc(1a2erfc(2)1erfc(r 2)n2222n当 r 1 时，近似地Pr/4eare(2）(3)（5）（6）(7）五、结论五、结论 2ASK 是一种最早的数字调制方式，最早用于电报传输，由于其误码率较高，现在已经比较少使用，但是由于其调制方式简单，其抗噪声性能分析方法具有普遍意义,对于理解数字调制以及抗噪分析很用帮助，可以作为学习其他调制方式的基础。经历了这次大作业,我们学习到了很多。它让我们把平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固了学到的基本理论和知识,学会将知识运用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力，也让我们掌握simulink 仿真平台的使用方法以及一些基本通信电路的结构原理，应收益良多。然而，在这次作业中，我们也发现了很多自身的不足，比如基础知识不扎实，没有耐心等等，这些必须在将来的学习生活中慢慢改进,加以克服。在完成的过程中，我们不断的遇到困难，不断的想办法克服困难,让我们越战越勇，不断向前,最终完成了挑战.