基于SIMULINK的2ASK仿真課程設(shè)計

1、 通信系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計 2009 級 通信工程 專業(yè) 72 班級 題 目 基于 SIMULINK 的 2ASK 頻帶傳輸系統(tǒng)的仿真 姓 名 學號 指導教師 2012 年 5 月 21 日 1 任務書 試建立一個 ASK頻帶傳輸模型， 產(chǎn)生一段隨機的二進制非歸零碼 的基帶信號，對其進行 ASK調(diào)制后再送入加性高斯白噪聲( AWG)N信 道傳輸， 在接收端對其進行 ASK解調(diào)以恢復原信號， 觀察還原是否成 功，改變 AWG信N 道的信噪比，計算傳輸前后的誤碼率，繪制信噪比 - 誤碼率曲線，并與理論曲線比較進行說明。另外，對發(fā)送信號和接收 信號的功率譜進行估計。 2 二進制振幅鍵控( 2ASK

2、 )的理論分析 (參照通信原理教材 181 頁，分兩 方面說明：1.調(diào)制原理；2. 解調(diào)原理。這部分應有數(shù)學公式和相應的原理圖) 2ASK信號及其調(diào)制方法： 仿模擬調(diào)制原理， 2ASK信號可由單極性二元基帶信號與載波相 乘得到。 設(shè)二進制序列為 an，an取 0 或 1，單極性二元基帶信號可以 表示為 m(t)ang T(t T b) n 其中， g T (t )為幅度為 1 的單極性 NRZ(不歸零)方波， Tb為傳輸時 的碼元間隔。假定載波為 Acos2 f ct，則 2ASK信號為 S2ASK(t) Am(t )cos 2 f ct A angT(t nT b)cos 2 f ct n

3、2ASK信號也可以逐時隙地簡單表述為 Acos2 f t“, 傳號 ” s2ASK(t)0， f c“空號”(n-1)Tb t nT b 傳號”指碼元 1，“空號”指碼元 0，它們是電報術(shù)語。從 2ASK 信號波形可見，“傳號”與“空號”直觀地反映這種傳輸方式的“啟 閉”特點。 包絡檢波器解調(diào)方法： 2ASK信號最常用的解調(diào)方法是包絡檢波法，這種方法根據(jù)信號 的振幅與數(shù)字符號直接對應的的特點， 其原理與 AM的包絡檢波類似 由于它不需要任何載波信息，因而屬于非相干解調(diào)。 非相干解調(diào)方式 接收系統(tǒng)中包含下面三個基本單元： ( 1)帶通濾波器( BPF)對準信號的頻帶，讓信號幾乎無失真通過的 同時

4、盡量抑制帶外噪聲。通常，中心頻率為 f c ，帶寬為 BBPF 2B，B 為基帶信號帶寬，常常取為 Rb 1/ T b 。因為，可以為 BPF的輸出為 r (t ) s2 ASK (t) n(t) 假定信道中的白噪聲的功率譜密度為 N0/2 ，則上式中的 n(t) 而為窄 2 帶高斯白噪聲，功率(方差)為 n N0BBPF 。 (2)核心單元包絡檢波器可用簡單的整流濾波器電路實現(xiàn)，所以， 這種接收系統(tǒng)簡單實用。 有圖可清楚地看到， S2ASK(t) 的包絡就是 m(t), 因此，只要信號足夠強，包絡檢波器的輸出 y(t) 基本上就是 m(t), 只是還包含有噪聲成分。 ( 3)抽樣器的定時信號

5、有符號同步單元從 y(t) 中提取。判決器的門 限通常設(shè)為 VT A/ 2 ，假定抽樣值為 y，則判決準則為 1,y A/2 an 0,y A/2 2ASK 系統(tǒng)簡便，其抗噪性能不強，實際工程中通常要求 BPF的輸出 信噪比足夠高，這時，包絡接收系統(tǒng)的誤碼率為 1 /4 Pe 2e 2 2 2 其中， A /(2 n) A /(2N 0BBPF)是 BPF的輸出信噪比。另外，包絡 檢波器具有門限效應，即當 低到一定的門限值以下后，誤碼率會隨 的降低而迅速惡化，系統(tǒng)無法正常工作。 3 2ASK 頻帶系統(tǒng)設(shè)計方案 (分別對信源、調(diào)制方式、解調(diào)方式、信道、抽樣判 決器 的選擇說明原因) 整個 ASK

6、的仿真系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)過程為： 首先將信號源的輸出 信號與載波通過相乘器進行相乘， 在接收端通過帶通濾波器后再通過 包絡檢波器，接著通過抽樣判決器， 最后由示波器顯示出各階段波形， 并用誤碼器觀察誤碼率。 信源采用的是 Bernoulli Binary Generator 產(chǎn)生頻率為 200Hz的隨 機二進制單極性不歸零碼， 調(diào)制的目的一是將信號頻譜搬移到適合信 道傳輸?shù)膮^(qū)域，二是實現(xiàn)信道頻分復用。在本設(shè)計中，振蕩電路是由 Sine Wave產(chǎn)生10kHz的正弦信號作為載波，并用模擬調(diào)制方法。 信道采用加性高斯白噪聲信道，加性高斯白噪聲( AWG)N從統(tǒng)計 上而言是隨機無線噪聲， 其特點是其通

7、信信道上的信號分布在很寬的 頻帶范圍內(nèi) 解調(diào)方式采用包絡檢波，優(yōu)點是易于物理實現(xiàn) 抽樣判決采用 Relay 模塊。 4 SIMULINK 下 2ASK 系統(tǒng)的設(shè)計 （分別說明信源、調(diào)制過程、解調(diào)過程、 信道、抽樣判決器的建模方法，及選用的 simulink 模塊及相應的參數(shù)設(shè)置情況，最后 給出總的模型圖 將信號源的碼數(shù)率設(shè)為 0.005B/S, 即頻率為 200Hz。參數(shù)設(shè)置如圖 4-1 所示： 圖 4-1 信號源參數(shù)設(shè)置 在調(diào)制系統(tǒng)中，載波信號的頻率一般要大于信號源的頻率。信號 源頻率為 200 Hz，所以將載波頻率設(shè)置為 10k Hz，波形為 sine ，幅 值為 1。載波信號參數(shù)如圖 4

8、-2 所示： 圖 4-2 載波信號參數(shù)設(shè)置 調(diào)制選擇模擬調(diào)制法， 將信號與載波通過 Product 相乘器。 如下 圖所示： 信道采用加性高斯白噪聲，信道如圖 4-3 所示： 圖 4-3 高斯白噪聲信道參數(shù)設(shè)置 解調(diào)采用包絡檢波法， 先通過帶通濾波器， 經(jīng)過調(diào)試其參數(shù)設(shè)置 如圖 4-4 所示： 圖 4-4 帶通濾波器參數(shù)設(shè)置 在通過包絡檢波器，其中低通濾波器的參數(shù)設(shè)置如圖 4-5 所示： 圖 4-5 低通濾波器參數(shù)設(shè)置 由于信號功率在經(jīng)過一系列傳送之后變小， 所以在抽樣判決器前 加一個增益，抽樣判決采用 Relay 模塊，參數(shù)設(shè)置如圖 4-6 所示： 圖 4-6 抽樣判決器參數(shù)設(shè)置 在 MAT

9、LAB下 Simulink 仿真平臺構(gòu)建了 ASK調(diào)制與解調(diào)仿真電路圖如 圖 4-7 所示： 圖 4-7 5 仿真結(jié)果分析 （給出模型圖中各點輸出時域波形，對結(jié)果進行分析；分別對發(fā)送 信號和接收信號的功率譜進行估計，對比其結(jié)果；統(tǒng)計傳輸過程的誤碼率并分析造成 誤碼的原因，計算傳輸前后的誤碼率，繪制信噪比 - 誤碼率曲線，并與理論曲線比較進 行說明） 上圖從上到下依次是原始信號波形、 調(diào)制后的波形、 經(jīng)信道發(fā)送 后的波形、經(jīng)過帶通濾波器濾波后的波形、經(jīng)過包絡檢波器的波形， 其中經(jīng)信道發(fā)送后有毛刺，這些毛刺說明有噪聲。 從上到下依次是原始信號的波形、 調(diào)制后的信號波形。 通過觀察 可知解調(diào)后的信號

10、與信源波形基本相同但有一定的延時。 上述功率譜依次是原始信號波形、經(jīng)過調(diào)制后的波形、經(jīng)過調(diào)制 解調(diào)后的波形所對應的功率譜。 由圖可知， 原信號經(jīng)過調(diào)制將頻譜搬 移到 10kHz，經(jīng)過解調(diào)后搬到原來的頻譜，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后有失真產(chǎn) 誤碼產(chǎn)生原因有：信道噪聲，濾波器不理想，判決門限設(shè)置不合 適。 二進制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng) ,誤碼率與信號形式 （調(diào)制方式 ）, 與噪 聲的統(tǒng)計特性 , 解調(diào)及譯碼判決方式有關(guān)。對于二進制數(shù)字頻帶傳輸 系統(tǒng),無論采用何種方式 , 何種檢測方法 , 其共同點都是隨著輸入信噪 比增大時 ,系統(tǒng)的誤碼率就降低 ; 反之, 當輸入信噪比減小時 , 系統(tǒng)的 誤碼率就增加 由上圖可以看

11、出：隨著輸入信噪比增大，系統(tǒng)的誤碼率降低；反 之，當輸入信噪比減小時 , 系統(tǒng)的誤碼率就增加 6 遇到的問題及解決的方法 （1）解調(diào)后的時域波形為一條直線？ 判決前應加上增益模塊，或降低判決門限 （2）延時時間較大，且誤碼率較大？ 調(diào)節(jié)低通和帶通濾波器，和增益大?。惶砑友訒r器，并測試延時 長短 （4）功率譜不正確？ 調(diào)整 Zero Order Hold 的大小，調(diào)整頻率譜的顯示范圍到正確的 頻率范圍。 （4）頻譜圖看著像折線，不圓滑 采樣點太少， 增加采樣點即提高 0 階保持器抽樣頻率； 觀看位局 部圖太小，調(diào)大坐標軸數(shù)值范圍。 （5）無論如何改變信道比及帶寬，誤碼率都較大。 準確計算解調(diào)信號

12、的延時時間，改變延時模塊的延時時隙。 7 結(jié)束語 （收獲、體會和改進設(shè)計的建議） 在本次課程設(shè)計中，我了解到了通信系統(tǒng)仿真的重要性和 simlink 功能的強大。它可以很好地讓我們理解通信原理以及其中的 過程，能夠?qū)ο到y(tǒng)進行仿真， 這對于我們專業(yè)的學生來說是非常重要。 我們以后會經(jīng)常用到系統(tǒng)仿真來設(shè)計我們所需的通信系統(tǒng)， 需要從仿 真結(jié)果檢驗出我們所設(shè)計的系統(tǒng)是否達到目標， 從中及時發(fā)現(xiàn)并解決 問題，不斷地改進和優(yōu)化方案，這樣可以提高效率，節(jié)約投資，縮短 開發(fā)設(shè)計時間。 經(jīng)過將近一周的設(shè)計制作，我對通信系統(tǒng)的仿真有了很大的了 解，掌握的設(shè)計的方法和思路， 提高了對系統(tǒng)的分析能力和解決能力。 在這次課程設(shè)計中， 我也遇到了許多的困難， 如參數(shù)的設(shè)置， 如何將 不同的功能框圖整合一起以實現(xiàn)更強大的功能，怎么降低誤碼率等 等。該設(shè)計終于做完， 其功能基本上可以滿足設(shè)計要求。 由于個人能 力有限，有許多地方?jīng)]有做的那么完美，需要將來做進一步的