基于Simulink的數(shù)字通信系統(tǒng)仿真采用2ASK調制技術的設計與開

1、目錄1、課程設計的目的12、課程設計的基本要求13、簡述14、ASK數(shù)字信息系統(tǒng)模型及仿真環(huán)境15、2 ASK幅移鍵控(Amplitude shift keying)原理26、2ASK信號的功率譜密度57、2ASK的調制與解調仿真67.1數(shù)字信號傳輸?shù)膶崿F(xiàn)67.2 各模塊參數(shù)說明：67.3 系統(tǒng)性能評價138、總結與體會1416 / 171.課程設計的目的1 掌握通信過程的基本原理；2 會畫出數(shù)字通信過程的基本框圖；3 學會運用MATLAB來進行通信系統(tǒng)的仿真；4 掌握數(shù)字通信的2ASK調制方式。2.課程設計的基本要求對數(shù)字通信系統(tǒng)主要原理和技術進行研究，包括二進制振幅鍵控（2ASK）及解調技

2、術和高斯噪聲信道原理等。建立數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)學模型；建立完整的基于2ASK的模擬通信系統(tǒng)仿真模型；對系統(tǒng)進行仿真、分析。3.簡述通信技術，特別是數(shù)字通信技術近年來發(fā)展非常迅速，它的應用越來越廣泛。通信從本質上來講就是實現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學技術，它要將大量有用的信息無失真，高效率地進行傳輸，同時還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。當今的通信不僅要有效地傳遞信息，而且還有儲存、處理、采集及顯示等功能，通信已成為信息科學技術的一個重要組成部分。通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術設備和傳輸媒質的總和，包括信息源、發(fā)送設備、信道、接收設備和信宿(受信者) ，它的一般模型如圖1-1所示。 圖1

3、-1通信系統(tǒng)一般模型4.ASK數(shù)字信息系統(tǒng)模型及仿真環(huán)境通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞消息的通信系統(tǒng)，其模型如圖1-2所示，信息源 基帶信號形成器 信道 接收濾波器 收信者 噪聲源圖1-2 數(shù)字通信系統(tǒng)模型仿真框圖可以分為四部分：（1） 數(shù)字信號的生成與調制： 數(shù)字信號的生成：數(shù)字信號采用Bernoulli binary generator產(chǎn)生。 調制：數(shù)字調制有調幅、調相、調頻三種基本形式，并可以派生出其它形式，數(shù)字調制是用載波信號的某些離散狀態(tài)來表征所傳送的信息，在接收端也只要對載波信號的離散調制參量進行檢測。數(shù)字調制信號，在二進制時有振幅鍵控（

4、ASK）、移頻鍵控（FSK）和移相鍵控（PSK）。調制采用正弦載波數(shù)字調制系統(tǒng)，設定其頻率為8000rad/sec,（2）數(shù)字信號在信道中的傳輸：將隨機二進制信號與高頻載波信號相乘后，通過帶通濾波器，濾除干擾，然后通過加性的高斯白噪聲信道（3）對接收到的信號進行解調：解調采用相干解調。（4）觀察輸出結果。這里有兩個結果同時輸出。在圖形窗口中顯示的是基帶數(shù)字信號、信道上疊加的高斯白噪聲信號和計算出的同步信號。數(shù)字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言，具有抗干擾能力強、便于加密、易于實現(xiàn)集成化、便于與計算機連接等優(yōu)點。因而，數(shù)字通信更能適應對通信技術的越來越高的要求。近二十年來，數(shù)字通信發(fā)展十分迅速，在整個

5、通信領域中所占比重日益增長，在大多數(shù)通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當代通信系統(tǒng)的主流。5.2 ASK幅移鍵控(Amplitude shift keying)原理 2ASK信號在實際中雖然很少使用，但是它是研究數(shù)字調制的基礎，了解2ASK就比較容易理解FSK,PSK的原理及性能。幅移鍵控（ASK）相當于模擬信號中的調幅，只不過與載頻信號相乘的是二進制數(shù)碼而已。幅移就是把頻率、相位作為常量，而把振幅作為變量，信息比特是通過載波的幅度來傳遞的。由于調制信號只有0或1兩個電平，相乘的結果相當于將載頻或者關斷，或者接通，它的實際意義是當調制的數(shù)字信號“1”時，傳輸載波；當調制的數(shù)字信號為“0”時，不傳輸

6、載波。二進制振幅鍵控信號時間波型如圖 5-1 所示. 由圖 5-1 可以看出,2ASK信號的時間波 形e2ASK(t)隨二進制基帶信號s(t)通斷變化,所以又稱為通斷鍵控信號(OOK信號). 二進制振幅鍵控信號的產(chǎn)生方法如圖5-3所示,圖(a)是采用模擬相乘的方法實現(xiàn), 圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法實現(xiàn). 由圖 5-1 可以看出,2ASK信號與模擬調制中的AM信號類似.所以,對2ASK信號也能夠采用非相干解調(包絡檢波法)和相干解調(同步檢測法),其相應原理方框圖如圖5-3所示.2ASK信號非相干解調過程的時間波形如圖5-4所示: 圖 5-1 二進制振幅鍵控信號時間波型圖5-2二進制振幅鍵控信

7、號調制器原理框圖圖 5-3二進制振幅鍵控信號解調器原理框圖 圖 5-4 2ASK信號非相干解調過程的時間波形6、2ASK信號的功率譜密度 若二進制基帶信號s(t)的功率譜密度Ps( f ) 為 則二進制振幅鍵控信號的功率譜密度 為 整理后可得 式中用到。 二進制振幅鍵控信號的功率譜密度如圖3-1所示，由離散譜和連續(xù)譜兩部分組成。續(xù)譜兩部分組成。離散譜由載波分量確定，連續(xù)譜由基帶信號波形g(t)確定，二進制振幅鍵控信號的帶寬 B2AS是基帶信號波形帶寬B 的兩倍,即B2ASK=2B 圖3-1 二進制振幅鍵控信號的功率譜密度6.2ASK的調制與解調仿真61數(shù)字信號傳輸?shù)膶崿F(xiàn)設計采用的是MATLAB

8、中的SIMULINK仿真系統(tǒng)實現(xiàn)對通信系統(tǒng)的仿真，具體實現(xiàn)框圖如圖6.1所示：6.2 各模塊參數(shù)說明： 1、Bernoulli Binary Generator: Bernoulli Binary Generator模塊的功能是用來產(chǎn)生隨機二進制比特流，在設計中將此模塊的函數(shù)設置和經(jīng)過Bernoulli Binary Generator產(chǎn)生的波形分別如圖6-2所示：（a）未加噪聲時的仿真圖圖6-1數(shù)字信號傳輸模型實現(xiàn)框圖sine wave: 2、Sine wave 模塊用來生成高頻載波信號coswct,由于高頻載波信號要求得的載波頻率較高，在此設wc=8000rad/s.3、Product:這

9、是一個乘法器，其作用是將隨機二進制比特流和高頻載波coswct相乘后生成已調信號m(t)，從而起到通斷鍵控的作用。4、Bandpass：Analog Filter Design用來設計各種模擬濾波器，可以用來實現(xiàn)低通、帶通、高通等各種濾波器。此處將Analog Filter Design中的Filter Type 屬性設置為Bandpass，即為帶通濾波器，帶通濾波器是用來通過所有有用的信號，同時濾除一部分多余的信號，經(jīng)帶通濾波器后示波器1顯示的波形如圖6-3所示：圖6-2 二進制比特流波形5、AWGN Channel: AWGN Channel模塊用來產(chǎn)生含有加性高斯白噪聲信道，已調信號輸入

10、加性高斯白噪聲信道模擬通信系統(tǒng)中的實際的通信信道。AWGN Channel經(jīng)過加性的高斯白噪聲信道后的波形接示波器2后顯示如圖6-4所示：圖6-3經(jīng)帶通濾波器后的已調波形圖6-4已調信號經(jīng)AWGN Channel后的波形6、Bandpass1：在此處再次用到Analog Filter Design中的Bandpass，此處設置帶通濾波器是為了使已調信號全部通過，同時盡可能多地濾除高斯白噪聲，經(jīng)過帶通濾波器后，接示波器3后顯示波形如圖6-5所示：圖6-5接收端信號通過帶通濾波器后波形7、Product1:此次設計中采用的是相干解調，經(jīng)示波器5顯示后輸出的波形與本地載波coswct(其中WC=80

11、00rad/s)相乘后輸出波形接示波器4后顯示波形如圖6-6所示：圖6-6示波器4顯示波8、Lowpass:Analog Filter Design中將Filter type 設置為Lowpass便可以實現(xiàn)低通濾波器，低通濾波器主要是將信號從高頻載波移至低頻，以便于接收到原信號，低通濾波器的信號經(jīng)過低通濾波器后接至示波器5后的顯示波形圖6-7所示：圖6-7示波器5顯示波形9、Sampled Quantizer Encode由于經(jīng)過低通濾波器后的波形仍然為模擬信號，所以要生成數(shù)字信號要經(jīng)過抽樣判決，在MATLAB的SIMULINK中，對Sampled Quantizer Encode進行適當?shù)膮?/p>

12、數(shù)設置可以用來實現(xiàn)抽樣判決。經(jīng)抽樣判決后的波形（即最后的輸出波形）如圖6-8所示：圖6-8最后輸出波形綜合各種波形進行對比，將其放在同一濾波器中進行比較如圖6-9所示，更加清晰的觀察調制與解調情況。圖6-9 各種輸出波形對比6.3 系統(tǒng)性能評價通過改變信噪比,可得顯示誤碼率的曲線，如6-10圖所示：編寫程序為： x=0:10 For i=1:length(x) Y(i)=0.150,0.100,0.094,0.092,0.080, 0.050,0.042,0.020,0.005,0.001; end semilogy(x,y);信噪比（s0/n0）圖6-10誤碼率曲線圖可見，隨著信噪比的增大，

13、系統(tǒng)傳輸誤碼率呈指數(shù)規(guī)律降低。7.總結與體會在這次課程設計過程中，我獲益匪淺。通過這個實驗，讓我清楚地了解和掌握了Simulink的功能，實現(xiàn)了所學2ASK調制解調的仿真，對2ASK的原理更加熟悉了，并鞏固了數(shù)字調制系統(tǒng)的相關知識點。體會到理論和實際是有好大不同的，實踐離不開理論，理論只有應用于實踐才能發(fā)揮其作用。學過的東西，只有自己實際去做了才能更熟悉，才能對其本質更了解。在將理論用各種方法實現(xiàn)的同時，我們也在不斷的搜集資料，不斷的學習，獲得更多的相關知識。在對MATLAB的應用中和學習別人的程序時，我體會到MATLAB的功能之強大，應用之廣泛，任何一件作品都是沒有最好，只有更好，但是無論通過怎樣的途徑，我們都能表達出理論的成果。因此對其產(chǎn)生了更大的興趣，很有感覺?？傊@次課程設計使我收獲甚大。參考文獻：1 王興亮 編著，數(shù)字通信原理與技術，西安電子科技大學出版社，第二版2 徐明遠、邵玉斌 編著，MATLA