二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì) 3 (通信原理)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)一2ASK系統(tǒng)1.技術(shù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)2ASK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，要求：(1)設(shè)計(jì)出規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；(2)根據(jù)通信原理，設(shè)計(jì)出各個(gè)模塊的參數(shù)(例如碼速率，濾波器的截止頻率等)；(3)用Matlab或SystemView實(shí)現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)；(4)觀察仿真并進(jìn)行波形分析；(5)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)。2.基本原理2.1 2ASK的定義振幅鍵控(移幅鍵控)即ASK,是正弦載波的幅度隨著數(shù)字基帶信號(hào)而變化的數(shù)字調(diào) 制，當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)為二進(jìn)制時(shí)，則為二進(jìn)制振幅鍵控。設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制符號(hào)序列由0、1序列組成，發(fā)送0符號(hào)的概率為P,發(fā)送

2、1符號(hào)的概率為1-P,且相互獨(dú)立。則該二進(jìn) 制的序列可以表小為S(t)=Z2“g(t - nTs),0 概率P an =1 概率1 - PTs是二進(jìn)制基帶信號(hào)的時(shí)間問(wèn)隔，g(t)是持續(xù)時(shí)間為Ts的矩形脈沖，廠 1 0t wct=S(t)cosOct二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型如圖1所示，可以看出2ASK信號(hào)的波形隨二進(jìn)制基帶信號(hào)S通斷變化，所以又稱為通斷鍵控信號(hào)(OOK信號(hào))3(hIIIIIwwwvwwvvwwvw .1rliiWb /WVW1-圖1 2ASK信號(hào)的波形2.2 2ASK的調(diào)制2ASK的調(diào)制有兩種方法，第一種是利用模擬乘法器將 S (t)與載波信號(hào)相乘，故稱 模擬乘積法。地制I凡泮

3、圖2乘積法的調(diào)制第二種方法，因2ASK信號(hào)的特征是對(duì)載波的 通-斷鍵控”，用一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)作為調(diào)制載 波的輸出通/斷控制門，由而進(jìn)制序列S來(lái)控制門的通斷，S (t) =1時(shí)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；S (t)=0時(shí)開(kāi)關(guān)截止，這種方法稱為通-斷鍵控法。，.心圖3鍵控法調(diào)制武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì) 3 (通信原理)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書2.3 2ASK的解調(diào)2ASK的的解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和非相干解調(diào)。相干解調(diào)需要將載頻位置的已調(diào) 信號(hào)頻譜重新搬回原始基帶位置，因此用相乘器與載波相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)。為確保無(wú)失真還原 信號(hào)，必須在接收端提供一個(gè)與調(diào)制載波嚴(yán)格同步的本地載波，這是整個(gè)解調(diào)過(guò)程能否 順利完好進(jìn)行的關(guān)鍵。其解調(diào)原理如圖

4、（4）所示圖4相干解調(diào)原理圖包絡(luò)檢波器通常由整流器和低通濾波器組成，可以直接從已調(diào)波中提取原始基帶信號(hào) 比較簡(jiǎn)單，其原理如圖（5）所示定時(shí)脈沖圖5非相干解調(diào)原理圖在非相干解調(diào)的過(guò)程中各個(gè)點(diǎn)的波形如圖（6）所示-r 、rr zx“ i i i i i r2.4 2ASK的功率譜密度2ASK信號(hào)的雙邊功率譜密度的表達(dá)式為11P2ASK(f)=4fsP(1-P)?G2(f + fc)2+ G2(f - fc)2?+4fs(1 - P)2G(0)2?&f+ fc) + 1f- fc)?上式表明2ASK信號(hào)的功率譜密度由兩部分組成(1)由g(t)經(jīng)線性幅度調(diào)制所形成的雙邊帶連續(xù)譜(2)由被調(diào)載波分量確定

5、的載頻離散譜。2ASK信號(hào)的單邊帶功率譜如圖(7)所示圖7 2ASK信號(hào)的單邊功率譜密度對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域分析的主要目的之一就是確定信號(hào)的帶寬。在不同應(yīng)用場(chǎng)合，信號(hào)帶寬有多種度量定義，但最常用和最簡(jiǎn)單的帶寬定義是以功率譜主瓣寬度為度量的譜零點(diǎn)帶寬”，這種帶寬定義特別適用于功率譜主瓣包含信號(hào)大部分功率的信號(hào)。顯然， 2ASK 信號(hào)的譜零點(diǎn)帶寬為：B2ASK =?(fc + Rs) - (fc- Rs)?f0=2Rs式中，Rs為二進(jìn)制序列的碼 元速率，它與二進(jìn)制序列的信息率(比特率) Rb (bit/s)在數(shù)值上相等。3 .建立模型描述3.1 simulink 方案(1)乘積法調(diào)制+相干解調(diào)加入高斯白

6、噪聲，檢測(cè)誤碼率7Esjbet圖8 simulink方案一原理圖(2)鍵控法調(diào)制+非相干解調(diào)： r :圖 9 simulink 方案二武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)3 （通信原理）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書91）二進(jìn)制基帶信號(hào)2）正弦載波發(fā)生器3）帶通濾波器4）低通濾波器5）高斯白噪聲白 和 eulliBqrijryBTiaulli BinawGenerator圖10二進(jìn)制基帶信號(hào)Eeh Wk圖11正線載波laijiflMiF ifte r。上三 gri圖12帶通濾波器Analog f liter 03 g n 1圖13低通濾波器武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)3 （通信原理）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書Gt uMim圖14高斯白噪

7、聲3.2 SystemView 方案調(diào)制部分采用乘積法，解調(diào)部分采用相反解調(diào)圖 15SystemView 方案模塊0是基帶信號(hào)，4和17是正弦載波，3和16是乘法器，8是帶通濾波器，10是 低通濾波器，14是抽樣判決器3.3 Matlab編程方案在此次設(shè)計(jì)中，由于對(duì) Matlab編程不是特別熟練，僅實(shí)現(xiàn)了模擬調(diào)制，信道加噪，相干 解調(diào)（僅使用低通濾波）。這里用到的主要函數(shù)有：rand隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生函數(shù)，ellipord橢圓濾波器階數(shù)選擇函數(shù)，ellip橢圓濾波器產(chǎn)生函數(shù)，filter濾波函數(shù)。使用編程主要是信號(hào) 的產(chǎn)生和濾波器的編寫，而重中之重是濾波器的設(shè)計(jì)，如果能設(shè)計(jì)出較好的濾波器，基 本上編程

8、不存在難度。4 .模型組成模塊功能描述或程序注釋4.1 simulink 方案4.1.1 方案一調(diào)制及信道模塊仿真模塊實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)制法：基帶信號(hào)與載波相乘，以及信道加高斯噪聲11圖16方案一調(diào)制及信道模塊圖各個(gè)元件的參數(shù)設(shè)置如下* 虧ufcLiiruu 目nni-c- fc rs: 日 u lc =b h_i 11 i B ratr-rn 1=i i-n ciiiJil X X T5 -Lmw ztry03r日 it wf 口 hG *上 - AK a. BWX K LCJXJ.1 1 XX Jt kluJVLIdi 工 LNM 夕M.T o ci 目-l 日上*t 1&注上=i_t七 0 ur

9、t 胃pm。土fyHi。JL3 工 otn ati 1L i.iz ams： 3 m 日口 比m 尸 a h K；mt，L + =? h hA Jr 3 B l JL j_ * yr n_j 4工 d 工 d :U. Gt lxx x 三日日 a *0 i占=Th jr-h _i_ = fc 工 TTk U 士 L尸 * EITiL - h H 3F L l-| Cl IL1 + R* HX C* . H p = . * V 口 色。H 1aBi 0 五 Bblll W -t V 二 M1 一 Out xsi-Llz亡L- it a t-sro 9 r_Lo _it _L w OCQUX.la

10、w sun_i士 - X 0M 工上0口 .。:； 11,工 m a 匕 力 a U 曰 IQ 11Oi豆耳s屋F ir & oJ-o-iT-oy C. v ctlZ q n 3 x2* jpi * 1 0 EIcamu vra dL?=O- 揖口 工 JTLQ S口I* Hxvt 日 ir 口 t日t u 日 口七口工 gp air ajmq七 日首總 曰:s 1 一 口圖18正弦載波的參數(shù)設(shè)置圖19高斯白噪聲的參數(shù)設(shè)置4.1.2方案一解調(diào)模塊圖20方案一解調(diào)模塊各個(gè)元件的參數(shù)設(shè)置如下武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)3 （通信原理）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書bunu 口H 化h口 e nXb not 0/C 日

11、, ihitl layX E-i.f3iVl.-it 11 M t VFM M K-i, 土卜 LI 尸尸1不 |.小 RIWH r X. 3- Hl. X -4： BMiirii , 片工yaJL 丸七 n dl !口包1 cS*iTfc 耳*。由1嗤Q. wi K F嗤 lc 京Fi* .Q.：火口U飛 pu上 wft CiV Ctel1 1t at p。t wii。111a qQW Rfc-iab 1 e 工e，口，的二己 in.* det e ot xanxSsuKR，肌o (- 1 注溫*。i口萼 oao i圖23判決器的參數(shù)設(shè)置17圖24誤碼率的參數(shù)設(shè)置4.1.3方案二調(diào)制及信道模

12、塊圖25方案二調(diào)制及信道調(diào)制及信道的元器件參數(shù)設(shè)置表1調(diào)制及信道的元件參數(shù)元件名參數(shù)隨機(jī)二進(jìn)制信號(hào)Initial seed=61 , Sample time=1正弦載波信號(hào)Amplitude=1 , Frequency=200, Phase=0,Sample time=0.001鍵控開(kāi)關(guān)Threshold=100e-7高斯噪聲發(fā)生器Variance=1 , Initial seed=41 , Sample time=24.1.4方案二解調(diào)模塊Fig Cign1Enccdef圖26方案二解調(diào)模塊表2解調(diào)模塊各個(gè)元件參數(shù)設(shè)置元件名參數(shù)帶通濾波器Filter order=1 , Lower pass

13、band edgefrequency=150 , Upper passband edgefrequency=250低通濾波器Filter orde=1 , Passband edge frequency=250抽樣判決器Quantization partition: -1 -.1 .1 1Quantization codebook: -.825 -.7 0 .7 .8254.2 simulink 方案4.2.1 調(diào)制模塊圖27 simulink方案調(diào)制模塊圖28基帶信號(hào)的參數(shù)圖29正弦載波的參數(shù)武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)3 （通信原理）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書圖32低通濾波器的參數(shù)194.2.2解調(diào)模塊圖

14、30 simulink方案解調(diào)模塊圖31帶通濾波器的參數(shù)武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)3 （通信原理）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書圖33判決器的參數(shù)4.3 MATLAB編程方案clear;close all;%隨機(jī)生成原始信號(hào)t=0:0.0001:1-0.0001；%M 10000 個(gè)采樣點(diǎn)f=100； %載波參數(shù)設(shè)置carrier=cos(2*pi*f*t);M=500;p=length(t)/M; %每500個(gè)點(diǎn)分成一份共20份randNum=rand(1,p); %產(chǎn)生 20個(gè)隨機(jī)數(shù)Signal=zeros(1,length(t); %產(chǎn)生 10000 個(gè)全 0 序列for i=1:p%將隨機(jī)數(shù)判為1或0i

15、f randNum(i)=0.5randNum(i)=1;else randNum(i)=0;endendfor j=0:p-1; %產(chǎn)生原始信號(hào)，共20個(gè)碼元for n=1:M;Signal(j*M+n)=randNum(j+1);endendASK_Signal=carrier.*Signal; % 調(diào)制信號(hào)信道noise=randn(1,10000)/5; %臬聲生成ASK1=ASK_Signal+noise; % 力口噪處理ASK2=ASK_Signal*carrier;% 與本地載波相乘 低通橢圓濾波器 fp=20;fs=80;Fs=8000; % 通帶截止頻率，阻帶截止頻率rp=1

16、;rs=40; %通帶波動(dòng)，阻帶衰減wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;N,Wn=ellipord(wp,ws,rp,rs); % 橢圓濾波器階數(shù)選擇函數(shù) b,a=ellip(N,rp,rs,Wn); % 橢圓模 擬濾波器原型ASK_out=filter(b,a,ASK2); % 濾波 %判決器panjue=max(ASK_out)/2;for i=0:p-1 if ASK_out(i*M+M/2)panjueASK_out1(i*M+1:i*M+M)=1;% 判決輸出 1else ASK_out1(i*M+1:i*M+M)=0; % 判決輸出 0 endend figur

17、e(1)subplot(5,1,1);plot(t,Signal);axis(0,1,-0.1,1.1);grid on; xlabel(時(shí)間/s);ylabel(幅值);title(原 始信號(hào));subplot(5,1,2);plot(t,ASK_Signal);grid on;xlabel(時(shí)間/s);ylabel(幅值);title(調(diào)制信號(hào));subplot(5,1,3);plot(t,ASK1);grid on; xlabel(時(shí) 問(wèn)/s);ylabel(幅值);title(加噪信號(hào));subplot(5,1,4);plot(t,ASK_out);axis(0,1,-0.1,1.1)

18、;grid on;xlabel(時(shí)間/s);ylabel(幅值);title(濾波器輸出);subplot(5,1,5);plot(t,ASK_out1);axis(0,1,- 0.1,1.1);grid on; xlabel(時(shí)間/s);ylabel(幅值);title(解調(diào)信號(hào));5調(diào)試過(guò)程及結(jié)論5.1 simulink 方案5.1.1 方案一調(diào)試過(guò)程中各點(diǎn)的波形如圖所示圖34原始的基帶信號(hào)23圖35正弦載波信號(hào)圖36調(diào)制后的信號(hào)圖37經(jīng)過(guò)帶通濾波器之后的信號(hào)武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)3 （通信原理）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書圖40判決后的信號(hào)25圖38經(jīng)過(guò)乘法器之后的信號(hào)武漢理工大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)3 （

19、通信原理）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書335.1.2方案二圖41誤碼率顯示調(diào)試過(guò)程中各點(diǎn)的波形如圖所示圖42基帶，載波，調(diào)制后的信號(hào)圖44調(diào)制后的功率譜密度5.2 system view 方案調(diào)試中個(gè)點(diǎn)的信號(hào)如圖所示日心口 AUV 口口-41 口go ndu好 wJ； Sink 了wci-3eoa-aWOZg口 7Time in S*copd口，3圖45基帶，調(diào)制后，帶通后的信號(hào)圣0*3*0 必由10-31aoi 0一勺Tl1 ng!Tq 4圖46乘法器，低通，判決后的信號(hào)5.3MATLAB 編程質(zhì)始借w日寸聞.倜制咕號(hào)唧pwi尸wniwnEBM。0 1 20.3 a .：Q,&Q.0.7 dM 0.91時(shí)

20、I司/品就渡器檢出圖47 MATLAB編程過(guò)程中個(gè)點(diǎn)的信號(hào)波形5.4調(diào)試結(jié)論從仿真的結(jié)果來(lái)看，本次設(shè)計(jì)仿真是成功的，有缺陷的地方是加了誤碼率器件后存在延 時(shí)，主要是延時(shí)調(diào)的不是很好，另外在抽樣判決的參數(shù)設(shè)置上也不是很理想。6 .心得體會(huì)經(jīng)過(guò)兩個(gè)多星期的通信原理的課程設(shè)計(jì)，我完成了2ASK數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。再設(shè)計(jì)的時(shí)候遇到了很多問(wèn)題，但通過(guò)自己的思考，再加上查找一些課外資料，最 終成功的完成了整體設(shè)計(jì)要求。通過(guò)前期自己查資料，由于這方面的知識(shí)上課的時(shí)候?qū)W 過(guò)，所以原理方面并沒(méi)有多大的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)幾天的修改，我完成了要求的設(shè)計(jì)方案，畫 出了設(shè)計(jì)原理框圖。接下來(lái)我根據(jù)所畫的原理框圖運(yùn)用Sys

21、temView和simulink軟件完成了原理圖的設(shè)計(jì)，在畫圖的時(shí)候?qū)煞N軟件的認(rèn)識(shí)不夠，很多期間都找不到，不得不找 一些課外資料，學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)。畫完原理框圖后用了一段時(shí)間對(duì)波形進(jìn)行仿真調(diào)試。在調(diào)試的過(guò)程中，我遇到了一些問(wèn)題，剛開(kāi)始并不能正確輸出所有的波形，經(jīng)過(guò)錯(cuò)誤分 析與不斷修改，最后解決了問(wèn)題，能夠正確運(yùn)行并輸出正確的仿真波形。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)， 我對(duì)Systemview軟件和simulink軟件的應(yīng)用有了很多的學(xué)習(xí)，但是還是有很多地方不能 熟練運(yùn)用，在以后的學(xué)習(xí)中應(yīng)該多鍛煉，爭(zhēng)取掌握的更好。這次課程設(shè)計(jì)，大大地提高了我的分析解決問(wèn)題的能力，在這一過(guò)程中，我根據(jù)課 程設(shè)計(jì)題目所給定的總題要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)、分析，在面對(duì)問(wèn)題時(shí)，能夠耐心思考，解決 了很多問(wèn)題，從中也學(xué)到了很多書面上所沒(méi)有講明的問(wèn)題?？傊?，這次課程設(shè)