武漢理工《通信原理》課程設計二進制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設計

1、武漢理工大學專業(yè)課程設計3（通信原理）課程設計說明書目錄1 技術(shù)要求：12 基本原理12.1 二進制振幅鍵控（2ASK）12.2 2ASK的調(diào)制22.3 2ASK的解調(diào)32.4眼圖33 建立模型描述43.1 Simulink方案43.2 通過Matlab代碼實現(xiàn)54 模塊功能分析及源程序代碼64.1 Simulink功能模塊分析64.2 Matlab源程序代碼74.2.1 source函數(shù)74.2.2 askModu函數(shù)源程序84.2.3 gussian函數(shù)源程序94.2.4 demoASK函數(shù)源程序94.2.5 mian函數(shù)源代碼115 調(diào)試過程及結(jié)論125.1 Simulink調(diào)試過程12

2、5.2 Matlab仿真過程中各點波形145.3 結(jié)論與分析176 心得體會177 參考文獻18 二進制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設計 2ASK系統(tǒng)1 技術(shù)要求：設計一個2ASK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，要求：（1）設計出規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)； （2）根據(jù)通信原理，設計出各個模塊的參數(shù)（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）； （3）用Matlab或SystemView 實現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)； （4）觀察仿真并進行波形分析； （5）系統(tǒng)的性能評價。2 基本原理2.1 二進制振幅鍵控（2ASK） 振幅鍵控是正弦載波的幅度隨著數(shù)字基帶信號而變化的數(shù)字調(diào)制，當數(shù)字基帶信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控.。設發(fā)送的二進制符號序

3、列由0、1序列組成，發(fā)送0符號的概率為P，發(fā)送1符號的概率為1-P，且相互獨立。該二進制符號序列可表示其中： Ts是二進制基帶信號時間間隔，g(t)是持續(xù)時間為Ts的矩形脈沖： 則二進制振幅鍵控信號可表示為：二進制振幅鍵控信號時間波型如圖2-1所示，可以看出2ASK信號的時間波形S2ASK(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)。 圖2-1 2ASK信號時域波形2.2 2ASK的調(diào)制二進制振幅鍵控信號的產(chǎn)生方法有兩種。第一種，2ASK信號可視為S(t)與載波的乘積，故用模擬乘法器實現(xiàn)其調(diào)制，成為“乘積法”。第二種，2ASK信號的特征是對載波的“通斷鍵控”，用

4、一個模擬開關作為調(diào)制載波的輸出通/斷控制門，由二進制序列S(t)控制門的通斷：S(t)=1時開關導通，S(t)=0時開關截止，這種調(diào)制方法成為“通斷鍵控法”。 圖2-2 2ASK調(diào)制乘積法 圖2-3 2ASK調(diào)制通斷鍵控法2.3 2ASK的解調(diào)由圖2-1可以看出2ASK信號與模擬調(diào)制中的AM信號類似，所以對2ASK信號也能夠采用非相干解調(diào)(包絡檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測法)。2ASK非相干解調(diào)原理框圖與相干解調(diào)原理框圖分別如下圖2-4、圖2-5所示： 圖2-4 2ASK信號非相干解調(diào)原理框圖 圖2-5 2ASK信號相干解調(diào)原理框圖2.4眼圖眼圖是指利用實驗的方法估計和改善（通過調(diào)整）傳輸系統(tǒng)

5、性能時在示波器上觀察到的一種圖形。觀察眼圖的方法是：用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱為“眼圖”。從“眼圖”上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外，也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串擾和改善系統(tǒng)的傳輸性能。一般而言，眼皮越厚，則噪聲與ISI越嚴重，系統(tǒng)的誤碼率越高。3 建立模型描述3.1 Simulink方案本方案調(diào)制部分采用的是乘積法，解調(diào)部分采用的是相干解調(diào)法。以下是系統(tǒng)仿真框圖： 圖3-3 基于Simulink的2ASK系統(tǒng)仿真總體框圖

6、下面是對一些模塊簡單的介紹：1） 二進制基帶信號： 圖3-4二進制基帶信號 2）正弦載波發(fā)生器： 圖3-5正弦載波發(fā)生器3）帶通濾波器： 圖3-6 帶通濾波器4）低通濾波器： 圖3-7 低通濾波器5） 眼圖： 圖3-8 眼圖顯示設備3.2 通過Matlab代碼實現(xiàn)Matlab除了可以用Simulink建立模塊來實現(xiàn)外，還可以用MATLAB函數(shù)來實現(xiàn)。二進制振幅鍵信號可以表示完成一個單極性矩形脈沖序列與一個正弦型載波的乘積。通常它的調(diào)制方法有兩種，即模擬幅度調(diào)制方法和鍵控方法，在這里我們采用模擬幅度調(diào)制的方法，解調(diào)采用相干解調(diào)（包絡檢波法）的方式。我們用SOURCE函數(shù)來產(chǎn)生一個原始二進制基帶信

7、號，即一個單矩形脈沖序列。其次用askModu函數(shù)來進行模擬幅度調(diào)制，得到一個已調(diào)2ASK信號，并用此函數(shù)進行此2ASK信號的頻譜分析。然后用gussian函數(shù)加入加性高斯白噪聲，接著我們用demoASKdemoASK函數(shù)進行相干解調(diào)并分別輸出各點的輸出波形，最后經(jīng)過抽樣判決后得出輸出波形。同時我們用CheckRatePe函數(shù)來得出誤碼率，最后運行主函數(shù)可以得到我們預期的波形。4 模塊功能分析及源程序代碼4.1 Simulink功能模塊分析原始二進制基帶信號我們采用的是Bernoulli Binary Generator，參數(shù)如圖4-1所示： 圖4-1 Bernoulli Binary Gen

8、erator參數(shù)帶通濾波器采用的是Analog Filter Design，參數(shù)如圖4-2所示: 圖4-2帶通濾波器參數(shù)低通濾波器的參數(shù)如圖4-3所示:圖4-3 低通濾波器參數(shù)4.2 Matlab源程序代碼4.2.1 source函數(shù)%產(chǎn)生初始信號：function sendSignal=source(n,N)sendSignal=randint(1,n);bit=;for i=1:length(sendSignal) if sendSignal(i)=0 bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bit=bit,bit1;endfigure(1);p

9、lot(1:length(bit),bit);title('發(fā)送端二進制波形')grid on;axis(0,N*length(sendSignal),-2,2);4.2.2 askModu函數(shù)源程序%調(diào)制幅度波形function transmittedSignal=monifudu(signal,bitRate,fc,N)%signal=source(10,200);%bitRate=1000000;%fc=1000000;%N=50;t=linspace(0,1/bitRate,N);c=sin(2*pi*t*fc);transmittedSignal=;for i=1:l

10、ength(signal)transmittedSignal=transmittedSignal,signal(i)*c;endfigure(2)plot(1:length(transmittedSignal),transmittedSignal);title('ASK調(diào)制波形');grid onaxis(0,length(transmittedSignal),-2,2);figure(3)m=0:length(transmittedSignal)-1;F=fft(transmittedSignal);subplot(211);plot(m,abs(real(F);title(

11、'ASK仿真頻譜分析');grid on;subplot(212);plot(m,imag(F);title('ASK frequency-domain analysis imag');grid on;4.2.3 gussian函數(shù)源程序%在波形中加入高斯白噪聲function signal=gussian(transmittedSignal,noise)%noise為信噪比%transmitteSignal=monifudu(source(10,200),1000000,1000000,50);signal=sqrt(2)*transmittedSignal;

12、%noise=100;signal=awgn(signal,noise);figure(4)plot(1:length(signal),signal);title('包含高斯白噪聲的波形');grid onaxis(0,length(signal),-2,2);4.2.4 demoASK函數(shù)源程序%解調(diào)波形function bitstream=demoASK(receivedSignal,bitRate,n,fc,N)%load numnum1=0.2 0.2 1 -2 2;signal1=receivedSignal;signal2=abs(signal1);%整流Fs=10

13、00000;%濾波器參數(shù)設置Wp=12000;Ws=24000;%通帶和阻帶的拐角頻率Rp=0.55;Rs=55;%通帶和阻帶的波紋系數(shù)%n,Wn=ellipord(Wp/(Fs/2),Ws/(Fs/2),Rp,Rs); %確定濾波器的最小階數(shù)；%num,den=ellip(n,Rp,Rs,Wn);n,Wn=buttord(Wp/(Fs/2),Ws/(Fs/2),Rp,Rs); %確定濾波器的最小階數(shù)；num,den=butter(n,Wn);signal3=filter(num,den,signal2)%LPF,包絡檢波IN=fix(length(num)/2);%延遲時間bitstream

14、=;LL=fc/bitRate*N;i=IN+LL/2;while(i<=length(signal3)%判決 bitstream=bitstream,signal3(i)>=0.5 i=i+LL;endfigure(5)subplot(311);plot(1:length(signal1),signal1);title('接收端波形(包含噪聲)');grid onsubplot(312);plot(1:length(signal2),signal2);title('整流之后的波形');grid onsubplot(313);plot(1:lengt

15、h(signal3),signal3);title('LPF濾波后的包絡波形');grid onbit=;for i=1:length(bitstream) if bitstream(i)=0 bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bit=bit,bit1;endfigure(6)plot(1:length(bit),bit);title('接收端二進制波形');grid onaxis(0,N*length(bitstream),-2.5,2.5);end4.2.5 mian函數(shù)源代碼主函數(shù)：clear allclc

16、ti=0;fpeask=;startn=-6;endn=18;for ti=startn:endn n=1000;endbitRate=1000000;fc=1000000;%fc>=bitRate?fc/bitRate為每個包含sin周期個數(shù)N=50;n=16;noise=20;signal=source(n,N);transmittedSignal=monifudu(signal,bitRate,fc,N);signal1=gussian(transmittedSignal,noise);configueSignal=demoASK(signal1,bitRate,n,fc,N);%

17、configueSignal;P=CheckRatePe(signal,configueSignal,n);fpeask=fpeask,P;figure(7);semilogy(startn:length(fpeask)+startn-1,fpeask);grid ontitle('ASK誤碼率');xlabel('r/dB');ylabel('PeASK');%save PeRate.mat fpeask5 調(diào)試過程及結(jié)論5.1 Simulink調(diào)試過程 Simulink調(diào)制過程中各點的波形如下列各圖所示，由上到下依次是：原始二進制基帶信號、

18、經(jīng)過調(diào)制的2ASK信號、經(jīng)過帶通濾波器后的信號波形、經(jīng)過低通濾波器后的信號波形。 圖5-1 調(diào)制波形比較然后經(jīng)過抽樣判決器的判決之后，我們在接收端得到了解調(diào)后的波形，以下是輸出二進制波形與接收端得到的解調(diào)后的波形的比較：圖 5-2 解調(diào)波形與輸入波形的比較 圖5-3 眼圖5.2 Matlab仿真過程中各點波形圖5-4 發(fā)送端二進制波形圖 5-5 調(diào)制后的波形圖 5-6 2ASK頻譜分析圖 5-7 加入加性高斯白噪聲后的2ASK波形 圖 5-8 解調(diào)過程中各點的輸出波形 圖 5-9 解調(diào)后的波形5.3 結(jié)論與分析按照事先設計好的系統(tǒng)，理解了每一個模塊，然后再考慮誤碼率的計算以及眼圖的顯示，我們便

19、可以設計出滿足要求的仿真圖形。運行程序，然后設置合適的參數(shù)我們便可以在各點得到相應的波形，然后與預期的波形進行比較，發(fā)現(xiàn)基本吻合，說明我們本次設計基本滿足要求。6 心得體會在此次課程設計中，我所選的課題為二進制振幅鍵控（2ASK）信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設計及其在Matlab和SystemView上的仿真實現(xiàn)。因為我們在課堂上所學的只是一些基本的理論知識，所以在開始的時候我并不是很自信，并且要求用軟 進行仿真，Matlab還好一點畢竟之前學過，但是因為很久沒用過了，所以用之前還要熟悉一下，但SystemView可以說基本上沒怎么接觸過，所以說這個課設還是需要努力對待才能很好地完成的。再開始課設之前我先把Matab重新熟悉了一下，然后我仔細的查閱了一些相關的書籍對2ASK做了一個全面的了解。諸如一