2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)仿真的課程設計報告

1、通信原理課程設計報告 題目：2ASK數(shù)字傳輸系統(tǒng)仿真專 業(yè)： 電子信息工程班 級： 級班指導教師： 石 琳 二00九年七月目 錄一課程設計的基本任務1二課程設計的基本要求2三2ASK數(shù)字信息系統(tǒng)模型及仿真環(huán)境2四系統(tǒng)的建立及其仿真5 五總結與體會11六參考文獻131、課程設計的基本任務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1設計出2ASK數(shù)字通信系統(tǒng)的結構，包括信源，調制，發(fā)送濾波器模塊，信道，接受濾波器模塊以及信宿，在系統(tǒng)出采用模塊化表示2根據(jù)通信原理，設計出各個模

2、塊的參數(shù)（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）3 基于MATLAB平臺對系統(tǒng)進行仿真4 分析仿真波形5 針對仿真出該數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼率性能，畫出SNR和誤碼率的曲線。3、2ASK數(shù)字信息系統(tǒng)模型及仿真環(huán)境3.1數(shù)字通信系統(tǒng)的基本模型從消息傳輸角度看,該系統(tǒng)包括了兩個重要交換,即消息與數(shù)字基帶信號之間的交換,數(shù)字基帶信號與信道信號之間的交換.通常前一種交換由發(fā)收端設備完成.而后一種交換則由調制和解調完成.信息源 基帶信號形成器 信道 接收濾波器 受信者 噪聲源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

3、。 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（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

4、和計算出的同步信號。3.2 ASK幅移鍵控(Amplitude shift keying) 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，不傳輸載波。典型波形如下圖（一）所示： 圖3.1

5、 幅移鍵控的典型波形     幅移鍵控的調制器可以用一個相乘器來實現(xiàn)，如下圖（二）所示。對于通斷鍵控信號來說，相乘器則可以用一個開關電路來代替，調制信號為"1"時開關電路導通，為"0"時開關電路切斷。二進制振幅鍵控信號由于一個信號狀態(tài)始終為零，故又常稱為通斷鍵控信號（OOK信號）。 基帶信號 已調信號 載波Acoswct 圖3.2 ASK調制器模型3.3 MATLAB及SIMULINK建模環(huán)境簡介MATLAB 是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計

6、算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和SIMULINK兩大部分。Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。 SIMULINK是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建

7、模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結果。4、系統(tǒng)的建立及其仿真4.1 數(shù)字信號傳輸?shù)膶崿F(xiàn)設計采用的是MATLAB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4.1所示： 圖

8、4.1 數(shù)字信號傳輸模型實現(xiàn)框圖 4.2 各模塊參數(shù)說明： 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4.2和圖4.3所示： 圖4.2 Bernoulli Binary Generator參數(shù)設置 圖4.3 二進制比特流波形sine wave: 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.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。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，設置其參數(shù)及經(jīng)帶通濾波器后示波器三顯示的波形分別如圖4.4和圖4.5所示： 圖4.4 帶通濾波器的參數(shù)設置 圖4.5 經(jīng)帶通濾波器后的已調波形AWGN Channel: AWGN C

10、hannel模塊用來產(chǎn)生含有加性高斯白噪聲信道，已調信號輸入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的屬性設置及經(jīng)過加性的高斯白噪聲信道后的波形接示波器4后顯示分別如圖4.6 和圖4.7 所示： 圖4.6 AWGN Channel屬性設置 圖4.7 已調信號經(jīng)AWGN Channel后的波形Bandpass：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5后顯示波形如圖4.8所示：圖4.8接收端信號通過帶通濾波器后波形Product

11、: 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=8000rad/s)相乘后輸出波形接示波器6后顯示波形如圖4.9所示：圖4.9示波器6顯示波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，低通濾波器的屬性設置及信號經(jīng)過低通濾波器后接至示波器7后的顯示波形圖4.10所示： 圖4.10示波器7顯示波形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

12、樣判決，在MATLAB的SIMULINK中，對Sampled Quantizer Encode進行適當?shù)膮?shù)設置可以用來實現(xiàn)抽樣判決。經(jīng)分析后，對該參數(shù)的設置如圖4.11所示，經(jīng)抽樣判決后的波形（即最后的輸出波形）如圖4.13所示： 圖4.11Sampled Quantizer Encode的參數(shù)設置 圖4.12最后輸出波形 4.3 系統(tǒng)性能評價根據(jù)2ASK數(shù)字調制系統(tǒng)誤碼率公式可得顯示誤碼率的曲線，如4.13圖所示： 信噪比（s0/n0） 圖4.13誤碼率曲線圖可見，隨著信噪比的增大，系統(tǒng)傳輸誤碼率呈指數(shù)規(guī)律降低。5、 總結與體會 通信原理是電子信息工程通信方向最主要的專業(yè)課程之一，通過在課

13、堂上對理論知識的學習，我們了解到現(xiàn)代通信的基本方式以及其原理。然而，如何將理論在實踐中得到驗證和應用，是我們學習當中的一個問題。而通過本次課程設計，我們在強大的MATLAB平臺上對數(shù)字信號的傳輸系統(tǒng)進行了一次仿真，有效的完善了學習過程中實踐不足的問題，同時進一步鞏固了原先的基礎知識。通過這次的課程設計，我們對信息和通信系統(tǒng)有了更進一步的認識，尤其是在系統(tǒng)設計方面，盡管是非?；A的2ASK調制與解調的傳輸，也是經(jīng)過若干設備協(xié)同工作，才能保證信號有效傳輸，而小到僅僅是一個參數(shù)，都有可能導致整個系統(tǒng)無法正常運行。另一方面，我們通過本次的課程設計，著實領教了MATLAB矩陣實驗室強大的功能和實力。通過

14、在SIMULINK環(huán)境下對系統(tǒng)進行模塊化設計與仿真，使我們獲得兩方面具體經(jīng)驗，第一是MATLAB中SIMULINK功能模塊的使用方法，第二是圖形化和結構化的系統(tǒng)設計方法。這些經(jīng)驗雖然并不高深，但是對于剛入門的初學者來說，對以后步入專業(yè)領域進行設計或研發(fā)無疑具有重大的意義。當然，在整個仿真過程中也遇到很多現(xiàn)實的問題，比如各版本MATLAB軟件并不完全兼容，許多復雜模塊參數(shù)深奧難以正確設置，這些都是今后學習中需要進一步加強和完善的地方。自從因特網(wǎng)把我們領進信息時代開始，人類的歷史翻開了璀璨的一頁。隨著信息的飛速發(fā)展，通信原理也隨之崛起。從而，使得培養(yǎng)新世紀的技術人才顯得分外重要。在學習通信原理理論

15、基礎后，我們又在此基礎上通過利用MATLAB仿真真正的看到了通信中傳輸信息的一系列的問題。比如說要使信號不失真的能夠傳輸?shù)浇邮斩司鸵紤]很多的因數(shù)。在發(fā)送端要注意噪聲的加入，盡量的減少噪聲進入信道中，以免在接收端使信號失真度過大而不能夠恢復成原來的信號。而在接收端，采用哪種解調方式能夠更好的恢復出原來的信號。對于不同的解調方式有相干解調和非相干解調。相干解調一般是在接收端使接收的信號通過一個相乘器，同時乘上一個與原調制信號同頻同相的載波，再通過低通濾波器濾出不需要的信號，然后再經(jīng)過抽樣、量化和編碼最終得到原調制信號。對于非相干解調可以將接收的信號通過包絡檢波器，然后再經(jīng)過抽樣、量化和編碼最終也可以得到原調制信號。通過這次的課程設計即上網(wǎng)實際操作，進一步了解了二進制頻移鍵控即2FSK的基本原理及其解調方法（非相干解調，相干解調）。當然在學習過程中，遇到過