二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計2ASK系統(tǒng)

1、目錄1 技術(shù)要求12 基本原理12.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）12.2 2ASK調(diào)制原理及框圖22.3 2ASK解調(diào)原理及框圖23 建立模型描述33.1 用MATLAB實現(xiàn)二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）的調(diào)制和解調(diào)33.2 用SystemView來實現(xiàn)二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）的調(diào)制和解調(diào)44 模塊功能分析及源程序代碼44.1 MATLAB源程序代碼44.2 SytemView模塊功能分析95 調(diào)試過程及結(jié)論125.1基于MATLAB的2ASK調(diào)制解調(diào)仿真過程及結(jié)論125.2 基于SystemView的2ASK調(diào)制解調(diào)仿真過程及結(jié)論156 心得體會187 參考文獻(xiàn)18二進(jìn)制數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計2

2、ASK系統(tǒng)1 技術(shù)要求設(shè)計一個2ASK數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，要求：（1）設(shè)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(shè)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(jìn)行波形分析； （5）系統(tǒng)的性能評價。2 基本原理2.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）振幅鍵控（也稱幅移鍵控），記做ASK,或稱其為開關(guān)鍵控（通斷鍵控），記做OOK 。二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控通常記做2ASK。 對于振幅鍵控這樣的線性調(diào)制來說，在二進(jìn)制里，2ASK是利用代表數(shù)字信息“0”或“1”的基帶矩形脈沖去鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時斷時續(xù)的輸出

3、，有載波輸出時表示發(fā)送“1”，無載波輸出時表示發(fā)送“0”。根據(jù)線性調(diào)制的原理，一個二進(jìn)制的振幅調(diào)制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。2ASK信號可表示為 式中,為載波角頻率，s(t)為單極性NRZ矩形脈沖序列 其中，g(t)是持續(xù)時間為、高度為1的矩形脈沖，常稱為門函數(shù)； 為二進(jìn)制數(shù)字 2.2 2ASK調(diào)制原理及框圖通常，二進(jìn)制振幅鍵控信號的產(chǎn)生方法有兩種，如下圖2.2所示。圖2.2（a）就是一般的模擬調(diào)制方法，不過這里的是s（t）由上式規(guī)定，即圖2.2（b）就是一種鍵控方法，這里開關(guān)電路受s(t)控制。二進(jìn)制振幅鍵控信號，若一個信號狀態(tài)始終為零，相當(dāng)于處于斷開狀態(tài)

4、，即此時常稱為通斷鍵控信號（OOK）信號 圖1 圖22.3 2ASK解調(diào)原理及框圖如同AM信號的解調(diào)方法一樣，OOK信號也有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）和（同步檢波）。相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成的方框圖如圖所示。 二進(jìn)制振幅鍵控方式是數(shù)字調(diào)制中出現(xiàn)最早的，也是最簡單的。這種方法最初用于電報系統(tǒng)，但由于它在抗噪聲的能力上較差，故在數(shù)字通信系統(tǒng)中用得不多。 帶通濾波器（BPF）恰好使2ASK信號完整地通過，經(jīng)包絡(luò)檢測后，輸出其包絡(luò)。低通濾波器（LPF）的作用是濾除高頻雜波，使基帶信號（包絡(luò)）通過。抽樣判決器包括抽樣、判決及碼元形成器。定時抽樣脈沖（位同步信號）是很窄的脈沖，通常位于每個碼元的

5、中央位置，其重復(fù)周期等于碼元的寬度。不計噪聲影響時，帶通濾波器輸出為2ASK信號，即，包絡(luò)檢波器輸出為s(t)。經(jīng)抽樣、判決后將碼元再生，即可恢復(fù)出數(shù)字序列。 圖3 2ASK非相干解調(diào)接收系統(tǒng) 圖4 2ASK相干解調(diào)接收系統(tǒng)3 建立模型描述3.1 用MATLAB實現(xiàn)二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）的調(diào)制和解調(diào)在這里我們用兩種方法來對這個二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）來實現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)的仿真。第一種方法即是用MATLAB函數(shù)來實現(xiàn)，二進(jìn)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MATLAB里我們采用模擬幅度調(diào)制的方法，解調(diào)采

6、用相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）的方式。我們用SOURCE函數(shù)來產(chǎn)生一個原始二進(jìn)制基帶信號，即一個單矩形脈沖序列。以askModu函數(shù)來進(jìn)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(jìn)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，再用demoASK函數(shù)進(jìn)行想干解調(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)ASK_main可以看到各種波形。3.2 用SystemView來實現(xiàn)二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）的調(diào)制和解調(diào)用systemview軟件我們可以根據(jù)調(diào)制解調(diào)框圖來分模塊經(jīng)行仿真，在這里我們同

7、樣用模擬調(diào)制方法，并采用相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種方式經(jīng)行解調(diào)，如下圖圖5其中模塊0輸出隨機的0、1方波序列，經(jīng)模塊1與一定頻率的正弦波（模塊2）相乘，即得到模擬調(diào)制的二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)信號，模塊3和模塊10為低通濾波器，模塊12是與模塊2同步的載波，用于同步檢測法。模塊18、19為抽樣判決器，他們提供一個比較電位來實現(xiàn)電壓判決。模塊21、6、15、16、17為輸出窗口。4 模塊功能分析及源程序代碼4.1 MATLAB源程序代碼 source函數(shù)function sendSignal=source(n,N) sendSignal=randint(1,n) bit=; for i=1:le

8、ngth(sendSignal) if sendSignal(i)=0 bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bit=bit,bit1; end figure(1) plot(1:length(bit),bit),title('發(fā)送端二進(jìn)制波形'),grid on; axis(0,N*length(sendSignal),-2,2);end4.1.2 askModu函數(shù)源程序function transmittedSignal=askModu(signal,bitRate,fc,N) %signal=1 0 1 0 1 0 0 1;

9、% bitRate=1000000;% fc=1000000;% N=32; t=linspace(0,1/bitRate,N); c=sin(2*pi*t*fc); transmittedSignal=; for i=1:length(signal) transmittedSignal=transmittedSignal,signal(i)*c; endfigure(2) plot(1:length(transmittedSignal),transmittedSignal);title('ASK調(diào)制波形 ');grid on;figure(3)m=0:length(trans

10、mittedSignal)-1;F=fft(transmittedSignal);plot(m,abs(real(F),title('ASK仿真頻譜分析');grid on;%figure(4)%plot(m,imag(F);title('ASK_frequency-domain analysis imag');%grid on;End gussian函數(shù)源程序function signal=gussian(transmittedSignal,noise) signal=sqrt(2)*transmittedSignal; signal=awgn(signal,

11、noise); figure(5) plot(1:length(signal),signal); title('包含噪聲的波形'),grid on;end CheckRatepe函數(shù)源程序function PeWrong=CheckRatePe(signal1,signal2,s)rights=0;wrongs=0;for ki=1:s-2 if(signal1(ki)=signal2(ki) rights=rights+1; else wrongs=wrongs+1; endendPeWrong=wrongs/(wrongs+rights);End demoASK函數(shù)源程序f

12、unction bitstream=demoASK(receivedSignal,bitRate,fc,n,N) load num signal1=receivedSignal; signal2=abs(signal1); %整流 signal3=filter(num1,1,signal2); %LPF,包絡(luò)檢波¨ IN=fix(length(num1)/2); %延遲時間 bitstream=; LL=fc/bitRate*N; i=IN+LL/2; while (i<=length(signal3) %判決 bitstream=bitstream,signal3(i)>

13、;=0.5; i=i+LL; end figure(6) subplot(3,1,1); plot(1:length(signal1),signal1);title('接收端波形(包含噪聲)');grid on; subplot(3,1,2); plot(1:length(signal2),signal2);title('整流之后的波形');grid on; subplot(3,1,3); plot(1:length(signal3),signal3);title('LPF濾波后的包絡(luò)波形');grid on; bit=; for i=1:len

14、gth(bitstream) if bitstream(i)=0 bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bit=bit,bit1; end figure(7) plot(bit),title('接收端二進(jìn)制波形'),grid on; axis(0,N*length(bitstream),-2.5,2.5);end4.1.5 ASK_main函數(shù)源程序close allclear all%ti=0;fpeask=;startn=-6;endn=18;for ti=startn:endnn=1000;%n=16;fc=1000000;

15、%fc>=bitRate fc/bitRate為每個包含sin周期個數(shù)bitRate=1000000;N=50;%noise=ti;noise=10;signal=source(n,N);transmittedSignal=askModu(signal,bitRate,fc,N);signal1=gussian(transmittedSignal,noise);configueSignal=demoASK(signal1,bitRate,fc,n,N);%configueSignal;P=CheckRatePe(signal,configueSignal,n)fpeask=fpeask,

16、P;endfigure(8);semilogy(startn:length(fpeask)+startn-1,fpeask);grid on;title('ASK誤碼率 ');xlabel('r/dB');ylabel('PeASK');save PeRate.mat fpeask%4.2 SytemView模塊功能分析 幅度調(diào)制模塊分析圖6 ASK模擬幅度調(diào)制模塊0：信號源，幅度為1V，頻率為10HZ，偏移量為1，相位為0，點平數(shù)為2。見下圖圖7模塊1：乘法器模塊2：正弦載波幅度為1V，頻率50HZ，相位為0。見下圖圖8 相干解調(diào)&非相

17、干解調(diào)模塊分析圖9 相干解調(diào)&非相干解調(diào)其中圖上上面一種為非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法），下面為相干解調(diào)（同步檢測法）。模塊3、10為帶通濾波器。模塊5、13為低通濾波器，截止波頻率為10HZ。模塊12為載波，與模塊2相同，頻率為50hz。模塊18、19為比較器，設(shè)置一個參考電平，當(dāng)輸入大于或等于此點位時判1，小于時則判0。模塊20為階躍電平，用來設(shè)置比較器的參考電平。此時參考電平設(shè)置為200e-3V。5 調(diào)試過程及結(jié)論5.1基于MATLAB的2ASK調(diào)制解調(diào)仿真過程及結(jié)論 仿真過程中的各點波形圖10 發(fā)送端二進(jìn)制波形圖11 已調(diào)2ASK波形圖12 2ASK頻譜分析圖13 加入加性高斯白噪聲

18、后的2ASK波形圖14 解調(diào)過程中各點的輸出波形圖15 解調(diào)后的波形 調(diào)試過程及結(jié)論按照設(shè)計的調(diào)制解調(diào)框圖，根據(jù)每部分在整個系統(tǒng)的作用寫好程序，運行尋找錯誤并修改，最后得到可以滿足本設(shè)計的程序。運行程序，便可觀察各點的波形，通過比較所得波形與預(yù)期波形，發(fā)現(xiàn)兩者基本吻合，說明程序無誤，設(shè)計滿足此任務(wù)的要求。5.2 基于SystemView的2ASK調(diào)制解調(diào)仿真過程及結(jié)論 仿真過程中的各點波形圖16 初始輸入的方波圖17 已調(diào)2ASK信號波形圖18 經(jīng)過抽樣判決后和未經(jīng)過抽樣判決前波形比較圖19 相干解調(diào)和非相干解調(diào)波形比較圖20 綜合各點波形對照 仿真過程及結(jié)論按照試驗原理框圖在SystemVi

19、ew中調(diào)出模塊，并實現(xiàn)相關(guān)功能，設(shè)置相關(guān)參數(shù)是能得到符合設(shè)計要求的各點波形，運行并觀察仿真波形，比較其與應(yīng)得波形，發(fā)現(xiàn)基本符合則設(shè)計達(dá)到預(yù)期，試驗成功。我們還可以用此軟件進(jìn)一步觀察比如頻譜分析圖，眼圖等相關(guān)波形。6 心得體會在此次課程設(shè)計中，我所選的課題為二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及其在MATLAB和SystemView上的仿真實現(xiàn)。在本學(xué)期所學(xué)課程通信原理中，我對2ASK信號有了一定的了解，諸如一個二進(jìn)制振幅監(jiān)控信號可以表示成一個單極性矩形脈沖序列與一個正弦載波的相乘，而通常2ASK信號的產(chǎn)生有模擬幅度調(diào)制法和鍵控法兩種，前者主要用一個乘法器實現(xiàn)，后者的主要部件是開關(guān)電路。同樣，2ASK信號的基本解調(diào)方法也是有兩種：