2ASK與MASK調(diào)制性能比較的仿真

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rT^rT^rT^*****學(xué)院信息與電氣工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程：通信原理課程設(shè)計(jì)題目：2ASK與MASK調(diào)制性能比較的仿真專業(yè)：通信工程班級(jí)：一班姓名：學(xué)號(hào)：

任務(wù)書題 目時(shí)間安排目的：要求：總體方案實(shí)現(xiàn)：指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：評(píng)分等級(jí)：【 】指導(dǎo)教師簽名：2ASK與MASK調(diào)制性能比較的仿真一、 課程設(shè)計(jì)的目的1?鞏固所學(xué)的專業(yè)技術(shù)知識(shí)；熟悉SystemView仿真環(huán)境并能在其環(huán)境下了解并掌握通信系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，具備初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力；提高綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力；更好地將理論與實(shí)踐相結(jié)合。二、 系統(tǒng)原理1.2.12ASK與MASK的調(diào)制與解調(diào)原理圖2-1數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但是，數(shù)字基帶信號(hào)具有與模擬基帶信號(hào)不同的特點(diǎn)，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來(lái)表示數(shù)字基帶信號(hào)的離散狀態(tài)?；镜娜N數(shù)字調(diào)制方式是：振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK或DPSK)。多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制又稱多電平振幅調(diào)制，它用高頻載波的多種振幅去代表數(shù)字信息。MASK調(diào)制方式就是使載波的幅值隨著基帶信號(hào)的變化而變化。MASK的表達(dá)式如式2-1所示。其中A為基帶信號(hào)的電平，3為載波頻率。由上式可以看出，如果其中電n0平是0的多進(jìn)制信號(hào)，只要讓載波信號(hào)與多進(jìn)制信號(hào)通過(guò)乘法器即可調(diào)制完成。如果兩個(gè)電平都不是0,只要讓載波信號(hào)的振幅固定，通過(guò)乘法器與多進(jìn)制信號(hào)相乘就行。

AA,——"MlAAzAA,——"MlAAz圖2-2MASK信號(hào)的分解波形圖圖2-2為四電平振幅調(diào)制，高頻載波有u(t)、u(t)、u(t)、u(t)四0 12 3種：振幅為0、1A、2A和3A，分別代表數(shù)字信息0、1、2、3或者雙比特二進(jìn)制輸入信息00、01、10、11進(jìn)行振幅調(diào)制。而解調(diào)的兩種方法包絡(luò)檢波和相干解調(diào)的原理圖如圖2-3和圖2-4所示。圖2-3包絡(luò)檢波法示意圖圖2-3包絡(luò)檢波法示意圖圖2-4相干法解調(diào)示意圖多進(jìn)制幅移鍵控的解調(diào)的實(shí)現(xiàn)和模擬信號(hào)雙邊帶調(diào)制一樣，可以是包絡(luò)檢波和相干解調(diào)兩種。其中包絡(luò)檢波法是通過(guò)全波整流器讀取調(diào)制信號(hào)波形的外形，通過(guò)低通濾波器濾除高頻部分，然后通過(guò)抽樣判決器根據(jù)電平的大小判斷基帶信號(hào)的電平，再還原基帶信號(hào)。而相干解調(diào)法是讓調(diào)制信號(hào)與載波同頻同相的正弦波相乘，相乘后基帶信號(hào)信息就包含在低頻信號(hào)部分，因此再通過(guò)一個(gè)低通濾波器濾除二次諧波和高頻部分就可以還原基帶信號(hào)了。但在解調(diào)的過(guò)程中找到與載波同頻同相的正弦波并不容易，因此成為相干解調(diào)法的難點(diǎn)和關(guān)鍵。相對(duì)而言，相干解調(diào)比包絡(luò)檢波復(fù)雜，并且在設(shè)備的成本上，相干解調(diào)法也比包絡(luò)檢波法要高。在無(wú)噪聲干擾的情況下，包絡(luò)檢波解調(diào)與相干解調(diào)都能完整地解調(diào)MASK調(diào)制信號(hào)。但是在實(shí)際的通信信道中，不可避免地存在著噪聲，從通信系統(tǒng)看來(lái)，起伏噪聲是最基本的噪聲來(lái)源，而起伏噪聲又可看作是高斯白噪聲。因此在后面的仿真中我們使用的就是高斯噪聲來(lái)分析MASK的調(diào)制過(guò)程的各種波形。圖2-5多進(jìn)制調(diào)制與解調(diào)原理方框圖由上圖可見，M進(jìn)制ASK信號(hào)是M個(gè)二進(jìn)制ASK信號(hào)的疊加。那么，MASK信號(hào)的功率譜便是M個(gè)二進(jìn)制ASK信號(hào)功率譜之和。因此，疊加后的MASK信號(hào)的功率譜將與每一個(gè)二進(jìn)制ASK信號(hào)的功率譜具有相同的帶寬。實(shí)現(xiàn)多電平調(diào)制的方框原理如上圖2-5所示，它與二進(jìn)制振幅調(diào)制的方框原理非常相似。不同之處是在發(fā)信輸入端增加了M—2電平變換，相應(yīng)在接收端應(yīng)有M—2電平變換。另外該電路的取樣判決器有多個(gè)判決電平，因此多電平調(diào)制的取樣判決電路比較復(fù)雜。實(shí)際系統(tǒng)中，取樣判決電路可與M—2電平變換合成一個(gè)部件，它的原理類似于模數(shù)變換器。多電平解調(diào)與二進(jìn)制解調(diào)相似，可采用包絡(luò)解調(diào)或同步解調(diào)。2.2設(shè)計(jì)方案論證基帶信號(hào)預(yù)處理方案一：直接將基帶信號(hào)與載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。方案二：對(duì)基帶信號(hào)先進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，再與載波進(jìn)行調(diào)制。在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅時(shí)，由于已調(diào)波中含有不攜帶信息的載波分量，故調(diào)制效率較低。為了提高調(diào)制效率，此處采用方案二。振幅鍵控信號(hào)產(chǎn)生方式方案一：采用模擬調(diào)制法（相乘器法），用乘法器實(shí)現(xiàn)。方案二：采用數(shù)字鍵控法，載波在二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)1或0控制下通或斷。由于方案二的方法只適合二進(jìn)制振幅調(diào)制，而本實(shí)驗(yàn)要用到多進(jìn)制振幅調(diào)制，因此采用方案二。三、仿真實(shí)現(xiàn)

3.1模式框圖及參數(shù)設(shè)計(jì)在SystemView環(huán)境下建立2ASK和MASK仿真模型如圖3-1所示。在圖3-1中，圖符0和14為信號(hào)源庫(kù)中的隨機(jī)序列發(fā)生器，圖符0輸出幅度為1V,頻率為100Hz，初始相位為0° ,4電平輸出；圖符14輸出幅度為1V,頻率為100Hz,初始相位為0°,2電平輸出。圖符2和6是正弦信號(hào)發(fā)生器，輸出幅度為1V,載波頻率為1kHz,相位為0°。圖符1、5、11和12為相乘器。圖符3和13為相加器。圖符7和15為低通濾波器，截止頻率為150Hz。RulHtw環(huán)22R|^1systemFflf嚀RtiruiiDfiary二C°.°0uoRfl*"WJW-button伽SimrrView姑ELANI?；RulHtw環(huán)22R|^1systemFflf嚀RtiruiiDfiary二C°.°0uoRfl*"WJW-button伽SimrrView姑ELANI?；?KesTnusnci-BRunlylHFfainvw±4.砧rtWiDelay■D.9stzFisoJTi士SilkJUFhnsywanformpsc.R￡>rnK!DfilSy=GDt4￡:Ruh：TQUStDUTlDI10!冏I?31rmii!IR：■ReaTmt-SnsE^Rwi呼alarn『mn?vRe!resiiDtia/■D.DmoEjWbi￡Kflfa*DKi:■RciffutiDaay=4.DRrjN："KiJTbtMJtten如1MJReelTmSrs21ftjri蒞盧fdi麗.映*!tshEiftijy■Q期卿RifihL(TWuMbjDUfif?D?■■MRudlifYKEil*17■Run唧E如wpbl.R^fHhXby= iM：1RqhlmoiJMbltforifoihMiIHUM1aJ11■H I丄□^iT- Ihw」::.1_1ResTraSmt-1?RjTi^/±U"rirair>?rtcLWresh-0?sec-R：fihLmcuMbjDccrifcr圖3-12ASK和MASK仿真模型3.2仿真結(jié)果圖及性能分析對(duì)建立的系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真，得到基帶信號(hào)的時(shí)域波形如圖3-2和圖3-3所/示O圖3-2多進(jìn)制基帶信號(hào)波形多進(jìn)制基帶信號(hào)波形如圖3-2所示，其幅度為1V,頻率為100Hz的4電平隨機(jī)序列信號(hào)。

圖3-3二進(jìn)制基帶信號(hào)圖3-3為二進(jìn)制基帶信號(hào)，其幅度為IV,頻率為100Hz的2電平隨機(jī)序列信號(hào)。分析調(diào)制信號(hào)的功率的譜圖，我們可以對(duì)比圖3-4和圖3-5,分別為四進(jìn)制的調(diào)制信號(hào)的功率譜和二進(jìn)制的功率譜圖。w5:Sinkw5:Sink21 亙］叵I壓圖3-4四進(jìn)制調(diào)制信號(hào)的功率譜圖3-4為調(diào)制后的信號(hào)功率譜圖。由圖可知，信號(hào)的功率主要分布在1000Hz頻率附近。w2:Sink18w2:Sink18圖3-5二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)的功率譜圖3-5為二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)的功率譜。對(duì)比圖3-4發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)圖完全一樣，也是主要功率分布在1000Hz頻率附近。兩幅圖完全一樣的主要原因是基帶信號(hào)的幅值都為1V,即功率相同，且載頻都為1000Hz，他們的主要功率都分布在該頻率段上，因而兩幅圖完全一樣。結(jié)果和理論符合的很好，因?yàn)樗麄兊恼{(diào)制原理是一樣的。仿真分析得到的調(diào)制信號(hào)波形圖如圖3-6和圖3-7。

圖3-6四進(jìn)制調(diào)制信號(hào)波形圖圖3-6中除了有高低電平區(qū)分很明顯之外，還可以看出相位的跳變，這是因?yàn)殡S機(jī)序列中電平由正跳變到負(fù)或者由負(fù)跳變到正的關(guān)系。w3:Sink19 亙］亙遼圖3-7二進(jìn)制信號(hào)的調(diào)制波形圖圖3-7為二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)的波形圖。從圖中可以看出正弦波相位的變化，這是由電平的正負(fù)跳變引起的。與四進(jìn)制調(diào)制波形相比，僅僅是少了高低電平的變化，因而此圖中正弦波的幅值沒(méi)有變化。w7:Sink23圖3-8多進(jìn)制信號(hào)加入高斯噪聲后的波形圖這是多進(jìn)制振幅調(diào)制信號(hào)加入高斯噪聲后的波形，從圖中可以看出波形雜亂無(wú)章，已經(jīng)看不到基帶信號(hào)和載波信號(hào)了。w4:Sink20w4:Sink20圖3-9二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)加入高斯噪聲后的波形圖在仿真中，基帶信號(hào)和載波信號(hào)都是理想的，在實(shí)際中不可能做到仿真中的情形。但是只要載波信號(hào)和基帶信號(hào)沒(méi)有大規(guī)模的能量削弱和偏差，就能實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)的還原，盡管可能出現(xiàn)部分信號(hào)錯(cuò)亂。要實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)的正確提取，就要求載波信號(hào)的頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基帶信號(hào)。此外濾波器的設(shè)計(jì)和使用要符合基帶信號(hào)的頻率要求，從某種意義上來(lái)講，濾波器性能的好壞直接決定了基帶信號(hào)的提取質(zhì)量。在通信過(guò)程中不可能百分之百的正確，因此我們要正確看待錯(cuò)碼的問(wèn)題。由于環(huán)境的不同，噪聲的強(qiáng)弱或多或少的會(huì)對(duì)信號(hào)有所影響，因此個(gè)別的錯(cuò)碼是可以接收的。事實(shí)上沒(méi)有任何系統(tǒng)可以保證在傳輸?shù)倪^(guò)程中完全不出錯(cuò)。四、總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)成功完成了對(duì)數(shù)字信號(hào)的2ASK及MASK調(diào)制，得到了兩種調(diào)制方式產(chǎn)生的信號(hào)的波形圖。通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)2ASK和MASK調(diào)制有了更深的了解，不但掌握了其調(diào)制原理，還對(duì)這兩種調(diào)制方法的優(yōu)缺點(diǎn)及各方面性能的差別也有了一定的認(rèn)識(shí)。剛拿到通信原理課程設(shè)計(jì)題目的時(shí)候，我覺(jué)得本次課程設(shè)計(jì)的難度很大，因?yàn)槲铱吹筋}目涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，而且本次設(shè)計(jì)所使用的SystemView軟件以前從未使用過(guò)，所以不知從何下手。首先我將書本上的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了了解，然后又查閱了一些相關(guān)的資料，從而確定了設(shè)計(jì)方案。有了設(shè)計(jì)方案后，還要使用仿真軟件進(jìn)行仿真。通過(guò)閱讀老師給的軟件幫助文件，逐漸了解軟件的操作方法。然后再按照書上給的例子，自己使用軟件進(jìn)行模仿，熟悉軟件的操作方法及各模塊的作用。之后便使用仿真軟件設(shè)計(jì)自己的通信系統(tǒng)。本次課程設(shè)計(jì)期間進(jìn)行仿真時(shí)遇到過(guò)一些困難，比如開始設(shè)計(jì)時(shí)找不到相應(yīng)模塊，參數(shù)設(shè)置不合理，還有定時(shí)設(shè)置太低等等。整個(gè)系統(tǒng)只要有一處沒(méi)設(shè)置好，正確的波形就出不來(lái)，通過(guò)不斷的修改，最終還是很好的完成了本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)。課程設(shè)計(jì)的這一個(gè)星期，我感覺(jué)到要獨(dú)立完成一個(gè)課程設(shè)計(jì)的題目是一件既有意義又具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。課程設(shè)計(jì)是一個(gè)學(xué)東西的良好時(shí)機(jī)，