差分码2ASK相干解调系统仿真

长沙理工大学《通信原理》课程设计报告姓名学院城南学院专业通信工程班级通信13-01学号04学生姓名指导教师黄红兵课程成绩完成日期2016年1月8日课程设计成绩评定学院城南学院专业通信工程班级通信1301学号201385250104学生姓名指导教师黄红兵课程成绩完成日期2016年1月8指导教师对学生在课程设计中的评价评分项目优良中及格不及格课程设计中的创造性成果学生掌握课程内容的程度课程设计完成情况课程设计动手能力文字表达学习态度规范要求课程设计论文的质量指导教师对课程设计的评定意见综合成绩指导教师签字年月日课程设计任务书城南学院通信工程专业课程名称通信原理课程设计时间2015～2016学年第一学期17～19周学生姓名指导老师黄红兵题目差分码2ASK相干解调系统仿真主要内容：利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，设计一个差分码2ASK相干解调系统仿真，分别在理想信道和非理想信道中运行，并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设计的系统性能。要求：1）构建调制（或加密、抽样）电路，并用示波器观察调制（或加密、抽样）前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制（或加密、抽样）前后信号频谱的变化。2）再以调制（或加密、抽样）信号为输入，构建解调（或解密、还原）电路，用示波器观察调制（或加密、抽样）与解调（或解密、还原）前后的信号波形，用频谱分析模块观察前后信号频谱的变化。3）在调制（或加密、抽样）与解调（或解密、还原）电路间用高斯白噪声模拟有线信道，将噪声源的方差分别设置为三种不同值，分析比较接收信号的性能。数字系统要求用误码率计算模块分析理想信道和非理想信道时的误码率。4）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。应当提交的文件：（1）课程设计学年论文。（2）课程设计附件（主要是源程序）。差分码2ASK相干解调系统仿真学生姓名：指导老师：黄红兵摘要本课程设计主要进行在MATLAB软件平台的差分码2ASK相干解调系统仿真设计。在课程设计中，系统开发平台为MATLAB，仿真平台采用simulink，首先根据调制解调原理构建电路，再在Simulink中调出各元件组成电路，再设置调制解调电路中各个模块的参数值并加以运行，并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设置的系统性能。关键词系统仿真；2ASK相干解调；MATLAB；Simulink仿真平台；1引言MATLAB的名称源自MatrixLaboratory，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据[1]。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。本课程设计主要在MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台设计一个差分码2ASK相干解调的通信系统分别在理想信道和非理想信道中运行，并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设计的系统性能。1.1课程设计目的通信原理课程设计是《通信原理》理论课的辅助环节。着重体现通信原理教学知识的运用，培养学生科学理论结合实际工程的能力。通常以小型课题方式来加深、扩展通信原理所学知识。通过本课程设计学生能够深入理解和掌握振幅通信系统的各个关键环节，包括调制、解调、噪声对通信质量的影响等。以及对系统各关键点的信号波形及频谱的认识。而且课程设计对学生运用专业基础知识及软件设计能力也会有较大的提高。1.2课程设计的内容及步骤（1）、主要内容：利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，设计一个差分码ASK调制与相干解调系统仿真系统，分别在理想信道和非理想信道中运行，并把运行仿真结果输入显示器，根据显示结果分析所设计的系统性能。（2）、构建调制电路，并用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化。（3）、再以调制信号为输入，构建解调电路，用示波器观察解调前后的信号波形，用频谱分析模块观察解调前后信号频谱的变化。（4）、在调制与解调电路间加上高斯白噪声源，模拟信号在理想信道和非理想信道中的传输。分析比较通过理想信道和非理想信道后的接收信号的性能。（5）、在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计学年论文，能正确阐述和分析设计和实验结果。2基本原理2.1MATLAB7.0简介MATLAB名称是有两个英文单词Matrix和Laboratory的前三个字母组成。MATLAB7.0是美国MathWorks公司开发的优秀计算软件MATLAB的最新版本。MATLAB自20世纪80年代面世以来，以其强大的数值计算能力、优秀的绘图功能以及与其他软件良好的交互功能在众多的数学计算软件中独领风骚，特别是它源代码的开放性使用户可以二次开发，受到了广大使用者的格外赞赏。MATLAB是一个为科学和工程计算机专门设计的交互式大型软件，是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。它集图和精确计算与一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其他需要进行复杂数值计算的领域得到了广泛应用。它不仅是一个在各类工程设计中便于使用的计算工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各类工业应用中更有不俗的表现。MATLAB可以几乎所有的PC机和大型计算机上运行，适用于Window、UNIX等多种系统平台。本课程设计我们就可以直接诶使用MATLAB提供的模块，实现模拟通信系统的仿真。2.2Simulink简介Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指Simulink提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。2.3差分码2ASK调制与非相干解调原理振幅键控调制是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率与初始相位保持不变。信号的产生通常有两种：模拟调制法和键控法，而本课程设计采用的是模拟调制法。（1）模拟调制法：通过相乘器直接将载波和数字信号相乘得到输出信号，这种直接利用二进制数字信号的振幅来调制正弦载波的方式称为模拟相乘法，其电路如图2-3所示。在该电路中载波信号和二进制数字信号同时输入到相乘器中完成调制。图2-3模拟相乘法（2）键控法：用开关电路控制输出调制信号，当开关接载波就有信号输出，当开关接地就没信号输出，其电路如图2-4所示。图2-4数字键控法（3）差分码2ASK调制信号的原理是输入二进制不归零的基带信号，经过码反变换器将其绝对码变成相对码，然后再乘以一个载波信号，最后输出的就是差分码2ASK信号，其中s（t）为二进制不归零的基带信号，而coswct为载波信号。其调制模型如图2-5所示。图2-5差分码2ASK调制器原理框图（4）调制过程的逆过程叫做解调。2ASK信号的解调是把接收到的已调信号还原成调制信号。而2ASK的解调信号也有两种：相干解调与非相干解调。而本课程设计采用的是相干解调的方法对其进行解调。相干解调一般由带通滤波器、相乘器、低通滤波器、抽样判决器和码反变换器组成。图2-6为2ASK信号的非相干解调的原理框图。图2-6差分码2ASK解调器原理框图（相干解调）3系统设计3.1熟悉Simulink平台（1）熟悉MATLAB集成环境下Simulink中模型库的常用模型的名称、作用以及用法。首先双击周面上的MATLAB7.0的图标，在打开的窗口中输入Simulink并回车就可以进入Simulink下的模型库或者单击工具栏上的按钮也可以进入模型库。（2）在Simulink模型库的的工具栏中点击按钮就可以生成空白仿真模型窗口如图3-1所示。图3-1仿真模型窗口（3）设计仿真模型时，按照调制与解调原理的模块从模型库中选择相应的模块，单击右键，选择“Addtountitled”，或者直接将模块拖进仿真窗口中，都可以加入模块。在仿真的窗口中双击模块，在弹出的窗口中就可以对相应的模块进行参数修改。（4）对于二个或以上的重复模块都可以直接复制、粘贴就可以产生另一个相同的模块。3.2无噪声差分码2ASK调制部分按照前面给出的调制与解调的原理图，从模型库中选择相应的模块，有基带信号模块，载波模块，差分编码模块，相乘模块，频谱分析模块，显示模块。将其按照一定顺序排好，在将所有的器件按照原理图连接起来。连接好后的图形如图3-2所示。然后对所有的模块器件进行参数设置。在进行参数设置时，一定要注意选择合适，过大或者过小会影响输出的信号波形。现将所有的设置完的参数图呈现如下。。图3-2差分码2ASK调制仿真电路图图3-3基带信号参数设置图3-4载波参数设置图3-5基带信号频谱图图3-6调制信号频谱图无噪声的2ASK调制波形如图3-7所示，其显示波形依次对应为第一波为数字基带信号、第二波为基带信号对应的差分码波形、第三波为载波波形、第四波为无噪声的2ASK调制信号波形从图中可以看出差分码（二进制码）为“1”时，调制得出的信号有波形，而为“0”时，调制出的信号没有波形。完全符合2ASK的调制原理，故调制是成功的。图3-7无噪声2ASK调制信号波形3.3无噪声的2ASK调制解调电路在调制电路的基础上加入一个带通滤波器、相乘器和低通滤波器、抽样判决器构成解调电路。用示波器观察调制解调信号各部分的波形，用频谱分析器观看调制前后的频谱。调制解调仿真电路如图3-8所示图3-82ASK调制解调仿真电路图图3-9带通滤波器参数设置图3-10低通滤波器参数设置图3-11抽样判决参数设置图3-122ASK解调信号频谱图图3-13无噪声2ASK调制解调信号波形无噪声的2ASK调制波形如图3-13所示，其显示波形依次对应为第一波为数字基带信号、第二波为基带信号对应的差分码波形、第三波为载波波形、第四波为无噪声的2ASK调制信号波形、第五波为调制信号通过带通滤波器后的波形、第六波为再通过相乘器和低通滤波器的波形、第七波为抽样判决后的波形、第八波为差分译码后的波形，根据上面的波形可知在无噪声情况下得出的解调波形与基带数字信号波形完全相同，只是延迟一个码元。这是由于信号在系统传输中会出现时间上的延迟，属于正常现象，故此信号解调成功。3.4加高斯白噪声的2ASK调制解调电路及误码率分析在上面调制解调仿真电路图3-14的基础上通过加法器加入高斯噪声，观看高斯噪声对频谱的干扰和波形的影响。之后分析误码率，来确定2ASK调制与解调系统的抗高斯噪声性能。加高斯噪声的2ASK调制解调仿真电路如图3-14所示，高斯噪声发生器的参数如图3-15图3-14加入高斯白噪声的2ASK调制解调电路图3-15高斯白噪声参数设置图3-16加入高斯白噪声2ASK调制信号频谱图3-17加入高斯白噪声2ASK解调信号频谱图3-16是加入了高斯白噪声的非理想信道部分的2ASK调制信号频谱图，图3-17是加入了高斯白噪声的非理想信道部分的2ASK解调信号频谱图