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沈阳理工大学通信系统课程设计报告12ASK数字传输系统仿真1.课程设计目的(1)掌握通信过程的基本原理。(2)会画出数字通信过程的基本框图。(3)学会运用MATLAB来进行通信系统的仿真。(4)掌握数字通信的2ASK调制方式。2.课程设计要求(1)设计出2ASK数字通信系统的结构，包括信源，调制，发送滤波器模块，信道，接受滤波器模块以及信宿，在系统出采用模块化表示。(2)根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）。(3)基于MATLAB平台对系统进行仿真。(4)分析仿真波形。(5)针对仿真出该数字传输系统的误码率性能，画出SNR和误码率的曲线。3.相关知识3.1通信系统通信的目的是传输信息。通信系统的作用就是将信息从信息源发送到一个或多个目的地。对于任何一个通信系统，均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成（如图3.1.1所示）。沈阳理工大学通信系统课程设计报告2图3.1.1模拟通信系统一般模型信息源（简称信源）的作用是把各种信息转换成原始信号。根据消息的种类不同信源分为模拟信源和数字信源。发送设备的作用产生适合传输的信号，即使发送信号的特性和信道特性相匹配，具有抗噪声的能力，并且具有足够的功率满足原距离传输的需求。信息源和发送设备统称为发送端。发送端将信息直接转换得到的较低频率的原始电信号称为基带信号。通常基带信号不宜直接在信道中传输。因此，在通信系统的发送端需将基带信号的频谱搬移（调制）到适合信道传输的频率范围内进行传输。这就是调制的过程。信号通过信道传输后，具有将信号放大和反变换功能的接收端将已调制的信号搬移（解调）到原来的频率范围，这就是解调的过程。信号在信道中传输的过程总会受到噪声的干扰，通信系统中没有传输信号时也有噪声，噪声永远存在于通信系统中。由于这样的噪声是叠加在信号上的，所以有时将其称为加性噪声。噪声对于信号的传输是有害的，它能使模拟信号失真。在本仿真的过程中我们假设信道为高斯白噪声信道。调制在通信系统中具有十分重要的作用。一方面，通过调制可以把基带信号的频谱搬移到所希望的位置上去，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号。另一方面，通过调制可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力，同时，它还和传输效率有关。具体地讲，不同的调制方式产生的已调信号的带宽不同，因此调制影响传输带宽的利用率。可见，调制方式往往决定一个通信系统的性能。在本仿真的过程中我们选择用调频调制方法进行调制。调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信号。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。3.2ASK幅移键控2ASK信号在实际中虽然很少使用，但是它是研究数字调制的基础，了解2ASK就比较容易理解FSK,PSK的原理及性能。幅移键控（ASK）相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进数码而已。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是沈阳理工大学通信系统课程设计报告3通过载波的幅度来传递的。由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号1时，传输载波；当调制的数字信号为0时，不传输载波。典型波形如下图（一）所示：图3.1幅移键控的典型波形幅移键控的调制器可以用一个相乘器来实现，如下图（二）所示。对于通断键控信号来说，相乘器则可以用一个开关电路来代替，调制信号为1时开关电路导通，为0时开关电路切断。二进制振幅键控信号由于一个信号状态始终为零，故又常称为通断键控信号（OOK信号）。基带信号○×已调信号载波Acoswct图3.2ASK调制器模型3.3MATLAB及SIMULINK建模环境简介MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和SIMULINK两大部分。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观沈阳理工大学通信系统课程设计报告4的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。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。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。4.课程设计分析4.1ASK调制4.1.2数字信号传输的实现设计采用的是MATLAB中的SIMULINK仿真系统实现对通信系统的仿真，具体实现框图如图4.1所示：沈阳理工大学通信系统课程设计报告5图4.1数字信号传输模型实现框图4.1.2各模块参数说明：BernoulliBinaryGenerator:BernoulliBinaryGenerator模块的功能是用来产生随机二进制比特流，在设计中将此模块的函数设置和经过BernoulliBinaryGenerator产生的波形分别如图4.2和图4.3所示：沈阳理工大学通信系统课程设计报告6图4.11SampledQuantizerEncode的参数设置图4.3二进制比特流波形sinewave:Sinewave模块用来生成高频载波信号coswct,由于高频载波信号要求得的载波频率较高，在此设wc=8000rad/s.Product:这是一个乘法器，其作用是将随机二进制比特流和高频载波coswct相乘后生成已调信号m(t)，从而起到通断键控的作用。Bandpass：AnalogFilterDesign用来设计各种模拟滤波器，可以用来实现低通、带通、高通等各种滤波器。此处将AnalogFilterDesign中的FilterType属性设置为Bandpass，即为带通滤波器，带通滤波器是用来通过所有有用的信号，同时滤除一部分多余的信号，设置其参数的设置分别如图4.4：沈阳理工大学通信系统课程设计报告7图4.4带通滤波器的参数设置AWGNChannel:AWGNChannel模块用来产生含有加性高斯白噪声信道，已调信号输入加性高斯白噪声信道模拟通信系统中的实际的通信信道。AWGNChannel的属性设置过加显示分别如图4.6图4.6AWGNChannel属性设置Bandpass：沈阳理工大学通信系统课程设计报告8在此处再次用到AnalogFilterDesign中的Bandpass，此处设置带通滤波器是为了使已调信号全部通过，同时尽可能多地滤除高斯白噪声，经过带通滤波器后，接示波器5后显示波形如图4.8所示：图4.8接收端信号通过带通滤波器后波形Product:此次设计中采用的是相干解调，经示波器5显示后输出的波形与本地载波coswct(其中WC=8000rad/s)相乘后输出波形接示波器6后显示波形如图4.9所示：沈阳理工大学通信系统课程设计报告9图4.9示波器6显示波Lowpass:AnalogFilterDesign中将Filtertype设置为Lowpass便可以实现低通滤波器，低通滤波器主要是将信号从高频载波移至低频，以便于接收到原信号，低通滤波器的属性设置及信号经过低通滤波器后接至示波器7后的显示波形图4.10所示：如图4.10示波器7显示波形沈阳理工大学通信系统课程设计报告10SampledQuantizerEncode由于经过低通滤波器后的波形仍然为模拟信号，所以要生成数字信号要经过抽样判决，在MATLAB的SIMULINK中，对SampledQuantizerEncode进行适当的参数设置可以用来实现抽样判决。经分析后，对该参数的设置如图4.11所示，经抽样判决后的波形（即最后的输出波形）如图4.13所示：如图4.11SampledQuantizerEncode参数设置v图4.12最后输出波形沈阳理工大学通信系统课程设计报告115.仿真(1)经带通滤波器后的已调波形,如图4.1.3如图4.1.3经带通滤波器后的已调波形(2)已调信号经AWGNChannel后的波形，如图4.1.4图4.1.4已调信号经AWGNChannel后的波形(3)接收端信号通过带通滤波器后波形，如图4.1.5沈阳理工大学通信系统课程设计报告12如图4.1.5接收端信号通过带通滤波器后波形(4)调制的输出波形，如图4.1.6图4.1.6调制输出波形沈阳理工大学通信系统课程设计报告136分析通过这次的课程设计，我们对信息和通信系统有了更进一步的认识，尤其是在系统设计方面，尽管是非常基础的2ASK调制与解调的传输，也是经过若干设备协同工作，才能保证信号有效传输，而小到仅仅是一个参数，都有可能导致整个系统无法正常运行。另一方面，我们通过本次的课程设计，着实领教了MATLAB矩阵实验室强大的功能和实力。通过在SIMULINK环境下对系统进行模块化设计与仿真，使我们获得两方面具体经验，第一是MATLAB中SIMULINK功能模块的使用方法，第二是图形化和结构化的系统设计方法。这些经验虽然并不高深，但是对于刚入门的初学者来说，对以后步入专业领域进行设计或研发无疑具有重大的意义。7参考文献1．姚俊、马松辉［基于MATLAB6.X的SIMULINK建模与仿真］．西安电子科技大学出版社，2002年8月2．李建新、刘乃安、刘继平［现代通信系统分析与仿真——MATLAB通信工具箱］西安电子科技大学出版社，2000年11月沈阳理工大学通信系统课程设计报告14