通信原理课程设计

-1-通信原理课程设计题目：基于MATLAB的系统的2ASK仿真摘要：数字调制技术在通信系统中占有非常重要的地位，数字通信技术与MATALAB的结合是现代通信系统发展的一个必然把局势。本文主要介绍了2ASK调制解调的原理，2ASK调制主要采用OOK开关监控的方法，2ASK解调主要采用相干解调的方法。文中还会介绍用MATALAB如何实现调制解调的系统，采用MATALAB脚本编写程序，结果表明了设计的正确性。-2-关键字：2ASK；调制；解调；仿真。目录：题目……………………………………………………………………………………摘要……………………………………………………………………………………关键字……………………………………………………………………………………正文……………………………………………………………………………………一、2ASK通信系统发展背景……………………………………………………二、仿真设计原理………………………………………………………………1、2ASK信号的调制……………………………………………………………………2、2ASK信号的解调……………………………………………………………………三、直接用MATLAB编程仿真………………………………………………1、实验框图………………………………………………………………2、仿真目的………………………………………………………………3、使用MALTLAB编程……………………………………………………四、仿真结果……………………………………………………………………1、图示………………………………………………………………………2、实验分析…………………………………………………………………五、设计心得和体会……………………………………………………………1、心得和体会……………………………………………………………2、致谢……………………………………………………………………-3-参考文献……………………………………………………………………………………一、2ASK通信系统发展背景随着通信技术日新月异的发展，尤其是数字通信的快速发展越来越普及，研究人员对其相关技术投入了极大的兴趣。为使数字信号能在带通信道中传输，必须用数字信号对载波进行调制，其调制方式与模拟信号调制相类似。根据数字信号控制载波的参量不同也分为调幅、调频和调相三种方式。因数字信号对载波参数的调制通常采用数字信号的离散值对载波进行键控，故这三种数字调制方式被称为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。经调制后的信号，通过信道传输，在接收端解调后恢复成数字信号。因此，调制解调技术是实现现代通信的重要手段，促进通信的快速发展。现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从最早的模拟调幅调频技术的日臻完善，到现在数字调制技术的广泛运用，使得信息的传输更为有效和可靠。二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式，也是各种数字调制的基础。二、仿真设计原理1、2ASK信号的调制2ASK技术是通过改变载波信号的幅值变化来表示二进制0或1的。载波0，1信息只改变其振幅，而频率和相位保持不变。通常使用其最大值Acos(t)和0分别表示1和0.有一种常用的幅值键控技术是开关键控（OOK）在OOK中，把一个幅度取为0，另一个幅度取为非0,其优点是传输信息所需的能量下降了，且调制方法简单.ＯＯＫ的产生原理如图2、2ASK信号的解调-4-接收端接收信号传来的2ASK信号，首先经过带通滤波器滤掉传输过程中产生的噪声干扰，再从中回复原始数据信号。常用的解调方法有两种：包络解调法和相干解调法。相干解调法相干解调也叫同步解调，就是利用相干波和接收到的2ASK信号相乘分离出包含原始信号的低频信号，再进行抽样判决恢复数字序列。相干波必须是与发送端同频同相的正弦信号。Z（t）=y(t)cos(t)=m(t)cos2(t)=12m(t)[1+cos(2t)]=12m(t)+12m(t)cos(2t).式中1/2m(t)是基带信号，1/2m(t)cos(2t)是频率为2的高频信号，利用低通滤波器可检测出基带信号，再经过抽样判决，即可恢复出原始数字信号序列{an},2ASK信号带宽为码元速率的2倍，即：B2ASK=2Rb.式中Rb为信息速率。相干解调的原理图如下三、直接用MATLAB编程仿真1、实验框图在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。-5-图1.1-1数字调制系统的基本结构[1]Fig1.1-1Thebasicstructureofdigitalmodulationsystem数字调制与模拟调制原理是相同的，但是数字信号有离散取值的特点。基本的三种数字调制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和相移键控(PSK)。振幅键控是利用载波的幅度变化来传递信息，而其频率和初相位保持不变。在2ASK中，载波幅度只有两种变化，分别对应二进制信息“0”或“1”。2ASK信号其表达式是：twtstecASKcos)()(2(1.2.1-1)其中：)()(bnnnTtgats（1.2.1-2）式中：Ts为码元持续时间；g（t）为持续时间为Ts的基带脉冲波形。通常假设g(t)是高度为1、宽度为Ts的矩形脉冲；an是第n个符号的电平取值。PPan101，出现概率为，出现概率为（1.2.1-3）2ASK信号产生通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法，相应的调制器如图1.2.1-1所示。图1.2.1-1模拟相乘法（上）数字键控法（下）[1]-6-Fig1.2.1-1Analogmultiplication(on)digitalkeying(below)2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似。所以,对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法),其相应原理方框图如图1.2.1-2所示。图1.2.1-2非相干解调方式（a）相干解调方式（b）[1]Fig1.2.1-2non-coherentdemodulation(a)coherentdemodulationmethod(b)2、仿真目的利用MATLAB进行调制与解调的仿真的程序，以下是建立的M文件：编写M脚本文件对数字信号序列1101001101011001进行2ASK调制与解调进行仿真，数字信号的码元速率Rb=1000Band,载波频率为f=4kHZ.以下是仿真程序及注释。例子中采用OOK键控方式实现2ASK调制。第一行为数字序列波1101001101011001的单极性不归零码，码元宽度Tb=1/Rb=0.001s，第二行为载波波形，在一个码元宽度，有4个周期的正玄波载波信号f=1/4Tb=4kHz;第三行为调整之后的波形，码元1对应的调制后波形对应正玄波，0对应的调制后波形为0，结果满足要求.。%数字信号的ASK调制3、使用MATLAB编程Clear;%清空空间变量-7-m=[111000101101];%数字信号序列Lm=length(m);%序列的长度F=200;%数字信号的带宽f=800;%正弦载波信号的频率A=1;%载波的幅度Q=f/F;%频率比，即一个码元宽度中的正弦周期个数，为适配下面的滤波器参数选取，Q=1/3M=500；%一个正弦周期内的采样点数t=(0:M-1)/M/f;%一个正弦信号周期内的时间carry1=repmat(A*sin(2*pi*f*t),1,Q);%一个码元宽度内的正弦载波信号Lcarry1=length(carry1);%一个码元宽度内的信号长度carry2=kron(ones(size(m)),carry1);%载波信号ask=kron(m,carry1);%调制后的信号N=length(ask);%长度tau=(0:N-1)/(M-1)/f;%时间Tmin=min(tau);%最小时刻Tmax=max(tau);%最大时刻T=ones(size(carry1));%一个数字信号1-8-dsig=kron(m,T);%数字信号波形subplot(3,1,1);%子图分割plot（tau,dsig）%画出载波波形gridon%添加网axis([TminTmax-0.21.2])%设置坐标范围subplot(3,1,2)%子图分割plot(tau,carry2)%画出载波波形gridon%添加网络axis([TminTmax-1.2*A1.2*A]);%设置坐标范围subplot(3,1,3)%子图分割plot(tau,ask)%画出调制后的波形gridon%添加网络axis([TminTmax-1.2*A1.2*A])%设置坐标范围%Part2数字信号的ASK相干解调sig_mul=ask.*carry2;%已调信号与载波信号相乘figure(2)%图形2subplot(4,1,1)%子图分割plot(tau,sig_mul)%画出信号相乘后的波形-9-gridonaxis([TminTmax-0.21.2])%设置坐标范围[Ord,omega_c]=buttord(4*pi*f*0.6,4*pi*f*0.8,2,30,’s’);%获得Butterworth模拟低通原型滤波器的阶数及3DB截止频率[num,den]=butter(Ord,omega_c,’s’);%由原型滤波器向实际滤波器，获得滤波器的分子，分母系数h=tf(num,den);%获得滤波器传递函数%滤波x=lsim(h,sig_mul,tau);%运用模拟滤波器对信号进行滤波subplot(4,1,2)%子图分割plot(tau,x)%画出滤波后的图形gridonaxis([TminTmax-0.30.8])%设置坐标范围th=0.25;%抽样判决的阈值设置t_judge=(0:Lm-1)*Lcarry1+Lcarry1/2;%抽样判决点的选取y=(x(t_judge));%抽样判决时刻的信号值y_judge=1*(y=th)+0*(y=th);%抽样判决信号的0阶保持y_value=kron(y_judge,ones(size(carry1)));%抽样判决后的数字信号波形n_tau=tau+0.5/F;%抽样判决后的信号对应时间subplot(4,1,3)%子图分割plot(n_tau,y_value)%画出抽样判决后的数字信号波形-10-axis([min(n_tau)max(n_tau)-0.21.2])gridonsubplot(4,1,4)plot(tau,dsig)%画出原始信号波形与解调后信号作对比axis([TminTmax-0.21.2])gridon四、仿真结果1、图示-11--12-2、实验分析图2中第一行为数字序列波“1101001101011001”的单极性不归零码，码元宽度Tb=1/Rb=0.001s；第二行为载波波形，在一个码元宽度，有4个周期的正弦载波信号，f=1/4Tb=4kHz；第三行为调整之后的波形，码元“1”对应的调制后波形对应正弦波，“0”对应的调制后波形为0。仿真结果满足要求。图3中，第一行波形为相干波与经带通滤波器滤波后的信号相乘的结果，即高频部分产生倍频信号z(t)；第二行为z(t)经过低通滤波器滤波后，取出的低频包络信号，从图中可看出其幅度降为原来的0.5倍；第三行波形为抽样判决并恢复出的原数字序列；第四行为原始数字序列，与恢复后的数字序列作比较，两列波相比，恢复后的信号与原始信号在波形上没有差异，只是恢复后的信号有一定的延时，这是由信号在信道中传播耗时和在解调系统中的延时等相叠加而成。在本仿真设计中，-13-为使仿真过程清晰，忽略了信道的传输延时等，仅考虑了抽样判决点选取时的延时0.5Tb，因码元波特率R