2ASK2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析

《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第1页共26页2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析学生姓名：指导老师：摘要本课程设计主要是利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2ASK调制与解调系统.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;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。通过Simulink的仿真功能摸拟到了实际中的2ASK调制与解调情况。关键词MATLAB；Simulink；2ASK；波形；掌握2ASK解调原理及其实现方法，了解线性调制时信号的频谱变化。理解2ASK的调制和解调原理并用Simulink软件仿真其实现过程，用Simulink分析二进制振幅键控信号频谱的变化。认识和理解通信系统，掌握信号是如何经过发端处理被送入信道然后在接收端还原。会画出数字通信过程的基本框图，掌握数字通信的2ASK调制方式，学会运用MATLAB来进行通信系统的仿真；学会2ASK传输系统的二级调制解调结构，测试2ASK传输信号加入噪声后的误码率，分析2ASK传输系统的抗噪声性能。1.2课程设计的要求熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，熟悉2ASK系统的调制解调原理，构建2ASK调制解调电路图.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的频谱的变化。并观察解调前后频谱有何变化以加深对该信号调制解调原理的理解。在调制与解调电路间加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率,并给出仿真波形，改变信噪比并比较解调后波形，分析噪声对系统造成的影响。《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第2页共26页在老师的指导下，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。2.12ASK调制原理振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。设发送的二进制符号序列由0、1序列组成，发送0符号的概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。该二进制符号序列可表示为tnTtgatecSnncos)()(0其中na=0，发送概率为P；na=1，发送概率为1-P。令)()(SnnnTtgats，则ttsteccos)()(0。图2-12ASK/OOK信号时间波形2ASK信号功率谱密度的特点如下：(1)由连续谱和离散谱两部分构成，连续谱由信号g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定；(2)已调信号波形的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。2ASK信号功率谱密度推导：已知tnTtgatecSnncos)()(0ttsccos)(，设)(0te的功率谱为)(fPe，s(t)的功率谱为)(fPs。则)()(41)(fcfPsfcfPsfPe，2)()1()(fGPPffPss2)1(Pfs《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第3页共26页msmfG)()(smff，sfTjsssefTfTTfGsin)(。22)()(sin)()(sin16)(scscscscseTffTffTffTffTfP)()(161ccffff图2-22ASK信号的功率谱密度示意图在二进制数字振幅调制中，载波的幅度随着调制信号的变化而变化，实现这种调制的方式有两种：（1）模拟相乘法：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。（2）数字键控法：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2-3模拟相乘法图2-4数字键控法2.22ASK解调原理2ASK/OOK信号有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法），相应的接收系统如图2-5、图2-6所示。图2-5非相干解调方式《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第4页共26页图2-6相干解调方式抽样判决器的作用是：信号经过抽样判决器，即可确定接收码元是“1”还是“0”。假设抽样判决门限为b，当信号抽样值大于b时，判为“1”码；信号抽样值小于b时，判为“0”码。当本实验为简化设计电路，在调制的输出端没有加带通滤波器，并且假设信道时理想的，所以在解调部分也没有加带通滤波器。3.12ASK调制电路分析通过Simulink的工作模块建立2ASK二级调制系统，用频谱分析仪观察调制前后的频谱，用示波器观察调制信号前后的波形。调制仿真电路如图3-1所示：《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第5页共26页图3-12ASK调制仿真电路图2ASK调制仿真电路中基带信号系数、一级调制载波参数和二级调制载波参数分别对应图3-2、图3-3、图3-4。图3-2基带信号参数《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第6页共26页图3-3一级调制载波参数图3-4二级调制载波参数《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第7页共26页2ASK基带信号频谱以及调制信号频谱如图3-5、3-6。图3-52ASK基带信号频谱图3-62ASK调制信号频谱《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第8页共26页示波器如图3-7，分别显示的是：2ASK基带信号波形、一级调制波形和二级调波形。图3-72ASK调制信号波形3.2无噪声的2ASK调制解调电路及误码率分析在调制电路的基础上加入两个解调载波、低通滤波器和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，用误码分析仪观看无噪声时的误码率。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《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第9页共26页运行仿真后误码率如图3-9所示，因为仿真电路里无噪声存在，所以误码率为0。抽样判决器的参数如图3-11，因为抽样判决器是用来判断高低电平信号的，所以第一设置是判决门限，这里设置0.2为判决门限，即大于0.2的电平为1，小于0.2的为0图3-9无噪声2ASK的解调误码率图3-10误码率计数器参数《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第10页共26页图3-11抽样判决器参数无噪声的2ASK基带信号频谱如图3-12，无噪声的2ASK二级调制信号频谱如图3-13，无噪声的2ASK解调信号频谱如图3-14。图3-12无噪声的2ASK基带信号频谱《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第11页共26页图3-13无噪声的2ASK二级调制信号频谱图3-14无噪声的2ASK解调信号频谱《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第12页共26页无噪声的2ASK调制解调波形如图3-15所示，其显示波形分别对应数字基带信号、一级调制信号、二级调制信号、二级解调信号、一级解调信号、抽样判决后的解调信号。图3-15无噪声2ASK调制解调波形根据上面的波形可知在无噪声情况下得出的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的延迟，属于正常现象。3.3加噪声的2ASK调制解调电路及误码率分析在上面调制解调仿真电路的二级调制之后的信号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3-16所示，高斯噪声发生器的参数如图3-17，抽样判决器的参数如图3-18。《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第13页共26页图3-16加高斯噪声的2ASK调制解调仿真电路图图3-17高斯噪声发生器参数《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第14页共26页图3-18加入高斯噪声的2ASK解调误码率2ASK基带信号频谱如图3-18，加入高斯噪声的2ASK调制信号频谱如图3-20，加入高斯噪声的2ASK解调信号频谱如图3-21。图3-19加入高斯噪声的2ASK基带信号频谱《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第15页共26页图3-20加入高斯噪声的2ASK调制信号频谱加入高斯噪声的2ASK解调信号频谱图3-22加入高斯噪声的2ASK解调误码率《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第16页共26页加入高斯噪声的2ASK调制解调电路波形如图3-23，其显示分别为2ASK基带信号、一级调制信号、加入高斯噪声二级调制信号、二级解调信号、一级解调信号、抽样判决后的解调信号。加入高斯噪声的2ASK调制解调电路波形根据上面的波形可知道高斯噪声对信道产生了一定的影响，由误码率分析器来对噪声进行分析，得到2ASK信号受到高斯噪声干扰后误码率为0.0375，并不是很大，说明2ASK调制解调电路正常。用瑞利噪声发生器更换加高斯噪声的2ASK调制解调仿真电路中的高斯噪声发生器，为了达到较低的误码率，更改抽样判决参数。加瑞利噪声的2ASK调制解调仿真电路如图3-24所示：《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第17页共26页加瑞利噪声的2ASK调制解调仿真电路图瑞利噪声发生器参数如图3-25，抽样判决器参数如图3-26。图3-25瑞利噪声发生器参数《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第18页共26页抽样判决器参数2ASK基带信号频谱如图3-27，加入瑞利噪声的2ASK调制信号频谱如图3-28，加入瑞利噪声的2ASK解调信号频谱如图3-29图3-272ASK基带信号频谱《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第19页共26页图3-28加入瑞利噪声的2ASK调制信号频谱图3-29加入瑞利噪声的2ASK解调信号频谱加入瑞利噪声的2ASK调制解调电路波形如图3-31，其显示分别为基带信号、一级调制信号、加入瑞利噪声二级调制信号、二级解调信号、一级解调信号、抽样判决后的解调信号。《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第20页共26页图3-30加入瑞利噪声的2ASK解调误码率图3-31加入瑞利噪声的2ASK调制解调电路波形根据上面的波形可知道瑞利噪声对信道几乎不产生的影响，由误码率分析器来对噪声进行分析，得到2ASK信号受到瑞利噪声干扰后误码率为0.0025，太小了。从波形上就看不出误差，说明2ASK调制解调电路正常。用莱斯噪声发生器更换加高斯噪声的2ASK调制解调仿真电路中的高斯噪声发生器，为了达到较低的误码率，更改抽样判决参数。加莱斯噪声的2ASK调制解调仿真电路如图3-32所示：《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第21页共26页图3-32加莱斯噪声的2ASK调制解调仿真电路瑞利噪声发生器参数如图3-33，抽样判决器参数如图3-34。图3-33瑞利噪声发生器参数《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第22页共26页图3-34抽样判决器参数2ASK基带信号频谱如图3-35，加入莱斯噪声的2ASK调制信号频谱如图3-36，加入莱斯噪声的2ASK解调信号频谱如图3-37图3-352ASK基带信号频谱《2ASK/2ASK调制与解调系统的MATLAB实现及性能分析》第23页共26页图3-36加入莱斯噪声的2ASK调制信号频谱图3-37加入莱斯噪声的2ASK解调信号频谱加入莱斯噪声的2ASK