基于Simulink的数字通信系统仿真采用2ASK调制技术

摘要Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境Simulin作为一种专业和功能强大且操作简单的仿真工具，目前已被越来越多的工程技术人员所青睐，它搭建积木式的建模仿真方式既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。本文主要是以simulink为基础平台，对2ASK信号的仿真。文章第一章内容是对simulink的简单介绍；第二章是对2ASK信号调制及解调原理的详细说明；第三章是本文的主体也是这个课题所要表现的主要内容，第三章是2ASK信号的仿真部分，调制和解调都是simulink建模的的方法，在解调部分各信号都是采用相干解调的方法，而且在解调的过程中都对整个系统的误码率在display模块中有所显示本文的主要目的是对simulink的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。目录摘要.....................................................................11.绪论...................................................................22.二进制振幅键控(2ASK)原理...............................................43.2ASK信号的功率谱密度..................................................64.2ASK的调制与解调仿真..................................................74.12ASK无干扰仿真.....................................................74.22ASK信道干扰信号仿真..............................................12总结....................................................................14参考文献................................................................141、绪论通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息(Information)。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者)，它的一般模型如图1-1所示。信息源发送设备信道接收设备受信者↑噪声源图1-1通信系统一般模型通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-2所示，信数信信数信信源道字受道源字信息编编调解译译信源码码调码码者制道器器器器器器↑噪声源图1-2数字通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-3所示。信息源调制器信道解调器受信者噪声源图1-3模拟通信系统模型数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。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。图1-4数字调制系统的基本结构数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK或DPSK)。本章重点论述2ASK数字调制系统的原理及其抗噪声性能。2、二进制振幅键控(2ASK)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其中:Ts是二进制基带信号时间间隔,g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲:则二进制振幅键控信号可表示为二进制振幅键控信号时间波型如图2-1所示.由图2-1可以看出,2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化,所以又称为通断键控信号(OOK信号).二进制振幅键控信号的产生方法如图2-3所示,图(a)是采用模拟相乘的方法实现,图(b)是采用数字键控的方法实现.由图2-1可以看出,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2-3所示.2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图2-4所示.图2-1二进制振幅键控信号时间波型图2-2二进制振幅键控信号调制器原理框图图2-3二进制振幅键控信号解调器原理框图图2-42ASK信号非相干解调过程的时间波形3、2ASK信号的功率谱密度若二进制基带信号s(t)的功率谱密度Ps(f)为则二进制振幅键控信号的功率谱密度为整理后可得式中用到1,2P1ssfT。二进制振幅键控信号的功率谱密度如图3-1所示，由离散谱和连续谱两部分组成。续谱两部分组成。离散谱由载波分量确定，连续谱由基带信号波形g(t)确定，二进制振幅键控信号的带宽B2AS是基带信号波形带宽B的两倍,即B2ASK=2B图3-1二进制振幅键控信号的功率谱密度4、2ASK的调制与解调仿真4.12ASK无干扰仿真4.1.1建立模型方框图2ASK信号的调制部分由DSP模块中的sinwave信号源、方波信号源、相乘器等模块组成；2ASK的解调分为相干解调和非相干解调法，下面采用相干解调法对2ASK信号进行解调，相干解调也叫同步解调，就是用已调信号恢复出载波——既同步载波，再用载波和已调信号相乘，经过低通滤波器和抽样判决器恢复出S(t)信号。Simulink模型图如下所示：图4-1-12ASK信号调制解调的模型方框图其中正弦信号是载波信号，方波代表S（t）序列的信号源，正弦信号和方波相乘后就得到键控2ASK信号。4.1.2参数设置建立好模型之后，开始设置各点的参数，为了更好的恢复出信源信号，所以在此直接使用原载波信号作为同步载波信号。从正弦信号源开始依次的仿真参数设置如下：图4-1-2正弦信号参数设置其中sin函数是幅度为1频率为10Hz采样周期为0.002的双精度DSP信号图4-1-3方波信号源的参数设置方波信号是基于采样的，其幅度设置为1，周期为3，占1比为2/3下面是低通滤波器的参数设置：图4-1-4低通滤波器的参数设置图4.1.3系统仿真及各点波形图经过上面参数的设置后，就可以进行系统的仿真下面是示波器显示的各点的波形图：图4-1-5各点的时间波形图4.22ASK信道干扰信号仿真4.2.1建立simulink模型方框图下图为增加信道干扰信号后的simulink仿真模型图，如下所示：图4-2-12ASK干扰信号的调制解调simulink模型方框图4.2.2系统仿真及各点时间波形图图4-2-22ASK信号解调的各点时间波形图总结：在这次课程设计过程中，我获益匪浅。通过这个实验，让我清楚地了解和掌握了Simulink的功能，实现了所学2ASK调制解调的仿真，对2ASK的原理更加熟悉了，并巩固了数字调制系统的相关知识点。体会到理论和实际是有好大不同的，实践离不开理论，理论只有应用于实践才能发挥其作用。学过的东西，只有自己实际去做了才能更熟悉，才能对其本质更了解。在将理论用各种方法实现的同时，我们也在不断的搜集资料，不断的学习，获得更多的相关知识。在对MATLAB的应用中和学习别人的程序时，我体会到MATLAB的功能之强大，应用之广泛，任何一件作品都是没有最好，只有更好，但是无论通过怎样的途径，我们都能表达出理论的成果。因此对其产生了更大的兴趣，很有感觉。总之这次课程设计使我收获甚大。参考文献：[1]王兴亮编著，《数字通信原理与技术》，西安电子科技大学出版社，第二版[2]徐明远邵玉斌编著，《MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用》，西安电子科技大学出版社，2005[3]孙屹吴磊编著,《Simulink通信仿真开发手册》,国防工业出版社,2003项目设计评语项目设计成绩指导教师（签字）年月日