基于Simulink的数字通信系统仿真采用2ASK调制技术

目录1、课程设计的目的....................................................12、课程设计的基本要求............................................13、简述........................................................................14、ASK数字信息系统模型及仿真环境...................15、2ASK幅移键控(AMPLITUDESHIFTKEYING)原理26、2ASK信号的功率谱密度.....................................57、2ASK的调制与解调仿真.....................................67.1数字信号传输的实现......................................67.2各模块参数说明：.........................................67.3系统性能评价...............................................138、总结与体会..........................................................1411.课程设计的目的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.课程设计的基本要求对数字通信系统主要原理和技术进行研究，包括二进制振幅键控（2ASK）及解调技术和高斯噪声信道原理等。建立数字通信系统数学模型；建立完整的基于2ASK的模拟通信系统仿真模型；对系统进行仿真、分析。3.简述通信技术，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4.ASK数字信息系统模型及仿真环境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，2信息源基带信号形成器信道接收滤波器收信者噪声源图1-2数字通信系统模型仿真框图可以分为四部分：（1）数字信号的生成与调制：①数字信号的生成：数字信号采用Bernoullibinarygenerator产生。②调制：数字调制有调幅、调相、调频三种基本形式，并可以派生出其它形式，数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端也只要对载波信号的离散调制参量进行检测。数字调制信号，在二进制时有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）。调制采用正弦载波数字调制系统，设定其频率为8000rad/sec,（2）数字信号在信道中的传输：将随机二进制信号与高频载波信号相乘后，通过带通滤波器，滤除干扰，然后通过加性的高斯白噪声信道（3）对接收到的信号进行解调：解调采用相干解调。（4）观察输出结果。这里有两个结果同时输出。在图形窗口中显示的是基带数字信号、信道上叠加的高斯白噪声信号和计算出的同步信号。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。5.2ASK幅移键控(Amplitudeshiftkeying)原理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制数码而已。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，3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。二进制振幅键控信号时间波型如图5-1所示.由图5-1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5-3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5-1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5-3所示.2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图5-4所示:图5-1二进制振幅键控信号时间波型4图5-2二进制振幅键控信号调制器原理框图图5-3二进制振幅键控信号解调器原理框图5图5-42ASK信号非相干解调过程的时间波形6、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6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6.2ASK的调制与解调仿真6．1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6.1所示：6.2各模块参数说明：1、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6-2所示：7（a）未加噪声时的仿真图图6-1数字信号传输模型实现框图sinewave:2、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.3、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。84、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，经带通滤波器后示波器1显示的波形如图6-3所示：图6-2二进制比特流波形5、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经过加性的高斯白噪声信道后的波形接示波器2后显示如图6-4所示：9图6-3经带通滤波器后的已调波形10图6-4已调信号经AWGNChannel后的波形6、Bandpass1：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3后显示波形如图6-5所示：图6-5接收端信号通过带通滤波器后波形7、Product1: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4后显示波形如图6-6所示：11图6-6示波器4显示波8、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，低通滤波器的信号经过低通滤波器后接至示波器5后的显示波形图6-7所示：图6-7示波器5显示波形9、SampledQuantizerEncode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Sampled12QuantizerEncode进行适当的参数设置可以用来实现抽样判决。经抽样判决后的波形（即最后的输出波形）如图6-8所示：图6-8最后输出波形综合各种波形进行对比，将其放在同一滤波器中进行比较如图6-9所示，更加清晰的观察调制与解调情况。13图6-9各种输出波形对比6.3系统性能评价通过改变信噪比,可得显示误码率的曲线，如6-10图所示：编写程序为：x=0:10Fori=1:length(x)Y(i)=[0.150,0.100,0.094,0.092,0.080,0.050,0.042,0.020,0.005,0.001];endsemilogy(x,y);14信噪比（s0/n0）图6-10误码率曲线图可见，随着信噪比的增大，系统传输误码率呈指数规律降低。7.总结与体会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。15参考文献：[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[4]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[5]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月项目设计评语项目设计成绩指导教师（签字）年月日16