二进制数字频带传输系统设计

1、武汉理工大学专业课程设计3（通信原理）课程设计说明书二进制数字频带传输系统设计2ASK系统1.技术要求 设计一个2ASK数字调制系统，要求： (1)设计出规定的数字通信系统的结构； (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) 用Matlab或SystemView 实现该数字通信系统； (4) 观察仿真并进行波形分析； (5) 系统的性能评价。2.基本原理2.1 2ASK的定义 振幅键控（移幅键控）即ASK，是正弦载波的幅度随着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

2、概率为P，发送1符号的概率为1-P，且相互独立。则该二进制的序列可以表示为S(t)=ang(t-nTs),an=0 概率P 1 概率1-P Ts是二进制基带信号的时间间隔，g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲，且g(t)=1 0tT0 其他则可以写出2ASK的表达式为S2ASKt=ang(t-nTs)cosct=S(t)cosct二进制振幅键控信号时间波型如图1所示，可以看出2ASK信号的波形随二进制基带信号S(t)通断变化，所以又称为通断键控信号(OOK信号)图1 2ASK信号的波形2.2 2ASK的调制 2ASK的调制有两种方法，第一种是利用模拟乘法器将S（t）与载波信号相乘，故称模拟乘积法

3、。图2 乘积法的调制第二种方法，因2ASK信号的特征是对载波的“通-断键控”，用一个模拟开关作为调制载波的输出通/断控制门,由而进制序列S(t)来控制门的通断，S（t）=1时开关导通； S（t）=0时开关截止，这种方法称为通-断键控法。图3 键控法调制2.3 2ASK的解调 2ASK的的解调方法有两种：相干解调和非相干解调。相干解调需要将载频位置的已调信号频谱重新搬回原始基带位置，因此用相乘器与载波相乘来实现。为确保无失真还原信号，必须在接收端提供一个与调制载波严格同步的本地载波，这是整个解调过程能否顺利完好进行的关键。其解调原理如图（4）所示图4 相干解调原理图包络检波器通常由整流器和低通滤

4、波器组成，可以直接从已调波中提取原始基带信号，比较简单，其原理如图（5）所示图5 非相干解调原理图在非相干解调的过程中各个点的波形如图（6）所示图6 非相干解调各个点的波形2.4 2ASK的功率谱密度2ASK信号的双边功率谱密度的表达式为P2ASK(f)=14fsP(1-P)G2(f+fc)2+G2(f-fc)2+14fs2(1-P)2G(0)2f+fc+f-fc上式表明2ASK信号的功率谱密度由两部分组成（1）由g(t)经线性幅度调制所形成的双边带连续谱（2）由被调载波分量确定的载频离散谱。2ASK信号的单边带功率谱如图（7）所示图7 2ASK信号的单边功率谱密度 对信号进行频域分析的主要目

5、的之一就是确定信号的带宽。在不同应用场合，信号带宽有多种度量定义，但最常用和最简单的带宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的“谱零点带宽”，这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣包含信号大部分功率的信号。显然，2ASK信号的谱零点带宽为：B2ASK=fc+Rs-fc-Rsf0=2Rs 式中，Rs为二进制序列的码元速率，它与二进制序列的信息率（比特率）Rb（bit/s）在数值上相等。3. 建立模型描述3.1 simulink方案（1）乘积法调制+相干解调 加入高斯白噪声，检测误码率图8 simulink方案一原理图（2）键控法调制+非相干解调图9 simulink方案二1）二进制基带信号图10 二进制基带信

6、号2）正弦载波发生器图11 正线载波3）带通滤波器图12带通滤波器4）低通滤波器图13 低通滤波器5）高斯白噪声图14高斯白噪声3.2 SystemView 方案 调制部分采用乘积法，解调部分采用相反解调图15SystemView方案 模块0是基带信号，4和17是正弦载波，3和16是乘法器，8是带通滤波器，10是低通滤波器，14是抽样判决器3.3 Matlab编程方案在此次设计中，由于对Matlab编程不是特别熟练，仅实现了模拟调制，信道加噪，相干解调（仅使用低通滤波）。这里用到的主要函数有：rand随机数产生函数，ellipord椭圆滤波器阶数选择函数，ellip椭圆滤波器产生函数，filt

7、er滤波函数。使用编程主要是信号的产生和滤波器的编写，而重中之重是滤波器的设计，如果能设计出较好的滤波器，基本上编程不存在难度。 4. 模型组成模块功能描述或程序注释4.1 simulink方案4.1.1方案一调制及信道模块仿真模块实现模拟调制法：基带信号与载波相乘，以及信道加高斯噪声图16 方案一调制及信道模块图各个元件的参数设置如下图17 基带信号的参数设置图18 正弦载波的参数设置图19高斯白噪声的参数设置4.1.2方案一解调模块图20 方案一解调模块各个元件的参数设置如下图21 带通滤波器的参数设置图22 低通滤波器的参数设置图23 判决器的参数设置图24 误码率的参数设置4.1.3

8、方案二调制及信道模块图25 方案二调制及信道调制及信道的元器件参数设置表1 调制及信道的元件参数元件名参数 随机二进制信号Initial seed=61，Sample time=1正弦载波信号Amplitude=1，Frequency=200，Phase=0，Sample time=0.001键控开关Threshold=100e-7高斯噪声发生器Variance=1，Initial seed=41，Sample time=24.1.4方案二解调模块图26方案二解调模块表2 解调模块各个元件参数设置元件名参数带通滤波器Filter order=1，Lower passband edge freq

9、uency=150 ，Upper passband edge frequency=250低通滤波器Filter orde=1，Passband edge frequency=250抽样判决器Quantization partition: -1 -.1 .1 1Quantization codebook：-.825 -.7 0 .7 .8254.2 simulink方案4.2.1 调制模块图27 simulink方案调制模块图28基带信号的参数图29 正弦载波的参数4.2.2 解调模块图30 simulink方案解调模块图31 带通滤波器的参数图32 低通滤波器的参数图33 判决器的参数4.3

10、MATLAB编程方案clear;close all;%随机生成原始信号 t=0:0.0001:1-0.0001;%取10000个采样点 f=100; %载波参数设置 carrier=cos(2*pi*f*t); M=500; p=length(t)/M; %每500个点分成一份共20份 randNum=rand(1,p); %产生20个随机数 Signal=zeros(1,length(t); %产生10000个全0序列 for i=1:p %将随机数判为1或0 if randNum(i)>=0.5 randNum(i)=1; else randNum(i)=0; end end for

11、 j=0:p-1; %产生原始信号，共20个码元 for n=1:M; Signal(j*M+n)=randNum(j+1); end endASK_Signal=carrier.*Signal; % 调制信号信道 noise=randn(1,10000)/5; %噪声生成 ASK1=ASK_Signal+noise; %加噪处理ASK2=ASK_Signal.*carrier;%与本地载波相乘 %低通椭圆滤波器 fp=20;fs=80;Fs=8000; %通带截止频率，阻带截止频率 rp=1;rs=40; %通带波动，阻带衰减 wp=2*pi*fp/Fs; ws=2*pi*fs/Fs; N,

12、Wn=ellipord(wp,ws,rp,rs); %椭圆滤波器阶数选择函数 b,a=ellip(N,rp,rs,Wn); %椭圆模拟滤波器原型 ASK_out=filter(b,a,ASK2); %滤波 %判决器 panjue=max(ASK_out)/2; for i=0:p-1 if ASK_out(i*M+M/2)>panjue ASK_out1(i*M+1:i*M+M)=1; %判决输出1 else ASK_out1(i*M+1:i*M+M)=0; %判决输出0 end end figure(1) subplot(5,1,1);plot(t,Signal);axis(0,1,-

13、0.1,1.1);grid on; xlabel('时间/s');ylabel('幅值');title('原始信号'); subplot(5,1,2);plot(t,ASK_Signal);grid on;xlabel(' 时间/s');ylabel('幅值');title('调制信号'); subplot(5,1,3);plot(t,ASK1);grid on; xlabel('时间/s');ylabel('幅值');title('加噪信号'); s

14、ubplot(5,1,4);plot(t,ASK_out);axis(0,1,-0.1,1.1);grid on; xlabel('时间/s');ylabel('幅值');title('滤波器输出'); subplot(5,1,5);plot(t,ASK_out1);axis(0,1,-0.1,1.1);grid on; xlabel('时间/s');ylabel('幅值');title('解调信号');5调试过程及结论5.1 simulink方案5.1.1 方案一调试过程中各点的波形如图所示图34

15、 原始的基带信号图35 正弦载波信号图36 调制后的信号图37 经过带通滤波器之后的信号图38 经过乘法器之后的信号图39 经过低通滤波器后的信号图40 判决后的信号图41 误码率显示5.1.2 方案二调试过程中各点的波形如图所示图42 基带，载波，调制后的信号图43 经过带通，整流器，低通，判决后的信号图44 调制后的功率谱密度5.2 system view 方案调试中个点的信号如图所示图45 基带，调制后，带通后的信号图46 乘法器，低通，判决后的信号5.3MATLAB编程图47 MATLAB编程过程中个点的信号波形5.4调试结论 从仿真的结果来看，本次设计仿真是成功的，有缺陷的地方是加了

16、误码率器件后存在延时，主要是延时调的不是很好，另外在抽样判决的参数设置上也不是很理想。6.心得体会 经过两个多星期的通信原理的课程设计，我完成了2ASK数字信号频带传输系统的设计。再设计的时候遇到了很多问题，但通过自己的思考，再加上查找一些课外资料，最终成功的完成了整体设计要求。通过前期自己查资料，由于这方面的知识上课的时候学过，所以原理方面并没有多大的问题，经过几天的修改，我完成了要求的设计方案，画出了设计原理框图。接下来我根据所画的原理框图运用SystemView和simulink软件完成了原理图的设计，在画图的时候对两种软件的认识不够，很多期间都找不到，不得不找一些课外资料，学习相关的知

17、识。画完原理框图后用了一段时间对波形进行仿真调试。在调试的过程中，我遇到了一些问题，刚开始并不能正确输出所有的波形，经过错误分析与不断修改，最后解决了问题，能够正确运行并输出正确的仿真波形。通过本次实验，我对Systemview软件和simulink软件的应用有了很多的学习，但是还是有很多地方不能熟练运用，在以后的学习中应该多锻炼，争取掌握的更好。这次课程设计，大大地提高了我的分析解决问题的能力，在这一过程中，我根据课程设计题目所给定的总题要求，独立设计、分析，在面对问题时，能够耐心思考，解决了很多问题，从中也学到了很多书面上所没有讲明的问题。总之，这次课程设计，让我学到了很多有用的知识，对我

18、以后的学习有很大的帮助与提高通过这次课程设计，我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了自己的学习成果。设计的整个过程，锻炼了我们的思考与运用的知识能力，并且学习到做研究的耐心与专注力，要有一丝不苟的态度。这次设计，让我认识到自己对于知识的运用和衔接还不够熟练，我将在以后的学习中继续努力，提高自己对于学习到的理论知识的应用能力。7.参考文献1 樊昌信，曹丽娜.通信原理.北京:国防工业出版社，20062周建兴.MATLAB从入门到精通M.北京:人民邮电出版社，2008目录1.技术要求12.基本原理12.1 2ASK的定义12.2 2ASK的调制22.3 2ASK的解调32.4 2ASK的功率谱密度43. 建立模型描述43.1 simulink方案43.2 Syst