二进制数字频带传输系统设计2ASK系统

1、目录1 技术要求12 基本原理12.1二进制振幅键控（2ASK）12.2 2ASK调制原理及框图22.3 2ASK解调原理及框图23 建立模型描述33.1 用MATLAB实现二进制振幅键控（2ASK）的调制和解调33.2 用SystemView来实现二进制振幅键控（2ASK）的调制和解调44 模块功能分析及源程序代码44.1 MATLAB源程序代码44.2 SytemView模块功能分析95 调试过程及结论125.1基于MATLAB的2ASK调制解调仿真过程及结论125.2 基于SystemView的2ASK调制解调仿真过程及结论156 心得体会187 参考文献18二进制数字频带传输系统设计2

2、ASK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2.1二进制振幅键控（2ASK）振幅键控（也称幅移键控），记做ASK,或称其为开关键控（通断键控），记做OOK 。二进制数字振幅键控通常记做2ASK。 对于振幅键控这样的线性调制来说，在二进制里，2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续的输出

3、，有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。根据线性调制的原理，一个二进制的振幅调制信号可以表示完成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的乘积。2ASK信号可表示为 式中,为载波角频率，s(t)为单极性NRZ矩形脉冲序列 其中，g(t)是持续时间为、高度为1的矩形脉冲，常称为门函数； 为二进制数字 2.2 2ASK调制原理及框图通常，二进制振幅键控信号的产生方法有两种，如下图2.2所示。图2.2（a）就是一般的模拟调制方法，不过这里的是s（t）由上式规定，即图2.2（b）就是一种键控方法，这里开关电路受s(t)控制。二进制振幅键控信号，若一个信号状态始终为零，相当于处于断开状态

4、，即此时常称为通断键控信号（OOK）信号 图1 图22.3 2ASK解调原理及框图如同AM信号的解调方法一样，OOK信号也有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波）和（同步检波）。相应的接收系统组成的方框图如图所示。 二进制振幅键控方式是数字调制中出现最早的，也是最简单的。这种方法最初用于电报系统，但由于它在抗噪声的能力上较差，故在数字通信系统中用得不多。 带通滤波器（BPF）恰好使2ASK信号完整地通过，经包络检测后，输出其包络。低通滤波器（LPF）的作用是滤除高频杂波，使基带信号（包络）通过。抽样判决器包括抽样、判决及码元形成器。定时抽样脉冲（位同步信号）是很窄的脉冲，通常位于每个码元的

5、中央位置，其重复周期等于码元的宽度。不计噪声影响时，带通滤波器输出为2ASK信号，即，包络检波器输出为s(t)。经抽样、判决后将码元再生，即可恢复出数字序列。 图3 2ASK非相干解调接收系统 图4 2ASK相干解调接收系统3 建立模型描述3.1 用MATLAB实现二进制振幅键控（2ASK）的调制和解调在这里我们用两种方法来对这个二进制振幅键控（2ASK）来实现调制与解调的仿真。第一种方法即是用MATLAB函数来实现，二进制振幅键信号可以表示完成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的乘积。通常它的调制方法有两种，即模拟幅度调制方法和键控方法，在MATLAB里我们采用模拟幅度调制的方法，解调采

6、用相干解调（包络检波法）的方式。我们用SOURCE函数来产生一个原始二进制基带信号，即一个单矩形脉冲序列。以askModu函数来进行模拟幅度调制，得到一个已调2ASK信号，并用此函数进行此2ASK信号的频谱分析。然后用gussian函数加入加性高斯白噪声，再用demoASK函数进行想干解调并分别输出各点的输出波形，最后经过抽样判决后得出输出波形。同时我们用CheckRatePe函数来得出误码率，最后运行主函数ASK_main可以看到各种波形。3.2 用SystemView来实现二进制振幅键控（2ASK）的调制和解调用systemview软件我们可以根据调制解调框图来分模块经行仿真，在这里我们同

7、样用模拟调制方法，并采用相干解调和非相干解调两种方式经行解调，如下图图5其中模块0输出随机的0、1方波序列，经模块1与一定频率的正弦波（模块2）相乘，即得到模拟调制的二进制振幅键控(2ASK)信号，模块3和模块10为低通滤波器，模块12是与模块2同步的载波，用于同步检测法。模块18、19为抽样判决器，他们提供一个比较电位来实现电压判决。模块21、6、15、16、17为输出窗口。4 模块功能分析及源程序代码4.1 MATLAB源程序代码 source函数function sendSignal=source(n,N) sendSignal=randint(1,n) bit=; for i=1:le

8、ngth(sendSignal) if sendSignal(i)=0 bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bit=bit,bit1; end figure(1) plot(1:length(bit),bit),title('发送端二进制波形'),grid on; axis(0,N*length(sendSignal),-2,2);end4.1.2 askModu函数源程序function transmittedSignal=askModu(signal,bitRate,fc,N) %signal=1 0 1 0 1 0 0 1;

9、% bitRate=1000000;% fc=1000000;% N=32; t=linspace(0,1/bitRate,N); c=sin(2*pi*t*fc); transmittedSignal=; for i=1:length(signal) transmittedSignal=transmittedSignal,signal(i)*c; endfigure(2) plot(1:length(transmittedSignal),transmittedSignal);title('ASK调制波形 ');grid on;figure(3)m=0:length(trans

10、mittedSignal)-1;F=fft(transmittedSignal);plot(m,abs(real(F),title('ASK仿真频谱分析');grid on;%figure(4)%plot(m,imag(F);title('ASK_frequency-domain analysis imag');%grid on;End gussian函数源程序function signal=gussian(transmittedSignal,noise) signal=sqrt(2)*transmittedSignal; signal=awgn(signal,

11、noise); figure(5) plot(1:length(signal),signal); title('包含噪声的波形'),grid on;end CheckRatepe函数源程序function PeWrong=CheckRatePe(signal1,signal2,s)rights=0;wrongs=0;for ki=1:s-2 if(signal1(ki)=signal2(ki) rights=rights+1; else wrongs=wrongs+1; endendPeWrong=wrongs/(wrongs+rights);End demoASK函数源程序f

12、unction bitstream=demoASK(receivedSignal,bitRate,fc,n,N) load num signal1=receivedSignal; signal2=abs(signal1); %整流 signal3=filter(num1,1,signal2); %LPF,包络检波¨ IN=fix(length(num1)/2); %延迟时间 bitstream=; LL=fc/bitRate*N; i=IN+LL/2; while (i<=length(signal3) %判决 bitstream=bitstream,signal3(i)>

13、;=0.5; i=i+LL; end figure(6) subplot(3,1,1); plot(1:length(signal1),signal1);title('接收端波形(包含噪声)');grid on; subplot(3,1,2); plot(1:length(signal2),signal2);title('整流之后的波形');grid on; subplot(3,1,3); plot(1:length(signal3),signal3);title('LPF滤波后的包络波形');grid on; bit=; for i=1:len

14、gth(bitstream) if bitstream(i)=0 bit1=zeros(1,N); else bit1=ones(1,N); end bit=bit,bit1; end figure(7) plot(bit),title('接收端二进制波形'),grid on; axis(0,N*length(bitstream),-2.5,2.5);end4.1.5 ASK_main函数源程序close allclear all%ti=0;fpeask=;startn=-6;endn=18;for ti=startn:endnn=1000;%n=16;fc=1000000;

15、%fc>=bitRate fc/bitRate为每个包含sin周期个数bitRate=1000000;N=50;%noise=ti;noise=10;signal=source(n,N);transmittedSignal=askModu(signal,bitRate,fc,N);signal1=gussian(transmittedSignal,noise);configueSignal=demoASK(signal1,bitRate,fc,n,N);%configueSignal;P=CheckRatePe(signal,configueSignal,n)fpeask=fpeask,

16、P;endfigure(8);semilogy(startn:length(fpeask)+startn-1,fpeask);grid on;title('ASK误码率 ');xlabel('r/dB');ylabel('PeASK');save PeRate.mat fpeask%4.2 SytemView模块功能分析 幅度调制模块分析图6 ASK模拟幅度调制模块0：信号源，幅度为1V，频率为10HZ，偏移量为1，相位为0，点平数为2。见下图图7模块1：乘法器模块2：正弦载波幅度为1V，频率50HZ，相位为0。见下图图8 相干解调&非相

17、干解调模块分析图9 相干解调&非相干解调其中图上上面一种为非相干解调（包络检波法），下面为相干解调（同步检测法）。模块3、10为带通滤波器。模块5、13为低通滤波器，截止波频率为10HZ。模块12为载波，与模块2相同，频率为50hz。模块18、19为比较器，设置一个参考电平，当输入大于或等于此点位时判1，小于时则判0。模块20为阶跃电平，用来设置比较器的参考电平。此时参考电平设置为200e-3V。5 调试过程及结论5.1基于MATLAB的2ASK调制解调仿真过程及结论 仿真过程中的各点波形图10 发送端二进制波形图11 已调2ASK波形图12 2ASK频谱分析图13 加入加性高斯白噪声

18、后的2ASK波形图14 解调过程中各点的输出波形图15 解调后的波形 调试过程及结论按照设计的调制解调框图，根据每部分在整个系统的作用写好程序，运行寻找错误并修改，最后得到可以满足本设计的程序。运行程序，便可观察各点的波形，通过比较所得波形与预期波形，发现两者基本吻合，说明程序无误，设计满足此任务的要求。5.2 基于SystemView的2ASK调制解调仿真过程及结论 仿真过程中的各点波形图16 初始输入的方波图17 已调2ASK信号波形图18 经过抽样判决后和未经过抽样判决前波形比较图19 相干解调和非相干解调波形比较图20 综合各点波形对照 仿真过程及结论按照试验原理框图在SystemVi

19、ew中调出模块，并实现相关功能，设置相关参数是能得到符合设计要求的各点波形，运行并观察仿真波形，比较其与应得波形，发现基本符合则设计达到预期，试验成功。我们还可以用此软件进一步观察比如频谱分析图，眼图等相关波形。6 心得体会在此次课程设计中，我所选的课题为二进制振幅键控（2ASK）信号的调制解调系统设计及其在MATLAB和SystemView上的仿真实现。在本学期所学课程通信原理中，我对2ASK信号有了一定的了解，诸如一个二进制振幅监控信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘，而通常2ASK信号的产生有模拟幅度调制法和键控法两种，前者主要用一个乘法器实现，后者的主要部件是开关电路。同样，2ASK信号的基本解调方法也是有两种：