2ASK系统的仿真设计

./课程设计数字原理数字原理课程设计课程设计报告班级：姓名：学号：指导教师：成绩：电子与信息工程学院电子与信息工程学院信息与通信工程系摘要-2-Abstract-2-1背景知识-3-1.1数字频带传输系统-3-1.2二进制振幅键控<2ASK>-3-1.2.1基本原理-3-1.2.22ASK实际应用价值-5-1.3设计平台简介-5-1.3.1MATLAB简介-5-1.3.2Simulink简介-5-22ASK系统仿真设计-6-2.12ASK相干解调设计框图-6-2.2应用Simulink进行2ASK相干解调仿真框图-6-2.3选用模块以及参数设定[3]-7-2.4MATLAB编程[3]-12-3仿真结果-19-3.1Simulink仿真波形-19-3.2Simulink仿真波形的分析-20-3.3编程呈现的波形-20-心得体会-22-致-22-参考文献-22-摘要调制解调技术作为现代通信系统关键技术之一,一直是备受关注。二进制数字振幅键控是一种古老的调制方式,也是各种数字调制的基础。本次设计主要是利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个2ASK仿真系统。用示波器观察调制前后的信号波形,以及加上噪声源后的波形变化。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：调制解调;2ASK仿真系统；SimulinkAbstractAsoneofthekeytechnologiesinmoderncommunicationsystemofmodulationanddemodulationtechnology,hasbeenpaidmuchattention.Thebinaryamplitudeshiftkeyingisakindofancientmodulation,whichisthebasisofallkindsofdigitalmodulation.ThisdesignismainlySimulinksimulationplatformbasedonMATLABintegratedenvironment,thedesignofa2ASKsimulationsystem.Toobservethesignalwaveformmodulationandtheoscilloscope,plusnoisesourcewaveformchanges.2ASKmodulationanddemodulationofthesimulationfunctionsimulationbySimulink.KeyWord:Modulationanddemodulation;2ASKsimulationsystem;Simulink基于MATLAB的2ASK系统的研究与仿真1背景知识1.1数字频带传输系统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1.1-1数字调制系统的基本结构[1]Fig1.1-1Thebasicstructureofdigitalmodulationsystem数字调制与模拟调制原理是相同的,但是数字信号有离散取值的特点。基本的三种数字调制方式是：振幅键控<ASK>、移频键控<FSK>和相移键控<PSK>。1.2二进制振幅键控<2ASK>基本原理振幅键控是利用载波的幅度变化来传递信息,而其频率和初相位保持不变。在2ASK中,载波幅度只有两种变化,分别对应二进制信息"0"或"1"。2ASK信号其表达式是：<-1>其中：〔-2式中：Ts为码元持续时间；g〔t为持续时间为Ts的基带脉冲波形。通常假设g<t>是高度为1、宽度为Ts的矩形脉冲；an是第n个符号的电平取值。〔-32ASK信号产生通常有两种：模拟调制法〔相乘器法和键控法,相应的调制器如图-1所示。图-1模拟相乘法〔上数字键控法〔下[1]Fig-1Analogmultiplication<on>digitalkeying<below>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所示。图-2非相干解调方式〔a相干解调方式〔b[1]Fig-2non-coherentdemodulation<a>coherentdemodulationmethod<b>1.2.22ASK实际应用价值2ASK是20世纪初最早运用于无线电报中的数字调制方式之一。但是ASK传输技术受噪声影响很大。噪声电压和信号一起改变了振幅。在这种情况下,"0"可能变为"1","1"可能变为"0"。由于ASK是受噪声影响很大的调制技术,现已很少应用,不过,2ASK常常作为研究其他数字调制的基础,因此了解它很必要。1.3设计平台简介MATLAB简介MATLAB是美国MathWorks公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件,是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。它集图示和精确计算于一身,在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其他需要进行复杂数值计算的领域得到广泛应用。它不仅是一个在各类工程设计中便于使用的计算工具,而且也是一个在数学、数值分析和工程计算等课程教学中的优秀的教学工具,在世界各地的高等院校中十分流行,在各类工业应用中更有不俗的表现。MATLAB可以在几乎所有的PC机和大型计算机上运行,适用于Windows、UNIX等各种系统平台Simulink简介Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模,它也支持多速率系统,也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口<GUI>,这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而且用户可以立即看到系统的仿真结果。22ASK系统仿真设计2.12ASK相干解调设计框图带通滤波器带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出2.2应用Simulink进行2ASK相干解调仿真框图2.3选用模块以及参数设定[3]1．伯努利二进制发生器模块ernoulliBinaryGenerator的参数设置为：Probabilityofazero概率设为0.5,initialseed设为61,Sampletime抽样时间为1S。2．正弦波SineWave的参数设置为：频率设为60rad/sec。3．乘法器Product模块的参数设置为：输入端数量设为2。4．高斯白噪声GaussianNoiseGenerator模块的设置为：Sampletime抽样时间为0.01s。5．Sum模块的参数设置为：sampletime设为-1。6．带通滤波器AnalogFilterDesign模块的参数设置为：filterorder为8,Lowerpassbandedgefrequency为52,Upperpassbandedgefrequency为68。7．相乘器Product模块的参数设置为：输入端数量设为28．低通滤波器AnalogFilterDesign模块的参数设置为：filterorder为8,passbandedgefrequency为8。9．示波器Scope的参数设定为：接口有6个,时间围是自动调整。10．抽样判决器其中constant的constantvalue参数设定为：02.4MATLAB编程[3]clear;%清空Workspaceclc;%清空CommandWindowcloseall;%关闭所有窗口%%信号以及仿真相关参数的设置%dt=0.001;%时间采样间隔,即仿真步长fc=10;%载波中心频率B_number=10;%设码元数目为10个T=5;%信号时长N=T/dt;%采样点数,即仿真点数B_Sample_Point=N/B_number;%一个码元所对应的采样点数B_Sample_array=zeros<1,N>;%建立一个码元采样的空数组t=0:dt:<N-1>*dt;%所有采样点数的时间组成的数组,即模型中函数的自变量random_buffer=rand<1,B_number>;%生成10个随机数组fori=1:1:B_number%将10个码元进行归一成二进制0、1ifrandom_buffer<i><0.5random_buffer<i>=0;elserandom_buffer<i>=1;endendfori=1:1:B_number%产生基带信号forj=1:1:B_Sample_PointB_Sample_array<<i-1>*B_Sample_Point+j>=random_buffer<i>;endendCarrySignal=cos<2*pi*fc*t>;%载波信号表达式%%2ASK调制信号的产生%Signal_2ASK=CarrySignal.*B_Sample_array;%%进行绘制调制曲线%figure<'toolbar','none',...%设置是否显示工具栏：否'menu','none',...%设置是否显示菜单栏：否'name','2ASK调制过程',...%设置对话框名称'NumberTitle','off',...%设置是否显示图形窗口编号：否'color','w',...%设置背景颜色'Resize','on'>;%设置是否可以改变窗口大小subplot<6,1,1>;%图形分为6行1列,目前画第一个plot<t,B_Sample_array,'r','linewidth',3>;%画出二进制基带信号holdon;gridon;%保持图像,使其能和下一个图像一起显示xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'二进制基带信号'>;%简单的配置axis<[0,5,-0.2,1.2]>;%定义坐标区间subplot<6,1,2>;%图形分为6行1列,目前画第二个plot<t,CarrySignal,'r','linewidth',2>;%画出载波信号holdon;%保持图像,使其能和下一个图像一起显示xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'载波信号'>;%简单的配置axis<[0,5,-1.2,1.2]>;%定义坐标区间subplot<6,1,3>;%图形分为6行1列,目前画第三个plot<t,Signal_2ASK,'r','linewidth',1.5>;%画出调制信号holdon;%保持图像gridon;%显示格点xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'调制信号'>;%简单的配置axis<[0,5,-1.2,1.2]>;%定义坐标区间%%信道传输〔加入噪声%Gaussian_Noise=randn<1,N>/5;%加上高斯白噪声Signal_2ASK=Signal_2ASK+Gaussian_Noise;subplot<6,1,4>;%图形分为6行1列,目前画第四个plot<t,Gaussian_Noise,'r','linewidth',1>;xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'高斯噪声'>;%简单的配置holdon;subplot<6,1,5>;%图形分为6行1列,目前画第五个plot<t,Signal_2ASK,'r','linewidth',1>;xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'加噪调制信号'>;%简单的配置holdon;%%带通滤波器%Fp=5;Rp=3;%53Fs=15;Rs=60;%1560Wp=2*pi*Fp/800;%800Ws=2*pi*Fs/800;[n,Wp]=ellipord<Wp,Ws,Rp,Rs>;[b,a]=ellip<n,Rp,Rs,Wp>;BPF_ASK=filter<b,a,Signal_2ASK>;%带通滤波器输出subplot<6,1,6>;%图形分为6行1列,目前画第六个plot<t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5>;xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'带通滤波后的信号'>;%简单的配置holdon;%%相干解调%Coherent_ASK=BPF_ASK.*CarrySignal;%%低通滤波器%Fp=25;Rp=3;%53Fs=45;Rs=50;%1560Wp=2*pi*Fp/10000;%800Ws=2*pi*Fs/10000;[n,Wp]=ellipord<Wp,Ws,Rp,Rs>;[b,a]=ellip<n,Rp,Rs,Wp>;Coherent_ASK=0-Coherent_ASK;LPF_ASK=filter<b,a,Coherent_ASK>;%低通滤波器输出%%抽样判决%Judge_value=max<LPF_ASK>/2;Coherent_ASK_Out=zeros<1,N>;fori=1:1:B_number%抽样判决ifLPF_ASK<i*B_Sample_Point-B_Sample_Point/2>>Judge_valueCoherent_ASK_Out<<i-1>*B_Sample_Point+1:i*B_Sample_Point>=1;%判为1elseCoherent_ASK_Out<<i-1>*B_Sample_Point+1:i*B_Sample_Point>=0;%判为1endend%%绘制相干解调的波形%figure<2>;%打开第二个显示窗figure<'toolbar','none',...%设置是否显示工具栏：否'menu','none',...%设置是否显示菜单栏：否'name','2ASK相干解调过程',...%设置对话框名称'NumberTitle','off',...%设置是否显示图形窗口编号：否'color','w',...%设置背景颜色'Resize','on'>;%设置是否可以改变窗口大小subplot<4,1,1>;%图形分为6行1列,目前画第六个plot<t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5>;xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'带通滤波后的信号'>;%简单的配置holdon;subplot<4,1,2>;plot<t,Coherent_ASK,'r','linewidth',1>;xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'与载波相乘'>;%简单的配置holdon;subplot<4,1,3>;plot<t,LPF_ASK,'r','linewidth',1>;xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'低通滤波器滤波'>;%简单的配置holdon;subplot<4,1,4>;plot<t,Coherent_ASK_Out,'r','linewidth',3>;%画出相干解调实验xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'相干解调结果'>;%简单的配置holdon;%%非相干解调%Non_Coherent_ASK=abs<BPF_ASK>;%%低通滤波器%Fp=25;Rp=3;%53Fs=45;Rs=50;%1560Wp=2*pi*Fp/10000;%800Ws=2*pi*Fs/10000;[n,Wp]=ellipord<Wp,Ws,Rp,Rs>;[b,a]=ellip<n,Rp,Rs,Wp>;LPF_ASK=filter<b,a,Non_Coherent_ASK>;%低通滤波器输出%%抽样判决%Judge_value=max<LPF_ASK>/2;Non_Coherent_ASK_Out=zeros<1,N>;fori=1:1:B_number%抽样判决ifLPF_ASK<i*B_Sample_Point-B_Sample_Point/2>>Judge_valueNon_Coherent_ASK_Out<<i-1>*B_Sample_Point+1:i*B_Sample_Point>=1;%判为1elseNon_Coherent_ASK_Out<<i-1>*B_Sample_Point+1:i*B_Sample_Point>=0;%判为1endend%%绘制非相干解调的波形%figure<4>;%打开第二个显示窗figure<'toolbar','none',...%设置是否显示工具栏：否'menu','none',...%设置是否显示菜单栏：否'name','2ASK非相干解调过程',...%设置对话框名称'NumberTitle','off',...%设置是否显示图形窗口编号：否'color','w',...%设置背景颜色'Resize','on'>;%设置是否可以改变窗口大小subplot<4,1,1>;%图形分为6行1列,目前画第六个plot<t,BPF_ASK,'r','linewidth',1.5>;xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'带通滤波后的信号'>;%简单的配置holdon;subplot<4,1,2>;plot<t,Non_Coherent_ASK,'r','linewidth',1>;xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'全波整流'>;%简单的配置holdon;subplot<4,1,3>;plot<t,LPF_ASK,'r','linewidth',1>;xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'低通滤波器滤波'>;%简单的配置holdon;subplot<4,1,4>;plot<t,Non_Coherent_ASK_Out,'r','linewidth',3>;%画出相干解调实验xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'非相干解调结果'>;%简单的配置holdon;%%绘制分析的波形%figure<6>;%打开第二个显示窗figure<'toolbar','none',...%设置是否显示工具栏：否'menu','none',...%设置是否显示菜单栏：否'name','2ASK分析波形',...%设置对话框名称'NumberTitle','off',...%设置是否显示图形窗口编号：否'color','w',...%设置背景颜色'Resize','on'>;%设置是否可以改变窗口大小subplot<3,1,1>;%图形分为6行1列,目前画第一个plot<t,B_Sample_array,'r','linewidth',3>;%画出二进制基带信号holdon;gridon;%保持图像,使其能和下一个图像一起显示xlabel<'时间/s'>;ylabel<'幅值/v'>;title<'二进制基带信号'>;%简单的配置subplot<3,1,2>;plot