【毕业设计】2ASK 调制与解调仿真论文

如今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。因此信号的调制方式也由模拟方式持续、广泛地向数字方式转换。本论文根据当今现代通信关键词：通信系统；2ASK;2PSK;2FSK;仿真transmissionandcommunicationofinformationtakeanimportanteffect.Forthewidely.ThisthesisstudiesthetheoryofmodulationanddemodulationofMFSKcommunicationtechnologies.Andtheresultofdesignhasbetopographic.Keywords:communicationsystem;2ASK;2PSK;2FSK;2DPSK;simula哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-II-目录 Abstract l 21.1设计背景及意义 21.2设计方法和预期结果 2第二章MATLAB简介 3 3 3 32.2程序仿真中相关MATLAB库函数(M函数)的介绍 4第三章数字频带传输系统 7 73.2调制解调技术 73.2.1调制解调的概念 7 8 第四章通信系统的设计与仿真 第五章结论 致谢 附录2英文参考资料 随着通信系统的规模和复杂度不断增加，传统的设计方法已经不能适应发展的需要，通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视。传统的通信仿真技术主要分为手工分析与电路实验两种，可以得到与真实环境十分接近的结果，但耗时长，方法比较繁琐，而通信系统的计算机模拟仿真技术是介于上述两种方法的一种系统设计方法，它可以让用户在很短的时间内建立整个通信系统模型，并对其进行模拟仿真，早期多采用计算机高级程序语言进行仿真，淡在程序编写过程中仍需花费大量的时间精力考虑事件的发生，处理以及结果的可视化等因素。即使是一个简单系统，程序都十分长，难于调试，随着计算机仿真技术的发展，构筑通信系统仿真平台，可以在计算机上显示不同系统的工作原理，进行波形观察，频谱分析和性能分析等，为通信系统设计和研究提供强有力的1.2设计方法和预期结果随着数字技术的飞速发展与数字器件的广泛使用，数字信号处理在通信系统中的应用已经越来越重要。数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。频带传输系统也叫做数字调制系统，该系统对基带信号进行调制，使其频谱搬移到适合在新岛(一般为带通信到)上传输的频带上。数字调制和模拟调制一样都是正弦波调制，即被调制信号都为高频正弦波。数字调制信号又称为监控信号，数字调制过过程中处理的数字信号，而载波有振幅，频率和相位三个变量，且二进制的信号只有高低电平两个逻辑量即1和，所以调制的过程可以用键控的方法有基带信号对载频信号的振幅，频率及相位进行调制，最基本的方法有三种：振幅调制(ASK),频移键控(FSK),相移键控(PSK)。80年代以来，通信和信号处理系统越来越复杂，各种新技术的发展对通信系统的实现起着重要的作用。通信系统复杂性的增加使得分析与设计所需要的时间和费用也迅速上升，为了节约人力，物力，财力，和时间就需要进行系统仿真。 和库函数可以使其程序相当简短，两三行语句就可以实现几十行甚至几百行CB)既具有结构化的控制语句(如for图形功能强大。他既包括二维和三维数据可视化，图像处理，动画制作等高层次的绘画图命令，也包括可以修改图C)功能强大的工具箱。工具箱分为两类：功能性工具箱和学科性工具功能性工具箱主要用于扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互的功能。而学科性工具箱是专业性比较强大的，如优化工具箱，统计工具箱，控制工具箱，小波工具箱，图像处理工具箱，通信工具读课改的源文件，用户可修改源文件和加入自己的文件，它们可以与库函数一2.1.2基于MATLAB的仿真实现方法通信工具箱是一套用于在通信领域进行理论研究，系统开发，分析设计函数功能覆盖了现代通信系统的各个方面。这些函数包括：信号源产生函数，信源编码/解码函数，纠错控制编码/解码函数，调制/解调函数，滤波器函数，纠错控制编码，每种编码又有编码，解码，矢量输入输出，序列输入输出等四产生与输出，编码与解码，调制与解调，多址接入方式，滤波器以及传输介质传输和接受所采用的技术都是相互对应的，因此，可以将发射与接收部分中各个子仿真模型库进行相应的归类。发射部分的信源编码和接收部分的信源解码所对应的子仿真模型库归类后共有五种信源编码仿真模型。另外，为能进行通信号模型，其中通带信道有四种模型，基带信道有6中模型。扩频通信，及扩展频谱(spreadspectrumcommunication),与光纤通信，卫星息被展宽到一个很宽的频带上，在接收端通过相关接收，将信号恢复到信息贷2)载波的带宽比调制数据的带宽要宽的多。3)接收过程是通过将被地产生的宽带载波信号的复制信号与接收到的宽带采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处，即接收技术出得信噪比相对于输入的信噪比有很大的改善，从而提高增益与输出端信噪比的关系，目的是未勒以扩频通信为基础的现代通信的研究2.2程序仿真中相关函数)的介绍哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)功能：差错控制编码(信道编码)的差错控制编码。功能：差错控制译码(信道译码)长为N,信息位为K的码字进行译码，恢复出原始的信息，译码方式必须和编码时采用的严格相同。同样具有六种主要的差错控制译码。功能：数字调制(通带信号)x的载波频率，Fd是输入信号x的抽样频率，注明了调制方式，M是进制数，此命令可以对数字信号x进行调制。method对应的调制方法有ask,fsk,msk,psk,qask。注意Fs/Fc>=2,Fs/Fd必须是整数。功能：数字解调(通带信号)是输入信号x的载波频率，Fd是输入信号x的抽样频率，Fs是仿真是的抽样y解调出。method也有五种调制方法。biterr功能：计算误比特数、误比特率元素都用k位二进制数表示。此命令可以计算两个输入矩阵x,y的不同元素的个数和之比。x,y中的元素必须是非负的二进制数式整数。此命令可以用来计算说明：fid=fopen(‘filename’,'permission’)其中filename表示要读写的’r’:只读文件’w’:只写文件’a’:只加入文件’a+’:可读取及加入文件功能：可从文件中读取二进制数据，将每一个字节看成一个整数，并将结data=fread(fid,[NM])%fid是要读取文件的标志码(由fopen产生),一般将其转化为N行M列的矩阵，然后返回到data。是需变换的矩阵，注意n*m的值必须与msg1矩阵的元素个数相同，否则就会发生错误。此命令可将msgl变换成n行m列的矩阵msg。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)第三章数字频带传输系统3.1数字通信系统最简单的数字通信系统模型由信源、信道和信宿三个基本部分组成。实际的数字通信系统模型要比简单的数字通信系统模型复杂得多。一般的数字通信系统模型如图1-1所示。能源评马度信湃接码弱解调据值源鲁建图3-1数字通信系统模型3.2调制解调技术调制解调是数字通信系统的重要组成部分。调制解调的目的是使已调信号具有高的频谱利用率和的抗干扰和抗衰落的能力。下面就对数字调制解调技术所谓调制，就是用调制信号(基带)去控制或改变载波的一个或几个参数，使调制后的信号(已调信号)含有原来调制信号的全部信息，但载波的某些参哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)数按调制信号的规律变化。调制的目的是使传输的信号与信道相匹配，从而有效传输信号。解调是调制的逆过程，它是从已调信号中恢复出原来调制信号的过程。从广义上讲，调制与解调属于信道编/译码范畴，但调制与解调的目的是实现载波传输，而信道编/译码的主要目的是实现差错控制。调制：将各种数字基带信号转换成适于信道传输的数字调制信号(已调制信号货频带信号)调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或者几个参量的变化，将信息荷载在其上形式上已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将会付出原始的基带信号。调幅，是在波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。调频，是在波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持不变的调调相，利用原始信号控制载波的相位的调制方式。调制的目的是要把传输的模拟信号或者数字信号变换成适合信道传输的信号，这就意味着把基带信号转变成一个相对基带频率而言频率非常高的带通信号。该信号称为已调信号，而基带信号称为调制信号。调制可以通过是高频载波随着信号幅度的变化而改变载波的幅度，相位或者是频率来实现。调制过程用于通信系统的发端。在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，也就是将基带信号从载波中提取出来，以便预定的接受者(信宿)处理和理解的过常用的数字通信系统调制技术包括：频移键控、相移键控、幅度键控、多进制差分相移键控、增量调制等，还有很多其他的结合调制方式，如QPSK等等。这里面最好的方式是PSK方式，抗噪声能力最强，频谱利用率最高。3.2.2ASK幅移键控幅移键控又称为振幅键控，记为ASK(AmplitudeShiftKeying)。也有称幅移键控(ASK)相当于模拟信号的调幅，只不过与载波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。二进制振幅键控(2ASK),由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于是将载频或者是关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号为“1”是传输载波；当调制的数字信号为“0”时不传输载哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)设信息源发出的信息为，是由二进制符号“0”和“1”组成的序列号，假定“1”出现的概率为P,“0”出现的概率为1-P,他们彼此独立，即：其中为码元宽度，则0,x4-*.)为单极性不归零脉冲序列，则根据幅度调制的原理，一个二进制的振幅键控信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列和一个正弦载波相乘，即：其中b(t)为基带信号。 图3-2二进制振幅键控信号(2ASK)的波形示意图2)通-断键控法：图3-3相乘电路借云电e协挥控地角图3-4通-断键控法图3-3中，当基带信号b(t)为高电平时，开关电路如图所示，当基带信号b(t)为低电平时，开关处于断开状态，二进制振幅键控信号状态为零，此时而进制振幅键控信号又常称为通-断键控信号(00K)信号。2ASK解调的方法也有两种，分别是非相干解调(包络检波法)和相干解调。1)非相干解调：哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)协结烈注语引市要体牌德个海慢绳割基通hb图3-5非相干解调(包络检波法)2)相干解调：按杆畅液器二进制振幅键控2ASK是数字调制中最简单的一种，但因其抗噪声性能较差故在系统中很少采用，但我们可以从2ASK的原理引出其他的数字调制方式。在光线通信系统中，对光载波的调制可采用ASK,典型的做法是：在给定的频率下，光的出现和消失来表示二进制数字。因为Ps(f)为单极性不归零码数字基带信号的功率谱密度哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)1)2ASK信号的功率谱由连续谱和离散普两部分组成。2)2ASK信号的带宽是基带脉冲波形带宽的两倍。五2ASK信号抗噪声性能：1)相干解调误码率为：其中2)非相干解调的误码率：哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)误码率又因为所以定义：所谓FSK(FrequencyShiftKeying)就是数字信号去调制载波频率，是数字信号传输中用得最早的一种调制方式，此方式实现起来比较容易，抗噪声和抗衰减性能好，稳定可靠，是种地数据传输最佳选择。频移就是把振幅，相位作为常量，而把频率作为变量，通过频率的变化来实现信号的识别，在FSK中传送的信号只有0和1两个。在二进制频移键控(2FSK)中，当传送“1”码时对应于载波频率-1,当传送“0”码时对应于载波频率f0,哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)瓦=1-0,其中，我们在分析中假设为单个矩形脉冲序列，其表达式为：相位不连续的2FSK信号可以看成是两个2ASK调幅信号之和。二2FSK信号的波形图下图是相位连续的2FSK信号波形。0AfJ(ANWNW图3-7二进制频移键控(2FSK)信号波形示意图方法一：用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频。医缝医缝排蒲异4作图3-844A工开气机郑键控法时利用矩形脉冲b(t)来控制开关电路对两个不同的独立频率源进行方法一:相干解调法相干解调的具体解调电路时同步检波器，如下图示，图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。它们的输出分别与相应的同步相干载波比较判决(判决规则同于包络检波法)),既可还原出基带数字信号。带意速道带意速道专冲P包络检波法可视为由两路2ASK解调电路组成，这里，两个带通滤波器(带宽相同，皆为相应的(2ASK)信号带宽：中心频率不同，分别(fO和f1)分路哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)作用，用于以分开两路2ASK信号，上支路对应，下支路对应于的是经过包络检测后分别取出它们的包络S(t)及S(t)非；抽样判决器起比较器的作用，把两路包络信号同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。若上，下支路s(t)及s(t)非得抽样值分别用V1,V2表示，则抽样判决器的判决准则为：挂样判清十包情检常法重可将2FSK信号表示成两个2ASK信号的和，令如果s1(t)的功率谱密度为Ps1(f);s2(t)的功率谱密度为Ps2(f),利用平稳随机过程经过乘法器的结论，上式可以整理为如下形式：又因为B₁C∩=1M-PRCP-f²n-P²P(0)B)又因所以当1)2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分构成，离散谱出现在f1和f22)功率谱密度中的连续谱部分一般出现双峰。若两个载频之差话对于数字传输系统而言，最重要的性能指标是误码率。在白色高斯噪声信道系统，相干解调的误码率小于非相干解调的误码率。其中，相干检测法的误码率为当信噪比很大时，上式可近似的表示为非相干解调法采用包络减薄发接收信号，其误码率为定义：在PSK(PhaseShiftKeying)调制时，载波的相位随调制信号状态不同而改变。其中,此时b(t)为双极性不归零脉冲序列，则如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，此时它们就处于“同相”状态；如果一个作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们就说这两个波的相位差下解零始号得方法二：键控法姓具酸质X酸质是第字身是哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)2PSK信号的解调方式方法一：相干接收方法张张市ya4普样网通班通感演电通感被相干解调的具体解调电路时同步检波器，如下图示，图中两个带通滤波器的作用同于包络检波法，起分路作用。它们的输出分别与相应的同步相干载波相乘，再分别经低通滤波器滤掉二倍频信号，取出含基带数字信号的低频信号，抽样判决器在抽样脉冲到来时对两个低频信号的抽样值VO(t)和V1方法二：包络检波接收方法淀淀在市葡周滨走麻冲包绪在获登绑垫获的样同录其中：Ps(f)为双极性不归零码数自己带信号的功率谱密度；当P=1-P=1/2时哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)r=a²/2σ³Pzpsx<Parsx<PzAs*码元变换过程将输入的基带信号差分，即变成它的相对码。选项开关作用为当输入为数字信息“0”是接相位0,当输入数字信息为“1”时接pi。已球号我滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，得到基带信号的差分码，再经过逆差分器，就得到了基带信号另一路的信号相乘，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，抽样判决器的输出即为原基带哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)护带信号作用下的调幅信号，无非是一对倒相信号的序列。因此，2DPSK和2PSK信号具有相同形式的表达式，所不同的是2PSK表达式中的s(t)是数字基带信号，2DPSK表达式中的s(t)是由数字基带信号变换而来的差分码数字信号。所以他们的功率谱密度也是相同的。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)第四章通信系统的设计与仿真1)2ASK调制仿真程序%数字信号的2ASK调制与解调%part1数字信号的ASK调制Clear;%清除去空间变量%数字信号序列%序列的长度%数字信号的带宽%正弦载波信号的频率%载波的幅度%频率比，即一个码元宽度中的正弦周期个数，为适配下面滤波器参数选取，推荐将Q设为%一个正弦周期内的采样点数%一个正弦信号周期内的时间%一个码元宽度内的正弦载波信号N=length(ask);%一个码元宽度内的信号长度%载波信号%调制后的信号%长度%时间%最小时间%最大时间%一个数字信号“1”%数字信号波形%子图分割%画出载波波形%添加网%设置坐标范围%子图分割哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)%Butterworth模拟低通滤波设计%画出载波波形%添加网络%设置坐标范围%子图分割%画出调制后的波形%添加网络%设置坐标范围%图形2%子图分割%画出信号相乘后的波形%添加网络%设置坐标范围%获Butterwort、模拟低通原型滤波器的阶数及3dB截止频率滤波%子图分割%画出滤波后的波形%添加网络%设置网络范围%抽样判决的阈值设置%抽样判决点得选取%抽样判决时刻时的信号值%抽样判决信号的0阶保持%抽样判决后的数字信号波形%抽样判决后的信号对应的时间%子图分割%画出抽样判决后的数字信号波形%设置坐标范围%添加网络%子图分割%画出原始信号波形与解调后的信号做对比%设置坐标范围%添加网络 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)Fc=10;%载频Fs=40;%系统采样频率Fd=1;%误码率N=Fs/Fd;numsymb=25;%进行仿真的信息代码个数M=2;%进制数SNRpBit=60;%信噪比SNR=SNRpBIT/Log2(M);Numplot=15;X=randsrc(numsymb,1,[0:M-1];%产生25个二进制随机码Sten([0:numplot-1],x(1:numplot),‘bx’);%显示15个码元，杆图，从X到前十五个随机数中选取Title(‘二进制随机序列’);Ylabel(‘Amplitude’);%调制y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,‘fsk’,M,df);%数字带通调制numModplot=numplot*Fs;%15*10t=[0:numModplot-1]./Fs;%数组除法(仿真时间)plot(t,y(1:length(t)),‘btitle(‘调制后的信号’);ylabel(‘Amplitude’);%在已调信号中加入高斯白噪声randn('state’,seed(2));%生成-2到+2之间的随机数矩阵plot(t,y(1:length(t)),‘b%在已调信号中加入高斯白噪声%画出经过信道的实际信号title(‘加入高斯白噪声后的已调信号’);%相干解调Z1=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,‘fsk/e%非相干解调Z2=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,‘fsk/eye/nonAxis([0numplot-0.51.5]);%误码率计算plot(t,y(1:ength(t)),’r3)2FSK仿真结果 解符度班度相4.32PSK调制与解调仿真cp=[];mod1=[];f=2*2*pi;t式%长度为max的随机二进制序列%每个值200多点%s(t),码元宽度200%载波信号%与s(t)等常德载波信号，变为矩阵形Figure(1):subplot(4,2,1);pAxis([0200*length(g%title(二进制序列)%每个值200个点%载波信号%s(t),码元宽度200%与s(t)等长的载波信号%e(t)调制Figure(2);subplot(4.2.1);plot(abs(f哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)Axis([0100*length(g)0400]);titleFigure(2);sub