2ask通信系统设计

武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 目 录 1 设计要求 1 2 基本原理 1 2.1 2ASK 调制原理 1 2.2 2ASK 解调原理 2 2.3 Simulink 介绍 3 3 建立模型描述 5 3.1 相干解调模型 5 3.2 非相干解调模型 8 4 模块功能分析或源程序代码 9 4.1 相干解调法的分析 9 4.2 非相干解调的分析 10 5 调试过程及结论 10 6 心得体会 12 7 参考文献 13 徐小豪：） 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 1 2ASK 通信系统设计 1 设计要求 设计一个 2ASK 通信系统，要求： （1） 设计出 2ASK 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 调制原理 2ASK 是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲取键控一个连续的载波，使 载波时断时续的输出，有载波输出时表示发送“1” ，无载波输出时表示发送“0” 。波形 变换如图 1 所示： 图 1 方案一硬件仿真图 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 2 2ASK 信号产生的方法有两种：模拟调制法和键控法 （1）模拟调制法如图 2 所示： 图 2 模拟调制法 （2）键控法如图 3 所示 图 3 键控法 2.2 2ASK 解调原理 2ASK 有两种基本解调方法：相干解调法（同步检测法）和非相干解调法（包络检波 法） 。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。 （1） 相干解调如图 4 所示 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 3 图 4 相干解调 （2）非相干解调如图 5 所示 图 5 非相干解调 （3）调制与解调各个阶段如图 6 所示 图 6 波形变化图 2.3 Simulink 介绍 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 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 4 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。 Simulink 是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种 时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink 提供了交互 式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。. 构架在 Simulink 基础之上的其他产品扩展了 Simulink 多领域建模功能，也提供了用 于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink 与 MATLAB 紧密集成，可以直接 访问 MATLAB 大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、 建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。 Simulink 的特点： （1）丰富的可扩充的预定义模块库； （2）交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图； （3）以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理； （4）通过 Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性， 生成模型代码； （5）提供 API 用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成； （6）使用 Embedded MATLAB 模块在 Simulink 和嵌入式系统执行中调用 MATLAB 算法； （7）使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译 C 代码的形式来运行模型； （8）图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为； 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 5 （9）可访问 MATLAB 从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参 数和测试数据； （10）模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误； 3 建立模型描述 3.1 相干解调模型 Simulink 模型图如图 7 所示 图 7 相干解调模型 （1）信号源的设置如图 8 所示 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 6 图 8 信号源设置 （2） 载波的设置如图 9 所示 图 9 载波发生器 （3） 带通滤波器的设置如图 10 所示 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 7 图 10 带通滤波器 （4） 低通滤波器的设置如图 11 所示 图 11 低通滤波器 （5） 调制与解调的波形如图 12 所示 图 12 运行结果图 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 8 3.2 非相干解调模型 Simulink 模型图如图 13 所示 图 13 非相干解调模型 非相干解调的结果图如图 14 所示 图 14 运行结果图 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 9 4 模块功能分析或源程序代码 4.1 相干解调法的分析 （1）调制模块如图 15 所示 图 15 调制模块 将原始信号与载波信号相乘得到 2ASK 信号，然后输出到信道，加入高斯噪声后 进行相干解调。 （2）解调模块如图 16 所示 图 16 解调模块 将加入了高斯噪声的 2ASK 信号经过一个带通滤波器，然后与载波相乘，再经过一 个低通滤波器，由于后面有一个符号判决器，所以要给信号加上-1，让波形下移一点。经 过符号判决器后再将波形上移，运行后发现波形是原始信号的 2 倍，所以再乘 0.5。 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 10 4.2 非相干解调的分析 （1）解调模块如图 17 所示 图 17 解调模块 非相干解调与相干解调的调制一样的，差别主要是调制方式。加入高斯噪声的 2ASK 信号经过一个带通滤波器后再取绝对值，再经过一个低通滤波器，再通过 switch 进行 01 选择得到解调波形。 5 调试过程及结论 在不同噪声相干解调的误码率如图 18 所示 图 18 相干解调误码率 在不同噪声下非相干解调的误码率如图 19 所示 图 19 非相干解调误码率 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 11 载波的频谱如图 20 所示 图 20 载波的频谱 二进制信号的频谱如图 21 所示 图 21 信号源的频谱 2ASK 信号的频谱如图 22 所示 图 22 2ASK 频谱 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书 12 从误码率明显可以看出相干解调的性能更好，即使高斯噪声为 40V，误码率才 10%，而在非相干解调的过程中，高斯噪声为 1V，误码率就达到了 35%，可见虽然相干 解调虽然复杂，但是性能好。从频域上看，与理论结果一致。 6 心得体会 通信原理是我所学专业的主要课程之一，不仅培养了我综合运用所学知识，发现， 提出，分析和解决实际问题的能力,而且提高了我实际动手操作能力。现实生活中，通信 在应用可以说得是无处不在。因此在大学学习中掌握通信原理是十分重要的，也是十分 必要的。 我在刚刚拿到课程设计题目时有点迷惘，毕竟在前段时间的理论学习中没有扎实的掌 握通信原理的理论知识，不知道如何下手，好在通过上网和图书馆查阅相关资料，自己 认真钻研以及虚心询问同学，终于咸鱼大翻身，游逆而上，解决了一个又一个的困难和 障碍，成功完成了任务。 通过本次 2ASK 系统的设计，不仅丰富了我的理论知识，而且在实践过程中更令我 学会了坚持、耐心和努力。此次通信原理课程设计需要运用到许多之前所学过的知识， 令我认识到自己以前学习的一些不足之处，例如对以前所学知识的理解不够深刻，掌握 得不够牢固，运用不够灵活。这让我懂得了认真学习的重要性，以及要孜孜不倦地钻研 所学过的知识，做得融会贯通，不能一览而过，不求甚解。在边学习边动手的过程中， 我对 2ASK 原理有了进一步的了解，同时也加深和巩固了我对 Simulink 的使用。除此之 外，由于是第一次做 Simulink 的通信原理实验，因此在此次课程设计的过程中，无论是 模型的设计还是器件的设置都难免遇到了不少困难和障碍，例如模块不知道怎样找、不 会设置参数等。在面对困难和障碍时，我庆幸自己没有选择退缩和逃避，而是通过各种 方法，迎难而上，以坚持、耐心和努力勇敢无畏地面对困难，克服困难，解决困难。让 我发现问题、分析问题、解决问题以及动手实践的能力都有了很大的提高，并了解到理 论知识与实践相结合的重要意义。从这次的课程设计中，我才真正明白理论结合实际的 道理，明白相干解调与非相干解调的异同，明白怎样去设计一个通信系统。十分庆幸拥 有这次课程设计，让我受益匪浅。 武汉理工大学通信原理） 课程设计说明书